TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ
LUẬN VĂN THẠC SĨ
an toàn b x trong b ứ c ạ ệ nh vi n ệ
NGUYỄN ĐỨ C TUY N Ế
ductuyenbg@gmail.com Ngành K thu t Y sinh ỹ ậ
Giảng viên hướ ng d n: t Hùng ẫ Viện:
Trang 3C NG HÒA XÃ H I CH T NAM
Độ ậ – ự c l p T do H nh phúc – ạ
B N XÁC NH N CH NH S A LU Ả Ậ Ỉ Ử ẬN VĂN THẠC SĨ
H và tên tác gi ọ ả luận văn: Nguyc Tuy n
Đề tài lu ận văn: Thi t k và phát tri n mô- n tia phóng x ph c
v công tác giám sát an toàn bc x trong b nh vi n
Chuyên ngành:K t hut y sinh
Tác ging d n khoa h c và H ng ch m lu n tác gi a ch a, b sung lu n h p H ng ngày 25 tháng 7
Trang 5ĐỀ TÀI LU ẬN VĂN
ng d n
Ký và ghi rõ h tên
Trang 7L I C Ờ ẢM ƠN
Trong quá trình h c t p t i h c Bách Khoa Hà N c Quý th cô trang b cho tôi nh ng ki n thy ng thành trong h c t p và nghiên c u khoa h c Tôi xin g i l i bi n t t c Quý y th
cn tình gi ng d y tôi trong su t thi gian hc tng
V i lòng kính tr ng và bi c, tôi xin bày t lòng c
tt Hùng gi ng viên B môn Công ngh i n t và K thut Y Sinh, li th u th ng d n, t n tình ch b nh
ng cho tôi trong su t quá trình nghiên c u và hoàn thành Lu
Trong quá trình nghiên c u hoàn thành Lu c s ng viên, chia s c em, b ng nghi p, nh i
ph n m m h ng Các gi i ph i thi t k chính là phát tri n các mô- th n khai ch y th c các tham s a h th ng
H C VIÊN
Ký và ghi rõ h tên
Trang 9M C L C Ụ Ụ
DANH MỤ C HÌNH V i Ẽ DANH M C B Ụ Ả NG BI U iii Ể
DANH M C T VI Ụ Ừ ẾT TẮT iv
M Ở ĐẦ U 1
CHƯƠNG 1 TỔ NG QUAN 4
1.1 ng d ng c a bc x ion hóa trong y t 4
1.2 Thc trng công tác giám sát an toàn bc x trong b nh vi n 4
1.2.1 Các nguyên tc b an toàn trong bo v nh vi n 4
1.2.2 Kim soát và chôn c t các ch t thi phóng x 6
1.2.3 Mt s thit b c x trong b nh vi n 7
1.3 t an toàn bc x 8
1.3.1 c v c x b y t 8
1.3.2 Kho sát các h ng giám sát phóng x hi n có 10th 1.3.3 Nhng vcòn t n t i 14
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TH C HI N Đ Ự Ệ Ề TÀI 15
2.1 Lý thuyn v phóng x 15
2.2 Các công ngh 15
2.2.1 Công ngh s d ng m Geiger Muller 15
2.2.2 Công ngh s d u dò 17
2.3 Lý thuyt v m Geiger Muller 19
2.3.1 Khái nim 19
2.3.2 Phân lo i 20
2.3.3 Nguyên lý ho ng 21
2.4 b ng m GM 23
CHƯƠNG 3 THIẾ T K H TH NG 24 Ế Ệ Ố 3.1 Kin trúc t ng quát c a h ng 24 th 3.2 khi ph 24
3.3 khi phn m ch x 25 lý 3.4 khi thut toán tính toán 26
3.5 khi h th ng 28
3.6 Khi ngun 28
Trang 103.6.1 Khi ngun cao áp 28
3.6.2 Khi ngun nuôi m ch x 29 lý 3.7 Kh i m ch ti n khu i, khui và x lý tín hiu 29
3.8 Kh i m m xung 30
3.9 M ch truy n thông 32
3.10 Phân tích và la chn công c l p trình 34
3.10.1 Nhim v c a phn mu khi n 34
3.10.2 La chn ngôn ng l p trình và m ng phát tri n 35
3.11 Thit k thut toán 35
3.11.1 Thuu khi n giao ti p v u dò phóng x 35
3.11.2 Thuu khi n giao ti p v i m ch thu nh n LoRa 37
3.11.3 Thuu khi n giao ti p v i m ch ngu n 38
3.11.4 Thuu khi n v i màn hình c m ng 40
3.12 Xây d ng ph n m u khi n m ch trung tâm 44
3.12.1 Hàm bkRDMBlockReady (callback) 44
3.12.2 Hàm bkRDMCloseUnit 45
3.12.3 Hàm bkRDMGetValues 45
3.12.4 Hàm bkRDMOpenUnit 46
3.12.5 Hàm bkRDMRunBlock 47
3.12.6 Hàm bkLoRaRunStreaming 48
3.12.7 Trin khai các mô-n mu khi n 48
CHƯƠNG 4 KẾ T QU VÀ K T LU N 55 Ả Ế Ậ 4.1 Kt qu 55
4.1.1 S n ph m thi t k 55
4.1.2 Chy th m n 56
4.2 Kt lun và ki n ngh 58
