NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH SUẤT LIỀU CỦA NGUỒN GAMMA CÓ DẠNG HÌNH HỌC TRỤ ĐẶC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN HÀ NAM NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH SUẤT LIỀU CỦA NGUỒN GAMMA CÓ DẠNG HÌNH HỌC TRỤ ĐẶC Chuyên ngành : VẬT LÍ HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ VÀ NĂNG LƯỢNG CAO Mã số : 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS TS CHÂU VĂN TẠO THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập thực luận văn, cố gắng thân, em nhận nhiều giúp đỡ từ quý Thầy Cô, gia đình bạn bè Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS TS Châu Văn Tạo – giáo viên trực tiếp hướng dẫn em thực luận văn Nhờ vào trí tuệ, tâm huyết nhiệt tình Thầy giúp em vượt qua nhiều khó khăn để hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm biết ơn chân thành đến quý thầy cô Bộ môn Vật lí Hạt Nhân quý thầy cô giảng dạy học phần chương trình trang bị cho em tảng kiến thức vững vàng để hoàn thành luận văn vận dụng vào công việc sau Em xin cảm ơn thầy hội đồng phản biện đọc góp ý giúp luận văn hoàn thiện Em xin cảm ơn anh Nguyễn Minh Huân giúp đỡ em trình tìm hiểu đề tài, anh Trần Thiện Thanh đọc góp ý hình thức trình bày luận văn Và cám ơn bạn bè lớp giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp ý kiến cho em trình học tập hoàn thành luận văn Ngoài ra, em xin thể lòng biết ơn chân thành với cha mẹ toàn thể thành viên gia đình động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cảm ơn Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Mở đầu Chương - Các khái niệm an toàn xạ 1.1 Các khái niệm liên quan đến an toàn xạ 1.1.1 Liều hấp thụ 1.1.2 Liều chiếu 1.1.3 Liều hiệu dụng 1.2 Liều giới hạn phép 12 Chương - Sự che chắn xạ gamma 14 2.1 Tương tác xạ gamma với vật chất 14 2.1.1 Hiệu ứng quang điện 14 2.1.2 Hiệu ứng Compton 15 2.1.3 Hiệu ứng tạo cặp 15 2.1.4 Sự suy giảm xạ gamma qua vật chất 16 2.2 Suất liều nguồn xạ gamma dạng hình học điểm 18 2.2.1 Trường hợp không che chắn 18 2.2.2 Trường hợp nguồn che chắn che có bề dày d 18 2.3 Suất liều nguồn xạ gamma dạng hình học dây thẳng 20 2.3.1 Trường hợp không che chắn 20 2.3.2 Trường hợp nguồn che chắn che có bề dày d 22 2.4 Suất liều nguồn xạ gamma dạng hình học trụ đặc 24 2.4.1 Trường hợp không che chắn 24 2.4.2 Trường hợp nguồn che chắn che có bề dày d 29 Chương - Chương trình tính suất liều nguồn xạ gamma có dạng hình học trụ đặc 32 3.1 Yêu cầu chương trình 32 3.2 Giao diện chương trình 34 3.2.1 Giao diện (form main) 34 3.2.2 Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 1) 35 3.2.3 Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 2) 37 3.2.4 Tính bề dày vật liệu che chắn (form 3) 38 3.2.5 Vẽ đường đẳng liều trường hợp không che chắn (form 4) 39 3.2.6 Vẽ đường đẳng liều trường hợp có che chắn (form 5) 41 3.3 So sánh kết với suất liều nguồn gamma dạng trụ đặc chưa tính đến tự hấp thụ nguồn 43 3.3.1 Thay đổi khoảng cách từ điểm xét đến tâm nguồn 43 3.3.2 Thay đổi chiều cao nguồn 45 3.3.3 Thay đổi bán kính nguồn 47 3.4 So sánh kết với suất liều nguồn gamma dạng dây thẳng 49 Kết luận kiến nghị 51 Công trình 53 Tài liệu tham khảo 54 Phụ lục : Các số nguồn phóng xạ 56 Phụ lục : Các số A1, α1, α2, δD, μ số vật liệu che chắn 57 Phụ lục : Các giải thuật sử dụng chương trình 58 Phụ lục : Kết tính suất liều nguồn trụ đặc 60 DANH MỤC CÁC BẢNG Stt 10 Tên Bảng 1.1 : Hệ số trọng số phóng xạ vài loại xạ (ICRP – 1990) Bảng 1.2 : Các trọng số mô đặc trưng cho mô thể WT a Trang 10 12 (1990) Bảng 1.3 : Giới hạn liều qua thời kì ICRP Bảng 3.1 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo khoảng cách 13 43 nguồn Co-60 Bảng 3.2 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo khoảng cách 44 nguồn K-40 Bảng 3.3 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo chiều cao nguồn 45 nguồn Co-60 Bảng 3.4 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo chiều cao nguồn 46 nguồn K-40 Bảng 3.5 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo bán kính nguồn 47 nguồn Co-60 Bảng 3.6 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo bán kính nguồn 48 nguồn K-40 Bảng 3.7 : Suất liều chiếu nguồn Co-60 dạng trụ đặc dây thẳng 49 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Stt Tên Trang Hình 2.1 : Sự hấp thụ chùm gamma điều kiện chùm tia rộng 16 Hình 2.2 : Dạng nguồn điểm không che chắn 18 Hình 2.3 : Dạng nguồn điểm che chắn che có bề dày d Hình 2.4 : Dạng nguồn dây thẳng không che chắn Hình 2.5 : Nguồn dạng dây thẳng, điểm khảo sát nằm giá nguồn Hình 2.6 : Dạng nguồn dây thẳng che che có bề dày d 19 20 21 23 Hình 2.7 : Dạng nguồn trụ đặc không che chắn 25 Hình 2.8: Điểm N thuộc đáy hình trụ đặc 28 10 Hình 2.9 : Dạng nguồn trụ đặc che chắn che có bề dày d Hình 3.1 : Giao diện form main lựa chọn không sử dụng che chắn 11 Hình 3.2 : Giao diện form main lựa chọn có sử dụng che chắn 12 13 Hình 3.3 : Giao diện form với thông số đầu vào độ phóng xạ nguồn Hình 3.4 : Giao diện form với thông số đầu vào độ phóng xạ nguồn thời điểm cho trước 29 34 35 36 36 14 Hình 3.5 : Giao diện form 37 15 Hình 3.6 : Giao diện form 38 16 Hình 3.7 : Giao diện form 39 17 18 Hình 3.8 : Đường đẳng liều dạng 2D nguồn trụ đặc không sử dụng che chắn Hình 3.9 : Đường đẳng liều dạng 3D nguồn trụ đặc không sử dụng che chắn 19 Hình 3.10 : Giao diện form 20 Hình 3.11 : Đường đẳng liều dạng 2D nguồn trụ đặc có sử dụng che chắn 40 41 41 42 MỞ ĐẦU Ở nước ta nay, ứng dụng hạt nhân lĩnh vực lượng, y tế, công nghiệp, nông nghiệp, khai khoáng… triển khai rộng rãi Nhiều nguồn phóng xạ hạt nhân với độ phóng xạ cho trước trở thành công cụ hữu hiệu chẩn đoán, điều trị bệnh, xạ hình công nghiệp, bảo quản lương thực - thực phẩm, thăm dò tài nguyên… Tuy nhiên, bên cạnh mặt tích cực đó, xạ ion hóa gây mối nguy hiểm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người môi trường Khi sử dụng nhiều nguồn phóng xạ thời gian làm việc lâu nguy nhiễm phóng xạ lớn Do đó, thay phải tiếp xúc trực tiếp với chất phóng xạ để đo đạc nghiên cứu sử dụng máy tính để tính suất liều vị trí khác quanh nguồn phóng xạ thu kết cách an toàn Vì vậy, việc tính toán để xây dựng chương trình mô cho kết nhanh chóng, xác cần thiết giúp giảm tối thiểu tốn nguy hiểm cho người làm việc liên quan đến nguồn phóng xạ Trên giới có số chương trình mô tính suất liều cho nguồn có dạng hình học khác : Mercurad – 3D [11], MicroShield [14] Các chương trình cho phép tính suất liều chiếu, tính bề dày vật liệu che chắn Tuy nhiên chúng đắt tiền chưa phổ biến Việt Nam Trong nước có số đề tài nghiên cứu vấn đề xây dựng chương trình mô suất liều chiếu cho nguồn xạ gamma Đặc biệt khoa Vật lí Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP HCM, công trình khoa học PGS.TS Châu Văn Tạo luận văn tốt nghiệp học viên cao học thầy hướng dẫn ứng dụng ngôn ngữ lập trình Matlab để mô [1] Những công trình nghiên cứu nguồn gamma có dạng hình học nói chung dạng hình học trụ đặc nói riêng Tuy nhiên chương trình hạn chế chưa tính đến tự hấp thụ nguồn