Báo Cáo: Hệ Đo AlphaBeta Phông Thấp MPC 2000 DP

Báo cáo thí nghiệm học phần Kỹ thuật đo lường EE3059 gồm 4 bài: Bài 1 kiểm tra volmet xoay chiều, bài 2 thí nghiệm công tơ xoay chiều, bài 3 sử dụng dao động ký số oscillooscope trong đo lường, bài 4 thiết bị ảo trong đo lường. Tham khảo nội dung bài báo cáo để nắm bắt thông tin chi tiết.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN & VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG  BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG Đề tài: Hệ đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Nam Sinh viên thực : Ngô Trí Dũng Nguyễn Xuân Hoàng Nguyễn Đình Công Lê Văn Được Hà Nội, tháng 11 năm 2015 Lời nói đầu MSSV 20130659 MSSV 20131631 MSSV 21030452 MSSV 20130971 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Thế giới sống chứa nhiều chất phóng xạ điều xảy từ hình thành trái đất Con người phát 60 hạt nhân phóng xạ hạt nhân không ngừng phân rã tương tác với đồng thời phát xạ α,β,γ Một phần chất phóng xạ phát tán vào môi trường: đất, không khí, nước… gây ảnh hưởng đến sống nhân loại Vì ghi đo xạ yếu tố quan trọng vật lý hạt nhân thực nghiệm Từ lĩnh vực nghiên cứu số liệu cấu trúc hạt nhân đến nghiên cứu ứng dụng công nghiệp, nông nghiệp, sinh học, địa chất, y tế, môi trường…đều cần thiết Trong trình học môn Kỹ Thuật Đo Lường, chúng em có tìm hiểu đề tài “Máy ghi đo phóng xạ MPC 2000 -DP ” nhận hướng dẫn nhiệt tình TS Nguyễn Hoàng Nam, giúp chúng em hoàn thành báo cáo Máy đo alpha-beta phông thấp MPC 2000 DP sử dụng phép đo hoạt độ phóng xạ hạt nhân phát xạ alpha, beta, đặc biệt hoạt độ thấp, phục vụ nghiên cứu vật lý hạt nhân, đo đạc, phân tích môi trường, kiểm soát an toàn phóng xạ, Mục đích báo cáo sử dụng nhằm cung cấp thông tin bản, cần thiết việc đặt chế độ đo vận hành thiết bị • • • Sau nội dung báo cáo : Tổng quan phóng xạ Cảm biến nhấp nháy Dual Phosphur ZnS Máy đo Anpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Dù cố gắng tìm hiểu, kiến thức chuyên ngành thiếu sốt kinh nghiệm thực tế chưa có, nên trình thực nhiều thiếu sót Rất mong nhận nhận xét thầy, để báo cáo hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy! Nhóm | CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ Nhóm 2 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP MỤC LỤC Nhóm | CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ Nhóm 3 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ Nhóm Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ 1.1 Phóng xạ, tia phóng xạ 1.1.1 Khái niệm Phóng xạ tượng số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi phát xạ hạt nhân (thường gọi tia phóng xạ) Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi đồng vị phóng xạ, nguyên tử không phóng xạ gọi đồng vị bền Các nguyên tố hóa học gồm đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi nguyên tố phóng xạ.các tia phóng xạ có từ tự nhiên bị chặn tầng khí Trái Đất Tia phóng xạ chùm hạt : • • Mang điện dương hạt anpha, hạt proton; mang điện âm chùm electron (phóng xạ beta) Không mang điện hạt nơtron, tia gamma (có chất giống ánh sáng lượng lớn nhiều) Sự tự biến đổi hạt nhân nguyên tử, thường gọi phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân 1.1.2 Nguồn gốc phân loại Các nguồn xạ bao gồm nguồn phóng xạ thiết bị xạ • • Các nguồn phóng xạ chất phát hạt xạ Alpha, Beta, Gamma neutron Các thiết bị xạ gồm lò phản ứng hạt nhân Máy gia tốc hạt tích điện, máy phát neutron,… Nguồn phóng xạ chia thành hai loại : Nhóm Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP • • Nguồn phóng xạ tự nhiên : Tia vũ trụ Các nhân phóng