4.2.1 Kt lun chung 58
4.2.2 ng phát tri n c 58tài 4.2.3 Kin ngh xu t 59
TÀI LIỆ U THAM KH O 60 Ả
Trang 11i
DANH M C HÌNH V Ụ Ẽ
ng ki m x RPD [30] 11
ng [30] 11
c x cá nhân [31] 12
c m tay SYCLONE [31] 13
c x ba lô [31] 13
ghép n i m GM 16
n 17
ng c a PIN photodiode 18
ng c a APD photodiode 18
m Geiger-Muller 19
ng c a ng GM 21
ng c n áp ho ng t i ng GM 22
24
u ta ph d ng m GM 25
kh i cách c p ngu n và l y tín hi u ra 25
kh i thi t b quan tr c liên t c b c x gamma 26
3.5 Thum xung 27
kh i c t li u gamma b ng detector GM 28
thi t k m ch cao áp cho detector GM 28
thi t k kh i ngu n 29
thi t k m ch ti n khu i và x lý tín hi u 30
u khi n ATmega128 31
kh i ghi nh n tín hi u phóng x u khi 32
thuu khi n ho t li u gamma 33
thi t k kh i truy n tín hi u t kh i x lý trung tâm 33 kh i c a thi t b phát hi n phóng x 34
chn m m c a thi t b phát hi n phóng x 35
t toán ph n m m thu nh n d li u t u dò phóng x 37
t toán ph n m m giao ti p mô- 38
t toán ph n m m giao ti p m ch ngu n pin 39
thu t toán mô- u khi n màn hình c m ng 41
thu t toán mô- u khi n màn c m ng 43
thu t toán mô- u khin 44
-nh 55
-p detector GM và m ch x 55 lý
Trang 13iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bm ca hàm bkRDMBlockReady (callback) 45
Bm ca hàm bkRDMCloseUnit 45
Bm ca hàm bkRDMGetValues 46
Bm ca hàm bkRDMOpenUnit 46
Bm ca hàm bkRDMRunBlock 47
Bm ca hàm bkLoRaRunStreaming 48
Trang 14iv
ADC Analog to Digital Converter B chuy - s AES Advanced Encryption Standard Tiêu chun mã hoá AES
API Application Programming Interface Giao di n l p trình ng d ng CPU Central Processing Unit B x rung tâm lý t
DMA Direct Memory Access Truy c p b nh c ti p tr FDMA Frequency Division Multiple Access p phân chia t n s
IC Intergrated Circuit Vi m ch tích h p
LPWAN Low-Powered Wide Area Network M ng di n r ng công suthp t IDE Intergrated Development Enviroment ng phát tri n
IMEI International Mobile Equipment Identity S nh n d ng thi t b toàn cu ng
MCU Microcontroller Unit u khi n trung tâm
NVIC Nested Vectored Interrupt Controller B u khi n ng t
RDS Radiation Dose Sensor C m bi u phóng x UART Universal Asynchronous Receiver / Transmitter Chud lin giao ti p truy n nh n ng b PWM Pulse-Width Modulation u ch r ng xung
GPIO General-Purpose Input/Output C ng vào/ra v
Trang 15qu t t l ít nh t m t thi t b x và m t thi t b x hình trên m t tri u dân tr
S u th ng kê c a B li Khoa h c và Công ngh (KH và CN) cho th n ht
ti n hành công vi c b c x , chi m kho ng 54% t ng s s d ng b c x c a t t c các ngành trong c c
t t l khá cao nên vi c ng d ng b c x và ki m soát an toàn b c x
Tuy v y, th c t ki m tra t i m t s d ng nhi u thi t b X- quang ch cho th y, v n còn m t s c hiy
nh v an toàn b c x M t s s d ng thi t b X-quang ch n
không có gi y phép ti n hành công vi c b c x , không t ch c
u chi u x cá nhân cho nhân viên b c x ít nh t ba tháng m t l n t i
có ch [1]
c nh ng b t c p hi n nay, ngoài vi c c n ti p t ng công tác thanh tra, ki i v chc hi n t t công tác qu n lý, b m an toàn thi t b b c x y m nh tuyên truy n cho cán b ph trách an toàn b c x thì vi c xây d ng h thng v b c x t t i b nh vi khám ch a b nh là vô cùng b c thi k p th ch n ng c a ô nhi m b c x trong không gian b nh vi n
