Xác định liều lượng bức xạ gamma và nơtrôn gây bởi nguồn nơtrôn pu be và am be có tại đại học bách khoa hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ================== TRẦN THÙY DƯƠNG XÁC ĐỊNH LIỀU LƯỢNG BỨC XẠ GAMMA VÀ NƠTRÔN GÂY BỞI NGUỒN NƠTRÔN Pu-Be VÀ Am-Be CÓ TẠI ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ VẬT LÝ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ================== TRẦN THÙY DƯƠNG XÁC ĐỊNH LIỀU LƯỢNG BỨC XẠ GAMMA VÀ NƠTRÔN GÂY BỞI NGUỒN NƠTRÔN Pu-Be VÀ Am-Be CÓ TẠI ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SỸ VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHÙNG VĂN DUÂN HÀ NỘI - 2009 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LIỀU LƯỢNG BỨC XẠ GAMMA VÀ NƠTRÔN 1.1 Tình hình sử dụng xạ ion hóa Việt Nam 1.2 Về phương pháp xác định liều lượng xạ gamma 1.2.1 Phương pháp ion hóa   10  1.2.2 Phương pháp bán dẫn   11  1.2.3 Phương pháp nhũ tương ảnh   11  1.2.4 Phương pháp phát quang   12  1.2.5 Phương pháp hóa học   12  1.2.6 Phương pháp nhiệt   12  1.2.7 Suất liều gây nguồn điểm xạ gamma  . 13  1.3 Về phương pháp xác định liều lượng xạ nơtrôn 15 1.3.1 Một số đặc điểm xác định liều lượng xạ nơtrôn   15  1.3.2 Xác định liều lượng xạ nơtrôn phương pháp kích hoạt   20  1.4 Một số giới hạn an toàn xạ 29 1.4.1 Bức xạ ion hóa môi trường tự nhiên   29  1.4.2 Một số tiêu chuẩn an toàn xạ   31  1.4.3 Thông lượng mật độ thông lượng tối đa cho phép  . 31  1.5 Một số nhận xét 33   1  Chương PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH LIỀU LƯỢNG BỨC XẠ GAMMA VÀ NƠTRÔN 35 2.1 Mô tả bố trí thí nghiệm cần khảo sát 35 2.2 Phương pháp thực nghiệm xác định liều lượng xạ nơtrôn 39 2.2.1 Đầu dò kích hoạt   39  2.2.2 Hệ đo độ phóng xạ gamma mẫu sau kích hoạt  . 41  2.3 Phương pháp thực nghiệm xác định liều lượng xạ gamma 43 2.3.1 Các lượng tử gamma phát từ hai nguồn nơtrôn Am-Be Pu-Be dùng hệ thí nghiệm   43  2.3.2 Chuẩn hiệu suất ghi nhận đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe   45  Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 Liều lượng xạ nơtrôn hai nguồn nơtrôn Am-Be Pu-Be điều kiện hoàn toàn bảo vệ 52 3.2 Liều lượng xạ nơtrôn gamma hai nguồn nơtrôn đặt bình bảo vệ Urani nghèo 56 3.2.1 Liều lượng xạ nơtrôn  56  3.2.2 Liều lượng xạ gamma   57  3.3 Liều lượng xạ nơtrôn gamma hai nguồn nơtrôn đặt điều kiện bố trí thí nghiệm thường dùng 60 3.3.1 Liều lượng xạ nơtrôn  60  3.3.2 Liều lượng xạ gamma   65  3.4 Tính toán thiết kế an toàn 76 KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU TRÍCH DẪN VÀ THAM KHẢO 85     2  DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2-1a Môi trường làm chậm làm thành từ khối parafin xếp chồng lên Hình 2-1b Khối parafin phần môi trường làm chậm nơtrôn Hình 2-2: Hai đường ống dẫn chứa nguồn nơtrôn Hình 2-3 Sơ đồ mặt tầng hầm nhà A – nơi đặt hệ thí nghiệm sử dụng nguồn nơtrôn Am-Be Pu-Be Hình 2-4 Sơ đồ khối hệ đo phổ gamma Hình 2-5 Sơ đồ mức lượng 12C chuyển mức điện từ Hình 2-6 Đường chuẩn hiệu suất ghi đầu dò bán dẫn theo hàm (2-1) Hình 2-7 Đường chuẩn hiệu suất ghi đầu dò bán dẫn theo hàm tính toán Bảng 3-1 Kết đo suất liều tương đương thành phần nơtrôn gây nguồn Pu-Be Am-Be nguồn hoàn toàn bảo vệ Bảng 3-2 Mật độ thông lượng nơtrôn tổng cộng hai nguồn nơtrôn Am-Be Pu-Be cất giữ bình bảo vệ (không che chắn thêm lớp chất dẻo polyme), sử dụng đầu dò kích hoạt 115In Bảng 3-3 Suất liều chiếu xạ nơtrôn nguồn đặt bình bảo vệ Bảng 3-4 Một số đặc trưng xạ gamma sinh phản ứng (n,γ) bia 5Mn,27Al, 11H Bảng 3-5 Suất liều tương đương xạ gamma vị trí cách bình bảo vệ nguồn 120 cm nguồn cất giữ bình bảo vệ Bảng 3-6 Mật độ thông lượng nơtrôn số vị trí bề mặt khối parafin không che chắn, sử dụng đầu dò kích hoạt 197Au Bảng 3-7 Mật độ thông lượng nơtrôn số vị trí mặt parafin không che chắn, sử dụng đầu dò kích hoạt In Bảng 3-8 Mật độ thông lượng nơtrôn (chưa nhân hệ số điều chỉnh) số vị trí rìa khuôn chứa parafin có đặt buồng ion hóa khí che chắn lớp polyme   3  Bảng 3-9 Mật độ thông lượng nơtrông số vị trí cao mặt khối parafin dùng đầu dò kích hoạt 115In Bảng 3-10 Mật độ thông lượng nơtrôn vị trí tâm theo độ cao (sử dụng đầu dò kích hoạt In) Bảng 3-11 Suất liều tương đương vị trí cách mặt khối parafin 50cm (vị trí số hình 3-10) Bảng 3-12 Suất liều gamma tương đương vị trí lối vào phòng chiếu xạ nhỏ (vị trí số hình 3-10) Bảng 3-13, Suất liều gamma tương đương vị trí người tiến hành thí nghiệm (vị trí số hình 3-10) Bảng 3-14 Suất liều gamma tương đương tầng (vị trí tâm buồng chiếu xạ) Bảng 3-15 Suất liều gamma tương đương tầng (vị trí số hình 3-10) che chắn thêm lớp polyetylen dày 30 cm phía vị trí thí nghiệm Bảng 3-16 Suất liều gamma tương đương tầng (khi che chắn thêm lớp polyetylen dày 30 cm phía vị trí thí nghiệm) - vị trí số hình 3-10 Bảng 3-17 Suất liều gamma tương đương tầng (khi che chắn thêm lớp polyetylen dày 30 cm phía vị trí thí nghiệm) - vị trí số hình 3-10   4  DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Bảng phân loại nơtrôn theo lượng Bảng 1-2 Trọng số (QTS) xạ nơtrôn Bảng 1-3 Liều xạ hàng năm gây xạ iôn hoá môi trường tự nhiên (ở vùng bình thường Bảng 1-4 Thông lượng mật độ thông lượng tối đa cho phép bề mặt tổ chức thể Bảng 2-1 Một số đặctrưng hai nguồn nơtrôn Am-Be Pu-Be có Đại học Bách khoa Hà Nội  Bảng 2-2 Một số đặc trưng đầu dò kích hoạt Au In Bảng 2-3 Bảng số đặc trưng mẫu kích hoạt Au In Bảng 2-4 Điều kiện điện áp nuôi hệ số khuếch đại thiết lập cho hệ đo Bảng 2-5 Các thông số nguồn chuẩn có Đại học Bách khoa Hà Nội Bảng 2-6 Các giá trị đo đạc tính toán tương ứng với nguồn chuẩn Bảng 2-7 Các hệ số hàm chuẩn hiệu suất cho đầu dò bán dẫn Hình 3-1a Hình chiếu đứng sơ đồ bố trí vị trí thí nghiệm Hình 3-1b Hình chiếu sơ đồ bố trí vị trí thí nghiệm tầng hầm Hình 3-2 Phân bố suất liều theo khoảng cách hai nguồn nơtrôn Am-Be Pu-Be hoàn toàn bảo vệ Hình 3-3 Phổ lượng nơtrôn số nguồn nơtrôn (α,n) Hình 3-4 Cấu tạo bình Uran nghèo Hình 3-5 Phổ lượng xạ gamma vị trí cách bình bảo vệ nguồn 120 cm (khi nguồn nơtrôn cất giữ bình bảo vệ) Phổ ghi nhận đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết khoảng thời gian 600s Hình 3-6 Các vị trí đặt đầu dò kích hoạt Hình 3-7 Vị trí điểm kích hoạt cao Hình 3-8 Phông môi trường đo đầu dò bán dẫn 24   5  Hình 3-9 Phổ xạ gamma phát từ nguồn đặt hệ thí nghiệm (đo đầu dò bán dẫn 750s) Hình 3-10 Các vị trí khảo sát suất liều gamma tương đương phòng chiếu xạ Hình 3-11 Phổ lượng xạ gamma đo tầng đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết khoảng thời gian 4000 giây Hình 3-12 Các vị trí khảo sát suất liều gamma tương đương phòng chiếu xạ  Hình 3-13 Phổ lượng xạ gamma đo tầng1 (khi có che chắn) đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết khoảng thời gian 4500 giây   6  DETERMINATION OF GAMMA AND NEUTRON DOSE FROM Pu-Be AND Am-Be SOURCE AT HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY In Institute of Nuclear Engineering and Environmental Physics at Hanoi University of Technology there are several strong radiation sources such as neutron sources and 241 239 Pu-Be Am-Be Determination of gamma and neutron dose distributions caused by these sources is of importance to protect people working around them This paper presents determination of gamma and neutron dose distribution in the irradiation room when neutron sources are in typical experimental conditions recommendations of additional measures for radiation protection Keywords: Dose, radiation protection, neutron The paper provides MỞ ĐẦU Tại Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội có hai nguồn nơtron 239 Pu-Be 241 Am-Be có suất lượng 1.107 n/s Các nguồn nơtrôn thường đặt môi trường làm chậm để tạo nguồn nơtrôn nhiệt sử dụng việc phân tích kích hoạt, nghiên cứu phản ứng hạt nhân, nghiên cứu chế tạo đầu dò khí v.v phục vụ đắc lực cho công tác đào tạo nhân lực hạt nhân nước ta từ ngót ba chục năm qua Tuy nhiên, việc xác định liều lượng thành phần xạ gamma nơtrôn phát thí nghiệm xung quanh khu vực thí nghiệm khu vực làm việc lân cận chưa thực cách kỹ lưỡng hệ thống Luận văn trình bày số kết thực nghiệm xác định liều lượng hai thành phần xạ gamma nơtrôn khu vực phòng chiếu xạ nguồn nơtrôn đặt điều kiện thí nghiệm thường sử dụng Trên sở đó, khuyến cáo biện pháp bảo vệ bổ sung để đảm bảo an toàn cho người làm việc với nguồn cho người làm việc khu vực lân cận           7  giới hạn cho phép nhân viên xạ chuyên nghiệp từ 2-3 lần; vị trí xung quanh có suất liều tương đương với phông môi trường; đảm bảo an toàn cho người làm việc ngày   82  KẾT LUẬN Luận văn đạt số kết sau: Luận văn xác định suất liều nơtrôn tương đương suất liều gamma tương đương số trường hợp khác liên quan tới việc sử dụng cất trữ hai nguồn nơtrôn Am-Be Pu-Be có trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn xác định liều lượng xạ nhóm nơtrôn nhiệt phương pháp kích hoạt Luận văn đánh giá đóng góp thành phần lượng lượng tử gamma từ 0,2 MeV ÷ 6,7 MeV vào liều lượng xạ gamma tổng cộng phương pháp đo phổ lượng gamma Luận văn đề xuất số phương án che chắn bảo vệ an toàn vị trí có suất liều nơtrôn gamma cao giới