xạ vỏ Trái Đất Nguồn phóng xạ nhân tạo: sản xuất lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc hạt tích điện Nhóm Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP 1.1.3 Các loại tia phóng xạ Các tia phóng xạ phát phản ứng hạt nhân, đồng vị không bền chuyển thành đồng vị bền hơn, phản ứng phân hạch nhiệt hạch Sau số nguồn phóng xạ alpha, beta thường gặp Bảng 1.1 Bảng phương trình phân rã đồng vị phóng xạ phát xạ hạt alpha, beta Hình 1.1 Sự phát xạ chất phóng xạ môi trường có từ trường Nhóm Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP • • • • • • • • • • • • • • • Bức xạ Alpha Là dòng hạt nhân nguyển tử 2He4 mang điện tích dương Bức xạ Alpha phát trình phân rã đồng vị nặng Uran, Radi, Radon Plutoni … với vận tốc khoảng 2×107m/s Có khả ion hóa chất khí dần lượng Trên Trái Đất, xạ Alpha không truyền xa, khả đâm xuyên yếu bị cản lại toàn tờ giấy Nhưng nguy hiểm để xạ Alpha xâm nhập vào bên thể người Bức xạ Beta Bức xạ Beta bao gồm hạt Beta + (positron) Beta – (điện tử) Tia Beta phát từ số vật liệu phóng xạ , chẳng hạn Triti, Cacbon-14, photpho-32 Stronti-90 Vận tốc hạt Beta gần vận tốc ánh sáng Ion hóa chất khí yếu tia Alpha Khả đâm xuyên mạnh tia Alpha, xa không khí, bị cản lại kim loại, kính hay quần áo bình thường Nó làm tổn tương lớp da bảo vệ, xạ Beta phát thể, chiếu xạ làm tổn thương mô tế bào Bức xa Gamma Bức xạ gamma sóng điện từ, có bước sóng ngắn, hạt photon lượng cao, va chạm với vật chất cường độ giảm dần Tia gamma tạo tự phân rã chất phóng xạ, chẳng hạn Cobalt-60 Xedi-137 Không bị lệch điện, từ trường Khả đâm xuyên lớn, nên phải dùng chắn làm vật liệu chì, bê tông dày Nó gây hại lớn đến da tế bào thể người tiếp xúc với Hình 1.2 Khả đâm xuyên xạ môi trường Nhóm 8 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP • • • • • • Bức xạ Neutron Hạt Neutron giải phóng sau phản ứng phân hạch hạt nhân Uranium Plutronium, thân xạ ion hóa, va chạm với hạt nhân khác, kịch hoạt hạt nhân gây tia gamma hay hạt điện tích thứ cấp gián tiếp gây xạ ion hóa Neutron có sức xuyên mạnh tia gamma Chỉ bị ngăn cản tường bê tông dày, nước chắn Paraphin Bức xạ Neutron tồn trong lò phản ứng hạt nhân nhiên liệu hạt nhân Tia X Tia X dạng lượng sóng điện từ Tia X người tạo ống Rơngen mà thân tính phóng xạ Tia X bao gồm hỗn hợp bước sóng khác Do biết đặc điểm, tính chất nguy hại đến sức khỏe người loại xạ, nên việc tránh tiếp xúc với vấn đề vô quan trọng thiết yếu Nên tổng quan ghi đo đạc xạ môi trường để ta tránh tiếp xúc với chúng nhiều 1.2 Tổng quan ghi đo phóng xạ Trong đo ghi xạ, thành phần quan trọng thiết bị đo cảm biến Đây thiết bị biến đổi tín hiệu cần đo thành tín hiệu điện để thiết bị điện tử ghi nhận phân tích Mỗi loại xạ khác có chế tương tác với vật chất đặc trưng riêng biệt, để ghi nhận chúng cần có loại detector khác như: detector chứa khí, detector nhấp nháy, detector bán dẫn 1.3 Các đại lượng phóng xạ Becquerel (Bq) (Đơn vị mang tên nhà khoa học giải Nobel Henri Becquerel) Theo Hệ đo lường quốc tế SI, Becquerel đơn vị đo cường độ phóng xạ Một Becquerel cường độ phóng xạ vật vật có lần phân rã giây Curie (Ci) đơn vị phi SI thể mức độ phóng xạ hoạt động gram Ra226 Cách chuyển đổi Bq Ci: Ci = 3,7 × 1010 Bq Nhóm Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Gray (Gy) (Đơn vị đặt theo tên nhà vật lý người anh Louis Harold Gray) Theo hệ đo lường quốc tế SI, Gray đơn vị đo lượng hấp thụ xạ ion hóa tuyệt đối Một Gray lượng hấp thụ xạ ion hóa có lượng jun vật hấp thụ có khối lượng kilogram Sievert (Sv) (Đơn vị đặt theo tên nhà vật lý y tế Thụy Điển Maximilian Rolf Sievert) Theo Hệ đo lường quốc tế, Sievert đơn vị đo lượng hấp thụ xạ ion hóa có tác dụng gây tổn hại Một Sievert lượng hấp thụ xạ ion hóa tương đương Gray có tác dụng gây tổn hại 1Sv = 1Gy = 1J-kg Nhóm 10 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Cảm biến nhấy nháy có đóng góp quan trọng phát triển ngành phân tích kích hoạt phóng xạ, loại cảm biến cũ dùng để đo lường phóng xạ Các cảm biến nhấp nháy (scintillator) dựa vài chất thực tế (được gọi phosphor) chúng phát ánh sáng nhìn thấy electron thay đổi mức lượng phát photon ion hóa xạ đo Các photon ánh sáng qua lớp dẫn sáng, đập vào photocatode ống nhân quang điện lối ống nhân quang điện xuất tín hiệu điện có biên độ lớn Tín hiệu điện đưa vào tiền khuếch đại khuếch đại lên trước đưa vào phân tích ghi nhận Có nhiều loại phosphor khác nhau, loại sử dụng để đo xạ khác nhau, với đo xa Alpha-Beta ta sử dụng phosphor ZnS 2.3.2 Sơ đồ tiền khuếch đại ghép nối với cảm biến nhấp nháy Trong detector nhấp nháy, biên độ xung tín hiệu thường có giá trị lớn mức tạp âm tiền khuếch đại Bởi tiền khuếch đại thường mắc theo kiểu lặp lại emiter Trên hình vẽ sơ đồ nguyên lý mạch tiền khuếch đại dùng với tín hiệu lối ống nhân quang điện Zn Hình 2.4: Sơ đồ tiền khuếch đại ghép nối với cảm biến nhấp nháy Nếu điện catod đất, tất điện áp cỡ kV điện áp anod Vì tiền khuếch đại cần nối qua tụ chia C 1, Ca Cb nối song song lối nhân quang điện Một cách tương ứng lối vào tiền khuếch đại: Cs = Ca + Cb điện dung toàn phần mắc song song Ra điện trở anod, Rb điện trở vào tiền khuếch đại, thường Ca-≈ Cb-≈10 pF Khi , Ra→ ∞ ,Rb→ ∞ , ta có: Nhóm 15 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Hằng số thời gian mạch: Khi thoả mãn điều kiện τ >> τa , τa thời gian loé sáng nhấp nháy: Hàm Heaviside: H(t) = với t > với t < Thực tế độ lệch bậc hai trung bình điện áp khỏi đường (0V) xác định: R giá trị trung bình xung, R = 20H(t), 2.3.3 Hình thành xung Các phân tử nguyên tử chất nhấp nháy kích thích thời điểm t = 0, chúng có thời gian sống định, cường độ ánh sáng phát xạ L giảm theo quy luật hàm mũ: τ0 thời gian loé sáng chất nhấp nháy, * H t( ) hàm Heaviside Như va chạm photon giải phóng electron tính trễ, tốc độ phát electron từ photo catod theo quy luật: Sau nhân quang điện hình thành xung dòng: Nhóm 16 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Như ta đo hiệu điện đầu ống nhân quang, từ hình thành xung Nhóm 17 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP CHƯƠNG MÁY ĐO ANPHA BETA PHÔNG THẤP MPC 2000-DP 3.1 Cấu hình thiết bị 3.1.1 Cấu hình chung thiết bị - Detector nhấp nháy Dual Phosphur ZnS, diện tích nhạy 2” - Phông alpha: ≤ 0.05-0.1 cpm - Phông beta: ≤50-55 cpm - Hiệu suất ghi alpha với Pu-239:≥70% - Hiệu suất ghi beta với Tc-99: ≥50% - Modes: Alpha beta; Alpha - Crosstalk : [...]... - Chuẩn định kỳ: Các phép chuẩn: plateau, phông, hiệu suất, ngưỡng được thực hiện trên bàn phím - Nguồn nuôi: 200-230 VAC, 50 Hz Nhóm 8 18 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Nhóm 8 19 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Hình 3.1 Hệ đo alpha beta phông thấp MPC- 200 0DP, Mỹ 3.2 Quy trình sử dụng 3.2.1 Đặt mẫu... quang điện sẽ hình thành một xung dòng: Nhóm 8 16 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Như vậy ta đo được hiệu điện thế ở đầu ra ống nhân quang, từ đó sẽ hình thành xung Nhóm 8 17 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP CHƯƠNG 3 MÁY ĐO ANPHA BETA PHÔNG THẤP MPC 2000- DP 3.1 Cấu hình thiết bị 3.1.1 Cấu hình chung của thiết... thấy có điều bất thường cần báo ngay cho người có trách nhiệm Nhóm 8 27 