Trang 16 L a ch ng quan cho h T
u, thi t k và ch t o - mô n tia phóng x ph c v công tác giám sát an toàn b c x trong b nh vi n Thi t b không ch có chnh báo t i ch mà còn h tr các ch c cán b ph trách an toàn bc x trong vi c giám sát t xa và th i gian th c
Ý nghĩa khoa họ c và th c ti n c ự ễ ủa đề tài
Da trên kt qu phát hi n phóng x hi n có trên th gi i và ph c c a b n thân, k t h p v i k t qu
kh o sát th c t , ki n trúc và ch t b ki m tra phóng x và phát hi n phóng x ngoài ki xu t phù h p v u ki n th c t Thi t b ki m tra phóng x c nh luôn t trong tr ng thái ho ng,
nó phát hi n và ra c nh báo có ngu n phóng x o ra su t li u trong không khí ho c s ng b c x n n Các thành ph n c a h ng c th n tha mãn các y u t sau:
Thi t b ki m tra phóng x c c l t t i b nh vi n phù h p v i
t ng v trí
S d ng h ng th nhy cao nh m phát hi n ngu n phóng x
Các m GM phm b o ho ng liên t c trong th i gian dài, t
m
Có h th ng c nh b o t i ch b
Có h ng ph n m m chuyên d ng cho các thi t b ki m tra phóng x th ;
k t n u khi n toàn b h thng; giám sát, c nh báo và quy trình nghi p v x lý tình hung
Phương pháp nghiên cứ u
n: S d , h i quy tuy n
gi m sai s c a h th ng do các y u t ng bên ngoài và nghiên c u các tài li u k thut, công ngh tài
Trang 184
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Ứ ng dụng củ ức xạ ion hóa trong ế a b y t
B c x ion hoá là m t công c m c ng d ng nhi u trong y t , các lo i
b c x này (h t và tia ) v n tr giúp ch bi n
nh t là ch p X - quang ch u tr b c bit
là n mc không th ki c bi t nh y c m v i phóng x nên m t s
i l n các b nh có th u tr b ng b c x u tr
ng nh t là b ng ti t các ngu n phóng x
Ra, 60 Co, 137 Cs, cc s d ng Các ngu n phóng x
i nh còn có th c c y b ng ph u thu t vào vùng c u tr Các ngu n phóng x Sr / 90 Y chi u x da ho c m t Các thi t b c Cyclotron, máy gia t c Van de Graaff và máy gia t c tuy c s d t o ra n t ho c neutron phc v cho công tác kh o c u ho c ch a tr
Các ngu n phóng x h c s d chu tr b nh Vic truy n m t dung d ch phóng x qua mi ng ho c qua m ch máu
s d n s tích t ng ho phóng x vào các b ph n khác nhau c a
Tu ng v phóng x c th c s d ng và d ng ch th mà ho phóng x phân b ho c t p trung trong m t s nh Trong các ng d u tr , m c tiêu là phát m t li c vào mng th i ph i gi n mc thp nh t li u gây ra trên ph n còn l i c Các phép chhành vi cng v phóng x b t phóng x b bài ti t ho c x b Ví d ,
có th ki m tra ch a tuy n giáp b ng cách cho b nh nhân u ng dung dch 131 I h p th Iode vào tuyn giáp
1.2 Thực trạ ng công tác giám sát an toàn b ứ c xạ trong b ệ nh việ n
1.2.1 Các nguyên tắ ả ệ c b o v an toàn trong b nh vi n ệ ệ
Các nguyên tc b an toàn bc x o v n trong Y t bao g m:
Vi u tr b nh b ng b c x ch c ti
li li ích lkhác
T i m , viu tr b ng b c x ph c ti n hành trong các khoa bc x hoc trong các bung bc bit
Trang 19Vi c t ch c và ch u trách nhi m b o v an toàn b c x y t
i theo m i qu c gia T i Vi t Nam, m i ng d ng b c x trong y t ph i
nh c a Pháp l nh B o v an toàn b c x
Trách nhi m cao nh t v b m an toàn b c x trong m t b nh vi n thu c v
o b nh vi n Th m quy n c c th c hi n thông qua
mt U ban an toàn bc x và cán b ph trách an toàn b c x a b c nh vi n
B o v i v i các ngu n b c x kín,
B o v i v i các ch t phóng x h
