Luận Án Tiến Sĩ Vật Lý Nghiên Cứu Và Phát Triển Vật Liệu Lithium Aluminate (Lialo2) Để Đo Liều Photon.pdf

Luận án tiến sĩ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - NGUYỄN THỊ THU HÀ ận Lu án NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LITHIUM ALUMINATE (LiAlO2) ĐỂ ĐO LIỀU PHOTON n tiế sĩ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2023 Luận án tiến sĩ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - NGUYỄN THỊ THU HÀ Lu NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LITHIUM ận ALUMINATE (LiAlO2) ĐỂ ĐO LIỀU PHOTON án n tiế LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số: 9.44.01.06 sĩ Chuyên ngành: Người hướng dẫn khoa học: TS Trịnh Văn Giáp TS Nguyễn Trọng Thành Hà Nội - 2023 Luận án tiến sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn TS Trịnh Văn Giáp TS Nguyễn Trọng Thành Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Tác giả luận án ận Lu Nguyễn Thị Thu Hà án n tiế sĩ i Luận án tiến sĩ LỜI CẢM ƠN    Để hồn thành chương trình tiến sĩ viết luận án, tác giả nhận quan tâm, giúp đỡ tận tình tổ chức, cá nhân Lời đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn TS Trịnh Văn Giáp TS Nguyễn Trọng Thành tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu chuyên môn, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn thầy cô, cán tham gia giảng dạy công tác Trung tâm Đào tạo hạt nhân - Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam tận tình giảng dạy, giúp đỡ hỗ trợ thủ tục cần thiết cho tác giả trình học tập, nghiên cứu thực luận án ận Lu Trong trình thực luận án “Nghiên cứu phát triển vật liệu lithium aluminate (LiAlO2) để đo liều photon”, tác giả nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện tập thể ban lãnh đạo, nhà khoa học, cán Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân, Viện Khoa học vật liệu, Trung tâm Đào tạo Hạt nhân Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành giúp đỡ án n tiế Cuối tác giả muốn giành tình cảm chân thành gửi lời cảm ơn bố mẹ, người thân đặc biệt người chồng yêu quý bên cạnh động viên, hỗ trợ giúp đỡ học tập, làm việc hoàn thành luận án sĩ Luận án khơng tránh khỏi cịn nhiều khiếm khuyết, thiếu sót, tác giả mong muốn nhận ý kiến đóng góp q thầy cơ, nhà khoa học, đồng nghiệp người quan tâm, để tác giả tiếp tục hồn thiện luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thu Hà ii Luận án tiến sĩ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Tương tác xạ với vật chất 1.1.1 Sự ion hóa trực tiếp gián tiếp 1.1.2 Tương tác xạ ion hóa với vật chất 1.2 Các đại lượng, đơn vị phương pháp đo liều xạ ận Lu 1.2.1 Các đại lượng đơn vị đo liều xạ 1.2.2 Các phương pháp đo liều xạ 14 1.2.3 Phương pháp đo liều nhiệt phát quang 15 1.2.4 Các tham số động học đo liều nhiệt phát quang 23 1.2.5 Vật liệu dùng đo liều nhiệt phát quang 28 1.3 Tổng quan vật liệu LiAlO2 29 án n tiế 1.3.1 Vật liệu LiAlO2 ứng dụng đo liều xạ 29 1.3.2 Tổng quan nghiên cứu vật liệu LiAlO2 giới nước 35 1.4 Tiểu kết chương 40 sĩ Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU LiAlO2 41 2.1 Phương pháp chế tạo vật liệu LiAlO2 41 2.1.1 Dụng cụ thiết bị dùng cho chế tạo vật liệu 41 2.1.2 Phương pháp chế tạo vật liệu LiAlO2 42 2.2 Khảo sát đặc trưng cấu trúc hình thái học vật liệu LiAlO2 45 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 45 2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 46 2.3 Nghiên cứu khảo sát đặc tính đo liều vật liệu LiAlO2 48 2.3.1 Nguồn chiếu xạ 48 2.3.2 Thiết bị đo nhiệt phát quang 48 2.4 Phân tích đường cong TL LiAlO2 phương pháp giải chập 49 2.5 Tiểu kết chương 51 iii Luận án tiến sĩ Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LiAlO2 53 3.1 Kết chế tạo khảo sát đặc trưng cấu trúc vật liệu LiAlO2 53 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết giá trị pH đến cấu trúc pha mẫu chế tạo 53 3.1.2 Kết đo phổ nhiễu xạ tia X 55 3.1.3 Kết đo kính hiển vi điện tử quét 59 3.2 Kết nghiên cứu khảo sát đặc tính đo liều vật liệu γ-LiAlO2 60 ận Lu 3.2.1 Phông giới hạn phát LiAlO2 60 3.2.2 Độ đồng vật liệu LiAlO2 sau chế tạo 61 3.2.3 Độ tuyến tính 62 3.2.4 Độ nhạy tín hiệu nhiệt phát quang LiAlO2 63 3.2.5 Nghiên cứu, khảo sát khả tái sử dụng vật liệu LiAlO2 65 3.2.6 Đáp ứng liều vật liệu LiAlO2 65 3.2.7 Độ suy giảm tín hiệu TL sau chiếu xạ 68 3.3 Nghiên cứu, khảo sát đường cong TL tham số bẫy vật liệu LiAlO2 72 án tiế 3.3.1 Dạng đường cong ứng với loại xạ khác 72 3.3.2 Nghiên cứu khảo sát tín hiệu TL vật liệu LiAlO2 thay đổi tốc độ gia nhiệt 74 n 3.4 Phân tích đường cong TL LiAlO2 phương pháp giải chập 79 sĩ 3.4.1 Đường cong TL mô so sánh với đường cong thực nghiệm vật liệu LiAlO2 chế tạo phương pháp sol-gel 80 3.4.2 Đường cong TL mô so sánh với đường cong thực nghiệm vật liệu LiAlO2 chế tạo phương pháp sol-gel kết hợp với EDTA 84 3.5 Tiểu kết chương 87 Chương ÁP DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ NHẬN DẠNG, ĐÁNH GIÁ LIỀU CỦA VẬT LIỆU LiAlO2 90 4.1 Giới thiệu mạng nơron nhân tạo 90 4.1.1 Khái niệm mạng nơron nhân tạo 90 4.1.2 Phân loại mạng nơron nhân tạo 90 4.1.3 Mơ hình mạng nhiều lớp 93 4.1.4 Quá trình học mạng nơron 93 iv Luận án tiến sĩ 4.1.5 Thuật toán lan truyền ngược 95 4.2 Xây dựng cấu trúc mơ hình mạng 96 4.3 Xây dựng sở liệu dùng cho việc huấn luyện mạng 97 4.4 Quá trình huấn luyện 98 4.5 Kết áp dụng mạng nơron nhân tạo để nhận dạng, đánh giá liều vật liệu LiAlO2 100 4.5.1 Kết áp dụng ANN để nhận dạng, đánh giá liều vật liệu LiAlO2 sau 52 lần học 100 4.5.2 Kết áp dụng ANN để nhận dạng, đánh giá liều vật liệu LiAlO2 sau 109 lần học 102 4.5.3 Viết chương trình thu thập, tính tốn liệu, ứng dụng mạng nơron 105 4.6 Tiểu kết chương 109 Lu ận KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC 123 PHỤ LỤC 128 án n tiế sĩ v Luận án tiến sĩ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh ANN Artificial Neural Network