Khảo sát sự suy giảm của bức xạ theo độ cao của mẫu chuẩn trên hệ gamma phông thấp

ịl bsp-r LỜI CẢM ƠN Lsásas I Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Trong suốt trình thực luận văn, nổ lực thân, em nhận TRƯỜNG sư PHẠM CHÍ đuợc giúp đỡ, ĐẠI động HỌC viên thầy cô, TP.HÔ bạn bè giaMINH đình KHOA VẬT LÝ Em xin gửi lời cảm ơn đến: Thầy truởng khoa, TS Thái Khắc Định, thầy phòng thí Lư ÁNH HƯỜNG nghiệm vật lý hạt nhân tạo điều kiện thuận lợi để em thực tốt luận văn Thầy Hoàng Đức Tâm tận tình huớng dẫn giúp đỡ em suốt LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2009 Ĩ1 — MỞ ĐẦU Đặt Vấn đề Đồng vị phóng xạ có mặt khắp nơi từ Trái Đất sinh ra, chúng có ảnh hưởng định đến người Ngay phận thể người chứa hạt nhân phóng xạ Ai biết, nhờ đồng vị Cacbon phóng xạ 14c tồn xương người có phương pháp 14c để xác định tuổi người tiền sử Xung quanh chúng ta, đồng vị phóng xạ có đất đá, cỏ, nước, không khí Tuy vậy, phân bố chúng không nơi nơi khác Vì hàm lượng phóng xạ môi trường phụ thuộc vào vị trí địa lý, kiến tạo địa chất, loại cỏ, tình trạng sinh sống người, vào vật liệu xây dựng kiến trúc nhà v.v Phổ biến đồng vị phóng xạ Kali (14K) hạt nhân dãy phóng xạ Urani Thori Riêng dãy phóng xạ Urani, sản phẩm đáng lưu ý khí phóng xạ Radon (222Rn) Khí Radon tác nhân gây nguy ung thư hàng đầu chất gây ung thư phổi mà giới cảnh báo Qua phân tích trên, việc xác định hoạt độ chất phóng xạ mẫu môi trường cần thiết Có hai phương pháp xác định hoạt độ IAEA-375 Hình 1: Các đối tượng nghiên cứu lỉộp 2pi Bố cục luận văn Luận văn trình bày theo ba phần chính: ♦♦♦ Phần mở đầu trình bày mục đích, đối tượng phưoưg pháp nghiên cứu ♦♦♦ Phần nội dung chia làm ba chương: Chưons trình bày tổng quan vấn đề cần nghiên cứu: Nguồn gốc phóng xạ, Radon sức khỏe người, phương pháp phân tích hạt nhân tương tác tia gamma với vật chất Chương TỎNG QUAN CÁC VẤN ĐÈ CÀN NGHIÊN cứu 1.1 Nguồn gốc phóng xạ Nguồn phóng xạ chia thành hai loại gồm nguồn phóng xạ tự nhiên nguồn phóng xạ nhân tạo Nguồn phóng xạ nhân tạo người chế tạo cách chiếu chất lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc Nguồn phóng xạ tự nhiên đồng vị phóng xạ có mặt khắp nơi môi trường sống đất, nước không khí 1.1.1.1 Các nhân phóng xạ nguyên thủy Các nhân phóng xạ vỏ Trái Đất gồm họ phóng xạ Uranium, Thorium hạt nhân phóng xạ nhẹ khác 40K, 87Rb, Đến người ta biết ba họ phóng xạ tự nhiên họ Thorium (232Th), Uranium (238U), Actinium (235U) Tất thành viên họ này, trừ thành viên cuối cùng, đồng vị phóng xạ Ưranium gồm ba đồng vị khác nhau: khoảng 99,3% 238u, khoảng 0,7% 235u khoảng 5.10'3 234u 238ư 234u thuộc họ gọi họ Uranium, 235u thành viên họ khác, gọi họ Actinium 232Th thành viên đầut iẽn họ Thorium Họ phóng xạ thứ tu họ phóng xạ nhân tạo, gọi họ Neptunium (237Np) xạ nhân tạo neptunium thành viên khí phóng xạ Trong ba loại