hạn tiêu chuẩn an toàn Với điều kiện thực nghiệm có Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường Đại học Bách khoa Hà Nội giới hạn mặt thời gian, luận văn tồn số hạn chế sau đây: Luận văn chưa đưa đóng góp vào liều lượng xạ nơtrôn tổng cộng số nhóm nơtrôn có lượng nhiệt Hiệu suất ghi nhận đầu dò bán dẫn HPGe dải lượng 2,7 MeV xác định phương pháp ngoại suy làm hạn chế độ xác việc tính toán suất liều xạ gamma dải lượng Tuy nhiên, toán an toàn nên sai số cho phép tương đối lớn Để khắc phục hạn chế trên, luận văn xin kiến nghị số hướng nghiên cứu sau: - Tạo đầu dò kích hoạt ngưỡng để xác định cách xác thành phần lượng nơtrôn hai nguồn Am-Be Pu-Be Qua đánh giá liều hấp thụ nơtrôn lượng nhiệt   83  - Sử dụng lượng tử gamma phát từ hai nguồn nơtrôn Am-Be Pu-Be để tiến hành chuẩn hiệu suất ghi cho đầu dò dải lượng cao cách xác việc thiết lập hệ thí nghiệm kích hoạt gamma tức thời   84  TÀI LIỆU TRÍCH DẪN VÀ THAM KHẢO [1] Lê Chí Dũng, Bảo đảm an toàn lĩnh vực lượng nguyên tử Việt Nam, hướng tới dự án nhà máy điện hạt nhân đầu tiên; Tạp chí Bảo hộ Lao động, 6/2008 [2] Trần Đức Thiệp, Nuclear physics research activity in Vietnam during from 2005 to 2007; Hội nghị Khoa học Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ VII, Đà Nẵng, 3031/8/2007 [3] Phùng Văn Duân, An toàn xạ bảo vệ môi trường, NXB KHKT, 2006 [4] Phùng Văn Duân, Giáo trình Vật lý notron [5] Nguyễn Văn Đỗ, Các phương pháp phân tích hạt nhân, NXB ĐHQGHN, 2004 [6] http://www.canberra.com/product [7] http://www.aloca.com/product [8] International Basic Safety Standards for Protection against Ionizing Radiation and for the Safety of Radiation Sources Safety series No.115, IAEA, Vienna, 1996 [9] Ali Asghar Mowlav and Rahim Koohi-Fayegh; Determination of 4.438 MeV γ-ray to neutron emission ratio from a 241Am–9Be source; Applied Radiation and Isotopes, Volume 60, Issue 6, June 2004, Pages 959-962 [10] S Croft; The use of neutron intensity calibrated 9Be(α,n) sources as 4438 keV gamma-ray reference standards; Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A281 (1989) 103-116 [11] F Ajzenberg-Selove, Energy Levels of Light Nuclei A = 12, 2007 [12] Ajzenberg-Selove, F.; Stelson, P H; Be9(α, n)C12 Reaction and the Parameters of the 7.66Mev State of C12; Physical Review, vol 120, Issue 2, pp 500-504 [13] T W Bonner, AlFred A Kraus, JR., * J B Marion v.v ; Neutrons and gamma rays from the alpha-particle bombardment of Be9, B10, B11, C13, and O18†; Physical Review, vol 102, Issue 5, pp 1348-1354 [14] Bent, R D.; Bonner, T W.; McCrary, J H.; Ranken, W A; Gamma Rays from the Reactions Be9(α, nγ)C12, C13(d, pγ)C14, N14(d, pγ)N15, and N14(d, nγ)O15; Physical Review, vol 100, Issue 3, pp 771-774;   85  [15] G.L Molnár*, Zs Révay, T Belgya; Wide energy range efficiency calibration method for Ge detectors; Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 489 (2002) 140–159 [16] S Raman, C Yonezawa, H Matsue, H Iimura, N Shinohara; Effciency calibration of a Ge detector in the 0.1-11.0 MeV region; Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 454 (2000) 389-402; [17] C.M Baglina, E Browne, E.B Normana, G.L.Moln, T Belgyab, Zs R evay; 66 Ga: a standard for high-energy calibration of Ge detectors; Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 481 (2002) 365–377 [18] N Nica, J C Hardy, V E Iacob and R G Helmer; Precise efficiency calibration of an HPGe detector up to 3.5 MeV, with measurements and Monte Carlo calculations [19] Alan L Nichols; IAEA Co-ordinated Research Project: update of X-ray and gray decay data standards for detector calibration and other applications; Applied Radiation and Isotopes 60 (2004) 247–256; [20] http://ie.lbl.gov/toi/index.asp [21] http://www-nds.iaea.org [22] K.W Geiger and L Van Der Zwan; Radioactive neutron source spectra from Be(α,n) cross section data; Nuclear Instruments and methods, No.131 (1975) 315-321 [23] Al-Houty, L., Abou-Leila, H and El-Kameesy, S.U “Nature of Gamma Rays Background Radiation in New and Old Buildings of Qatar University” Envir Int., 13 (1987), 393-398 [24] El-Kameesy, S.U., Abdel-Wahab, M.S and El-Faramawy, N “Nature of Gamma Background Radiation and Dose-Rate in Ain Shams University” App Radiat Isot., 43, No.10 (1992), 1279-1283 [25] Bruzzi, L., Mele, R and Padoani, F “Evaluation of Gamma and Alpha Doses Due to Natural Radioactivity of Building Materials” J Radiol Prot., 12 (1992), 267-276   86  PHỤ LỤC Phụ lục Đặc trưng số đầu dò kích hoạt thường dùng Bảng PL1-1 Đặc trưng số đầu dò kích hoạt thường dùng với nhóm notron nhiệt [3,4] Loại Độ phổ Tiết diện đầu dò biến kích hoạt kích nơtrôn hoạt tự nhiệt, σ0, barn nhiên, % 23 Na 100 0,513 ±0,005 55 Mn 100 13,2 ±0,2 59 Co 0,311 14,0 ±0,3 100 37,18 74±2 In 95,71 3300 gồm 2650 (m1+m2) 650 (g) Au 100 205 gồm 73±8 (m1) 54,4min; 88±8 (m2) 2,16s; 44±2(g) 14,1 s 98,65 ±9 115 197 Tích phân cộng hưởng, barn 1550± 28 Năng Ký Chu kỳ rã Năng Năng lượng lượng hiệu nửa lượng lượng tử cộng cự đại (và cường độ hưởng, đồng vị hạt vạch phổ), eV Bêta, MeV (%) MeV 24 Na 14,96 h 1,393 1,369 (100%); 2,754 (99,9%) 56 337 Mn 2,579 h 2,848 0,847 (98,9%) 1,811 (27,2%) 2,113 (14,3%) 60 Co 5,271 năm 0,318 1,173 100%); 1,333 (100%) 166m In 54,41 phút 1,01 0,417 (27,7%) 1,45 0,819 (11,5%) 1,097 (56,2%) 1,294 (84,4%) 1,507 (10,0%) 2,112 (15,5%) 4,9 198 Au 2,695 ngày 0,961 0,412 (95,6%) 0,676 (0,80%) 1,088 (0,16%) 0,0708 (2,2%) Bảng PL1-2 Một số đặc trưng đầu dò kích hoạt thường dùng với nhóm notron trung gian [3,4] Loại Độ phổ đầu dò biến kích hoạt tự nhiên, % Tiết diện Tích phân cộng kích hoạt hưởng, nơtrôn barn nhiệt, σ0, barn Năng Ký Chu kỳ rã Năng Năng lượng lượng hiệu nửa lượng lượng tử (và cộng cự đại cường độ hưởng, đồng vị hạt vạch phổ), eV Bêta, MeV (%) MeV PL1 176 Lu 115 181 In Ta 2,59 2090 ± 70 95,71 205 gồm 73±8 (m1) 54,4min; 88±8 (m2) 2,16s; 44±2(g) 14,1 s 99,988 20,4 ±0,3 1087 ±40 0,142 177 3300 gồm 2650 (m1+m2) 650 (g) 1,45 660 ± 23 Lu 6,71 ngày 0,498 166m In 54,41 phút 1,01 4,28 182 Ta 114,4 ngày 0,524 0,961 197 Au 100 98,65 ±9 1550± 