Mạng nơron nhân tạo E Activation Energy Năng lượng kích hoạt EDTA Etylen Diamin Tetra Acetic Hợp chất hóa học EDTA EPR Electron Paramagnetic Resonance Cộng hưởng thuận từ điện tử FOM Figure Of Merit Hệ số làm khớp GOT General Of Trap Một bẫy tổng quát ICRP International Commission on Radiation Protection ICRU International Commission on Radiation Units and Measurements LiAlO2 Lithium aluminate Vật liệu LiAlO2 LiF Lithi fluoride Hợp chất vô LiF MLP Multilayer perceptron Mạng truyền thẳng nhiều lớp OSL Optical Stimulated Luminesence Phát quang cưỡng quang s Frequency Factor Tần số thoát SEM Scanning Electron Microscope TL Thermo-Luminescence TLD Thermo-Luminescence Detector Đầu dò nhiệt phát quang TSC Thermal Stimulated Conductivity Độ dẫn điện cưỡng nhiệt TSL Thermally Stimulated Luminescence XRD X-Ray Diffraction Ủy ban quốc tế An toàn xạ ận Lu Ủy ban quốc tế đơn vị đo lường xạ án n tiế sĩ Kính hiển vi điện tử quét Nhiệt phát quang Phát quang cưỡng nhiệt Nhiễu xạ tia X vi Luận án tiến sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Tiêu đề bảng Trang 1.1 Giá trị trọng số xạ (wR) số loại xạ ion hóa có lượng khác 12 1.2 Giá trị trọng số mô wT ICRP khuyến cáo 13 1.3 Một vài tính chất lithium aluminate 30 1.4 Đặc tính đo liều số vật liệu nhiệt phát quang 39 3.1 Cấu trúc pha vật liệu bị ảnh hưởng việc điều chỉnh giá trị pH thiêu kết nhiệt độ 600 0C 53 3.2 Cấu trúc pha vật liệu bị ảnh hưởng việc điều chỉnh giá trị pH thiêu kết nhiệt độ 800 0C 54 3.3 Cấu trúc pha vật liệu bị ảnh hưởng việc điều chỉnh giá trị pH thiêu kết nhiệt độ 900 0C 54 ận án 3.4 Lu STT Dữ liệu cấu trúc vật liệu γ- LiAlO2 sau chế tiế tạo 59 Giá trị phông giới hạn phát LiAlO2 60 3.6 Kết đánh giá độ đồng LiAlO2 62 3.7 Đánh giá độ tuyến tính đo liều LiAlO2 63 sĩ 3.8 n 3.5 Kết kiểm tra khả tái sử dụng vật liệu LiAlO2 chế tạo phương pháp sol-gel kết hợp với EDTA sau chiếu xạ gamma 4mGy 65 3.9 Suy giảm tín hiệu TL số vật liệu khác sử dụng đo liều xạ vật liệu chế tạo 71 3.10 Dịch chuyển đỉnh phổ TL LiAlO2 theo tốc độ gia nhiệt 74 3.11 Các tham số bẫy xác định phương pháp dạng đỉnh LiAlO2 chiếu xạ gamma 0,3 Gy với tốc độ gia nhiệt 0C/s 77 vii Luận án tiến sĩ Các tham số bẫy xác định phương pháp dạng đỉnh LiAlO2 chiếu xạ beta 30 phút với tốc độ gia nhiệt 10 C/s 77 3.13 Các tham số động học tính phương pháp vị trí đỉnh LiAlO2 chiếu xạ chiếu xạ gamma 0,3 Gy với tốc độ gia nhiệt 0C/s 78 3.14 Các tham số động học tính phương pháp vị trí đỉnh LiAlO2 chiếu xạ beta với tốc độ gia nhiệt 10 0C/s 78 3.15 Các tham số bẫy LiAlO2 chế tạo sol-gel chiếu xạ gamma 0,3 Gy 81 3.16 Các tham số bẫy LiAlO2 chế tạo sol-gel với EDTA chiếu xạ gamma 0,3 Gy 85 4.1 Bảng tóm tắt kết tính tốn mạng nơron sau 52 lần học 101 4.2 Bảng tóm tắt kết tính tốn mạng nơron sau 109 lần học 104 P2.1 Bảng kết tính tốn mạng nơron sau 52 lần học P2.2 Bảng kết tính tốn mạng nơron sau 109 lần học ận Lu 3.12 án n tiế sĩ viii 128 131