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP KẾT LUẬN Qua bài báo cáo này đã cho chúng em hiểu sơ bộ về bức xạ và các nguồn phóng xạ, hiểu được sự tác động có lợi và hại đến con người và trong các lĩnh vực khác.Nên bản báo cáo về máy Đo Anpha-Beta phông thấp MPC 2000- DP này mong là sẽ giúp người... hoạt động vào và ra Bên phải là các bảng phím số và phím C (Clear –xóa) Hình 3.3 Bảng điều khiển 3.2.3 Ghi đo bức xạ Khi khởi động thiết bị đo alpha beta phông thấp MPC- 2000 DP, màn hình sẽ hiển thị như Hình 3.4 Nhóm 8 21 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Hình 3.4 Màn hình hiển thị Mở ngăn chứa mẫu, đặt mẫu có kích thước phù hợp vào hốc chứa mẫu và đóng lại... 5: Chờ cho hệ đo ghi nhận trong thời gian đã cài đặt Khi kết thúc ghi lại các thông tin cần thiết hiển thị trên màn hình Kết thúc quá trình đo Bước 6 : Tắt máy, vệ sinh khay chứa mẫu Bước 7: Ghi chép sổ nhật ký, bao gồm các thông tin như: nội dung đo, thời gian đo và người đo, tình trạng thiết bị, Nhóm 8 26 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Lưu ý: Trong... dụng Chọn routine phù hợp với mục đích đo và nhấn ENTER Nếu không có Routine nào phù hợp nhấn (BREAK) để trở về màn hình chính và cài đặt Routine như hướng dẫn ở trên Nhóm 8 25 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Bước 4: Chờ hệ đo khởi động các chức năng và tự động đo khi quá trình khởi động hoàn thành Trong quá trình đo màn hình hiển thị số đếm đã ghi nhận... chế tạo phù hợp với hốc đựng mẫu (Hình 3 2) Nhóm 8 20 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Hình 3.2 Ngăn chứa mẫu - Cần đặc biệt chú ý đến bề dày và độ ịn của mẫu, cửa sổ đêtectơ rất mỏng (ultrathin window) do đó rất dề bị hỏng do tiếp xúc với mẫu 3.2.2 Bảng điều khiển MPC 2000 DP được điều khiển bởi hệ thống bàn phím và màn hình tinh thế lỏng (LCD) Có 3 chức... 1 trong những rountine cần dùng và nhấn phím ENTER Màn hình tiếp theo như trên Hình 3.6 Nhóm 8 22 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Hình 3.6 Tiện ích đặt tên mẫu đo Tiện ích này cho phép người dùng đặt tên cho mẫu (Sample ID) Chọn tên cần đặt cho mẫu đo bằng các ký tự và số trên màn hình hiển thị Có thể di chuyển con trỏ nhấp nháy bằng cách nhân phím... nênđược sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng Dưới đây là các quá trình xảy ra khi xác định bức xạ ion hoá bằng cảm biến nhấp nháy : Nhóm 8 13 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Hình 2.2 Sơ đồ khối mô tả thiết bị ghi đo phóng xạ sử dụng cảm biến nhấp nháy Do ánh sáng phát từ các chất nhấp nháy là rất yếu, nên phải dùng một dụng cụ đặc biệt gọi là bộ nhân quang... nhạy về năng lượng, thời gian đáp ứng nhanh và dạng xung phân biệt rõ ràng Nhóm 8 14 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Cảm biến nhấy nháy có đóng góp quan trọng trong sự phát triển ngành phân tích kích hoạt phóng xạ, là một trong nhưng loại cảm biến cũ nhất được dùng để đo lường phóng xạ Các cảm biến nhấp nháy (scintillator) dựa trên một vài chất thực tế ... Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP MỤC LỤC Nhóm | CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ Nhóm 3 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông. .. đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Như ta đo hiệu điện đầu ống nhân quang, từ hình thành xung Nhóm 17 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo. .. 3.2.3 Ghi đo xạ Khi khởi động thiết bị đo alpha beta phông thấp MPC- 2000 DP, hình hiển thị Hình 3.4 Nhóm 21 Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Máy đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP Hình