Khảo sát hệ đếm alpha beta tổng radeye hec

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BỘ MƠN VẬT LÝ HẠT NHÂN LƯU CƠNG CHÁNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT HỆ ĐẾM ALPHA BETA TỔNG RADEYE HEC Thành phố Hồ Chí Minh, Năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BỘ MƠN VẬT LÝ HẠT NHÂN KHẢO SÁT HỆ ĐẾM ALPHA BETA TỔNG RADEYE HEC SINH VIÊN THỰC HIỆN: LƯU CÔNG CHÁNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS LÊ QUANG VƯƠNG Chuyên ngành: Thành phố Hồ Chí Minh, Năm 2021 LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực khóa luận, em nhận nhiều giúp đỡ từ Thầy Cô, bạn bè gia đình Đặc biệt em xin gửi đến ThS Lê Quang Vương, giảng viên Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành sâu sắc Thầy tận tình bảo giúp đỡ em nhiều trình em làm khóa luận Trong q trình em Thầy hướng dẫn, em học hỏi nhiều kiến thức mới, phương pháp làm việc hiệu có định hướng cho đường học tập tới Em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Bộ môn Vật lý Hạt nhân tất Thầy Cô Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt cho em vốn kiến thức quý báu để em có đủ tảng kiến thức để thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn hội đồng chấm khóa luận dành thời gian để đọc, phát sai sót có góp ý quý giá để khóa luận em hồn thành tốt Em xin chân thành cảm ơn bạn lớp Cử nhân Vật lý A K43; anh chị bạn bè phòng thí nghiệm Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh ln đồng hành, giúp đỡ, động viên em suốt trình làm việc để em hồn thành tốt khóa luận Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thành viên gia đình ln ủng hộ làm hậu phương vững để em hồn thành khóa luận Tp HCM, ngày tháng năm 2021 Lưu Công Chánh XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG KHÓA LUẬN XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tp HCM, tháng năm 2021 Sinh viên thực LƯU CÔNG CHÁNH MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ i DANH MỤC BẢNG ii LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN .3 1.1 Lý thuyết xạ alpha 1.2 Lý thuyết xạ beta 1.3 Tương tác hạt mang điện với vật chất 1.4 Tóm tắt Chương I CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC .8 2.2 Thao tác vận hành hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC 11 2.3 Nguyên lý ghi nhận xạ hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC 14 2.4 Quy luật phân bố thống kê số đếm theo phân bố Poisson phân bố Gauss 15 2.5 Tóm tắt chương II 16 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17 3.1 Xác định vùng plateau đầu dò hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC 17 3.2 Khảo sát phân bố thống kê số đếm alpha-beta theo phân bố Poisson 19 3.3 Khảo sát phân bố thống kê số đếm alpha-beta theo phân bố Gauss .28 3.4 Tóm tắt Chương III 37 KẾT LUẬN .38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC A 41 PHỤ LỤC B 44 i DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ Hình 1.1 Qng chạy hạt alpha khơng khí Hình 1.2 Độ ion hóa riêng của electron khơng khí Hình 1.3 Sự phụ thuộc cường độ electron vào bề dày vật chất Hình 2.1 Hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC Hình 2.2 Sơ đồ q trình đo khơng nguồn 11 Hình 2.3 Giao diện RadEye HEC bắt đầu đo 12 Hình 2.4 Giao diện RadEye