Nghiên ứu ổn định phổ cho thiết bị quan trắc phóng xạ bụi khí môi trương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ***** NGUYỄN XUÂN VỊNH NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH PHỔ CHO THIẾT BỊ QUAN TRẮC PHĨNG XẠ BỤI KHÍ MƠI TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HẠT NHÂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐẶNG QUANG THIỆU HÀ NỘI - 2017 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113813811000000 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn này, nhận đƣợc nhiều quan tâm giúp đỡ thầy, cô, đồng nghiệp bạn bè nhƣ động viên q báu từ phía gia đình ngƣời thân Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi muốn gửi lời cảm ơn tới TS Đặng Quang Thiệu, ngƣời thầy hƣớng dẫn, định hƣớng cho tơi lời khun hữu ích vấn đề liên quan tới luận văn Tiếp theo muốn gửi lời cảm ơn tới Kỹ sƣ Nguyễn Văn Sỹ đồng nghiệp cơng tác phịng Thiết bị hạt nhân điều khiển - Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội ngƣời đồng hành giúp tơi nhiều q trình thực luận văn Kế đến muốn gửi lời cảm ơn tới thầy công tác Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý môi trƣờng, thuộc Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội – ngƣời giúp trang bị kiến thức tảng tiền đề cho vấn đề nghiên cứu luận văn Cuối muốn gửi lời cảm ơn tới ông, bà, bố, mẹ ngƣời thân gia đình ln bên động viên tiếp thêm sức mạnh cho tôi gặp khó khăn vấp ngã sống Học viên Nguyễn Xuân Vịnh i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu ổn định phổ cho thiết bị quan trắc phóng xạ bụi khí mơi trƣờng” sản phẩm nghiên cứu Các số liệu tài liệu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu Tất tham khảo kế thừa đƣợc trích dẫn tham chiếu đầy đủ Nếu phát có gian lận tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Học viên Nguyễn Xuân Vịnh ii MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ QUAN TRẮC PHÓNG XẠ BỤI KHÍ MƠI TRƢỜNG 1.1 Ô nhiễm phóng xạ tác hại với ngƣời 1.2 Quan trắc phóng xạ bụi khí mơi trƣờng a Quan trắc hạt nhân phóng xạ giới b Trạm quan trắc hạt nhân Việt Nam 11 1.3 Thiết bị quan trắc phóng xạ bụi khí mơi trƣờng 12 a Máy bơm hút khí lấy mẫu bụi 13 b Hệ phân tích xử lý số liệu 14 1.4 Sự trôi phổ hạt nhân 17 1.5 Các phƣơng pháp ổn định phổ 19 a Tạo đỉnh lƣợng cố định 19 b Sử dụng xung sáng từ đèn LED [12] [13] 20 CHƢƠNG 2: ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN THIẾT BỊ QUAN TRẮC PHÓNG XẠ BỤI KHÍ MƠI TRƢỜNG 23 2.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ tới chất nhấp nháy NaI 23 2.