Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Nghiên cứu phương pháp xách định hệ số suy giảm tuyến tính của vật liệu mẫu môi trường

Hệ số suy giảm tuyến tính giúp xác định hệ số tự hấp thụ của vật chất từ đó xác định chính xác được hoạt độ đồng vị phóng xạ có trong mẫu đo.. Phươngpháp này của tác giả được cải thiện đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA VAT LÝ

VU DIEU HONG HAO

KHOA LUAN TOT NGHIEP

Thanh phố Hỗ Chí Minh - Năm 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA VAT LÝ

® gp

TR HỒ CHI MINH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHAP XÁC ĐỊNH

Sinh viên thực hiện: Vũ Diệu Hồng Hao Cán bộ hướng dẫn 1: ThS Lê Quang Vương

Cán bộ hướng dẫn 2: ThS Lê Hữu Lợi

Chuyên ngành: Vật lý học

Thành phố Hỗ Chí Minh - Năm 2023

BỘ GIÁO ĐỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA VAT LÝ

KHOA LUAN TOT NGHIEP

NGHIEN CUU PHUONG PHAP XAC DINH

HE SO SUY GIAM TUYEN TINH

CUA VAT LIEU MAU MOI TRUONG

Chuyén nganh: Vat ly hoc

Sinh viên thực hiện: Vũ Điệu Hồng Hao

Mã số sinh viên: 44.01.105.029

Chủ tịch hội đồng Cán bộ hướng dẫn 1 Cán bộ hướng dẫn 2

(Kí và ghi rõ họ tên) (Kí và ghi rõ họ tên) (Kí và ghi rõ họ tên)

Thành phố Hỗ Chí Minh — Năm 2023

NHAN XÉT CUA CAN BO HUONG DAN

LỜI CÁM ƠN

Đề khóa luận nảy được hoàn thiện một cách tốt nhất với lòng kính trọng tôi xin gửi lờitri ân và cảm ơn chân thành nhất đến:

z Quý Thầy — Cô Bộ môn Vat lý Hạt nhân, Khoa Vat lý — Trường Đại học Sư Phạm

Thành phố Hỗ Chí Minh và Quý Thầy — Cô đang công tác tại Trung tâm Hạt nhân

Thanh phé Hồ Chi Minh đã tận tinh chi day va tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trongsuốt thời gian qua Những kiến thức có được trong thời gian qua là một trong

những nên móng quan trọng nhất dé hình thành nên khóa luận nay

Quý Thay — Cô của Hội đồng cham khóa luận đã góp ý và chỉnh sửa dé khóa luận

nảy được hoản thiện hơn.

> ThS Lê Quang Vương - người thay đã tận tinh hướng dẫn chi dạy cho tôi từ

những kiến thức căn bản nhất và tạo moi điều kiện thuận lợi tốt nhất dé tôi hoàn

thành khóa luận này.

wí ThS Lê Hữu Lợi - người thầy đã hỗ trợ tôi hết mình và luôn tạo điều kiện thuận

lợi cho tôi trong quá trình thực nghiệm cũng như hiểu rd hơn về hệ đo và các thiết

bị đo đạc.

> Cảm ơn gia đình, anh chị khỏa trên, bạn bẻ đã luôn bên cạnh động viên trong suốt

một chặng đường vừa qua.

Một lan nữa tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc sự hỗ trợ hết lòng và kiên nhan của Quý Thay

— Cô, anh chị em, bạn bè dành cho tôi.

Thành phó Hỗ Chí Minh, ngày 13 tháng 4 năm 2023

Vũ Diệu Hồng Hảo

DANH MỤC BANG

Bang 2.1 Thông tin mau đ0 5-22-2222 222222231211 2212222111 2112112221121 1E 16

Bang 3.1 Kết quả do hệ số suy giảm tuyến tính MI 222©22222222csz=cssc- 23Bang 3.2 Hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm so với XCOM MI 25

Bang 3.4 Bè dày phù hợp của các mẫu đo ở năng lượng 33.3 keV 32

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hiệu ứng quang điện ‹ : :-: : .:.-:-:: co {-ccc-c 4 HinNB 1.2 Hiện NS GöIIDDDfitossaiianoaaaiiiiipaioaiioaioiooinioiioiiituiiitoaitiiittiiadi 4 Hình/13.NHIiÊn GS i180 COD ss eisiesescssscssssasssasssasssoassoasscasscasssasssaasseassesasoasscaussarssasisanasaase 5

Hình 1.4 Bức xa bị hap thụ qua lớp bè day vật liệu - 2 6c c2 2251225125 2sc6 6

Hình 2.1 Sơ đồ bó trí hệ đo thực nghiệm [ 13] 22-222 s2 S222 Sz2S22Zz£EzczSc 11

Hình 2.2 Hệ chuẩn tia X — Model X80-160-E Hopewell Design 12

Hình 2.3 Bàn điều khién hệ chuẩn tia X — Model X80-160-E Hopewell Design 15

Hình 2.4 Các mẫu đo . 2-2222 2212222222212 211711221212 211 1221122117122 11 cv 16 Hình 2.5 So đồ mô tả phương pháp xác định hệ số suy giảm tuyén tính [13] 17

