đo phân bố suất liều neutron đối với howitzer nước dùng nguồn đồng vị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH LÊ THỊ MỘNG THUẦN ĐO PHÂN BỐ SUẤT LIỀU NEUTRON ĐỐI VỚI HOWITZER NƯỚC DÙNG NGUỒN ĐỒNG VỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH LÊ THỊ MỘNG THUẦN ĐO PHÂN BỐ SUẤT LIỀU NEUTRON ĐỐI VỚI HOWITZER NƯỚC DÙNG NGUỒN ĐỒNG VỊ Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, HN & NLC Mã số: 60.44.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VĂN HÙNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2011 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn, cố gắng nỗ lực thân, nhận nhiều quan tâm, hướng dẫn động viên quý thầy cô, gia đình bạn bè Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Thầy TS Nguyễn Văn Hùng tận tình hướng dẫn kiến thức chuyên môn kinh nghiệm quý báu giúp hoàn thành luận văn Các anh Phạm Ngọc Sơn, Nguyễn Xuân Hải, Hồ Hữu Thắng, Phòng Vật lý Điện tử hạt nhân, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, chia sẻ kinh nghiệm góp ý, tạo điều kiện tốt để hoàn thành việc đo đạc thực nghiệm Gia đình tập thể lớp cao học ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao K20 động viên suốt thời gian học cao học thời gian thực luận văn Tác giả luận văn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -ooooo - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tính chân thực luận văn Các số liệu thực nghiệm luận văn thân thực Luận văn hoàn thành hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Hùng mà chép từ công trình người khác Tác giả luận văn MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 14 1.1 Các nguồn neutron đồng vị đặc trưng chúng 14 1.1.1 Nguồn (α, n) 15 1.1.2 Nguồn (γ, n) 20 1.1.3 Nguồn neutron phân chia tự phát 21 1.2 Đặc trưng làm chậm khuếch tán neutron môi trường nước 22 1.2.1 Làm chậm neutron 22 1.2.2 Khuếch tán neutron 29 1.2.3 Phân bố không gian neutron làm chậm 34 1.2.4 Độ dài khuếch tán neutron 36 1.3 Howitzer nước dùng nguồn neutron đồng vị 38 1.3.1 Ích lợi cấu tạo Howitzer 38 1.3.2 Howitzer Trung tâm đào tạo, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt 39 1.4 Phương pháp đo suất liều neutron dùng dò đồng vị 40 1.4.1 Kích hoạt dò đồng vị trường hợp bọc không bọc Cadmi 40 1.4.2 Tính thông lượng neutron nhiệt nhiệt 44 1.4.3 Chuyển từ thông lượng neutron sang suất liều 45 1.5 Các thiết bị ghi đo neutron 46 1.5.1 Ghi nhận neutron chậm 49 1.5.2 Ghi nhận neutron nhanh 51 1.5.3 Ghi nhận neutron trung bình 53 1.5.4 Một số dụng cụ đo liều neutron 54 1.6 Tổng quan đại lượng mô tả chùm xạ 57 1.7 An toàn xạ sử dụng nguồn neutron 63 1.7.1 Tương tác neutron với vật chất 63 1.7.2 Tính toán che chắn xạ neutron 65 1.7.3 Những nguyên tắc bảo vệ chống xạ giới hạn liều 66 Chương ĐO PHÂN BỐ SUẤT LIỀU NEUTRON 72 2.1 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 72 2.1.1 Lá dò 72 2.1.2 Thanh đặt dò hộp Cadmi 74 2.1.3 Nguồn neutron 75 2.1.4 Hệ phổ kế gamma phòng Vật lý Điện tử hạt nhân, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt 76 2.1.5 Máy đo liều gamma neutron xách tay 78 2.2 Đo phân bố suất liều neutron phương pháp kích hoạt dò 80 2.2.1 