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ tới PMT 26 2.3 Ảnh hƣởng tới thành phần khác 31 CHƢƠNG 3: ỔN ĐỊNH PHỔ CHO THIẾT BỊ VÀ KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ 34 3.1 Phƣơng pháp ổn định phổ cho thiết bị 34 3.2 Xây dựng hàm tƣơng quan nhiệt độ hệ số khuếch đại số 36 a Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ tới phổ lƣợng 36 b Khảo sát ảnh hƣởng hệ số khuếch đại số tới phổ lƣợng 41 c Hàm quan hệ nhiệt độ hệ số khuếch đại số 44 d Ổn định theo đỉnh 40K 45 3.4 Đánh giá độ ổn định phổ thiết bị 48 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 56 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ khối q trình lấy mẫu bụi khí Hình 2: Mạng lƣới quan trắc hạt nhân phóng xạ mơi trƣờng Pháp Mỹ 10 Hình 3: Vị trí trạm quan trắc hạt nhân tồn cầu CTBTO 11 Hình 4: Sơ đồ khối thiết bị quan trắc phóng xạ bụi khí mơi trƣờng nhà nghiên cứu nƣớc chế tạo [1] 12 Hình 5: Máy lấy mẫu hạt bụi khí thể tích lớn TE-5107[9] 13 Hình 6: Đầu dị NaI tiền khuếch đại [1][10] 14 Hình 7: Module 2007P - phân cao áp tiền khuếch đại [10] 15 Hình 8: Bo mạch khuếch đại phổ MCA [1] 15 Hình 9: Hệ thiết bị phân tích phóng xạ bụi khí mơi trƣờng sau chế tạo 17 Hình 10: Q trình xử lý xung tín hiệu trƣớc đƣa vào biến đổi ADC 18 Hình 11: Sử dụng nguồn 241Am ổn định phổ cho đầu dị nhấp nháy [13] 20 Hình 12: Sơ đồ khối sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung sáng từ LED [12] 21 Hình 13: Xung tín hiệu kết hợp sử dụng LED 21 Hình 1: Ảnh hƣởng nhiệt độ lên hiệu suất nháy sáng số loại đầu dò [4] 25 Hình 2: Ảnh hƣởng nhiệt độ lên chiều cao xung đầu dò NaI [7] 25 Hình 3: Ảnh hƣởng nhiệt độ lên thời gian phát photon đầu dò NaI [7] 26 Hình 4: Sơ đồ ống nhân quang 27 Hình 5: Sự thay đổi độ nhạy hợp chất SbKCs theo bƣớc sóng tới [4] 28 Hình 6: Sự phụ thuộc nhiệt độ độ nhạy photocathode vào bƣớc sóng 28 Hình 7: Đặc điểm nhiệt độ dòng tối Anode quang [4][8] 30 Hình 8: Ảnh hƣởng nhiệt độ lên hệ số nhân ống nhân quang theo chu trình từ 20oC lên 60 oC -40oC lại lên 20oC [8] 30 Hình 9: Ảnh hƣởng nhiệt độ lên hệ số nhân ống nhân quang cao áp 1500V [4] 31 Hình 10: Sơ đồ khối hệ thống điện tử hạt nhân 31 Hình 1: Sơ đồ điều khiển hệ số khuếch đại số 34 Hình 2: Sơ đồ mạch điện tử tầng khuếch đại số thiết bị [1] 35 Hình 3: Sơ đồ thí nghiệm xác định trơi phổ hệ đầu dị theo nhiệt độ 37 Hình 4: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ổn định nhiệt 38 Hình 5: Lƣu đồ thuật toán cho phần mềm điều khiển nhiệt 38 Hình 6: Đồ thị phụ thuộc kênh phổ xạ vào nhiệt độ đầu dị 40 Hình 7: Sự xê dịch phổ chƣa thực bù nhiệt 41 Hình 8: Sơ đồ thí nghiệm phụ thuộc phổ vào hệ số khuếch đại số 42 Hình 9: Sự phụ thuộc kênh phổ theo hệ số khuếch đại số 44 Hình 10: Biểu diễn đỉnh có dạng Gauss biến thiên đạo hàm bậc hai 46 Hình 11: Lƣu đồ thuật toán phần mềm ổn định phổ 48 Hình 12: Độ ổn định kênh đỉnh 137Cs theo nhiệt độ môi trƣờng 50 Hình 13: Độ ổn định đầu dị NaI có trang bị hệ thống ổn định LED phần mềm ổn định hãng Saint-Gobain (±5% dải -20 0C đến 500C) [14] 51 Hình 14: Độ ổn định đầu dị NaI có trang bị hệ thống ổn định LED phần mềm ổn định hãng Canberra (±2% dải -200C đến 500C) [17] 51 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Một số đặc tính bo mạch vi xử lý thiết bị [1][11] 16 Bảng 1: Hệ số nhiệt độ số chất kim loại [3] 33 Bảng 1: Khảo sát trôi kênh phổ xạ theo nhiệt độ đầu dò với nguồn 137Cs 40 Bảng 2: Khảo sát phụ thuộc kênh đỉnh 137 Cs vào hệ số khuếch đại số 43 Bảng 3: Bảng khảo sát đánh giá thiết bị hoạt động trời 49 MỞ ĐẦU Quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trƣờng khơng khí nhiệm vụ quan trọng quốc gia, đặc biệt nƣớc có phát triển ứng dụng lƣợng hạt nhân Khi xảy cố hạt nhân, chất phóng xạ kim loại nặng độc hại phát tán vào bầu khơng khí bám vào hạt bụi, di chuyển theo hƣớng vận động khí quyển, phát tán nơi cách xa hàng nghìn kilomet từ nơi xảy cố, rơi lắng xuống lớp khơng khí gần mặt đất, thấm vào đất, nƣớc, cối, ảnh hƣởng đến môi trƣờng sinh thái sức khoẻ ngƣời Một thiết bị hệ quan trắc cảnh báo phóng xạ mơi trƣờng thiết bị quan trắc phóng xạ bụi khí mơi trƣờng Thiết bị có chức phát hạt nhân phóng xạ lớp bụi khơng khí Tại nƣớc phát triển, thiết bị đƣợc lắp đặt hệ thống di động nhằm đáp ứng tính động, dễ dàng di chuyển tới vùng cần đánh giá, lắp đặt cố định vị trí xung quanh nhà máy điện hạt nhân, sở nghiên cứu ứng dụng lƣợng hạt nhân Tại nƣớc ta, số sở nghiên cứu hạt nhân nƣớc đƣợc trang bị thiết bị quan trắc hạt nhân phóng xạ để đo suất liều nhận biết hạt nhân phóng xạ khơng khí nhƣ Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Các thiết bị làm việc theo phƣơng pháp lấy mẫu bụi khí vị trí cần đánh giá sau đƣa mẫu phịng thí nghiệm để phân tích Phƣơng pháp giảm thiểu đƣợc tác động môi trƣờng lên hệ phân tích nhƣng lại thiếu động q trình quan trắc có cố hạt nhân xảy Gần phạm vi đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ” Ts Đặng Quang Thiệu chủ nhiệm nhà nghiên cứu chế tạo thành công thiết bị quan trắc phóng xạ bụi khí mơi trƣờng có khả lấy mẫu, phân tích hồn tồn tự động truyền số liệu trung tâm điều hành Q trình lấy mẫu phân tích đƣợc thực vị trí quan trắc, nhiên mà tác động môi trƣờng lên thiết bị tƣơng đối lớn Trong yếu tố tác động từ mơi trƣờng, nhiệt độ yếu tố có ảnh hƣởng lớn lên thiết bị, nhiệt độ gây trơi phổ hạt nhân, cần có biện pháp giảm thiểu ảnh hƣởng Nội dung luận văn vào nghiên cứu ổn định phổ cho thiết bị quan trắc phóng xạ bụi khí mơi trƣờng việc xây dựng đƣờng chuẩn liên hệ nhiệt độ môi trƣờng với kênh đỉnh phổ, kết hợp thêm phƣơng pháp ổn định phổ đỉnh K40, tăng độ xác kết đo đạc, phân tích thiết bị Nội dung luận văn gồm: Chƣơng 1: Tổng quan thiết bị quan trắc phóng xạ bụi khí mơi trƣờng Giới thiệu tổng quan thiết bị phân tích hạt nhân phóng xạ khơng khí, tình hình nghiên cứu ứng dụng ngồi nƣớc Sự trôi phổ xạ số phƣơng pháp ổn định phổ đƣợc áp dụng Chƣơng 2: Ảnh hƣởng nhiệt độ lên thiết bị quan trắc phóng xạ bụi khí mơi trƣờng Đánh giả ảnh hƣởng nhiệt độ lên thành phần thiết bị nhƣ: chất nhấp nháy, ống nhân quang, linh kiện điện tử Chƣơng 3: Ổn định phổ cho thiết bị đánh giá sau ổn định Tiến hành đánh giá độ trôi theo nhiệt độ thiết bị, xây dựng đƣờng chuẩn: kênh đỉnh theo nhiêt độ, kênh đỉnh theo hệ số khuếch đại số Kết hợp phƣơng pháp ổn định cách tìm đỉnh 40K có Cuối kết đánh giá thực nghiệm độ ổn định phổ thiết bị so sánh kết với số thiết bị khác