khí phóng xạ Radon đóng vai trò quan trọng có thời gian bán rã 3,825 ngày lớn nhiều so với thời gian bán rã thoron (52s) actinon(3,92s) Hình 3: Họ phóng xạ Uranium (4n+2) ân Thời Nguồn gốc gian Hoạt độ tự vào khoảng 4,8.10nMBq(13MCi) đại dương vào khoảng 9.1012MBq( 240MCĨ) Việc thử nghiệm vũ khí hạt nhân làm tăng đáng kể lượng 14c Tất vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân 12,3 y Các tương tác vũ trụ với N hay1,2.10‘3 0, tóekhoảng từ cácl,1.10nMBq(3MCi) tia vũ trụ, Bq/kgCarbon phóng xạ tồn khí năm 1960 thải phản khí ứng quyển dạng khí C02, chúng vật hít vào cối hấp thụ trình quang họp Vì có thực vật sống hấp thụ 14c với carbon không phóng xạ nên xác định tuổi thực vật cách đo hoạt độ riêng carbon Đồng thời đánh giá tuổi mẫu khảo cổ vật liệu hữu theo số liệu đo hoạt độ riêng 14c chúng [2] 1.1.1.2 Các nhân phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ Bàng 1: Các nhân phóng xạ bắt nguồn từ vũ trụ ❖ Bức xạ vũ trụ: Trong tự nhiên tồn số đồng vị phóng xạ khác , ví dụ 40K phổ biến môi Bức xạ vũ trụ chia làm hai loại xạ sơ cấp xạ thứ cấp Bức xạ vũ trụ sơ cấp trường ( hàm lượng potassium trung bình đất đá 27g/kg đại dương khoảng 380mg/lít), tạo nên hạt lượng cao (khoảng 1018 eV) chủ yếu proton với thực vật, động vật thể người ( hàm lượng potassium trung bình thể người khoảng l,7g/kg) số hạt khác có lượng lớn Phần lớn tia vũ trụ sơ cấp đến từ bên hệ mặt trời Những phản ứng làm sinh xạ lượng thấp hơn, bao gồm việc hình thành photon ánh sáng, electron hạt muyon rơi xuống mặt Trái Đất Lớp khí từ trường Trái Đất có tác dụng lóp vỏ bọc che chắn tia vũ trụ Như liều xạ người nhận phụ thuộc vào độ cao mà người Từ xạ vũ trụ, hàng năm người nhận liều cỡ 0,27 mSv số tăng lên gấp đôi lần tăng độ cao lên 2.000m Suất liều điển hình xạ vũ trụ: 0,04 juGy/h bề mặt Trái Đất; 0,2 /.iGy/h độ cao 5.000m; /LiGylh độ cao 20.000m [2] 1.1.2 Nguồn phóng xạ nhân tạo Chỉ chiếm lượng nhỏ so với lượng phóng xạ tự nhiên Tuy nhiên, phần lượng phóng xạ bị phát tán vào môi trường giới Một số chất thải vào khí vụ thử vũ khí hạt nhân phần nhỏ nhiều nhà máy điện hạt nhân Vũ khí hạt nhân 1.1.2.1 Năng lượng từ vụ nổ vũ khí hạt nhân thoát bốn loại sau đây: • • Áp lực - 40-60% tổng lượng Điện nhân hạt Điện hạt nhân có lịch sử 50 năm, đóng góp to lớn cho phát triển kinh tế - xã hội nhiều quốc gia Theo thống kê Cơ quan Năng luợng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), vào cuối năm 2002, toàn giới có 441 nhà máy điện hạt nhân hoạt động Những nhà máy cung cấp 16% tổng sản luợng điện toàn cầu năm 2002, hay 2.574 tỷ kWh Giai đoạn khởi đầu, công nghệ chua đuợc thuơng mại hoá điện lần đuợc sản xuất luợng hạt nhân vào ngày 20/12/1951 lò thử nghiệm EBR-1 Mỹ thắp sáng đuợc bốn bóng đèn Từ đầu kỷ XXI tới nay, an ninh luợng có ý nghĩa định công nghệ điện hạt nhân ngày đuợc nâng cao xu