V n, s khác bi t gi a các ngu n kín và các ngu n h là không có v n
nhi m b n phóng x i v i các ngu n kín (tr khi x y ra tai n n)
1.2.1.1
An toàn b c x trong Xquang ch p c t l p vi tính (CT-
scanning)
Liu trên các bác s i ch p X- c gin m c th p nh t
b ng cách thi t k phòng ch p t m b o an toàn, t t b hi t
trong m t bu c che ch n và ch trong nh ng hoàn c c bi t, bác s
m ph i vào phòng trong khi quét ch p i
An toàn b c x trong x tr
Tr m t vài k thu tr t x b ng th p (100 kVp), m i công
vi c x ph tr c ti n hành trong m t phòng có che ch n và l p các khoá liên
ng có tác dn tia n u c a phòng m ra Phòng x tr còn c n có
m t c a s c che ch quan sát bn liên l c v i
bu tr K thu trt x còn ph i tuân theo các quy nh
c bi tránh tai n n chi u x quá li u cho b nh nhân, bao g m vi c tuân th
nghiêm ng t các quy trình v c phê chun, thi t t ng thi
gian chin thi t b
M t k thu trt x có hi u qu khác, g i là k thu t x tr áp sát, s d ng các
ngun phóng x kín và nh áp tr c ti p trên b m , hot trong các h c,
ho c c y b ng ph u thu tu theo t ng v trí c a mô b b nh Nh ng
Trang 206
loi ngu n thông d ng nh t là 192Irvà 137Cs Nhân viên s d ng các ngu n này
c b o v b ng cách dùng các k p và công c thích h p, nh y bén áp d ng các
nguyên t c b o v an toàn b ng y u t i gian, kho th ng cách và che ch n Các
ngun phng xuyên ki m tra xem có b ph i có
các bng d n trong tình tr ng kh n c p, ling c c n thth c
hin khi ngun b m t ho c b phá hu
M t b n x áp sát có th gây nguy hi m chi u x tr
cho nh i b t
ký hi u ch phóng x thích h p Các b c s p x p vào m t phòng
nh ng bi giám sát v an toàn b c x , sau khi ki m
x b nh nhân, s ng d n các y tá v m nh h n ch th
b nh nhân Trong m t s ng h p, b nh nhân mang ngu n có th c phép
xu t vi n Tuy nhiên, quy ng h p c th
cao vào các phòng thí nghi m khác nhau, vì các xét nghi m ch c
thp có th b h ng do x y ra s nhi m b n chéo t các thi t b có ho cao
x tr
1.2.2 Kiể m soát và chôn c t các ch t th i phóng x ấ ấ ả ạ
M t b nh vi n l ng có nhi u ngu n phóng x , c ngu n kín và ngu n
h , vì v y c n ph i có m t khu v c kho ch a ngu c bit t khó có
th x y ra ho ho n ho c l t l i Vi và chính xác các h v
trí c a t ng ngu ng xuyên ki m kê các ngu n là có vai trò r t quan
trng C n ti n hành ki m tra s rò r c a t t c các ngu n kín ít nh t m
m t l n và b t k m t ngu n nào b u ph i ng ng s d ng ngay l p t c Các
ngu n không n m trong kho ch a ngu n chính thì ph c c t gi và v n
chuy n ch trong các container Các container này có c u trúc t o thành m t l p
che ch t cht phóng x không b ng
h p b i Các container phu rõ ràng b ng ký hi u phóng x
Trang 217
chun Ph i có b ng d n nêu chi ti ng c n th c hi n trong
ng h p ngu n b m t ho c b v nh cn pháp quy, các b nh vi ng ph c s d ng các ch t phóng x b c x và xin
c thu và th i các ch t th i phóng x Chính sách chung v vi c th i ch t th i phóng x c a b nh vi n là s d c th i truy n th ng
và thành ph n c a m i ch t th ng chúng d a trên s
hi u bi t v ng v phóng x c s d ng
1.2.3 M ộ t số ết bị để đo bức xạ thi trong b nh vi n ệ ệ
trên r ng m ng ch t phóng x nh , dù không gây nguy
hi m khi chi u x ngoài, v n có th r t nguy hi m khi chi u x u
u gây b i m ng b n x gây nguy hi m do chi u x
ng thu m c li u gây nguy hi m do chi u x t
