KHẢO sát bước đầu đặc TÍNH kỹ THUẬT hệ THIẾT bị đo TỔNG HOẠT độ ALPHA BETA PHÔNG THẤP đa đầu đo

Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM II-P-1.2 KHẢO SÁT BƯỚC ĐẦU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT HỆ THIẾT BỊ ĐO TỔNG HOẠT ĐỘ ALPHA-BETA PHÔNG THẤP ĐA ĐẦU ĐO Nguyễn Thị Mỹ Dạ1, Nguyễn Văn Thắng1, Lê Công Hảo1,2, Trương Thị Hồng Loan1,2 Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt Nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TPHCM Khoa Vật lý-Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TPHCM Email: ntmda@hcmus.edu.vn TÓM TẮT Thiết bị đo tổng hoạt độ alpha-beta phông thấp đa đầu đo thiết bị ứng dụng đo đạc hoạt độ đồng vị phóng xạ alpha-beta, đánh giá nồng độ đồng vị phóng xạ alpha-beta Ưu điểm thiết bị đo đạc đồng thời nhiều mẫu thời gian dài Hệ detector tích hợp thiết bị bao gồm hệ detector đo đạc mẫu detector loại trừ xạ phông môi trường có lượng cao Hệ detector thiết bị hệ detector khí, cung cấp khí P-10 (90% Argon, 10% Metan) cho trình hoạt động Hệ bao bọc khối chì dày xung quanh giảm ảnh hưởng tới 30% phông môi trường lên kết khảo sát Tín hiệu ghi nhận xử lý thông qua hệ điện tử tích hợp vào thiết bị, kết nối với thiết bị thông qua cổng USB 2.0 Tất hoạt động thiết bị điều khiển thông qua phần mềm Apex Alpha/Beta Trong báo cáo này, trình bày khảo sát bước đầu đặc tính kỹ thuật thiết bị, kết khảo sát nồng độ phóng xạ alpha beta hai mẫu thu thập sở Linh Trung, Thủ Đức Từ khóa: Detector khí, Phóng xạ alpha, Phóng xạ beta GIỚI THIỆU Hệ thiết bị đếm tổng hoạt độ alpha/beta (hình 1) bao gồm detectors khí dùng để khảo sát mẫu, kích thước 5,7 cm cho detector, tương ứng với khay mẫu (hình 2) Đồng thời, nhằm loại bỏ xạ môi trường có lượng cao, phía detectors, thiết bị bố trí thêm detector (kích thước 12,7 cm) để loại trừ tín hiệu không mong muốn từ môi trường Lưu lượng khí cung cấp cho detector suốt trình hoạt động nằm khoảng 9,5 (PSI) đến 10 (PSI), để đảm bảo an toàn cho detector hệ Mặt khác, khối chì dày bao xung quang hệ, thiết bị giảm đến 30% ảnh hưởng phóng xạ môi trường lên kết đo đạc [1] Bức xạ đập vào detector ion hóa môi trường khí detector tạo tín hiệu, tín hiệu từ detector xử lý thông qua thiết bị điện tử tích hợp bên hệ Thiết bị nối với hệ thông qua cổng USB 2.0 Phóng xạ alpha/beta không gây nguy hiểm cho người chiếu khả xuyên sâu thấp (tia alpha bị chắn tờ giấy mỏng) – hình Tuy nhiên, chúng lại nguy hiểm cho thể người trường hợp chiếu lượng cực lớn, gây phá hủy cao cấu trúc thể [2] Để đánh giá xác ảnh hưởng đồng vị phóng xạ alpha/beta lên thể, khái niệm nồng độ phóng xạ nêu Nồng độ phóng xạ độ phóng xạ đơn vị khối lượng, thể tích Thiết bị alpha/beta phát triển với mục đích khảo sát nồng độ phóng xạ alpha/beta đơn vị khối lượng, thể tích mẫu đo Mọi thiết lập, cài đặt cho thiết bị thông qua phần mềm Apex-Alpha/beta Thiết bị có chế độ đo chính: simultaneously mode (đo đồng thời hai đồng vị phóng xạ), alpha then beta mode (đo alpha trước beta sau) alpha only model (chỉ đo alpha) Trong đó, chế độ simultaneously ứng dụng nhiều