huớng phát triển điện hạt nhân có thay đổi tích cực Tầm nhìn 2020 Mỹ phát triển điện hạt nhân đề nghị tăng 10.000MW cho 104 nhà máy điện hạt nhân có Anh quay trở lại phát triển điện hạt nhân thiếu hụt luợng, Indonesia lập dự án khả thi dự kiến đua tổ máy điện hạt nhân đầu tiẽn vào vận hành năm 2015 Trên toàn giới, dự kiến thập niên tới tăng khoảng 100 lò phản ứng luợng, lò xây đua vào kế hoạch xây dựng Khoảng 200 lò khác xem xét đua vào kế hoạch xây dựng 20-30 năm tới.[8] 1.1.2.2 nhân Tai nạn hạt TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Phong Dũng - Châu Văn Tạo - Nguyễn Hải Dương (2005) Phưoĩig pháp ghi xạ ion hóa Nhà xuất ĐH Quốc Gia TP HCM PGS.TS Ngô Quang Huy (2004) An toàn xạ ion hóa Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, TP HCM PGS.TS Ngô Quang Huy (2006) Cơ sở vật lý hạt nhân Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, TP HCM PGS.TS Hoàng Đắc Lực Giáo trình thực tập Pho Ke Gamma PHỤ LỤC : Dạng phổ nguyên tố mẫu chuẩn En er gy (k eV ) ọ ọ — ọ Sịunoo o Pho_mau_chuan_K_90 g_3h Phổ C2 lOOOOp- K-40 (1461keV) 1000 — C o u nt 1022 00 2045 00 3068 00 Energy (keV) Acquired: 3/12/2009 42 40 PM 46 s File: E :\Pho_mau_chuan\Pho_mau_chuan_K_90g_3h 4091 00 ReaJ Time 10807 LiYeTime: 10800 00 s Channels 8192 Pho_mau_chuan_K_135 g_3h Phổ C3 10000,= K-40 (1461keV) 1000 C o u nt 1022 00 2045 00 Acquired: 3/13/2009 47 25 AM 94 s File E Ph0_mau_chuan\Pho_mau_chuan_K_ Detector: #1 MCB 25 3068 00 Energy (keV) 135g_3h Spc 4091.00 ReaJ Time: 10809 LiveTime: 10800 00 s Channels 8192 Pho_mau_chuan_K_180 g_3h Phổ C4 C o u nt Energy (keV) Acquired: 3/13/2009 2:11 41 PM Rea) Time: 10811 46 s LÍYe Time: 10800 00 s File: E:\Pho_mau_chuan\Pho_mau_chuan_K_180g_3hSpc Channels: 8192 Pho_mau_chuan_Th_45 g_3h Phổ C5 0E05Ẹ Tl-208(583,2 keV) 10000 — C o u nt -1 00 1022 00 2045 00 Energy (keV) Acquired: 3/10/2009 7:14 29 PM 36 s File: E :\Pho_mau_d"iuan\Pho_rmau_chuan_Th_45g_3h 3068 00 4091.00 ReaJ Time 10819 LỉveTime: 10800 00 s Channels: 8192 Pho_mau_chuan_Th_90 g_3h Pho C6 C o u nt Energy (keV) Acquired: 3/11/2009 9:30 37 AM Real Time 10831 28 s LÍYe Time: 10800 00 s File: E:\Pho_mau_ctiuan\Pho_mau_chuan_Th_90g_3h Spc Channels: 8192 Pho_mau_chuan_Th_135 g_3h Phổ C7 C o u nt File: E^Pho_mau_cíìuanVPho_mau_chuan_Th_135g_3h Spc 8192 Detector: #1 MCB 25 Channels: Pho_mau_chuan_Th_18 0g_3h Phổ C8 C o u nt Energy (keV) Acquired: 3/12/2009 10 06 AM RealTime 10843 18 s Live Time 10800 00 s File: EAPho_mau_chuan\Ftìo_mau_chuan_Th_180g_3h Spc Channels 8192 Pho_mau_chuan_da _nguyen37545g_24h Phổ C9 Energy (keV) Acquired: 4/23/2009 11:18 22 AM ReaJ Time 86459 94 s Live Time: 86400 00 s File: E:\Pho_mau_chuan\Pho_mau_chuan_da_nguyen375-45g_24h Spc Channels: 8192 Pho_mau_chuan_da 90g_24h Phổ CIO 0E06 _nguyen375- 0E05 — 10000 5- 1000 ị — 100 ; — 10 5- 00 1021 00 2044 00 Energy (keV) 3072 00 Acquired: 4/24/2009 12:09 38 PM ReaJ Time: 86487 64 s LiYe Time: 86400 00 s Rle: E:\Pho_mau_chuan\Pho_mau_chuan_da_nguyen375-90g_24hSpc Channels: 8192 mau da nguyên 375 -135g-24h Phổ Cll 0E06E C o u nt 3072 00 4103.00 2044 00 Energy (keV) Acquired: 4/25/2009 12:21 24 PM Real Time: 86510 54 s LĨYe Time: 86400 00 s Channels: 8192 E:\Pho_mau_chuanVpho mau da nguyên 375 -135g-24h.Spc Detector #1 MCB 25 00 1021 00 Pho_mau_chuan_da _nguyen375180g_24h Phổ C12 10000 — 1000 ; — 100 10 — -1 00 1022 00 2045 00 Energy (keV) 3068 00 Acquired: 4/12/2009 01 37 AM Real Time 86518 50 s Live Time: 86400 00 s File: E:\Pho_mau_cỉ'ujan\Pho_nnau_chuan_cla_nguyen375-180g_24h Spc Channels: 8192 Acquired: 2/23/2009 10:58 20 AM File: D:\phong_buong_chi_24h.Spc Detector: #1 MCB 25 phong_buong_chi_24h Lần 2045 00 Energy (keV) 3068 00 4091 00 Real Time: 86427.78 s Live Time: 86400 48 s Channels: 8192 [...]... Cs-137) KÉT LUẬN Đe tài” Khảo sát sự suy giảm của bức xạ theo độ cao của mẫu chuẩn trên hệ gamma phông thấp được thực hiện trong thời gian ngắn và với quy mô nhỏ nhung cũng đã hoàn thành đuợc mục tiêu: Cơ sở lý thuyết: Nắm vững kiến thức cơ bản về phuơng pháp ghi đo bức xạ hạt nhân Phần thưc nghiêm: Nắm đuợc quy trình lấy mẫu, xử lý mẫu, đo mẫu bằng hệ phổ kế gamma phông thấp và xử lý phổ Phần kết... thể của từng mẫu chuẩn 3.1 Xử lý phổ gamma Quá trình xử lý phổ gamma được thể hiện qua sơ đồ sau: Hình 14: Quá trình xử lý phổ gamma IAEA-RGTh-1 (C5)đa nguyên IAEA-375 (Đỉnh K-40) Mầu Phổ gamma của các mẫu chuẩn đo được hiển thị trong chương trình MCA chạy trên máy vi ộ cao mẫu tính Phông buồng chì tích Diện tích đỉnh (B) phân đỉnh (G) (G-B) Khảo sát sự phụ thuộc của diện tích đỉnh theo độ cao mẫu. .. 3.2 chuẩn Độ cao mẫu Đồng IAEA-RGTh- Độ cao mẫu ồng IAEA-375 Độ cao mẫu ồng IAEA-375 Diện vị phân tích Diện vị phân Diện vị phân tích Phông buồng chì Diện tích đỉnh đỉnh (G) (G-B) (B) Mầu chuẩn IAEA-RGTh-l(Đỉnh Tl-208) Phông buồng chì tích (B) đỉnh (G) Diện tích đỉnh (G-B) tích Phông buồng chì Diện tích đỉnh đỉnh (G) (B) (G-B) Mấu đa nguyên IAEA-375 (Đỉnh Tl-208) Độ cao mẫu ồng IAEA-375 Diện vị phân Phông. .. không làm bẩn mẫu • Hàm lượng các nguyên tố chứa trong mẫu chuẩn được xác định bằng cách tiến hành phân tích ở nhiều nơi với nhiều phương pháp, nhiều người thực hiện, rồi nhờ vào các phép tính thống kê để suy ra kết quả 2.4 Đo mẫu chuẩn Việc đo phóng xạ các mẫu chuẩn được thực hiện trên phổ kế gamma phông thấp Đo lần lượt các mẫu chuẩn IAEA-RGTh-1, IAEA-RGK-1, IAEA-375 thay đổi theo các độ cao: llmrn,... lượng cao Đó là tỉ số giữa chiều cao của đỉnh hấp thụ toàn phần (peak) với chiều cao của nền Compton tương ứng (thường lấy ở”rìa” Compton) Tỉ số này 2.2 Hệ phổ kế Gamma của PTN trường ĐHSP TP.HỒ Chí Minh 2.2.1 Cấu tạo Một hệ thống phổ kế gamma tích phân hoàn toàn để xác định định