HEC kết thúc trình đo 13 Hình 2.5 Nguồn sau cố định nguồn vào khay 13 Hình 3.1 Biểu đồ phân bố số đếm beta theo điện 17 Hình 3.2 Biểu đồ phân bố số đếm alpha theo điện 18 Hình 3.3 Biểu đồ so sánh tần số lý thuyết tần số thực nghiệm số đếm alpha theo phân bố Poisson 23 Hình 3.4 Biểu đồ so sánh tần số lý thuyết tần số thực nghiệm số đếm beta theo phân bố Poisson 28 Hình 3.5 Biểu đồ so sánh tần số lý thuyết tần số thực nghiệm số đếm alpha theo phân bố Gauss 32 Hình 3.6 Biểu đồ so sánh tần số lý thuyết tần số thực nghiệm số đếm beta theo phân bố Gauss 36 ii DANH MỤC BẢNG Bảng Chức menu hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC Bảng Chức menu hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC (tt) 10 Bảng 3.1 Thông tin nguồn, ngày đo, thời gian đo khảo sát plateau 17 Bảng 3.2 Tần số thực nghiệm lý thuyết số đếm alpha theo phân bố Poisson đo với nguồn 817 UMF-2000 20 Bảng 3.3 Tần số thực nghiệm lý thuyết số đếm beta theo phân bố Poisson đo với nguồn 817 UMF-2000 23 Bảng 3.4 Tần số thực nghiệm lý thuyết số đếm alpha theo phân bố Gauss đo với nguồn 817 UMF-2000 29 Bảng 3.5 Tần số thực nghiệm lý thuyết số đếm beta theo phân bố Gauss đo với nguồn 817 UMF-2000 32 LỜI MỞ ĐẦU Thí nghiệm vật lý phần thiếu trình học tập nghiên cứu vật lý Các thí nghiệm rèn luyện cho sinh viên phương pháp học tập, khả tư duy, củng cố lý thuyết học Phương pháp thực nghiệm xem “phép thử” giúp kiểm nghiệm lại lý thuyết đưa Bên cạnh thí nghiệm giúp sinh viên làm quen việc nghiên cứu tượng vật lý phạm vi phịng thí nghiệm, kiểm chứng lại định luật, tượng vật lý Chính thế, thực hành vật lý hạt nhân xây dựng nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên nghiên cứu, tìm hiểu hạt nhân nguyên tử ứng dụng với đời sống, mà kiến thức lý thuyết gắn liền với thực hành Đặc biệt thực hành vật lý hạt nhân giúp sinh viên nắm yêu cầu an toàn tiếp xúc với nguồn xạ nguy hiểm cho thân cộng đồng Hiện nay, dù gặp số khó khăn trang thiết bị, vật chất phịng thí nghiệm Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (gọi tắt phịng thí nghiệm mơn) tiến hành tổ chức số thí nghiệm liên quan đến Vật lý Hạt nhân Các thí nghiệm phịng thí nghiệm môn phục vụ cho nhu cầu hoc tập nghiên cứu sinh viên ngành Vật lý học khoa Khi tiếp cận điều kiện thực nghiệm, sinh viên phát huy khả tư học hỏi kiến thức thực tế phục vụ cho công việc sau hoàn thành bậc học Hiện nay, nhằm đảm bảo an toàn tiếp xúc với xạ, sinh viên ngành Vật lý học theo học môn có điều kiện tiếp xúc với thực hành vật lý hạt nhân Nhìn chung, thí nghiệm hạt nhân hạn chế Sinh viên cần phải thực hành thiết bị ghi nhận xạ phịng thí nghiệm Sự kết hợp chặt chẽ lý thuyết thực hành thông qua thí nghiệm giúp sinh viên phát triển khả tư sáng tạo trình học tập Nhằm tạo điều kiện cho sinh viên học tập, nghiên cứu xạ alpha, beta có kiến thức đảm bảo an toàn tiếp xúc với nguồn phát alpha, beta loại xạ hạt mang điện tương tự, thí nghiệm “Khảo sát quy luật phân bố số đếm theo phân bố Gauss phân bố Poisson” xây dựng cho sinh viên phòng thí nghiệm mơn Thiết bị sử dụng thí nghiệm hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC đo tổng hoạt độ alpha, beta hạt nhân phóng xạ mẫu thực phẩm, mẫu đất, nước, phin lọc khơng khí Vỏ làm nhựa mềm, chịu nhiệt