c yêu c u v nh y cao, các thi t b ng dùng các detector t có h thng khui (ví d , các m nh p nháy và ng Geiger - ng
b n x c ch th i d ng sum (s m trong m t giây ho c trong m t phút), và thi t b o ph c hi u chu n thích h c khi tính toán mnhi m b n (ví d , )
m b n ng s d ng m t m Geiger - Muller (GM)
t trong mc h thích h t c a kéo và
c m u nghi ng có nhi m b n ng th p thì ph i s
d ng ng GM có c a s m ng, ngoài ra, m t lo khác s d ng photpho d o Nh ng ch c dùng cùng v t o thành mu
o phép ki ng th i c và M t
c dùng cùng v i m t m phân bi t các xung c a b c x v i xung
c a i vi b ng c x u này làm cho vi m b n tr c ti p tr ng vùng có phông
Trang 228
b c x cao Trong hoàn c p phc s
d ng
Có th nh n th y r u quan trm b o an toàn b c x trong
b nh viên là c p nh t ki n th c v s nguy hi m c a b c x và nâng cao ý th c phòng tránh ng c a phóng x i v i các nhân viên y t nh nhân Các nhân viên có th b chi u x trong quá trình làm vi c c ng
dn v b n ch t c a các m i nguy h i do chi u x và các bi phòng c n th c hi u này k t h p v i các thi t b phát hi ng phóng x trong y t s m b m phóng x m c t i thi u t i các b nh vi n
1.3 C ác nguy cơ mấ t an toàn b c x ứ ạ
1.3.1 Sơ lƣợ c ề ức xạ trong các cơ sở ế v b y t
Trang 239
13/2014/TTLT-BKHCN-
quan
nh v an toàn b c x c S KH và CN Hà N i Ph m Trung Chính cho bi t, t i TP Hà N i, m t s s d ng thi t b X-quang ch n
không có gi y phép ti n hành công vi c b c x , không t ch c
u chi u x nhân cho nhân viên b cá c x ít nh t 3 tháng 1 l n t
s có ch c khám s c kh nh k cho nhân viên b c x y t c
ng d n t 19/2011/TT-
t hi u l ng d n m i, gây khó kh n khai
M t s khám, ch a b nh l t thi t b X-quang trong phòng không b o
m v nh t 13/2014/TTLT-KHCN-BYT Thí d , t i t nh Qu t thi t b X-quang ch
t c; t i TP H Chí Minh, Hà N ng
Trang 2410
V i nh ng h p này, các S KH và CN t ch i c p gi y phép tin hành công vi c b c x c t m t s k t qu m x ng
i v c hi n t t công tác qu n lý, b m an toàn thi t b b c
xy m nh tuyên truy n cho cán b ph trách an toàn b c x V lâu dài, c n
b y t s d ng thi t b b c x cán b
b n, chính quy, tr thành nh ng cán b v t lý y h , nh m ti n hành các k thu t ch u tr
1.3.2 Khả o sát các h thống giám sát phóng x n có ệ ạ hiệ
Các thi t b b trên th gi c li t kê có th nh các
ng v phóng x b ng cách phân tích ph phát x tia gamma là nghiên cng v ph ng c các ngu n tia gamma a trong phòng thí nghi m h c ng d ng trong thc tin
Các thit b trên th gi i bao g m:
hi n và trong m t s ng h nh y c i v i v t li u h t nhân cao
s phát hi n thêm b c x neutron ng d c phát tri sàng ln t c m b o s phòng thí nghi c s d ng trong các ngành công nghi p thép trong vi dò và phát hi n ô nhi m phóng x trong kim
lo i ph li u RPM có th n v n chuy n l n xe
ti, tàu bi t t i các c a khu ho c c ng xu t nh nh p c(các cng container hàng h i)
Trang 25 Giám sát c ng thông tin b c x ,
Giám sát c ng thông tin v n t i hàng không,
Giám sát c ng thông tin b c x a trên c d n c u,
Giám sát c ng thông tin hành lý không khí,
Giám sát c ng thông tin b c x ng s t
Ngoài ra, h ng hình nh X quang s d ng tia X ho th chp
Trang 26c nh g n c a PRD khi n nó tr ng cho các v trí ki m tra
nh h c C c H i quan và Biên phòng Hoa K và nhân viên
ca Cnh sát bi n Hoa K s d ng r ng rãi
1.0.3 Máy dò b c x cá nhân [31]