trình khảo sát tổng hoạt độ alpha/beta Thiết bị khảo sát đặc tính kỹ thuật cho trình hoạt động đo đạc: vùng plateau (điện hoạt động hệ), tràn tín hiệu chế độ đo simultaneous, hiệu suất phông môi trường ghi nhận hệ thiết bị ISBN: 978-604-82-1375-6 130 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Hình 2: Khay mẫu tương ứng detector Hình Thiết bị đo tổng hoạt độ alpha/beta (LB4200) Hình Khả xuyên sâu phóng xạ alpha, phóng xạ beta phóng xạ gamma ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT Vùng plateau – điện hoạt động Đối với detector khí, điện hoạt động thông số quan trọng, điện cung cấp thấp mức cho phép không tạo tín hiệu điện Ngược lại, điện vượt mức điện cho phép tạo tượng thác lũ điện tích ghi nhận xạ [3] Đối với hệ đo này, detector cấp điện 1290-1350 (Volt) cho phép đo đồng vị phóng xạ beta, 420-510 (Volt) cho phép đo đồng vị phóng xạ alpha Theo đó, thiết lập đo chế độ simultaneous điện cấp 1290-1350 (Volt) Nguồn đồng vị thích hợp dùng để xác định vùng plateau báo cáo là: Am-241 (0,01249 µCi) cho phóng xạ alpha Sr-90/Y-90 (0,01395 µCi) cho phóng xạ beta Thời gian khảo sát 192 phút cho nguồn Am-241 62 phút cho Sr-90/Y-90 Kết khảo sát trình bày bảng 1: Bảng Thông số kỹ thuật plateau cho detector ứng với thiết bị: Plateau - Alpha Plateau - Alpha Detector 420 1290 Detector 390 1380 Detector 390 1380 Detector 420 1320 Kết khảo sát phù hợp với giá trị kiểm định đề từ hãng Canberra Trước thiết lập phép đo xác định vùng điện hoạt động cho hệ, cần phải tính toán thời gian để số đếm thống kê ghi nhận tối thiểu 10000 số đếm theo yêu cầu đề từ hãng Công thức tính thời gian theo công thức (1.1): t 10000 0,25C (1.1) Với: t thời gian cần xác định đủ số đếm thống kê C: hoạt độ nguồn (Bq) 0,25: hiệu suất tổng = số ISBN: 978-604-82-1375-6 131 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Vùng điện hoạt động cho detectors sau thiết lập phần mềm tự động lưu trữ Khi tiến hành đo, hệ nâng điện lên vùng điện thiết lập sau hệ purging Purging trình làm hệ trước lần đo đạc Hình mô tả giao diện xác định plateau thiết bị: a) b) Hình Vùng điện khảo sát: a) Điện khảo sát cho việc đo beta, b) Điện khảo sát cho việc đo alpha Đánh giá phông môi trường Phông môi trường tác nhân gây ảnh hưởng lên kết đo hiệu suất đo đạc Do vậy, cần thiết phải khảo sát ảnh hưởng phông môi trường lên hệ Kết khảo sát phông môi trường cho bảng 2: Bảng 2: Phông môi trường detector Tốc độ đếm Tốc độ đếm phông alpha phông bêta Det 0,043 (cpm) 0,466 (cpm) Det 0,037 (cpm) 0,605 (cpm) Det 0,027 (cpm) 0,519 (cpm) Det 0,027 (cpm) 0,591 (cpm) Detector Theo giá trị nêu bảng 2, ta nhận thấy tốc độ đếm phông cho alpha beta thấp, phù hợp với giá trị đề từ hãng Canberra Do khả xuyên sâu phóng xạ alpha thấp so với phóng xạ beta, nên phông môi trường phóng xạ alpha thấp so với phóng xạ beta – hình 5: Alpha Phông môi trường detector Beta 0.70 Tốc độ đếm (cpm) 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 10 15 20 25 Lần đo Hình Giá trị khảo sát phông môi trường cho detector Phông môi trường đo thời gian ngày với số lần lặp