độ cao, thích hợp cho nghiên cứu đo mẫu mơi trường Tay cầm tích hợp, kết hợp pin cho phép sử dụng lên đến 800 trước phải sạc lại Đây thiết bị mới, phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Vật lý học Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, học Học phần “Thực hành hạt nhân” phục vụ cho nghiên cứu khoa học Vì thế, khóa luận tiến hành khảo sát hoạt động thiết bị RadEye HEC, nhằm xây dựng sở liệu chuẩn phục vụ học tập nghiên cứu có liên quan đến thiết bị sau Nội dung khóa luận tập trung khảo sát vùng điện áp mà đầu dò thiết bị hoạt động ổn định (vùng plateau), xây dựng quy trình đo ghi nhận hoạt độ phóng xạ alpha beta chuẩn Bên cạnh đó, khóa luận tiến hành khảo sát quy luật phân bố số đếm alpha beta theo phân bố Gauss phân bố Poisson Khóa luận với đề tài “Khảo sát hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC” thực nhằm đạt yêu cầu nêu Nội dung khóa luận chia thành: o Chương I Trình bày sở lý thuyết phân rã xạ alpha đồng vị 238 U, 234 U ; phân rã xạ beta đồng vị 234 Th, 234 Pa ; tương tác xạ alpha-beta với vật chất o Chương II Trình bày cấu trúc hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC; thông số kỹ thuật, thao tác vận hành thiết bị; quy luật phân bố thống kê số đếm alpha-beta theo phân bố Poisson phân bố Gauss o Chương III Trình bày cách xác định vùng plateau hệ đếm RadEye HEC; xác định quy luật phân bố số đếm alpha-beta theo phân bố Poisson phân bố Gauss 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở Vật lý hạt nhân, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Trương Thị Hồng Loan (2018), Vật lý phóng xạ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia - Thành phố Hồ Chí Minh [3] Ngơ Quang Huy (2004), An tồn xạ ion hóa, NXB Khoa học Kỹ thuật [4] Hồng Đức Tâm (2019), Phân tích sai số liệu thực nghiệm, NXB Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh [5] Trương Thị Hồng Loan (2014), Phân tích thống kê số liệu thực nghiệm ghi đo xạ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia – Thành phố Hồ Chí Minh [6] Châu Văn Tạo (2013), Vật lý Hạt nhân đại cương, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia – Thành phố Hồ Chí Minh Tiếng Anh [7] Operating Instructions RadEye HEC alpha/beta sample counter [8] H J Mang, Alpha Decay, Lawrence Radiation Laboratory, University of California, Berkeley, California [9] Philip R Bevington (1992), Data Reduction and Erro Analysis, The Physics Science [10] B K Seo a, G H Kim a, C H Park a, J H Park a, C H Jung a, K W Lee a, M J Han b (2006), Development of the Dual Phosphor Detector for simultaneous alpha- and beta-ray counting in a Pipe, a Div of Decommissioning Technology Development, KAERI, Deokjin-dong 150, Yuseong-gu, Deajeon, b Dept of Chemical Engineering, Kyungil University, Buho-ri 33, Hayang-up, Kyungsan-si, Kyungbuk 40 Trang Web Trang web tính tốn online [11] https://stattrek.com/onlinecalculator/poisson.aspx?fbclid=IwAR0LvmVvMHP KT8nC9ZXL1Ma3Dqiver8xoP9rJf-_9f9ue2DfDgRDEVNCz2AT Truy cập ngày: 12/11/2020 Trang web tham khảo lý thuyết xạ alpha-beta [12] https://www.dacollege.org/smat/physics-SEM-II-CC9-ALPHA-DECAY-ANDBETA-DECAY.pdf Truy cập ngày: 16/4/2021 41 PHỤ LỤC A Hình PA.1 Giao diện RadEye HEC mở máy Hình PA.2 Giao diện RadEye