1.3.2.5
Thi t b nh n d ng v phóng x c m tay (Radioisotope Identification
Devices hay RIID) là h th c thi t k tìm ki m, phát hi n và
nh các ngu n v t li u phóng x ng là m t thi t b c m tay nh ,
d s d ng và tri c thi t k nh thành phng v c a các
ngu n phóng x RIID là các thi t b m, có th phát hi n các
d ng b c x khác nhau và thc hin nhi u ch
Thi t b ng s d ng b nh
Iodide cùng v i dãy b m 3He phát hi c g n trong
Trang 271.0.5 Máy dò b c x ba lô [31]
Trang 28 y t s d ng ngu u có các thi t b ng, ki m soát phóng x u h t các thi t b u nh p kh u, v i giá thành r t cao nên
m t s y t u ki mua s m, l t t i nhi
c n có m t thi t b ng phóng x c hi th ch
c n c a b y t mà giá thành l i phù h toàn b y t có th l t
d dàng
Trang 2915
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TH C HI Ự ỆN ĐỀ TÀI
2.1 Lý thuyết cơ bả ề n v phóng x ạ
Phóng x là hi ng m t s h t nh n nguyên t không b n t bi i và phát ra các b c x h c g i là các tia phóng x ) Các nguyên t
có tính phóng x g i là các ng v phóng x , còn các nguyên t không phóng x
g i là các ng v b n Các nguyên t hóa h c g ch ng v phóng x
ng v b n) g i là nguyên t phóng x Các tia phóng x có t t nhiên có th b n b ch i các tng khí quy n c t
Tia phóng x có th là chùm các h t mang h t anpha, ht proton; mang n âm chùm electron (phóng x beta n
h , tia gamma (có b n ch t gi ánh sáng mang
ng l n) S t bi n y c a h t nhân nguyên t c g i là
s phân rã phóng x hay phân rã h t nhân
Ô nhi m phóng x chính là s b c x t i các hot
ng cng ci Ô nhi m phóng x là vi c ch t phóng x n m trên các b m t, ho c trong ch t r n, ch t l ng ho c ch t khí (k c i),
hi n di n c a chúng là ngoài ý mu n Các ho n cht phóng x v t li u phóng x và x lý ch t th i phóng
x ; s d ng các ph n ng phóng x t ng là nh ng ho ng gây
ô nhi m b ng phóng x
M t an toàn ngu n phóng x ng h u qu nghiêm tr ng
t i s c kh ng s ng Vì v ki m soát ngu n phóng x và phát hi n các ngu n phóng x không mong mu n, vi c xây d ng các
h ng phát hith là vô cùng c n thi t
2.2.1 Công ngh s d ệ ử ụ ng ố ng đ ế m Geiger Muller –
m Geiger - m Geiger), hay
n là m GM) là m t trong các lo c x c nh t còn t n t i,
c gi i thi u b n, giá thành th p và d dàng ho ng c c p t
c s d n ngày nay
Cùng v i bu ng ion hóa và m t l , m GM là loa khí d a trên hi ng ion hóa Gi ng v i m t l , chúng s d ng hi n
n tích c a các c c hình thành d c theo qu o c a b c x t cách th c v n là khác Trong m t l , m n t u t o ra m n
c l p v i t t c c n t khác cùng
Trang 3016
c sinh ra t s ki u Do t t c ng nh t nên
c thu h i v n t l v i s n t u
Trong c a msinh ra lu ki n thích h p, s có m t tình hu ng x y ra trong
t nó kh i phát m hai t i m t v trí khác trong ng m t giá tr ng t i h n, m t o ra, m t cách trung bình, ít nh t thêm m a, và dn ph n ng chu i dây chuy n
t phát các giá tr ng l nên phân k r t nhanh và
v nguyên t c, có th sinh ra s ng th i gian
r t ng n Tuy n l n nht
nh, các hi u a t t c b u có hi u l c và cui cùng s n ph n ng dây chuy m gi i h t
c sau g t s c t o ra nên t t c n t ng
b t k s c u kh i phát quá trình là bao nhiêu Do v y không th s d ng m Geiger trong ph k b c x vì t t
c thông tin v ng mà bc x truy n cho u b m t
Mn hình ca m Geiger là k t qu c a m n tích thu h i c c l n, kho ng 10 9 - 1010 c p ion (trong m n Geiger, s t t 106 - 108 l c t o ra trong quá trình phóng