28 4,9 198 Au 2,695 ngày 109 Ag 48,161 91 1400± 48 m= 72,3 ± 0,4 5,20 110 Ag 24,6 s (86,3 barn) 99,274 2,75 277 6,70 238 U 0,113 (6,4%) 0,208 (11,0%) 0,417 (27,7%) 0,819 (11,5%) 1,097 (56,2%) 1,294 (84,4%) 1,507 (10,0%) 2,112 (15,5%) 0,0677 (41,2%) 0,100 (14,1%) 0,121 (34,9%) 1,189 (16,2%) 1,221 (27,0%) 1,231 (11,4%) 0,412 (95,6%) 0,676 (0,80%) 1,088 (0,16%) 0,0708 (2,2%) 0,685 (4,5%) 2,893 (94,9%) - -110m Ag 0,658 (94,0%) 0,53 0,707 (16,3%) 110m Ag 249,8 (30,5%) 0,764 (22,1%) ngày 0,885 (72,2%) (4,7 barn) 0,937 (34,1%) 1,384 (24,1%) 1,505 (13,0%) 239 U 23,45 1,264 0,0435 (4,1%) 0,0747 (48,1%) PL2 Phụ lục 2: Sơ đồ phân rã lượng đồng vị 198Au 116mIn 198 79 Au T1 / = 2,7 ngµy β1,09 MeV 0,02% 99%(0,96MeV) 0,41 0,41 MeV 1,37 MeV E*=0 198 80 Hg Hình PL2-1 Sơ đồ phân rã lượng đồng vị 198Au 116 49 In (5-) ⎧21% ⎪ ⎨28% ⎪51% ⎩ 2,16 s(0,16 MeV) 5+ β- T1/2=54 phút 7+ 1%(0,34MeV) 3,05 MeV 2,80 MeV T1/2=14s 2,53 2,39 2,12 1%(2,02) γ 1,29 99%(3,29) 84% Hình PL2-2 Sơ đồ phân rã lượng đồng vị 116mIn 116 50 Sn (bÒn) PL3 Phụ lục Chuẩn lượng chuẩn hiệu suất đầu dò bán dẫn Cơ sở lý thuyết Đầu dò bán dẫn loại đầu dò sử dụng phổ biến để ghi nhận xạ gamma Những đầu dò biến đổi trực tiếp lượng xạ ban đầu thành xung điện, điều làm tăng đáng kể hiệu suất ghi nhận độ tuyến tính biên độ xung lượng xạ Trong việc đo đạc xạ gamma, lượng xạ độ phóng xạ nguồn quan tâm hàng đầu Những đại lượng liên quan đến độ tuyến tính hiệu suất tuyệt đối đầu dò, sử dụng đầu dò bán dẫn, khối lượng lớn công việc nhằm xác định xác hiệu suất đầu dò chuẩn đường lượng a) Chuẩn lượng Đầu dò bán dẫn loại đầu dò sử dụng để xác định lượng nguồn xạ Dựa vào mối quan hệ tuyến tính lượng nguồn xạ biên độ xung ra, ta xác định đường chuẩn lượng ứng với số đỉnh lượng biết, để có độ xác chấp nhận cần đỉnh Về nguyên lý, ta thu nhận phổ lượng nguồn gamma máy phân tích biên độ đa kênh, ta xác định xác đường chuẩn lượng cách xác định kênh đỉnh tương ứng với vạch lượng (là kênh có số đếm lớn đỉnh phổ) Trong thực tế cách xác định đường chuẩn ta có nhiều nguồn xạ đơn Nếu trình chuẩn ta sử dụng nguồn xạ có nhiều vạch lượng, xác định kênh đỉnh vạch lượng Ei nằm phía trái vạch lượng Em (Ei < Em), kết không xác hiệu ứng dịch đỉnh Các đỉnh nằm vùng tán xạ Compton đỉnh lượng Em nên đóng góp số đếm vùng diện tích đỉnh Ei xạ có lượng Ei gây mà xạ tán xạ, đỉnh phổ hoàn toàn có dạng Gauss mà bị méo nên kênh đỉnh bị dịch phía trái, độ dịch chuyển nhiều hay tùy thuộc vào vị trí số lượng đỉnh nằm phía bên phải đỉnh PL4 Để khắc phục dịch kênh đỉnh ảnh hưởng vạch lượng cao hơn, nguồn xạ ta lấy đỉnh có lượng cao (có thể thêm đỉnh bị méo dạng phổ) Giá trị lượng số nguồn cho bảng PL2-1 Bảng PL2-1 Số liệu phân rã nguồn chuẩn lượng Nguồn phóng xạ γ Eu - 152 Co - 60 Năng lượng (keV) Suất lượng tử 121,8 0,285 244,7 0,076 344,3 0,266 778,9 0,130 964,0 0,146 1085,8 0,102 1112,1 0,136 1408,1 0,209 1173,2 1332,5 Chu kỳ rã nửa T1/2 13,6 năm 5,271 năm 356,0 0,623 302,8 0,186 81,0 0,328 Cs - 137 661,6 0,85 30,17 năm K - 40 1460,8 0,108 1,277×109 