Hình 3.1 Hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm theo năng lượng 23

Hình 3.2 Hệ số suy giảm tuyến tính XCOM theo năng lượng s c5 25 Hình 3.3 So sánh hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm — XCOM của MI 26

Hình 3.4 So sánh hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm — XCOM của M2 27

Hình 3.5 So sánh hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm - XCOM của M3 27

Hình 3.6 So sánh hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm — XCOM của M5 28

Hình 3.7 So sánh hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm - XCOM của M6 28

Hình 3.8 So sánh hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm — XCOM của M7 29

Hình 3.9 So sánh hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm — XCOM của MB 29

Hình 3.10 So sánh hệ số suy giảm tuyến tính thực nghiệm — XCOM của M9 30

Hình 3.11 So sánh hệ sé Suy giám tuyến tính thực nghiệm — XCOM của M10 30

MỤC LỤC

DANH MUG BANG eeeeeeeeeeieeeiieeieooiitoioitiootiitioiotiiiGG000200001110003001303100660 38636 iiDANHMUEHINHANHR iiiLỚI MŨ ĐẤU Bế oi bế HE LEEEGGEEGEEGIIEGIEGGIESGI2G10221023G02GG.EEG180G082010200205885E 1

CHƯƠNG 1 TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CỨU -.s5 2

1,], Tình Mình nghiện: COG pssossoanosnoiinaniirriioitoittitratonttittoitttitittiidtiiatiiaitasgri 2

1.2.1 Tương tác của tia X với vật chất - s22 xcxersrrrxerkcves 3

1.2.2 Hệ số suy giảm tuyén tinh cccccecccsccescceesssescssessssssesccsescsssssessseassesess 6

1.2.3 Suat kerma không khí -2 22 2£ z£22e£2Z£EEEECEtE2ZeEzErrrsrrrsree 7

1.2.4 Độ không đàm BAO: GO ciosasaoaaanoaoosooaiioioaooaooioooooapoanoanoaaoaand 9

J5 iiDlninchipnipiÏl : so ccác:66sxcno26i::20020210022:862212023010321005101E210121/352302 ¡0

CHUONG 2 DOI TƯỢNG VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

29) AG tiaie to eon A esascarssces 100 10001102220112071307120343011202312014309120122031330120116 11

2.1.1 Phong chuan 8U i]

2.2 Hệ thẳng plat BC KB oiccssscssscssosssossssssserssoccsoesssessssssssssssssisecssensiansienssecs 13

2.1.2.1 Điện kế SuperMAX o.oo cccccecccssccescsesscesssesssesesessnseneeneeeeceeeseeees 13

2.1.2.2 Bung ion hóa s2 202210221221 0151 111111 112721025212 012 se 14

2.1.2.3 Điều kiện vận hành hệ đo 2-2-2 S211 SE 1511212571121 22 14

2.1.2.4 Nguyên tắc vận hành hệ đo -:- ¿22222222 Sxccrrcszrrcrrves 14 2D Thống :nim8U1Dnueobinantiikiiiiitii4010430441043103301361486415431883818433401531188 16

2.3 Phương pháp xác định hệ số suy giảm tuyến tính -5S- 17

2.3.1 Các bước xác định hệ số suy giảm RG 5c csctt cv 172.3.2 Xác định hệ số suy giảm tuyến tính 2- -¿- sz2se+zsczzzrrzzcrsee 182.3.3 Thực nghiệm xác định suất Kerma không khí -55-: 19

2.3.4 Độ không đảm bảo đo thực nghiệm ccc eee eeteeeeeenee 19

2.4 Kết luận chương 2 22-©2222222Sx2 32212 11221171172173172120 2x ee 22

CHƯƠNG 3 KET QUA VA THẢO LUẬN - - cccccoeocecoooccocecooocooooee 23

3.1 Kết quả hệ số suy giảm tuyến tinh sử dung hệ chuẩn tia X 233.2 Hệ số suy giảm tuyến tính từ XCOM -.- 222222222 St ctcsrrrsrree 24

3.3 Kết luận chương 3 ¿- 22-22 6£ S423 211211 2112111 3121121721 32KẾT LUẬN VÀ KIEDNNGaaaaiiiiiiaiaanaadanodaaaaaaaraaaaa-na 33TÀI LIẾU THAM KHẢO co eiieeeeeeoeieirioiooioiooiioioriiiioiioinorasr 34