trụ đặc dẫn đến kết chưa thật xác Trong khuôn khổ đề tài này, công thức giải tích tính suất liều chiếu điểm nguồn gamma có dạng hình học trụ đặc trình bày hai trường hợp không sử dụng có sử dụng che chắn có tính đến tự hấp thụ nguồn Chương trình áp dụng cho số nguồn phóng xạ thông dụng sử dụng công, nông, y, sinh : 65 30Zn 60 131 137 , 77Ir192, 18Ar41, 19K40, 29Cu64, 27Co , 53I , 55Cs Với vật liệu che chắn mô chương trình : bê tông, nhôm, sắt, thiếc, chì Phương pháp nghiên cứu chủ yếu đề tài dựa nghiên cứu lí thuyết thực hành máy tính Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab [7, 13] phương pháp giải tích số [3] để mô chương trình Luận văn trình bày chương : Chương : Các khái niệm an toàn xạ Chương : Sự che chắn xạ gamma Chương : Chương trình tính suất liều nguồn xạ gamma có dạng hình học trụ đặc CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM VỀ AN TOÀN BỨC XẠ 1.1 Các khái niệm liên quan đến an toàn xạ 1.1.1 Liều hấp thụ 1.1.1.1 Liều hấp thụ Liều hấp thụ lượng xạ ion hóa bị hấp thụ đơn vị khối lượng đối tượng bị chiếu xạ [5] Dht = ΔE Δm (1.1) Trong : ΔE (J) : lượng xạ ion hóa ion hóa đối tượng bị chiếu xạ Δm (kg) : khối lượng đối tượng bị chiếu xạ Đơn vị liều hấp thụ J/kg erg/g Đơn vị ngoại hệ rad : rad = 100 erg/g Ngày người ta thường dùng đơn vị cho liều hấp thụ Gray (Gy) : Gy = 100 rad [5] Giá trị liều hấp thụ xạ phụ thuộc vào tính chất xạ môi trường hấp thụ Sự hấp thụ lượng môi trường tia xạ tương tác xạ với electron nguyên tử vật chất Do lượng hấp thụ đơn vị khối lượng phụ thuộc vào lượng liên kết electron với hạt nhân nguyên tử có đơn vị khối lượng môi trường vật chất hấp thụ, không phụ thuộc vào trạng thái kết tụ vật chất [5] 1.1.1.2 Suất liều hấp thụ Suất liều hấp thụ liều hấp thụ tính cho đơn vị thời gian [5] Pht = ΔDht Δt (1.2) Trong : ΔD ht [J/kg] : liều hấp thụ khoảng thời gian Δt Đơn vị suất liều hấp thụ W/kg rad/s Gy/s [5] Nếu suất liều hấp thụ hàm thời gian, liều hấp thụ tính theo công thức : 47 3.3.3 Thay đổi bán kính nguồn Sử dụng giao diện form Nguồn trụ đặc có hoạt độ C = 1000 mCi, có bán kính r0 (cm), chiều cao H = 10 cm Điểm cần tính suất liều nằm mặt trung trực đoạn thẳng nối tâm hai đáy a = 0; h = cách tâm nguồn khoảng b = 20 cm - Suất liều P1 gây nguồn trụ đặc có tính đến tự hấp thụ nguồn - Suất liều P2 gây nguồn trụ đặc chưa tính đến tự hấp thụ nguồn - Độ sai lệch tỉ đối = P2 − P1 100% P1 Bảng 3.5 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo bán kính nguồn nguồn Co-60 r0 (cm) P1 (R/h) P2 (R/h) Độ sai lệch tỉ đối (%) 4,7285 17,3896 267,76 5,4915 17,1992 213,20 6,6474 17,0547 156,56 8,4752 16,9535 100,04 11,5172 16,8934 46,68 0,5 13,8014 16,8785 22,30 0,1 16,1820 16,8737 4,27 48 Bảng 3.6 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo bán kính nguồn nguồn K-40 r0 (cm) P1 (R/h) P2 (R/h) Độ sai lệch tỉ đối (%) 1,8191 2,1513 18,26 1,8544 2,1277 14,74 1,8984 2,1098 11,14 1,9516 2,0973 7,47 2,0143 2,0899 3,75 0,5 2,0495 2,0880 1,88 0,1 2,0796 2,0874 0,38 * Nhận xét: - P2 giảm r0 giảm Vì bán kính nguồn giảm khoảng cách tương đối từ nguồn đến điểm khảo sát giảm suất liều chiếu điểm khảo sát giảm Nhưng giá trị P2 thay đổi không nhiều - P1 tăng r0 giảm Khi bán kính nguồn giảm khoảng cách tương đối từ nguồn đến điểm khảo sát giảm mặt khác tính đến tự hấp thụ nguồn bán kính nguồn giảm làm giảm lớp vật chất nguồn, điều làm giảm tự hấp thụ suất liều chiếu điểm khảo sát tăng lên - P1 tăng nhanh r0 giảm đồng thời độ sai lệch tỉ đối giảm Chứng tỏ ảnh hưởng tự hấp thụ phụ thuộc nhiều vào bán kính nguồn Ảnh hưởng tự hấp thụ nguồn nhỏ bán kính nguồn nhỏ - Khi bán kính nguồn giảm giá trị suất liều chiếu gây nguồn có dạng hình trụ đặc tiến gần giá trị suất liều chiếu gây nguồn có dạng dây thẳng Suất liều chiếu nguồn dây thẳng dài 10 cm gây điểm nằm đường trung trực nguồn cách trung điểm nguồn 20 cm có giá trị 15,8422 (R/h) ứng với nguồn Co-60 có giá trị 1,9598 (R/h) ứng với nguồn K-40 49 3.4 So sánh kết với suất liều nguồn gamma dạng dây thẳng Nguồn Co-60 có hoạt độ C = 1000 mCi chiều cao H = 10 cm Điểm cần tính suất liều nằm mặt trung trực nguồn cách tâm nguồn khoảng b (cm) - Suất liều P1 gây nguồn trụ đặc có bán kính r0 = 0,5 cm - Suất liều P2 gây nguồn trụ đặc có bán kính r0 = 0,2 cm - Suất liều P3 gây nguồn dây thẳng - Độ sai lệch tỉ đối (1) = P3 − P1 100% P1 - Độ sai lệch tỉ đối (2) = P3 − P2 100% P1 Bảng 3.7 : Suất liều chiếu nguồn Co-60 dạng trụ đặc dây thẳng b P1 P2 P3 Độ sai lệch Độ sai lệch (cm) (R/h) (R/h) (R/h) tỉ đối (1) (%) tỉ đối (2) (%) 174,3480 197,5940 203,1600 16,53 2,82 129,0830 145,9770 149,7574 16,02 2,59 99,0697 111,8750 114,6006 15,68 2,44 78,2283 88,2534 90,3085 15,44 2,33 63,2158 71,2688 72,8733 15,28 2,25 10 52,0736 58,6791 59,9662 15,16 2,19 15 24,1501 27,1851 27,7426 14,88 2,05 20 13,8014 15,5317 15,8422 14,79 2,00 25 8,8992 10,0142 10,2121 14,75 1,98 30 6,2053 6,9828 7,1199 14,74 1,96 50 * Nhận xét - Khoảng cách tăng suất liều chiếu giảm Suất liều chiếu gây nguồn trụ đặc nhỏ suất liều chiếu gây nguồn dây thẳng ảnh hưởng tự hấp thụ - Khi khoảng cách từ nguồn đến điểm khảo sát tăng độ sai lệch tỉ đối nguồn trụ đặc nguồn dây thẳng giảm Vậy điểm khảo sát xa nguồn suất liều chiếu gây nguồn có dạng hình trụ đặc tiến gần suất liều chiếu gây nguồn có dạng dây thẳng - Khi bán kính nguồn nhỏ độ sai lệch tỉ đối nguồn trụ đặc nguồn dây thẳng nhỏ Lúc nguồn trụ đặc giống nguồn dây thẳng 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ *Kết luận Luận văn giải mục tiêu : - Tìm công thức giải tích tính suất liều chiếu điểm gây nguồn xạ gamma có dạng hình học trụ đặc hai trường hợp không sử dụng có sử dụng che chắn tính đến tự hấp thụ nguồn - Chương trình áp dụng cho số nguồn thông dụng : 60 131 27Co , 53I , 137 , 77Ir192, 18Ar41, 19K40, 29Cu64, 30Zn65 55Cs - Trong trường hợp che chắn, áp dụng cho số loại vật liệu che chắn thông thường như: bê tông, nhôm, sắt, thiếc, chì Chương trình mô cho phép ta thực công việc sau : - Tính suất liều chiếu hai trường hợp có sử dụng che chắn không sử dụng che chắn - Tính bề dày số loại vật liệu che chắn thông thường để có suất liều an toàn sức khỏe người để có suất liều ý muốn - Vẽ đường đẳng liều 2D 3D nguồn trụ đặc trường hợp không sử dụng che chắn có sử dụng che chắn Từ hình vẽ cần click chuột vào điểm hình ta xác định suất liều vị trí Chương trình thể số tính vài phần mềm giới : Mercurad – 3D [11], MicroShield [14] Từ kết chương trình ta rút số kết luận - Sự tự hấp thụ nguồn phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố nguồn: chiều cao, bán kính lượng xạ nguồn + Những nguồn phát tia gamma có lượng lớn ảnh hưởng tự hấp thụ nhỏ có hệ số tự hấp thụ nhỏ + Khi chiều cao bán kính nguồn tăng ảnh hưởng tự hấp thụ lớn 52 - Sự tự hấp thụ phụ thuộc nhiều vào bán kính nguồn Đối với nguồn trụ đặc có bán kính không nhỏ, ảnh hưởng tự hấp thụ nguồn rõ rệt Giá trị suất liều chiếu trường hợp tính không tính đến tự hấp thụ chệnh lệch nhiều Do ta bỏ qua ảnh hưởng tự hấp thụ nguồn - Khi bán kính nguồn giảm giá trị suất liều chiếu