n l n c hàng ch c vôn) Tín hi u m c cao này làm cho các thi t b n t
ng không c n b ph n ti n khu i Do b n thân các m
i r nên b ng là s l a ch u tiên khi cn h
T h p song song c n dung ca ng và mn có liên quan
nh h ng s th i gian c a m ch thu h n tích H ng s th i gian này
Trang 3117
c ch n c cho ch các thành ph
cc b o toàn
2.2.2 Công ngh s d ệ ử ụ ng đ ầ u dò
u dò s d ng tinh th nh p nháy và i n ho c photodiode
ho ng da trên hai hing là phát x n
a) Tinh th nh p nháy
M t s tinh th p các b c x ng thì electron trong tinh th kích thích và chuy n lên tr ng thái có m trong tinh th s di n ra hi ng phát x : electron chuy n t ng thái có m tr c
ng cao v tr n ho c tr ng thái có m c n ng th p,
ng th i phát ra photon ánh sáng n m trong vùng kh ki n Chính vì v y các tinh th c gi là tinh th nh p nháy
c t o ra t tinh th nh p nháy s c ghi nh n và khui bi n ho c photodiode
Mt s tinh th nh c s d ng là NaI(Tl) và CsI(Tl)
b) n
n (còn g n) là m t ng chân không, ho ng d a trên hi n
C c âm c a n g i là photocathode, có nhi m v thu nh n các photon ánh sáng Các electron trong photocathode h p th ng t photon trong ánh sáng, t chuy n sang tr ng thái kích thích và các electron s thoát ra kh i nguyên t n c c gi a c c âm và c i
t trong ng c b trí và phân áp thích h các electron phát x di chuy n v ng c i l p vào dynode, electron s làm b t ra thêm các electron m i, hay các electron th c p
v i m t h s c vào v t li u ph ng c a electron Dãy dynode thc hi n khu i nhi u l n và k t thúc anode, t o ra
my n xung ánh sáng thu
Trang 322.3 Nguyên lý ho ng c a PIN photodiode
PIN photodiode (còn g i là diode thu quang PIN) có c u trúc g m m t l p bán d n p, m t l p bán d n n và m t l p bán d n thu n ho c bán d n pha t p ít i
n m gi a hai l p p và n L u so v i hai l diode thu quang ho c cc cho nó Do lc
g i là vùng trôi) có kháng cao nên ph n l tr ng s t vào l p i Khi
m ng l c b ng vùng c m c a v t liu bán d ch t o photodiode t i, photon này s b h p th và kích thích mn t t vùng hóa tr chuy n lên vùng d n Quá trình này s hình thành các c n t - l ng t do Trong photodiode PIN, do ltr dày
lu so v i l p p và n nên các c n t - l ng này ch y tr c
t o ra trong l ng cng l n bên trong l n t ,
l ng s nhanh chóng trôi ra m ch ngoài và ttr n
APD photodiode:
2.4 Nguyên lý ho ng c a APD photodiode
Trang 3319
So v i c u trúc c a PIN, APD có thêm l c c u t o t v t li u lo i p có
n tr su t cao L n t - l tr ng th c c t o ra trong vùng này nh hi ng ion hóa do va ch m L p i trong APD vp th
Ho ng c a APD p p+ r t m ng H toàn b h p th u x y ra trong mi n nghèo (mi n i), mi n này là bán
d n thu n ho c bán d n pha t p nh n
ng trong mi n nghèo c a APD u khi n các l tr n t chuy n
ng vng cng phân cc, các
l ng trong l tr ng t i l n t ng t i l p n+ T i mi n tr su t c a l p này cao nên hình thành mng
l n t i ti p giáp p- n này, gng l n t - l trng s p m nh vào các nguyên t c a bán d n và t o ra các
c n t - l ng th c p thông qua quá trình ion hóa do va chtr m Các ht ti
n th c p qua mi ng l n l ng
t o ra các c n t - l tr ng m u còn g i là hi u chính là nh y c x y ra hing ion hóa do va chn
ng trong vùng nhân ph i g n v i m i v i photodiode
Trang 3420