HEC cài đặt đơn vị ghi đo số đếm 42 Hình PA.3 Giao diện RadEye HEC cài đặt điện Hình PA.4 Giao diện RadEye HEC cài đặt thời gian đo mặc định 43 Hình PA.5 Giao diện máy tính Poisson 44 PHỤ LỤC B Bảng PB.1 Số đếm theo điện đo không nguồn Điện Số đếm (V) Điện Số đếm (V) Điện Số đếm (V) 500 830 26 1030 1093 550 840 29 1040 1331 600 850 33 1050 1783 650 860 35 1060 1953 700 15 870 40 1070 2126 710 17 880 48 1080 2452 720 18 890 57 1090 2888 730 20 900 65 1100 3279 740 20 910 83 1110 3354 750 20 920 92 1120 3551 760 22 930 106 1130 4110 770 21 940 140 1140 4570 775 23 950 181 1150 5018 780 24 960 212 1160 5667 785 24 970 252 1170 6604 790 23 980 280 1180 7631 795 26 990 365 1190 11000 800 24 1000 489 1200 12452 810 25 1010 577 820 26 1020 775 45 Bảng PB.2 Số đếm beta theo điện đo với nguồn Lu 2O3 Điện Số đếm (V) Điện Số đếm (V) Điện Số đếm (V) 500 830 263 1030 1458 550 840 268 1040 1669 600 62 850 273 1050 1982 650 123 860 278 1060 2221 700 187 870 288 1070 2584 710 192 880 303 1080 2829 720 203 890 317 1090 3350 730 217 900 332 1100 3643 740 217 910 361 1110 4627 750 223 920 380 1120 5055 760 224 930 416 1130 5670 770 234 940 464 1140 6464 775 236 950 521 1150 7215 780 236 960 578 1160 8096 785 237 970 657 1170 9388 790 240 980 752 1180 10612 795 250 990 878 1190 12557 800 248 1000 1024 1200 12829 810 249 1010 1132 820 251 1020 1287 46 Bảng PB.3 Số đếm alpha theo điện đo với nguồn 817 UMF-2000 Điện Số đếm (V) Điện Số đếm (V) Điện Số đếm (V) 500 860 306 1060 409 550 870 308 1070 426 600 56 880 303 1080 431 650 144 890 321 1090 437 700 249 900 328 1100 377 710 255 910 330 1110 360 720 271 920 331 1120 399 730 271 930 305 1130 481 740 271 940 354 1140 507 750 270 950 324 1150 525 760 284 960 343 1160 534 770 287 970 374 1170 531 780 289 980 379 1180 565 790 289 990 375 1190 585 800 293 1000 377 1200 904 810 302 1010 360 820 303 1020 399 830 305 1030 379 840 313 1040 404 850 320 1050 392 47 Bảng PB.4 Số đếm beta theo điện đo với nguồn 817 UMF-2000 Điện Số đếm (V) Điện Số đếm (V) Điện Số đếm (V) 500 306 860 475 1060 1796 550 331 870 441 1070 1997 600 332 880 461 1080 2179 650 300 890 475 1090 2434 700 358 900 493 1100 2710 710 357 910 524 1110 3004 720 371 920 536 1120 3349 730 401 930 581 1130 3666 740 401 940 622 1140 4227 750 402 950 656 1150 4970 760 402 960 706 1160 5457 770 402 970 752 1170 6334 780 413 980 798 1180 7569 790 428 990 884 1190 9011 800 426 1000 978 1200 10376 810 430 1010 1040 820 444 1020 1122 830 455 1030 1289 840 444 1040 1424 850 455 1050 1570 48 Bảng PB.5 Số đếm alpha đo với nguồn 817 UMF-2000 Điện 790V – Ngày đo 17/11/2020 – Thời gian đo 30s Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm 287 21 302 41 284 61 302 290 22 276 42 291 62 263 270 23 289 43 275 63 302 313 24 302 44 271 64 268 304 25 307 45 305 65 295 272 26 315 46 307 66 305 297 27 283 47 308 67 278 301 28 316 48 294 68 305 304 29 311 49 328 69 297 10 293 30 288 50 321 70 277 11 296 31 277 51 315 71 315 12 294 32 281 52 301 72 279 13 300 33 298 53 291 73 290 14 288 34 262 54 292 74 277 15 315 35 294 55 310 75 308 16 276 36 301 56 291 76 286 17 292 37 296 57 273 77 284 18 284 38 294 58 290 78 288 19 297 39 278 59 294 79 321 20 294 40 293 60 284 80 256 49 Bảng PB.5 Số đếm alpha đo