Chiếu kích hoạt tính hoạt độ dò trần 81 2.2.2 Chiếu kích hoạt đo phổ gamma dò bọc Cadmi 84 2.2.3 Tính thông lượng neutron suất liều tương ứng 86 2.3 Đo phân bố suất liều neutron gamma máy đo liều xách tay 91 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 93 3.1 Phân bố thông lượng neutron 93 3.2 Phân bố suất liều neutron 94 3.3 Đánh giá an toàn xạ sử dụng Howitzer 95 KẾT LUẬN 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC 102 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phổ neutron nguồn Ra-Be 16 Hình 1.2 Container chứa nguồn Ra-Be .17 Hình 1.3 Chuỗi phân rã 238U từ đoạn 226Ra đến 206Pb 17 Hình 1.4 Phổ lượng nguồn Po-Be 18 Hình 1.5 Phổ lượng nguồn Am-Be 19 Hình 1.6 Sơ đồ phân rã antimony thành 124Te 20 Hình 1.7 Phổ lượng neutron nguồn tương tự phổ neutron phân chia 22 Hình 1.8 Sơ đồ phân rã phổ lượng nguồn 252Cf 22 Hình 1.9 Sơ đồ tán xạ đàn hồi neutron lên hạt nhân A hệ tọa độ PTN TQT 23 Hình 1.10 Sơ đồ tính ξ 24 Hình 1.11 Tiết diện bắt neutron tán xạ đàn hồi H 27 Hình 1.12 Tiết diện tán xạ đàn hồi 16O .27 Hình 1.13 Sơ đồ tính mật độ dòng neutron .29 Hình 1.14 Sơ đồ tán xạ neutron .32 Hình 1.15 Sơ đồ làm chậm khuếch tán neutron 38 Hình 1.16 Một Howitzer neutron đơn giản thực tế 39 Hình 1.17 Hệ Howitzer Viện NCHN Đà Lạt 40 Hình 1.18 Quá trình bắt neutron hạt nhân bia 41 Hình 1.19 Thông lượng neutron 1mrem/h phụ thuộc lượng neutron .46 Hình 1.20 Ống đếm dài .52 Hình 1.21 Liều kế neutron nhanh 55 Hình 1.22 Sự phụ thuộc suất liều vào lượng neutron 55 Hình 1.23 Ống đếm BF 56 Hình 1.24 Sự phụ thuộc tốc độ đếm vào lượng neutron 57 Hình 1.25 Giản đồ vật liệu che chắn số xạ 68 Hình 2.1 Các dò Au dùng thí nghiệm 73 Hình 2.2 Các dò sau bọc Cd chiếu trần chuẩn bị xong 73 Hình 2.3 Các nhôm sau gia công .74 Hình 2.4 Hộp Cadmi 75 Hình 2.5 Mặt cắt dọc nguồn 252Cf 76 Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma .76 Hình 2.7 Ảnh chụp Hệ phổ kế gamma phòng Vật lý Điện tử hạt nhân .77 Hình 2.8 Hiệu suất ghi đỉnh theo lượng 78 Hình 2.11 Thanh nhôm gắn dò trần 81 Hình 2.12 Bố trí thí nghiệm chiếu dò trần 82 Hình 2.13 Thanh nhôm gắn dò bọc Cd 84 Hình 2.14 Bố trí thí nghiệm chiếu dò bọc cadmi 85 Hình 3.1 Phân bố thông lượng neutron nhiệt nhiệt .93 Hình 3.2 Phân bố suất liều neutron nhiệt nhiệt .94 Hình 3.3 Phân bố suất liều gamma xung quanh Howitzer 95 Hình 3.4 Phân bố suất liều neutron xung quanh Howitzer .95 Hình 3.5 Thông lượng neutron mô .97 Hình 3.6 Thông lượng neutron tính từ thực nghiệm 97 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các nguyên tố phát α nguồn Ra-Be 15 Bảng 1.2 Các tia γ có lượng cao nguồn Ra-Be 16 Bảng 1.3 Đặc trưng số hợp chất Am-Be 19 Bảng 1.4 Một số đồng vị phóng xạ dùng làm nguồn neutron 21 Bảng 1.5 Thông số làm chậm neutron số chất 26 Bảng 1.6 Các thông số làm chậm khuếch tán neutron 36 Bảng 1.7 Thông lượng neutron cho suất liều hiệu dụng 1mrem/h 45 Bảng 1.8 Những phản ứng với neutron nhiệt 48 Bảng 1.9 Những phản ứng có ngưỡng .48 Bảng 1.10 Trọng số xạ W R số xạ theo khuyến cáo ICRP (1990) 61 Bảng 1.11 Trọng số mô 62 Bảng 1.13 Bề dày HVT TVT số vật liệu cản xạ 69 Bảng 1.14 Các giới hạn liều ICRP khuyến cáo (1990) .71 Bảng 2.1 Khối lượng kí hiệu dò 73 Bảng 2.2 Các phản ứng kích hoạt nhôm 75 Bảng 2.3 Các thông số phản ứng 197Au bắt neutron 80 Bảng 2.4 Thời gian chiếu dò trần 82 Bảng 2.5 Diện tích đỉnh N p dò chiếu trần .83 Bảng 2.6 Hoạt độ riêng dò chiếu trần 83 Bảng 2.7 Diện tích đỉnh dò bọc Cd 86 Bảng 2.8 Hoạt độ dò bọc Cd 86 Bảng 2.9 Hệ số chuyển từ thông lượng sang suất liều .87 Bảng 2.10 Kết thông lượng suất liều tương đương neutron nhiệt 88 Bảng 2.11 Hệ số chuyển đổi suất liều cho neutron nhiệt 88 Bảng 2.12 Kết thông lượng suất liều neutron nhiệt 89 Bảng 2.13 Kết suất liều xung quanh Howitzer 92 Bảng 3.1 Phân bố thông lượng neutron 93 Bảng 3.2 Suất liều neutron bên Howitzer .94 Bảng 3.3 Các thành phần hóa học nhôm 6061 96 Bảng 3.4 Hoạt độ phóng xạ cho 1kg nhôm 96 [12] Châu Văn Tạo (2004), An toàn xạ ion hóa, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh Tiếng Anh [13] Andersson IO Braur J (1963), Neutron dosimetry proceedings of the Symposium on neutron detection, Dosimetry, and Standaradiation Volume Vienna (IAEA) [14] Herman Cember PhD, Thomas E Jonhson PhD (2009), Health physics, Mc Graw Hill company, United States [15] Landolt – Bornstein (2005), Radiological Protection, Volume 4, Springer – Verlag Berlin Heidelberg, Germany [16] Jame E Martin (2006), Physics for Radiation Protection: A Handbook, Wiley-VCH Verlag GmbH& Co KG2A,Welhelm [17] K.H Beckurts et al (1964), Neutron physics, Oak Ridge National Lab., USA PHỤ LỤC PHỔ CÁC LÁ DÒ CHIẾU TRẦN PHỔ CÁC LÁ DÒ BỌC CADMI [...]... nghiệm với Howitzer chứa nước và hệ điện tử đo neutron trong năm 2010 và đầu năm 2011), tôi đã chọn một phần công việc quan trọng đầu tiên trong năm 2011 là : Đo phân bố suất liều neutron đối với Howitzer nước dùng nguồn đồng vị Nguồn đồng vị dùng trong đề tài là nguồn neutron 252Cf – Đây là là lý do chọn đề tài luận văn III Mục tiêu đề tài Xác định thực nghiệm phân bố suất liều neutron đối với Howitzer. .. nước dùng nguồn 252Cf bên trong và xung quanh Howitzer Bên trong Howitzer: xác định phân bố thông lượng neutron theo bán kính sau đó chuyển qua suất liều; bên ngoài Howitzer: đo suất liều trực tiếp bằng máy đo liều xách tay IV Đối tượng, phạm vi khảo sát  Đối tượng: Howitzer nước nhẹ dùng nguồn neutron 252Cf  Phạm vi khảo sát: Đo đạc xác định thực nghiệm phân bố suất liều neutron đối với nguồn đồng. .. với Howitzer chứa nước hay graphite (dùng nguồn neutron đồng vị như 252 Cf, Am-Be, v.v.) để học 241 viên có thể tiến hành đo đạc các đặc trưng vật lý neutron cơ bản như: đo độ dài làm chậm và khuếch tán neutron, phổ và thông lượng neutron, kích hoạt mẫu trên nguồn neutron đồng vị, định liều neutron và thực hiện các tính toán mô phỏng Theo chương trình phát triển nguồn nhân trong lĩnh vực hạt nhân nói... thí nghiệm và các bước đo đạc, tính toán thông lượng, phân bố suất liều neutron trong Howitzer nước bằng phương pháp kích hoạt lá dò và máy đo liều xách tay Chương 3: Kết quả và thảo luận kết quả đạt được KẾT LUẬN: Tổng kết những kết quả đạt được và đề nghị nghiên cứu tiếp theo Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Các nguồn neutron đồng vị và đặc trưng của