MỞ ĐÀU

Ngày nay, các nhóm ngành khoa học kỹ thuật ngày càng phát trién, càng có nhiềuthành tựu, có một vị trí đứng nhất định trong cuộc sống con người Chính vì lẽ đó, cácứng dụng của các nhóm ngành này càng gần gũi hơn với chúng ta vả được ứng dụngnhiều hơn trong cuộc sông sinh hoạt hằng ngày Không thẻ không nhắc đến các ứng dụngcủa ngành vật lý hạt nhân như 1a: sử dung photon dé chân đoán điều trị bệnh trong y học;

trong công nghiệp dùng dé chụp ảnh kiểm tra các mối hàn, các vết nứt bên trong vật thé

mà mắt thường không nhìn thay được Photon đi qua các vật liệu có thé gây ra quá trìnhhấp thụ photon hoặc tán xạ photon Hai quá trình này còn được gọi là quá trình suy giảmphoton [1] Đại lượng đặc trưng cho qua trình suy giảm photon là hệ số suy giảm tuyếntính Và hệ số suy giảm tuyên tính cũng chính là nội dung chính trong khóa luận này Hệ

số suy giảm tuyến tính giúp xác định hệ số tự hấp thụ của vật chất từ đó xác định chính

xác được hoạt độ đồng vị phóng xạ có trong mẫu đo Bên cạnh đó hệ số suy giảm tuyển

tính đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán bè dày của mẫu vật liệu phù hợp trongche chắn bức xạ Những lợi ích trên luôn kèm theo những thách thức, rai ro anh hướngđến cuộc sống sinh hoạt hang ngày của chúng ta Do vậy phải luôn che chan, kiểm soát

và quan lý chặt chẽ các nguồn phóng xạ đẻ hạn chẻ rủi ro thấp nhất có thé Mục đích củaviệc che chắn nham hạn chế các bức xạ tiếp xúc trực tiếp với con người Vì vậy, đây

chính là lý do chính dé dé tài này được hình thành.

Nội dung của khóa luận này gồm có 3 chương:

> Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu và cơ sở lý thuyết của các vẫn đề được

sử dụng trong khóa luận.

> Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu của khóa luận.

> Chương 3: Kết quả và tháo luận Ở chương này đưa ra kết quả thực nghiệm, so

sánh kết quả thu được từ thực nghiệm với kết quả có được từ lý thuyết

CHƯƠNG 1 TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CUU

1.1 Tinh hình nghiên cứu

Vào những năm cuối thế kỷ 19 khi tia X được phát hiện, người ta cũng đã nhận

thay lợi ich cũng như tác hại của nó Từ những năm 1890 cho đến nay tia X được sử

dụng nhiều trong y học Năm 1899, nền y học đã thành công khi sử dụng tia X dé chữa

bệnh ung thư thượng bì trên mặt người phụ nữ Năm 1987, trong chiến trường quân sự Baklan tia X được dùng dé tìm các mảnh đạn và xương gãy bên trong cơ thé bệnh nhân (2] Tác hại của phóng xạ điền hình như Emile Grubbe bị bỏng nặng ở tay khi đang làm

thí nghiệm với ông Cathode, hay là Henri Becquerel bị loét da nặng ở phần ngực khi ông

bỏ ống nghiệm chứa muối radium vào trong túi áo vest Nhìn chung không nên tiếp xúc

trực tiếp nhiều với các chất phóng xạ Do vậy các tô chức, cơ quan ban ngành trong và

ngoải nước đã đưa ra các tiêu chuẩn nguyên tắc khi tiếp xúc làm việc trực tiếp với các

chất phóng xạ Trong các nguyên tắc được đưa ra, nguyên tắc che chắn bức xạ được xem

là một trong các yếu tố quan trọng nhất Mỗi vật liệu khác nhau sẽ có lớp be dày thíchhợp dé che chắn khác nhau Đề tiết kiệm chi phí cũng như tìm vật liệu che chắn cho hiệuquả cao nhất người ta buộc phải xác định hệ SỐ suy giảm của các loại vật liệu

Năm 1999, Yoichi Watanabe [3] đã đưa ra phương pháp tỉnh hệ số suy giảm tuyển

tính ở vùng năng lượng thấp từ các hệ số có trong chụp cắt lớp Trong phương pháp này

Yoichi Watanabe đã str dụng môi liên hệ của số bậc nguyên tứ (Z), các chỉ số chụp cắt

lớp và mật độ electron dé tính hệ số suy giảm tuyến tính Bên cạnh đó ông sử dụng kỹthuật chụp cắt lớp hiệu chuẩn phantom dé tìm các hệ số còn thiếu trong biểu thức Phươngpháp này của tác giả được cải thiện đáng ké so với phương pháp chuân đánh giá hệ số

suy giảm tuyển tính của các vật liệu có số bậc nguyên tử lớn trong vùng năng lượng thấp.