lại 20 lần Sau đó, phông môi trường tính giá trị trung bình giá trị phông lưu vào máy tính sử dụng kết đo cho phép đo sau Hiệu chỉnh hiệu suất cho thiết bị Hiệu suất cho thiết bị thông số quan trọng trình đo đạc, hiệu suất thể khả ghi nhận xạ thiết bị so với xạ phát từ nguồn phóng xạ hay mẫu đo Tuy nhiên, chế độ đo ISBN: 978-604-82-1375-6 132 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Simultaneous tín hiệu ghi nhận phóng xạ beta phóng xạ alpha bị lẫn vào gây sai lệch cho trình hiệu chỉnh hiệu suất hệ thiết bị Do vậy, trước hiệu chỉnh hiệu suất, Spillover cần thiết phải điều chỉnh cho phù hợp Hiệu điện cài đặt 1290-1350 (Volt) để ghi nhận phóng xạ beta, 420-510 (Volt) cho việc ghi nhận phóng xạ alpha Khi cài đặt chế độ Simultaneous để đo đồng thời hai đồng vị phóng xạ alpha beta Hiệu điện cài đặt 1290, 1380 1320 cho detector theo bảng Do vậy, số đếm alpha ảnh hưởng lên số đếm beta ngược lại Để hạn chế ảnh hưởng này, việc điều chỉnh giá trị Spillover cần thiết để hạn chế ảnh hưởng qua lại hai số đếm Giá trị spillover điều chỉnh theo bảng Nguồn Po-210 (0,02112 µCi) dùng để điều chỉnh cho phóng xạ alpha, Sr-90/Y-90 cho phóng xạ beta (0,01395 µCi) Dựa theo sơ đồ phân rã Po-210 mà Po-210 thích hợp cho điều chỉnh spillover Am-241 Bảng Spillover ứng với detectors Spillover - Alpha Spillover - Beta Detector 1,55 % 3,51 % Detector 1,42 % 3,49 % Detector 1,34 % 3,74 % Detector 1,39 % 3,61 % Theo đó, hiệu suất cho detector cho bảng 4: Bảng Hiệu suất cho detector Hiệu suất Hiệu suất Apha (%) Beta (%) Detector 39,34 % 46,42 % Detector 39,38 % 46,13 % Detector 38,77 % 45,77 % Detector 39,63 % 45,95 % Alpha (%) Hiệu suất Beta (%) 48% 46% Hiệu suất (%) 44% 42% 40% 38% 36% 34% 32% 30% Detector Hình Hiệu suất cho detector Theo hình 6, hiệu suất đo lớn 38% lớn 45% cho đồng vị phóng xạ alpha đồng vị phóng xạ beta tất detector Hiệu suất ghi đồng vị phóng xạ beta cao so với đồng vị phóng xạ alpha Dựa theo giá trị hiệu suất giá trị phông, hệ đếm alpha/beta thiết bị cải tiến để đo đạc nồng độ phóng xạ alpha beta ứng dụng nhiều đo đạc nồng độ phóng xạ sống với khả đo nhiều mẫu thời gian dài, hiệu suất ghi cao ảnh hưởng phông môi trường thấp KHẢO SÁT MẪU Thí nghiệm tiến hành khảo sát mẫu khí lấy từ Trường ĐH Khoa học Tự nhiên (cơ sở Linh Trung, Q Thủ Đức) Mẫu khí hút từ thiết bị hút mẫu khí (hình 3), khí hút với lưu lượng hút 2mL/ phút thời gian hút 600 (phút) ISBN: 978-604-82-1375-6 133 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Hình Thiết bị lấy mẫu khí Mẫu khí lấy từ hai điều kiện khác nhau, mẫu môi trường bình thường, mẫu lấy môi trường có bụi xi măng Điều kiện khảo sát cho bảng 5: Bảng Thông tin điều kiện khảo sát mẫu Tên mẫu Mẫu Ngày lấy Thời gian lấy Điều kiện mẫu mẫu (phút) lấy mẫu 20/03/2014 600 Bình thường Mẫu 24/03/2014 600 Bụi xi măng Bảng Kết khảo sát nồng độ phóng xạ alpha/beta mẫu môi trường Lần lặp Mẫu Nồng độ Nồng độ phóng xạ phóng xạ alpha beta (cps/mL) (cps/mL) Mẫu Nồng độ Nồng độ phóng xạ phóng xạ alpha beta (cps/mL) (cps/mL) -0,0011 0,000724 0,0197 0,105 0,000348 -0,00045 