tính và định lượng các vật chất phát tia gamma Hệ thống này gồm một detector Germanium độ tinh khiết cao (HPGe), buồng chì, hệ. .. phóng xạ với 238Ư Do đó, có thể phân tích thông qua hai đồng vị này Hai tia gamma 63 urani keV của 234Th và 1001,2 keV 234Pa có thể xem là sự lựa chọn họp lý để phân tích urani xét cả của về cường độ phóng xạ và khả năng loại trừ can nhiễu Việc sử dụng hai tia gamma nói trên sẽ không bị ràng 2.3 buộc bởi trạng Quy trình chuẩn bị mẫu chuẩn thái urani phẩm xạ và phụ cân bằng của • Lựa chọn những mẫu đất... kết quả: Xây đựng đuợc đuờng cong của diện tích đỉnh của một số đỉnh theo độ cao của mẫu chuẩn Trong quá trình thực hiện đề tài, do khối luợng mẫu chuẩn là hạn chế nên quá trình đo thực TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Trần Phong Dũng - Châu Văn Tạo - Nguyễn Hải Dương (2005) Phưoĩig pháp ghi bức xạ ion hóa Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia TP HCM 2 PGS.TS Ngô Quang Huy (2004) An toàn bức xạ ion hóa Nhà xuất bản Khoa học... các tia gamma năng lượng thích họp dùng để đo 232Th Hai đồng vịMột thường được dụng là 212Pb (238với keV, 42,6%) 208T1 583,2 84,5%) trong cácsử vấn đề đó quan trọng đối một hệ đovà bức xạ là( vấn đềkeV, phông và phương pháp giảm phông, đặcnguyên biệt khi các nguồn bức xạ có hoạt bé.đặc Phông đo việc địnhphân kỳ đểtích đánh giá Urani là tốđo phóng xạ tự nhiên được quanđộ tâm biệt.được Nhưng Urani độ gặp... pháp đo phổ gamma phông thấp, phương pháp phân tích huỳnh quang tia X, phương pháp phân tích Urani của mẫu Sự phát hiện đồng thời nhiều chất phát tia gamma trong mẫu được thực hiện bằng một detector bán dẫn germanium được che chắn có độ phân giải cao nối với một máy phân tích đa kênh (MCA) bao gồm tối thiểu 4096 kênh và một hệ thống ghi nhận và kết xuất dữ liệu liên quan Việc xử lý tự động số liệu... electron tự do Photon tán xạ có năng lượng nhỏ hơn năng lượng của photon tới hv = hv+\w\ +Te trong đó Te là động năng của electron bắn ra b) Liên quan giữa động năng của photon tán xạ và góc tán xạ cho bởi hệ thức: 1 H—— 2 (l — cos ớ) mữc Với /ỉV năng lượng của lượng tử Ỵ tán xạ hv năng lượng của lượng tử Y ban đầu mữc2 là khối lượng nghỉ của electron (=0,511 Mev) 1.4.3 Hiệu ứng tạo cặp Trong quá trình ... kê để suy kết 2.4 Đo mẫu chuẩn Việc đo phóng xạ mẫu chuẩn thực phổ kế gamma phông thấp Đo mẫu chuẩn IAEA-RGTh-1, IAEA-RGK-1, IAEA-375 thay đổi theo độ cao: llmrn, 22mm, 33mm, 44mm Các mẫu chuẩn. .. tài” Khảo sát suy giảm xạ theo độ cao mẫu chuẩn hệ gamma phông thấp thực thời gian ngắn với quy mô nhỏ nhung hoàn thành đuợc mục tiêu: Cơ sở lý thuyết: Nắm vững kiến thức phuơng pháp ghi đo xạ. .. lấy mẫu, xử lý mẫu, đo mẫu hệ phổ kế gamma phông thấp xử lý phổ Phần kết quả: Xây đựng đuợc đuờng cong diện tích đỉnh số đỉnh theo độ cao mẫu chuẩn Trong trình thực đề tài, khối luợng mẫu chuẩn