Năm 2004, S.M Midgley [4] tính hệ số suy giảm tuyến tính tia X đặc trưng cónăng lượng từ 32 keV đến 66 keV của các vật liệu có thành phan là các nguyên tố có số

bậc nguyên tứ nhỏ Trong công trình nghiên cứu, tác giả đã sử dụng đầu dò Germanium

có độ tinh khiết cao và nguồn năng lượng don năng dé phân biệt các vạch tia X đặc trưng

2

như la Ky, Kp khi di qua các mẫu vật liệu có thành phân là số bậc nguyên tử Z nằm

trong khoảng 1< Z< 20 Kết quả ghi nhận được trong công trình này có độ không đảm

bảo đo thấp hơn 2% và có sự chênh lệch vài phần trăm so với các công trình trước đây

của Creagh va Hubbell đã làm.

Năm 2011, C Celiktas [5] dùng phương pháp xác định thời gian và phương phápxác định năng lượng đề xác định hệ số Suy giảm tuyến tính gamma của các loại vật liệu

như là: Pb, Fe, Cu, AI, Dé kiểm chứng lại tính chính xác của kết quả thực nghiệm, tác

giả đã đem số liệu thực nghiệm so sánh với kết quả tính được từ XCOM Và kết quả thực

nghiệm của hai phương pháp này có độ chênh lệch dưới 10% so với XCOM.

Năm 2016, Laith Ahmed Najam và các cộng sự [6] xác định hệ s6 suy giám củacác mẫu đá Granite Trong bài báo này hệ số suy giảm được đo bằng hệ đo gamma và

so sánh lại với kết quả từ XCOM Bài báo cũng chỉ ra rằng sự chênh lệch đáng kẻ hệ số

suy giảm tuyến tính từ thực nghiệm và XCOM ở mức năng lượng thấp là do sự phân tán

Compton.

1.2 Cơ sở lý thuyết

1.2.1 Tương tác của tia X với vật chất

Không như các hat mang điện, tia X khi di qua vật chất làm bức electron quỹ đạo

ra khỏi nguyên tử, sinh ra các cặp electron — positron Trong quá trình tương tác với vật

chất, năng lượng tia X bị suy giảm thông qua ba quá trình là:

¢ Hiệu ứng quang điện: hiệu ứng quang điện thường xảy ra ở lớp K Khi photon

tới tương tác với các electron quỹ đạo của nguyên tử, photon bj hap thụ vatruyền toàn bộ năng lượng cho electron dé nó bứt ra khỏi nguyên tử Hiệu ứng

nay được minh họa qua hình vẽ 1.1.

Electron bị bứt ra khỏi

2® nguyên tử

Photon tới

¢ Hiệu ứng Compton: hiệu ứng compton xảy ra khi xuất hiện quá trình tương tác

tán xạ đàn hồi giữa các photon có năng lượng cao hơn so với năng lượng các

electron tự do ở lớp ngoài cùng Khi quá trình tương tác xảy ra photon tới sẽ bị

lệch phương so với ban đầu và chuyên một phan năng lượng cho electron, con

electron được thoát ra khỏi nguyên tử (Hình 1.2).

„@ Electron thoát ra khỏi

© Hiệu ứng tạo cặp: là kết quả của quá trình tương tác khi photon tới có năng

lượng lớn hơn hai lần năng lượng nghỉ của electron, nghĩa là lớn hơn 1.02 MeV

và tương tác với nguyên tử, photon tới sẽ sinh ra 1 cặp electron — positron.

Trong hiệu ứng này nguyên tử chuyên động giật lùi dé đảm bảo động lượngđược bảo toàn Thông thường, quá trình tạo cặp sẽ xảy ra gần hạt nhân vì độngnăng chuyên động giật lùi của hạt nhân rất bé xem như không đáng kẻ Positron

là phan hạt electron, khi positron tương tac với electron điện tích của chúng sẽ

bị trung hòa và hủy lần nhau nên tương tác này gọi là tương tác hủy cặp electron

— positron Quá trình hủy cặp giải phóng hai photon, mỗi photon có năng lượng

0,511 MeV Hiệu ứng này được minh họa qua hình 1.3.

Photon có năng lượng 0.511 MeV

Photon tới

Photon có năng lượng 0.511 MeV

Hình 1.3 Hiệu ứng tạo cặp

Như đã trình bảy, khi photon tương tác với vật chất sẽ có ba hiệu ứng chính xảy

ra gây ra sự suy giảm năng lượng của photon khi đi qua vật chất Đặc trưng cho sự

suy giám năng lượng là hệ số suy giảm tuyến tính Hệ số suy giảm tuyến tính của

photon bằng tông hệ số suy giảm tuyến tinh của hiệu ứng quang điện, hiệu ứng

Compton, hiệu ứng tạo cặp, biểu thức (1.1) [2]:

t= Heompt + Photo + Hair (1.1)

Trong đó:

yw: hệ số suy giảm tuyến tính (cm)

Heompt ! hệ số Suy giảm tuyến tính Compton (cmr`).

H photo : hỆ sỐ suy giảm tuyển tính quang điện (cm).