gây nguồn có dạng hình trụ đặc tiến gần giá trị suất liều chiếu gây nguồn có dạng dây thẳng - Ở khoảng cách tương đối lớn bán kính nguồn nhỏ nguồn trụ đặc giống nguồn dây thẳng * Kiến nghị hướng phát triển - Chương trình tính suất liều điểm nằm nguồn mà chưa tính điểm bên nguồn Cần xây dựng chương trình tính suất liều áp dụng cho tất vị trí quan tâm kể bên nguồn - Do thuật toán phức tạp nên việc vẽ đường đẳng liều đòi hỏi nhiều thời gian Do cần phải tiếp tục nghiên cứu phát triển để khắc phục nhược điểm - Chương trình áp dụng cho trường hợp lớp vật liệu che chắn không tính cho nhiều lớp vật liệu che chắn khác Cần xây dựng chương trình với nhiều lớp vật liệu che để có khả hấp thụ xạ thứ cấp - Chương trình áp dụng cho trường hợp nguồn phân bố Cần xây dựng chương trình áp dụng cho trường hợp nguồn có mật độ không đồng - Một điều quan trọng chương trình việc kiểm tra độ xác kết thu Cần phải so sánh, đối chiếu kết chương trình với công trình chương trình khác nghiên cứu đến nguồn gamma có dạng trụ đặc Qua đề tài thấy cần phải tiếp tục xây dựng phần mềm, hoàn thiện chuyên nghiệp để áp dụng rộng rãi chương trình thực tế 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Minh Huân (2009), Mô đường đẳng liều nguồn xạ gamma có dạng hình học khác nhau, Luận văn Thạc sĩ Vật lí trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh [2] Ngô Quang Huy (2004), An toàn xạ ion hóa, NXB Khoa học kỹ thuật, TP Hồ Chí Minh [3] Đặng Văn Liệt (2004), Giải tích số, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [4] Trần Đại Nghiệp (2006), Giáo trình Xử lý xạ sở công nghệ xạ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [5] Châu Văn Tạo (2004), An toàn xạ ion hóa, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [6] Châu Văn Tạo (2007), Xây dựng phần mềm tính đường đẳng liều nguồn xạ gamma dạng hình học trụ, Tạp chí phát triển khoa học công nghệ, Tập 10, Số – 2007, Trang 29 [7] Nguyễn Đức Thành (2004), Matlab ứng dụng điều khiển, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Tiếng Anh [8] Bevelacqua J.J (2005), Point Source Approximation in Health Physics, RSO Magazin, Volume 10, No 1, pp 22 [9] Kenneth R Kase and Walter R Nelson (1972), Concept of radiation dosimetry, Stanford, Califonia [10] Jame E Martin (2006), Physics for Radiation Protection, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim Website [11] http://www.canberra.com/products/589.asp 55 [12] http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/r/radiation-exposure-doselimit.htm [13] http://www.mathworks.com/matlabcentral [14] http://www.radiationsoftware.com/mshield.html 56 Phụ lục : Các số nguồn phóng xạ Đồng vị T1/2 60 27Co 5,27 (năm) 131 53I 137 55Cs 192 77Ir 8,08 ( ngày) 26,6 (năm) 73,3 (ngày) Năng lượng hνi (MeV) Hằng số Kγi ⎛ R.cm ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ h.mCi ⎠ Hệ số tự hấp thụ μs (cm-1) 1,333 6,82 0,462 1,172 6,11 0,524 0,722 0,122 0,33 0,637 0,327 0,406 0,364 1,621 0,593 0,284 0,078 0,869 0,08 0,008 9,485 0,661 3,1 0,471 1,060 0,022 1,264 0,613 0,222 2,026 0,604 0,377 2,026 0,588 0,191 2,026 0,485 0,082 2,528 0,468 1,282 2,528 0,417 0,030 3,551 0,375 0,031 3,551 0,316 1,474 5,983 0,308 0,468 5,983 0,296 0,428 5,983 0,283 0,008 5,983 0,206 0,029 14,417 0,201 0,004 14,417 41 18Ar 40 19K 64 29Cu 1,82 (giờ) 1,290 6,580 0,0863.10-3 1,39.109 (năm) 1,46 0,800 0,0439 12,8 (giờ) 0,511 1,120 0,741 65 30Zn 245 (ngày) 1,12 2,92 0,524 0,511 0,10 0,741 57 Phụ lục : Các số A1, α1, α2, δD, μ số vật liệu che chắn