B m Geiger ( ng Geiger-Muller) là m t thi t b c s d phát hin
ng t t c các lo i b c x : b c x alpha, beta và gamma V n nó bao g m m t c n cc bao quanh b i m t ch n c c có
c s d ng là Helium ho c Argon Khi
b c x ng nó có th làm ion hóa khí Các ion (và electron) b hút vào các
m t s phân t khí trong ng T các nguyên t b ion hóa này, m t electron b loi ra kh i nguyên t và nguyên t còn l n áp cao trong ng t o ra m ng bên trong ng Các electron b lo i ra kh i nguyên t b n c n
cu này t o ra m t xung dòng trong các dây k t n n c c, và
n tr nên trung hòa và b
m Geiger s n sàng ghi l i m m Geiger t ph c h i nhanh chóng v tru sau khi b c x t chc thêm vào s d i ta phn áp phù h p trên
i n c c N n áp quá thng trong ng quá y u s gây ra xung
hi n t i N n áp quá cao, ng s trn liên t c, và
ng
2.3.2 Phân lo i ạ
Da trên c a u t o c ng GM có th chia ng thành hai lo
m ch a khí h ng có v làm b ng thu tinh, hình chuông,
ng kính kho ng 20mm Chính gi a là c ng s i Vonfram r t
m nh v ng kính kho ng 0.1mm C c âm là m ng cu n trong lòng
ng thu tinh, n i v i m t s ng là m t l p mica m ng
các h t beta y u có th bay vào Trong c hút h t không khí, n p vào khí hu etylic, benzen, isopentane, vv) v i áp su t kho ng 1mmHg
ng là argon) v i áp su t kho ng 9mmHg
Trang 35Gia hai b n c c c a t m t hi n th cao t o nên m t
ng r t l n gi a chúng Khi các b c x h t nhân (alpha, beta, các h t
nt khí trong ng s b ion hoá d c theo qu o c a h t, t o
ng trong ng, các electron s chuyng v c
l i t n gi a hai b n c ng n s
hong ca ng GM C tht vào hai c c c a ng,
n áp khác nhau hing x y ra khác nhau:
ng y o ra trong quá trình ion hóa va ch m v i các phân t khí trong ng GM, chúng s tái h p
l i v i nhau gây suy gi m tín hi c r t
ng này g i là khu n t o ra gn tính v i
Trang 3622
s i c t vào ng GM thì quá trình ion hóa th c p càng di n ra m nh T i m n áp nhnh g i là vùng t l gi i h n, m n di n ra ch m l n áp
do di n tích ng GM h u h n, quá trình khu i khí b c n tr
Vùng IV (vùng Geiger): m làm vic vùng này g i là m Geiger - c lúc này không ph thuc vào quá trình ion hoá mà ph thu n th t vào m
m c a nh y cao (ph n h i v i nhi u lo i b c x ), tín
hiu ra l n và chi phí ch t o m n th khác Tuy nhiên, i gian chkho ng th i gian m không th phát
hi n b c x ) i l n Nguyên nhân cng cao làm quá trình ion hoá th c p di n ra m t khi
lng, r t nhanh t làm gi ng gi a hai c c c a khu i khí
Trang 37g p 2 l n ho c 3 l n ho c l i m c tiêu phát hi n phóng x l tr i
n b c x lân c n g n thi
h ng ch th th su t li u mà ch c n h m ch s th ng: Khi không có ngu n thì t m là A v i A là ch th ng b c x Khi có ngu n phóng x thì s m là B và n u ngu m B phi l0 = A + 5 0
Vic thi t k n nói trên xu t phát t th c t m t ng
c v c t bu ng ion hóa, không mang
m i liên h n nào v i su t li u chi i v i mng nào
a tia gamma, t m hi n nhiên tuy n tính v
ng d ng có kh u m ng khác nhau và bit li u chi u có th c chu n chính xác m t
ng tia gamma c c áp d ng
ng khác c a tia gamma thì s thay
i c a hi u su ng c n ph c xem xét Mng,
ng cong hi u su t c ng phù h p chính xác v th c a liu ching N u s phù h
GM có th c ng d ng cho t t c các m ng vì t m quan trng c a m ng t có th i hi u su t ghi c a chính
b l c ng cong t i m i m
a h s hi u ch nh và ph c áp d ng vào các s