F a tA cA D " * "

pair : Tiết diện hiệu ứng tạo cặp (cm).

1.2.2 Hệ số suy giảm tuyến tính

Các tia bức xạ đi qua bề dày vật liệu bat kì, có tia sẽ đi qua được bê day lớp vậtliệu đó, có tia sẽ bị bẻ dày lớp vật liệu hap thụ giữ lại và tán xạ theo các hướng khác nhau

(Hình! 4) Hiện tượng nảy được gọi là hiện tượng tự hap thụ Hiện tượng này đóng vai

trò rat quan trọng trong việc xác định chính xác hoạt độ của một dong vi, mẫu đo.

Hình 1.4 Bức xa bị hap thụ qua lớp bẻ dày vật liệu

6

Khi một chùm bức xạ đi qua một vật liệu bé dày nhất định không bị hap thụ hoàn

toàn mà chỉ bị suy giảm đi một phần nào đó Sự suy giảm cường độ bức xạ thường sẽ

phụ thuộc vào hệ số suy giám tuyến tính của vật liệu Sự thay đổi cường độ bức xạ khi

đi qua vật liệu được biéu diễn theo biéu thức (1.2):

Xu“ (1.2)

Trong đó:

I: cường độ bức xạ sau khi đi qua bẻ day vật liệu (số đêm)

lạ : cường độ bức xạ ban đầu (số đếm).

wt: hệ số suy giảm tuyến tính (cm)

X: bè day lớp vật liệu (cm).

1.2.3 Suất kerma không khí

Kerma có ý nghĩa là *Động năng được truyền cho vật chat” và được viết tắt từ

tiếng Anh “ Kinetic Energy Released in Material”, được ký hiệu là K Theo lý thuyết, hệ

số Kerma được xác định bằng tỉ số giữa tông giá trị động năng ban đầu của tất cả các hạt

mang điện được sinh ra từ các bức xạ ion hóa gián tiếp trong thẻ tích vật chất dE, với

khối lượng của thẻ tích vật chất đó dm[2] Biéu thức (1.3)

K= 5 (1.3)

dm

Hệ số Kerma có đơn vị chuẩn theo hệ SĨ là J/kg

Trong quá trình thực nghiệm ở khóa luận này hệ số kerma không khí khi có mẫu

đo và không có mau đo được xác định dựa vào biểu thức (1.4) sau đây [7]:

(Mra : May, |

k

Ka = Ny “KiTKgpec (1.4)

Trong đó:

Kạ : suất Kerma không khí (uGy/h)

Ny: hệ số hiệu chuẩn buông ion hóa (uGy/pC).

Mray : điện tích ghi nhận từ buồng ion hóa TK-30 và được hiến thị trên điện kế

SuperMAX khi có bức xạ (pC).

Mrav : điện tích ghi nhận từ buông ion hóa TK-30 và được hiền thị trên điện

kế SuperMAX khi chưa phát bức xạ (pC)

t: thời gian mỗi lần đo (s).

kor : hệ số chuẩn áp suất — nhiệt độ

k : hệ số hiệu chuẩn điện kế

T, g: hệ số hiệu chuẩn nhiệt độ 293,15 K.

Pg: hệ số hiệu chuẩn áp suất 1013,25 hPa.

tŸ: nhiệt độ (°C).

p: ấp suất (hPa)

1.2.4 Độ không đảm bảo đo

Theo tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6165:2009 và LAEA [7, 8, 9, 11], độ không đảm

bao đo được định nghĩa bằng một thông số gắn với kết quả đo của phép do, đặc trưngcho sự phân tán của các giá trị có thé quy cho đại lượng một cách hợp lý Thông số gắnkết có thé hiểu rang là một tham số về độ lệch chuẩn của phép đo Tất cả các tham số đó

đều phải nam trong một giới hạn tin cậy đo cho phép do đó Độ không đảm bảo đo bị

ảnh hướng bởi các thành phan: mẫu đo, chuẩn đo lường và chất chuẩn, thiết bị và phương

pháp đo kỹ thuật của người thực hiện phép đo và điều kiện môi trường đo Một số thành

phan sai số của phép đo được đánh giá bằng độ lệch chuẩn từ các giá trị thong kê ghi

nhận được từ các phép đo trong cùng một điều kiện môi trường đo Bên cạnh các thànhphan được tính toán từ sự lệch chuẩn trong giá trị thong kê, cũng có một số thành phanđược đưa ra từ các thông số hiệu chuẩn đi kèm với thiết bị đo Các giá trị sai số thu nhậnđược tir bất kê phương pháp hình thức nào cũng kẻm theo sai số bên trong nó Trong

thực tế, không gì đảm bảo được độ chính xác tuyệt đối của các phép đo

Độ không đảm bảo đo cũng được phân thành nhiêu loại như:

¢ Độ không dam bảo chuẩn: chính là độ không đảm bảo của các giá trị đo được

thê hiện như độ lệch chuẩn Độ không đảm bảo đo chuẩn gồm 2 loại:

+ Độ không đảm bao đo loại A: là phương pháp đánh giá độ không dam

bảo bằng một phương pháp thống kê một chuỗi các quan trắc Độ không

dam bao do này phụ thuộc vào giá trị của độ lệch chuẩn Vì Vậy sẽ thé hiện

rõ rang các ý nghĩa của độ lệch chuẩn

+ D6 không đảm bảo đo loại B: là phương pháp đánh giá độ không dam

bảo không phụ thuộc vào phương pháp thông kê Độ không đảm bảo này

được xác định từ các thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, từ các số liệu cóđược nhờ vào việc tra cứu, nhờ vào các số liệu có được từ các phép đo đã

được thực hiện trước đây Có thé hiệu rằng độ không dam bảo loại B mang

tính chất của sai số hệ thông

¢ Độ không dam bảo chuân tông hợp: là độ không đảm bảo được xác định từ tat

cả các giá trị độ không đảm bảo anh hưởng tới kết quả phép do Được xác định

bằng biểu thức (1.6) [9]:

u= u2+u2+u2+u2+u2+uˆ+u2 su + +u2 (1.6) ý" 2 3 4 § 6 7 8 25

u: Độ không dam bảo chuẩn tông hợp.

Trong đó:

Up Uy Ug Ug Us Ue Ua Ug s- 2z | Độ không đảm bảo của các thành phan đo

Lưu ý rằng có bao nhiêu thành phần do sẽ có bay nhiêu độ không đảm bảo thànhphần tương ứng Nếu thành phần độ không đảm bảo giống nhau và được dùng đến nhiềulần trong một phép đo thì phải nhân thêm hệ số chỉ số lần ảnh hưởng từ các độ không

đảm bảo thành phan đó.

¢ D6 không đảm bảo mở rộng: là một đại lượng được kì vọng bao phủ các

khoảng giá trị đo Được xác định bang biêu thức (1.7):

U=ku (1.7)

Trong đó:

U: Độ không đảm bảo mở rộng.

u: Độ không đảm bảo chuẩn tông hợp.

k: Hệ số phủ Hệ số phủ là các số nguyên có giá trị 1, 2, 3 lần lượt ứng với các

giá trị thê hiện độ tin cậy xấp xi 68%, 95% và 99,7% Thông thường hệ số phủ sẽ được

chọn ứng với giá trị k= 2 và trong khóa luận này cũng vậy.

1.3 Kết luận chương 1

Trong chương 1, khóa luận đã trình bay tình hình nghiên cứu tiêu biểu liên quan

đến dé tài khóa luận Đồng thời trình bay sơ lược về các nội dung: tương tác của tia X

với vật chất, hệ số suy giảm tuyến tính, suất kerma không khí, độ không đảm bảo đo, các

thuật ngữ chuyên môn được nhắc đến trong khóa luận

10

CHƯƠNG 2 ĐÓI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Hệ thiết bị chuẩn tia X

Vị trí đặt mẫu đo lon chamber

Lớp che chắn bên ngoài máy phát bức xạ giúp hạn chế tối đa sự ảnh hưởng tới

chat lượng của chùm bức xạ được phát ra Buéng ion hóa (ion chamber) đặt thăng hàng

chùm bức xạ phát ra theo quy định phòng chuẩn Để tránh hạn chế gây ra sự bão hòa ở

buồng ion hóa tiết điện của chùm bức xạ phát ra ngoài phải lớn hơn phan tiết diện thu

a , h À ˆ

nhận bức xạ ở buông lon hóa.

2.1.1 Phòng chuẩn tia X

Phòng chuẩn liễu cấp 2 tại Trung tâm Hạt Nhân Thành phố Hồ Chí Minh đã được

Bộ Khoa học và Công nghệ đầu tư và phát trién với hệ thiết bị đo phát bức xạ gamma và

tia X trong giai đoạn 2018-2019 Nhằm phục vụ nhu cầu hiệu chỉnh các thiết bị ghi dobức xạ cầm tay của của các nhóm nghiên cứu, các cơ sở, tô chức, nhóm ngành có liên

quan đến hạt nhân Trung tâm Hạt nhân cũng đang hướng đến việc đưa phòng chuân liễu

cấp 2 trở thành thành viên của Mạng lưới các phòng thí nghiệm chuẩn liều thứ cấp của

Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và Tô chức Y tế thé giới (WHO) [10]

II

(1)

(4)

Phòng chuẩn liều cap 2 có kích thước đủ lớn và được xây dựng theo khuyến cáo

của ISO 4037 Và trang bị hệ chuẩn tia X — Model X80-160-E Hopewell Design (Hình2.2) gồm có [11]:

(1) Tủ X — quang;

(2) Bộ phận điều chỉnh khâu độ chùm tia (Aperture Wheel Assembly): là đĩa

nhôm có 4 lỗ với các collimator chì có đường kính trong khác nhau;

12

(3) Tủ điện trco tường;

(4) Hệ thong ray đi chuyển;

(5) Giá đỡ mẫu đo;

(6) Buông ion hóa;

(7) Hệ thống thước ngắm: laser 2 chiêu, bộ điều chính độ cao.