Vật liệu Bê tông Nhôm Sắt Thiếc Chì Mức lượng Hệ số δD(hν,Z) hν0 (MeV) 0,5 0,869 1,0 0,903 2,0 0,929 3,0 0,943 4,0 0,956 6,0 0,973 8,0 0,983 10,0 0,987 1,0 0,845 2,0 0,905 3,0 0,930 4,0 0,946 6,0 0,965 8,0 0,976 10,0 0,983 0,5 0,869 1,0 0,903 2,0 0,929 3,0 0,943 4,0 0,956 6,0 0,973, 8,0 0,983 10,0 0,987 1,0 0,952 2,0 0,965 3,0 0,974 4,0 0,979 6,0 0,986 8,0 0,986 10,0 0,984 0,5 0,983 1,0 0,986 2,0 0,989 3,0 0,990 4,0 0,993 6,0 0,994 8,0 0,995 10,0 0,996 A1 α1 α2 12,5 9,90 6,30 4,70 3,90 3,10 2,80 2,60 8,00 5,50 4,50 3,80 3,10 2,30 2,25 10,0 8,00 5,50 5,00 3,75 2,90 2,35 2,00 4,50 4,00 3,30 2,80 1,70 1,20 0,82 1,65 2,45 2,60 2,15 1,65 0,96 0,67 0,50 0,1110 0,0880 0,0690 0,0620 0,0590 0,0590 0,0570 0,0500 0,1100 0,0820 0,0740 0,0660 0,0640 0,0620 0,0600 0,0948 0,0895 0,0788 0,0740 0,0750 0,0825 0,0833 0,0950 0,0800 0,0800 0,0920 0,11 00 0,1440 0,1700 0,1850 0,0320 0,0450 0,0710 0,0970 0,1230 0,1750 0,2040 0,2140 0,0060 0,0290 0,0580 0,0730 0,0790 0,0830 0,0860 0,0840 0,0440 0,0930 0,1160 0,1300 0,1520 0,1500 0,1280 0,0120 0,0400 0,0700 0,0750 0,0820 0,0750 0,0546 0,0116 0,1300 0,1420 0,1300 0,1100 0,0400 0,0000 0,1000 0,2960 0,1780 0,1030 0,0770 0,0640 0,0590 0,0670 0,0800 Hệ số hấp thụ μ (cm-1) 0,2040 0,1490 0,1040 0,0853 0,0745 0,0630 0,0571 0,0538 0,1660 0,1170 0,0953 0,0837 0,0712 0,0650 0,0618 0,6390 0,4700 0,3330 0,2830 0,2590 0,2390 0,2310 0,2310 0,4200 0,2990 0,2680 0,2590 0,2610 0,2690 0,2800 1,7250 0,7990 0,5250 0,4800 0,4780 0,4950 0,5210 0,5550 58 Phụ lục : Các giải thuật sử dụng chương trình Phương pháp chia đôi khoảng cách [3] Phương pháp sử dụng để giải phương trình phương pháp số phương pháp sử dụng hàm tính bề dày * Thuật toán : Giả sử xác định [ x i , x u ] tính f ( x i ) f ( x u ) thỏa điều kiện f ( x i ) f ( x u ) < Bước : Tìm nghiệm x r sau : xr = xi + x u Tính f ( x r ) Nếu f ( x r ) ≈ x r nghiệm Chấm dứt thuật toán Nếu không tính tiếp bước Bước : Thu nhỏ khoảng cách Nếu f ( x i ) f ( x r ) < khoảng cách ban đầu thu [ x i , x r ] cách đặt x u = x r trở bước Nếu f ( x i ) f ( x r ) > khoảng cách ban đầu thu [ x r , x u ] cách đặt x i = x r trở bước Phương pháp hình thang [3] Phương pháp dùng để tính tích phân số Phương pháp sử dụng hầu hết hàm chương trình Giả sử ta lấy tích phân đoạn [ a, b] , ta chia đoạn [ a, b] thành N đoạn nhỏ h, giá trị tích phân tính theo quy tắc hình thang sau : b ∫ f ( x )dx = a N-1 ⎤ h⎡ f a + f ( a+j.h ) + f ( b ) ⎥ ( ) ⎢ ∑ 2⎣ j=1 ⎦ 59 Với h = b-a N Sai số quy tắc hình thang : Khi tính tích phân lớp từ a đến b sai số tính theo công thức E1 = - '' f ( ξ ) h3 12 với a < ξ < b Sai số quy tắc hình thang lớp tỉ lệ với h3 Khi tính tích phân N lớp từ a đến b ta đặt : '' f TB (ξ ) = f '' ( ξ1 ) + f '' ( ξ ) + + f '' ( ξ N ) N Khi công thức tính sai số : ET = - 1 '' Nf TB ( ξ ) h = - ( b - a ) fTB'' ( ξ ) h 12 12 Với quy tắc hình thang mở rộng cho N lớp sai số tỉ lệ với h2 60 Phụ lục 4: Kết tính suất liều nguồn trụ đặc Không sử dụng che chắn b (cm) 10 20 30 40 50 100 P1 (R/h) 110,988 32,547 8,475 3,785 2,130 1,363 0,340 P2 (R/h) 19,571 5,763 1,498 0,668 0,376 0,240 0,060 P3 (R/h) 54,620 16,007 4,169 1,862 1,048 0,671 0,167 P4 (R/h) 2,349 0,704 0,180 0,079 0,044 0,028 0,007 P5 (R/h) 230,752 66,052 17,248 7,732 4,362 2,796 0,700 P6 (R/h) 26,029 7,474 1,952 0875 0,493 0,316 0,079 P7 (R/h) 14,680 4,331 1,125 0,501 0,282 0,180 0,045 P8 (R/h) 44,550 13,082 3,405 1,520 0,855 0,547 0,136 - Nguồn hoạt độ Ci b (cm) khoảng cách từ điểm cần tính suất liều (nằm mặt trung trực đoạn thẳng