với nguồn 817 UMF-2000 (tiếp theo) Điện 790V – Ngày đo 17/11/2020 – Thời gian đo 30s Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm 81 282 101 302 121 308 141 271 82 283 102 297 122 315 142 282 83 301 103 270 123 309 143 289 84 289 104 284 124 295 144 295 85 304 105 313 125 287 145 281 86 309 106 281 126 296 146 291 87 315 107 286 127 278 147 320 88 302 108 300 128 277 148 293 89 294 109 311 129 309 149 271 90 275 110 303 130 316 150 323 91 275 111 279 131 291 151 309 92 303 112 314 132 285 152 324 93 278 113 275 133 305 153 312 94 299 114 296 134 274 154 305 95 319 115 271 135 257 155 302 96 287 116 295 136 299 156 278 97 297 117 277 137 321 157 296 98 315 118 291 138 292 158 278 99 300 119 286 139 292 159 287 100 302 120 296 140 304 160 293 50 Bảng PB.5 Số đếm alpha với nguồn 817 UMF-2000 (tiếp theo) Điện 790V – Ngày đo 17/11/2020 – Thời gian đo 30s Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm 161 284 171 308 181 299 191 286 162 286 172 292 182 281 192 312 163 313 173 284 183 305 193 297 164 297 174 272 184 259 194 293 165 316 175 304 185 288 195 297 166 319 176 284 186 302 196 302 167 288 177 295 187 302 197 306 168 298 178 292 188 311 198 312 169 294 179 274 189 309 199 302 170 288 180 301 190 277 200 299 Bảng PB.6 Số đếm beta đo với nguồn 817 UMF-2000 Điện 790V – Ngày đo 17/11/2020 – Thời gian đo 30s Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm 412 416 17 441 25 426 446 10 405 18 413 26 407 412 11 418 19 391 27 430 408 12 392 20 453 28 461 444 13 381 21 448 29 415 426 14 412 22 400 30 436 437 15 442 23 410 31 414 412 16 442 24 393 32 416 51 Bảng PB.6 Số đếm beta đo với nguồn 817 UMF-2000 (tiếp theo) Điện 790V – Ngày đo 17/11/2020 – Thời gian đo 30s Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm 33 421 54 402 74 417 96 423 34 436 55 416 75 448 97 473 35 424 56 388 76 412 98 410 36 422 57 457 77 449 99 438 37 468 58 403 78 423 100 421 38 411 59 408 79 397 101 434 39 436 60 400 80 421 102 439 40 400 61 400 81 412 103 401 41 444 62 440 82 417 104 461 42 438 63 446 83 445 105 436 43 424 64 399 84 427 106 433 44 430 65 414 85 419 107 456 45 446 66 415 86 417 108 420 46 409 67 448 87 411 109 416 47 436 68 426 88 442 110 407 48 435 69 394 89 408 111 400 49 394 70 439 90 397 112 434 50 400 71 406 91 399 113 416 51 417 72 412 92 403 114 413 52 428 73 508 93 396 115 440 53 474 74 417 94 392 116 397 52 Bảng PB.6 Số đếm beta đo với nguồn 817 UMF-2000 (tiếp theo) Điện 790V – Ngày đo 17/11/2020 – Thời gian đo 30s Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm Lần đo Số đếm 117 449 138 410 159 407 180 401 118 418 139 410 160 400 181 402 119 408 140 400 161 416 182 442 120 410 141 439 162 400 183 424 121 457 142 427 163 436 184 433 122 412 143 410 164 447 185 433 123 443 144 400 165 429 186 400 124 403 145 449 166 402 187 413 125 439 146 440 167 418 188 421 126 419 147 409 168 430 189 426 127 413 148 405 169 406 190 451 128 463 149 401 170 403 191 458 129 463 150 399 171 456 192 402 130 400 151 419 172 406 193 421 131 459 152 404 173 433 194 408 132 423 153 411 174 405 195 423 133 410 154 404 175 429 196 399 134 413 155 453 176 421 197 426 135 445 156 434 177 432 198 417 136 410 157 425 178 427 199 424 137 413 158 421 179 404 200 428 53