2.1.2 Hệ thông phát bức xạ

Hệ thông phát bức xạ được sứ dụng trong khóa luận này chính là hệ chuân tia X

~ Model X80-160-E được Hopewell Design, Inc thiết kế và sản xuất Đây là một hệchuẩn có thé thay đôi được cường độ phát tia X, có thé thay đổi tiêu điểm lớn hay nhỏtheo yêu cầu phép đo Hệ chuan này có công suất tối đa 3000 W và dong phát tôi đa là

30 mA [11].

Hệ chuan tia X được thiết kế gồm có đường ray được có định đưới sản dé dé dang

thay đôi khoảng cách đo theo ý muốn Bên cạnh đó hệ chuẩn còn được trang bị thêm hệ

thống che chắn và hệ thông cửa số (shutter), hệ thông đám bảo sự an toàn gồm có: đènbáo nhấp nháy, hệ thông camera hệ thông cửa cảm biến và hệ thong điều khién dừngkhan cấp khi sự cỗ xảy ra Tat cả các tín hiệu an toàn này đều được cánh báo và hiển thịtại phòng điều khién

2.1.2.1 Điện kế SuperMAX

SuperMAX là thiết bị ghi nhận và hiền thị kết quả đo các thông số như là: điện

tích, cường độ dòng điện, suất liều bức xạ Điện kế SuperMAX được kết nỗi với ion

chamber dé ghi nhận thông tin Đây là thiết bị có 2 kênh đo độc lập Điều khién thiết bịnày có thể tương tác trực tiếp băng tay hay sử dụng viết cảm ứng lên màn hình LCD

Trước khi thực hiện phép đo cần xác định thông số nhiệt độ và áp suất không khí môi

trường đo Điện kế SuperMAX được hiệu chuẩn với phòng thí nghiệm chuẩn liều được

công nhận của trường đại hoc Wisconsin, có giá trị trong 2 năm [12].

13

2.1.2.2 Buồng ion hóa

Buông ion hóa TK-30 có hình dang là một hình cầu nhỏ có thé tích 27,9 em},

được thiết kế như một buồng ion hóa tham chiều được sử dụng trong các phòng thínghiệm do liều chuẩn thứ cấp Sự thay đổi của buông ion hóa khi tương tác với tia X cónăng lượng thấp đến cao là rất nhỏ Budng ion hóa như một đầu đò chưa khí đơn giản,khi chiếu bức xạ tia X vào buông ion hóa, khí trong buồng ion hóa tạo ra các ion dương

và ion âm Các ion trong buông ion hóa bị hút về hai đầu điện cực và báo tín hiệu về điện

kế SupeMAX [12]

2.1.2.3 Điều kiện vận hành hệ do

Điều kiện chuẩn — Reference conditions: Là điều kiện môi trường có áp suất

1013,25 hPa, nhiệt độ 20°C và độ âm trong khoảng từ 30% - 70% [11]

Điều kiện chuẩn thiết bị “Standard test condition”: Là điều kiện mà áp suất

có giá trị 86 -106 KPa, nhiệt độ có giá trị 18 - 22°C, độ am 50 - 75% và thời gian cân bang lớn hơn 15 phút [11].

Dựa vào điều kiện chuẩn và điều kiện chuẩn thiết bị, thiết lập được điều kiện vận

hành hệ đo trong thực nghiệm như sau:

e Nhiệt độ môi trường đo: 20 - 23°C.

« Độ âm tương đối thường có giá trị từ 45% - 60%.

e Áp suất: 1000 hPa — 1013 hPa

2.1.2.4 Nguyên tắc vận hành hệ đo

Hệ chuan tia X có nguyên tắc vận hành đơn giản Khi không có dong điện đi qua

bóng phát tia X, hệ phát bức xạ ở trạng thái an toàn Bên cạnh đó, trong phòng chiếu xạ

còn có buông ion hóa được đặt thang hàng với ông chuan trực của máy phát bức xạ nhờ

vào hệ thống đèn laser ba chiều và các thanh thước ngắm theo khoảng cách mong muốn.

Ngoài ra còn có thiết bị ghi nhận giá trị nhiệt độ áp suất, độ âm được đặt bên cạnh buông

ion hóa Hệ đo này được vận hành thông qua chương trình đã được cài đặt sẵn tại phòng

14

chuẩn và hệ thống bản điều khién (Hình 2.3) Sử dụng điều khién dé đóng mở cửa phòngchiếu xạ, được xác nhận lại bằng cách hiện thị trong phần mềm máy tính Ta có thê thiết

lập thời gian phát, cường độ dòng phát và cá năng lượng phát theo từng tùy mục đích đo.