0,0177 0,0888 -0,0011 -0,000514 0,0134 0,0772 -0,000232 0,00344 0,0122 0,0659 0,0000579 0,000131 0,0108 0,048 -0,000811 0,0051 0,00874 0,0558 -0,0011 0,00196 0,00701 0,0345 -0,000232 0,00195 0,00961 0,0359 0,0000578 0,00187 0,00353 0,032 10 0,000348 0,000293 0,00469 0,0287 Theo kết khảo sát, mẫu có nồng độ phóng xạ lớn so với nồng độ phóng xạ có mẫu Kết tính trừ giá trị phông môi trường khảo sát trước Do vậy, giá trị ghi nhận từ mẫu thấp giá trị phông môi trường, kết ghi mang giá trị âm Từ kết quả, nồng độ phóng xạ beta cao so với nồng độ phóng xạ alpha, khả xuyên sâu alpha thấp beta Hơn nữa, bụi xi măng tồn đồng vị phóng xạ Tuy nhiên, nồng độ phóng xạ không cao không gây nguy hiểm cho người Từ kết thu dễ dàng nhận thấy, hệ đếm tổng alpha/beta thích hợp ghi nhận đồng vị phóng xạ có nồng độ thấp, thích hợp nghiên cứu phân tích ứng dụng phân tích mẫu môi trường ISBN: 978-604-82-1375-6 134 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM KẾT LUẬN Thiết bị đếm tổng alpha/beta thiết bị thuận lợi đo đạc hạt nhân, với hiệu suất đo đạc 38% cho đồng vị phóng xạ alpha 45% cho đồng vị phóng xạ beta, hệ ứng dụng xác định nồng độ phóng xạ hạt nhân mẫu môi trường Được bao bọc khối chì dày xung quanh, số đếm phông môi trường thấp (≤0,05n cpm ≤0,6 cpm cho alpha beta) kết khảo sát mẫu đươc tính xác Hệ đo đạc thời gian lâu đồng thời nhiều mẫu Điều thuận lợi việc phân tích nhanh nồng độ phóng xạ mẫu môi trường có cố hạt nhân xảy INITIAL INVESTIGATION THE SCIENTIFICT SPECIFICATION OF MULTI-DETECTOR LOW BACKGROUND ALPHA/BETA COUNTING SYSTEM ABSTRACT The multi-detector low background alpha/beta counter (model LB4200) is the nuclear equipment, to be applied to measure both alpha and beta radiation, and estimate the alpha/beta concentration activity The LB4200 perfects for application measuring number of sample at the same time throughput with long times The counter consists of four detectors to investigate the measured sample The high energy background is extracted by the gross detector to be located above the four detectors All of the detectors to be the Gas detector (model Gas State) are provided air (P-10) during the operation period The thickness lead shielding is shielded around all of detector, there is decrease in 30% influence of background for the result The signals, to be recorded by the detectors, are treated via the electronic device – integrated with the equipment via USB 2.0 cable Apex Alpha/beta software controls the LB4200’s operation In this work, the basic technical instructions of the counter and using the counter for analysing alpha/beta radioactivities of some environmental samples were presented Key words: Lb4200 detector, Apex Alpha/beta software, alpha radiation, beta radiation TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.canberra.com/products/radiochemistry_lab/pdf/LB4200-SS-C40036.pdf [2] http://www.orcbs.msu.edu/radiation/programs_guidelines/radmanual/16rm_exposure.htm [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Proportional_counter ISBN: 978-604-82-1375-6 135