chúng Có nhiều loại nguồn neutron, tuy nhiên có... đồng vị Cf bên trong và xung quanh Howitzer nước bằng 252 phương pháp kích hoạt lá dò và máy đo liều neutron V Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm VI Bố cục luận văn : gồm có 4 phần MỞ ĐẦU : nêu tổng quan tình hình nghiên cứu, giới thiệu nội dung và mục đích đề tài TỔNG QUAN LÝ THUYẾT: gồm 1 chương Chương 1: Nêu đặc các trưng của neutron, làm chậm khuếch tán neutron, Howitzer nước dùng nguồn đồng vị. .. 1.1 Các nguồn neutron đồng vị và đặc trưng của chúng Có nhiều loại nguồn neutron, tuy nhiên có thể chia thành các loại chính sau: nguồn neutron đồng vị, nguồn neutron từ những máy gia tốc, nguồn neutron trong lò phản ứng, nguồn neutron là các đồng vị tự phân chia Các nguồn neutron trên được hình thành dựa trên một trong các phản ứng sau: (α, n), (d, n), (p, n), (γ, n)… Phản ứng (α, n): A Z A+ 3 Z +2... sau sẽ trình bày một số nguồn neutron đồng vị thông dụng 1.1.1 Nguồn (α, n) [10], [14], [17] 1.1.1.1 Nguồn neutron đồng vị Ra-Be 9 4 Be + 24 He → 126 C + 01n + γ + 5,7 MeV Tiết diện phản ứng là σ = 300 mb Các đặc điểm: nguồn neutron có cường độ cao, đẳng hướng và hầu như không thay đổi theo thời gian do chu kỳ bán hủy lớn (T 1/2 = 1620 năm) Vì thế nguồn Ra-Be thường được dùng làm nguồn chuẩn Tuy nhiên... γ Nếu E γ > 1,66 MeV thì sẽ tương tác với Be theo phản ứng 9Be (γ, n) 8Be Nghĩa là phát ra neutron thứ cấp làm tăng công suất nguồn và làm phổ neutron rộng ra Các tia γ có năng lượng cao trong nguồn ứng với năng lượng neutron được liệt kê trong bảng 1.2 Bảng 1.2 Các tia γ có năng lượng cao trong nguồn Ra-Be E γ (MeV) Suất ra γ đối với một Năng lượng neutron 226 phân rã của Ra trong phản ứng (γ, n) (keV)... cho nguồn có cường độ 8,5.104 n/s Nhược điểm là khi nguồn nằm trong trường neutron cường độ nguồn thay đổi do phân hạch của 239Pu 1.1.1.4 Nguồn Rn-Be Dựa vào phản ứng Be(α, n)C Nguồn này được sử dụng rộng rãi do việc chế tạo đơn giản, thường được dùng trong thiết bị bốc khí phóng xạ Các đặc điểm : Ít ổn định so với nguồn Ra-Be vì nó phân rã nhanh hơn ; kích thước nguồn này thường rất nhỏ Ví dụ : nguồn. .. phương pháp dùng các phản ứng (p, n) và (d, n) để sản xuất các neutron đơn năng, nên các nguồn neutron dựa trên phản ứng (γ, n) ít được dùng đến, nó chỉ dùng làm nguồn chuẩn Các đặc điểm: hiệu suất nhỏ; thời gian sống bé; nếu nguồn γ đơn năng thì nhận được neutron đơn năng Nguồn Sb-Be là một dạng nguồn (γ, n) Antimony 124Sb phân rã β- với T 1/2 = 60,9 ngày để trở thành Te ở trạng thái kích thích, sau ... nghiệm với Howitzer chứa nước hệ điện tử đo neutron năm 2010 đầu năm 2011), chọn phần công việc quan trọng năm 2011 : Đo phân bố suất liều neutron Howitzer nước dùng nguồn đồng vị Nguồn đồng vị dùng. .. nguồn neutron đồng vị đặc trưng chúng Có nhiều loại nguồn neutron, nhiên chia thành loại sau: nguồn neutron đồng vị, nguồn neutron từ máy gia tốc, nguồn neutron lò phản ứng, nguồn neutron đồng vị. .. ứng 86 2.3 Đo phân bố suất liều neutron gamma máy đo liều xách tay 91 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 93 3.1 Phân bố thông lượng neutron 93 3.2 Phân bố suất liều neutron