Khi thiết lập xong có thê bắt đầu phát bức xạ Lúc này bóng phát tia X bắt đầu phát bức

xạ, hệ thông đèn cảnh báo bắt đầu hoạt động nhấp nháy đỏ liên tục kèm theo hệ thong

cảnh báo âm thanh Sau khi việc phát xạ kết thúc, tắt hệ phát tia X ở bản điều khiển,

đóng cửa sô phát Người điều khién phải luôn nhớ chú ý hệ thống đèn cảnh báo dé làm việc an toàn hiệu quả Trong quá trình đo, néu cửa phòng chiếu xạ được mở bất ngờ, hệ

thông an toàn được kích hoạt lập tức nhờ đó việc phát bức xạ cũng sẽ được dừng khẩn

2.2 Thông tin mẫu đo

Mẫu do là các mẫu đá được đem đi xứ lý nghiền mịn và sấy khô Sau đó nén mẫu

vào các hộp đựng mẫu Hộp đựng mẫu có đường kính 7,2 em, chiều cao 2 em, khôi lượng

và mật độ khối được ghi thông tin bên ngoài mẫu đo

Bang 2.1 Thông tin mau đo.

2.3 Phương pháp xác định hệ số suy giảm tuyến tính

2.3.1 Các bước xác định hệ số suy giảm tuyến tính

các thơng số phục vụ cho nhu cầu tính tốn theo đúng quy

trình của phịng chuân

Bước 3: ghi nhận các thơng số đo thu được: điện tích,

-nhiệt độ, áp suất khi đo phơng và khi đo bức xạ cĩ mẫu

vat liêu che chin hộc khơng cĩ mau vat liêu

Bước 5: xử lý, tính tốn hệ số suy giảm tuyến tinh từ các

giá trị ghi nhận được.

Nhận xét và đưa ra các đê xuất với giá trị cĩ được

Hình 2.5 Sơ dé mơ tả phương pháp xác định hệ số suy giảm tuyến tính [13]

Bước 1: Xây dựng hệ đo Sao cho tia laser chiều tới buồng ion hĩa tại tâm trụcchùm bức xạ với khoảng cách 250 cm (giao điểm laser 3 chiều) Đặt mau đo tại vị tríchính giữa bĩng phát tia X và ion chamber (khoảng cách d = 125 cm) theo chuan ISO4037:2019 [11] Đặt thiết bị đo nhiệt độ, độ am, áp suất trong phịng cĩ chứa máy phát

bức xạ.

17

Bước 2: Khởi động các thiết bị đo Chiều tia bức xạ vào buồng ion hóa TK-30

khoảng 15 phút Đồng thời mở máy điện kế SuperMAX và đợi điện kế ôn định, thời gian

điện kế ôn định 15 phút Sau khi thiết bị én định mở phan mềm và cai đặt thông số bức

xạ phù hợp với nhu cầu do Cai đặt dong phát là ImA, cao thé lần lượt là 40 — 60 — 80

-100 — 120 kV, tiêu điểm chọn tiêu điểm nhỏ Mỗi cao thé khác nhau sẽ có 1 bộ filter

tương thích (40 kV 40), 60kV 60), 80kV 80), 100 kV 100), 120 kV 120)).

(N-Bước 3: Khi đã thiết lập xong các thông số phù hợp với nhu câu đo tiến hành phátbức xạ Bam nút phát bức xạ trên cửa số hiên thị và đồng thời bam nút mở cửa số ở bảng

điều khiển Phát bức xa trong 120s rồi mới ghi nhận các giá trị đo từ điện kế Và các giá

trị ghi nhận được từ thiết bị đo độ 4m, nhiệt độ áp suất thông qua man hình camera Chođiện kế về Zero trước mỗi phép đo Tiền hành lay các giá trị điện tích phông Mraw va

điện tích bức xạ Myay Luu ý ở giữa mỗi phép do điện tích và điện tích phông không

được phép Zero Cai đặt thời gian đo cho 1 lần lay số liệu là 10s và lay 10 lần giá trị kết

qua.

Bước 4: Sau khi đo, tat các thiết bị do theo đúng quy trình của phòng chuẩn

Bước 5: Xứ lý số liệu

2.3.2 Xác định hệ số suy giảm tuyến tính

Đề đảm bảo độ tin cậy của kết quả đo cũng như đủ giá trị thong kê dé đáp ứng tốt

độ không đảm bảo của kết qua đo U<10% theo ISO 4037, mỗi phép đo được thực hiện

đo 10 lan Trong quá trình đo phải đảm bảo rằng nhiệt độ, áp suất, độ âm môi trườngluôn được ôn định Trong khóa luận này hệ số suy giảm tuyến tính sẽ được xây dựngđựa vào hệ số kerma không khí Được thé hiện thông qua biểu thức (2.1):

18