nối tâm hai đáy) đến tâm nguồn Nguồn trụ đặc có bán kính cm chiều cao 10 cm - Suất liều P1 tính cho nguồn Co – 60 - Suất liều P2 tính cho nguồn I – 131 - Suất liều P3 tính cho nguồn Cs – 137 - Suất liều P4 tính cho nguồn Ir – 192 - Suất liều P5 tính cho nguồn Ar – 41 - Suất liều P6 tính cho nguồn K – 40 - Suất liều P7 tính cho nguồn Cu – 64 - Suất liều P8 tính cho nguồn Zn – 65 61 Có sử dụng che chắn d (cm) 0,5 1,5 2,5 P1 (R/h) 6,8546 6,0969 5,4131 4,7964 4,2406 3,7403 P2 (R/h) 6,3492 5,5902 4,9130 4,3092 3,7715 3,2931 P3 (R/h) 6,2867 5,1281 4,1762 3,3958 2,7574 2,2361 P4 (R/h) 6,7718 5,6456 4,7004 3,9087 3,2465 2,6937 P5 (R/h) 6,1163 4,4216 3,1774 2,2717 1,6169 1,1465 - Nguồn Co-60 có hoạt độ Ci Khoảng cách từ điểm cần tính suất liều (nằm mặt trung trực đoạn thẳng nối tâm hai đáy) đến tâm nguồn 20 cm Nguồn trụ đặc có bán kính cm chiều cao 10 cm Tấm che có bề dày d (cm) đặt song song với nguồn vuông góc với đường thẳng qua tâm nguồn điểm cần tính suất liều - Suất liều P1 tính cho trường hợp che chắn bê tông - Suất liều P2 tính cho trường hợp che chắn nhôm - Suất liều P3 tính cho trường hợp che chắn sắt - Suất liều P4 tính cho trường hợp che chắn thiếc - Suất liều P5 tính cho trường hợp che chắn chì 62 Sử dụng che chắn với chì dày cm b (cm) 10 20 30 40 50 100 P1 (R/h) 52,204 16,591 4,422 1,983 1,118 0,716 0,179 P2 (R/h) 0,908 0,356 0,102 0,046 0,026 0,017 0,004 P3 (R/h) 15,540 5,187 1,404 0,632 0,357 0,228 0,057 P4 (R/h) 0,056 0,024 0,007 0,003 0,002 0,001 0,0003 P5 (R/h) 138,100 41,774 11,080 4,982 2,814 1,804 0,452 P6 (R/h) 14,175 4,325 1,149 0,517 0,292 0,187 0,047 P7 (R/h) 8,786 2,743 0,724 0,324 0,182 0,117 0,029 P8 (R/h) 27,033 8,379 2,215 0,991 0,558 0,357 0,089 - Nguồn hoạt độ Ci b (cm) khoảng cách từ điểm cần tính suất liều (nằm mặt trung trực đoạn thẳng nối tâm hai đáy) đến tâm nguồn Nguồn trụ đặc có bán kính cm chiều cao 10 cm Tấm che chì bề dày cm đặt song song với nguồn vuông góc với đường thẳng qua tâm nguồn điểm cần tính suất liều - Suất liều P1 tính cho nguồn Co – 60 - Suất liều P2 tính cho nguồn I – 131 - Suất liều P3 tính cho nguồn Cs – 137 - Suất liều P4 tính cho nguồn Ir – 192 - Suất liều P5 tính cho nguồn Ar – 41 - Suất liều P6 tính cho nguồn K – 40 - Suất liều P7 tính cho nguồn Cu – 64 - Suất liều P8 tính cho nguồn Zn – 65 [...]... các nguồn phóng xạ ta phải đánh giá suất liều ở một khoảng cách nhất định hoặc dùng những vật liệu che chắn sao cho suất liều giảm đến mức an toàn cho nhân viên và dân chúng Các nguồn phóng xạ gamma thông thường ngoài các dạng hình học điểm, đĩa thì còn có dạng hình học trụ đặc Dựa vào phương trình (2.35) và (2.40) chúng tôi xây dựng chương trình tính suất liều chiếu của nguồn gamma có dạng hình học trụ. .. được cho trong phụ lục 2 18 2.2 Suất liều của nguồn bức xạ gamma dạng hình học điểm 2.2.1 Trường hợp không che chắn R P Nguồn điểm Hình 2.2 : Dạng nguồn điểm không che chắn Suất liều chiếu tại P của nguồn bức xạ điểm có độ phóng xạ C, có hằng số gamma Kγ tạo ra ở điểm cách nó một khoảng R khi không có lớp che chắn là [5] : P= K γC R2 (2.11) R.cm 2 Kγ [ ] là hằng số gamma của chất phóng xạ được che trong... học trụ đặc Chương trình đã giải quyết được một số vấn đề liên quan đến suất liều chiếu của một số nguồn bức xạ gamma dạng hình học trụ đặc như: - Tính suất liều chiếu tại bất kỳ vị trí nào bên ngoài nguồn trụ đặc mà người sử dụng quan tâm với các dữ liệu đầu vào tùy chọn cho các loại nguồn bức xạ ion hóa như (27Co60, 53I131, 55Cs137, 77Ir192, 18Ar41, 19K40, 29Cu64, 30Zn65) - Trong trường hợp có che... vật chất của nguồn μ là hệ số suy giảm tuyến tính của vật liệu nguồn gamma Z r0 P R z H O dV M s N h Y r ϕ a X b Hình 2.7 : Dạng nguồn trụ đặc không che chắn Tính s: Gọi N là giao điểm của MP với mặt xung quanh của khối trụ * Xác định tọa độ của N: + Phương trình đường thẳng MP: ⎧ X = a + (a - rcosφ)t ⎪ ⎨ Y = b + (b - rsinφ)t ⎪ Z = h + (h - z)t ⎩ (2.26) (2.27) (2.28) 26 + Phương trình mặt trụ: ⎧X 2... có che chắn, chương trình có thể tính suất liều chiếu khi qua các vật liệu như: bê tông, nhôm, sắt, thiếc, chì - Tính bề dày của một số loại vật liệu che chắn thông thường (bê tông, nhôm, sắt, thiếc, chì) để có được suất liều như ý muốn hoặc để giảm suất liều của nguồn tại nơi quan tâm đến mức được phép - Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng không sử dụng che chắn với những giá trị suất liều tùy chọn... chỉ xét nguồn đồng chất, phân bố đều và nguồn có dạng hình học đối xứng nên các photon sau khi tán xạ với vật liệu nguồn thoát ra ngoài theo mọi phương xem như có cường độ như nhau Do đó hệ số tích lũy năng lượng bằng 1 2.4.2 Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dày d Xét trong hệ quy chiếu (Oxyz) Tâm nguồn được đặt ở gốc tọa độ nguồn nằm dọc trục Oz, ta tính suất liều tại điểm P có tọa... Nếu tính đến bức xạ tán xạ : P= CK γ δ πr02 H 2 ∑ A W ( a, b, h, H, r , μ' d ) i 0 (2.39) i i=1 Với W ( a, b, h, H, r0 , μ'i d ) = H/2 r0 2π -H/2 0 0 ∫ ∫ ∫ e -μ' d a 2 + b2 + r 2 - 2r ( bsinφ + acosφ ) + ( h - z ) i b - rsinφ 2 e − μs rdrdzdφ a 2 + b 2 + r 2 - 2r ( bsinφ + acosφ ) + ( h - z ) 2 (2.40) trong đó: μ i ' = αi μ' 32 CHƯƠNG 3 : CHƯƠNG TRÌNH TÍNH SUẤT LIỀU CỦA NGUỒN GAMMA CÓ DẠNG HÌNH HỌC TRỤ... phép tính (2.35), (2.39) Xuất kết quả ra màn hình Kết thúc 34 3.2 Giao diện chương trình 3.2.1.Giao diện chính (form main) Khi chương trình được thực hiện thì giao diện chính (form main) xuất hiện đầu tiên để dẫn người sử dụng đến các form khác Hình 3.1 : Giao diện của form main lựa chọn không sử dụng che chắn Có hai chọn lựa là: “Không sử dụng che chắn” và Có sử dụng che chắn” • Tính suất liều ... Nếu tính đến bức xạ tán xạ : P= CK γ δ 2L 2 ∑ A M ( a, b, h, L, φ, μ d ) i (2.24) i i=1 L Với M ( a, b, h, L, φ, μ i d ) = ∫ e -μ d ( x - a )2 + b2 + h 2 i ( x - a )sinφ + bcosφ (x - a) -L 2 dx + b2 + h 2 Nếu tấm che song song với nguồn thì φ = 0 2.4 Suất liều của nguồn bức xạ gamma dạng hình học trụ đặc 2.4.1 Trường hợp không che chắn Xét trong hệ quy chiếu (OXYZ) Tâm nguồn được đặt ở gốc tọa độ nguồn. .. là hệ số tích lũy liều khi giữa nguồn và đầu dò là lớp vật liệu có dạng hình học cản, δ ( hν, Z ) là hệ số hiệu chỉnh Khi đó phương trình I = I 0 e -μx B ( hν, Z, μx ) có chú ý tới hệ số tích lũy và hệ số hiệu chỉnh đối với dạng hình học cản sẽ được biểu diễn bằng công thức sau : I = I 0 B ∞ ( hν, Z, μx ) e -μx δ ( hν, Z ) (2.9) Trong nhiều bài toán, hệ số tích lũy được tính dưới dạng tổng hai số hạng ... để mô chương trình Luận văn trình bày chương : Chương : Các khái niệm an toàn xạ Chương : Sự che chắn xạ gamma Chương : Chương trình tính suất liều nguồn xạ gamma có dạng hình học trụ đặc CHƯƠNG... đo đạc nghiên cứu sử dụng máy tính để tính suất liều vị trí khác quanh nguồn phóng xạ thu kết cách an toàn Vì vậy, việc tính toán để xây dựng chương trình mô cho kết nhanh chóng, xác cần thiết. .. che có bề dày d 29 Chương - Chương trình tính suất liều nguồn xạ gamma có dạng hình học trụ đặc 32 3.1 Yêu cầu chương trình 32 3.2 Giao diện chương trình 34 3.2.1