năm Ba - 133 10,5 năm Sau lấy phổ nguồn chuẩn, xác định kênh đỉnh vạch lượng Đường chuẩn lượng có dạng hình PL2-1 b) Chuẩn hiệu suất Hiệu suất tuyệt đối đỉnh quang điện xác định sau ε a (E ) = N A.I γ t m (1) đó: PL5 εa (E) – giá trị hiệu suất tuyệt đối ứng với lượng E N – diện tích đỉnh quang điện ứng với lượng E A – hoạt độ (phân rã/giây) nguồn gamma Iγ – suất lượng tử, xác suất phân rã xạ gamma với lượng E tm – thời gian đo (giây) Kênh đỉnh E (keV) Hình PL1-1 Đường chuẩn lượng đầu dò bán dẫn Từ biểu thức (1), ta thấy diện tích đỉnh quang điện sử dụng trực tiếp để tính hiệu suất đầu dò Vì vậy, để xác định hiệu suất đầu dò với độ xác cao, việc xác định diện tích đỉnh phổ N xác tốt Về mặt nguyên lý, hiệu suất đầu dò xác định qua việc tính toán Tuy nhiên công việc đòi hỏi hiểu biết tốt dạng hình học vùng nhạy độ dày lớp chết Với hầu hết đầu dò, đặc trưng không xác định thay đổi theo thời gian Vì vậy, việc xác định hiệu suất thường thông qua đo đạc thực nghiệm Để xác định hiệu suất đầu dò ứng với lượng bất kỳ, thông thường sử dụng số nguồn xạ gamma (đã biết rõ hoạt độ xác suất phát xạ) Sau thu giá trị hiệu suất ứng với đỉnh lượng này, ta xác đinh hàm làm khớp theo phương pháp bình phương tối thiểu (có thể sử dụng máy tính để xác định biểu thức số hàm) Nhược điểm phương pháp sai số số đếm hiệu ứng cộng đỉnh ảnh hưởng đến việc chuẩn hiệu suất tuyệt đối Do đó, người ta hay sử dụng nguồn xạ gamma đơn Tuy nhiên, số nguồn chuẩn có chu kỳ rã nửa ngắn 88Y (106,65 ngày), 54Mn PL6 (312,50 ngày), 57Co (217,77 ngày) nên thời gian sử dụng không lâu Thêm nữa, vùng lượng 100 keV có nguồn chuẩn Do đó, nhiều trường hợp có nhiều nguồn đơn năng, ta sử dụng nguồn phát xạ gamma đơn kết hợp với nguồn xạ phát nhiều vạch lượng Phương pháp trình bày sau Trên phổ ghi nhận ứng với nguồn xạ gamma phát nhiều vạch lượng, giả thiết số đếm hiệu ứng cộng đỉnh đỉnh Vì vậy, diện tích đỉnh thu nhận sử dụng trực tiếp để tính toán hiệu suất tương đối (tính tương đối hiệu suất ghi đỉnh so với đỉnh bất kỳ) Từ việc xác định hiệu suất tương đối hệ số chuyển đổi, ta tính hiệu suất tuyệt đối theo công thức: ε a ( E ) = k ( E ).ε r ( E ) đó: (2) εa(E) – hiệu suất tuyệt đối đầu dò ứng với lượng E, k(E) – hệ số chuyển đổi tương ứng với lượng E, εr(E) – giá trị hiệu suất tương đối lượng E Để xác định đường cong hiệu suất tương đối ta sử dụng hay nhiều nguồn gamma phát nhiều vạch lượng Coi hiệu suất đỉnh lượng Ei 100%, ta thu giá trị hiệu suất tương đối vạch lượng khác sau: ε 2,r ( E j ) = ε 1,r ( Ei ) với: S ( E j ) Ai S1 ( E i ) A j (3) ε1,r(Ei); ε2,r(Ej) – hiệu suất tương đối vạch gamma có lượng Ei Ej Ai ; Aj – số lượng tử gamma phát tương ứng lượng Ei Ej S1(Ei); S2(Ej) – diện tích đỉnh phổ thu tương ứng với Ei Ej Hệ số chuyển đổi xác định dựa nguồn chuẩn đơn (như sau: k ( El ) = ε a ( El ) ε r ( El ) 137 Cs) (4) Từ giá trị hiệu suất tuyệt đối thu từ công thức (2), ta xây dựng đường cong thực nghiệm tương ứng (hình 2) PL7 εa (%) 100 1000 E (keV) Hình Sự phụ thuộc hiệu suất tuyệt đối vào lượng (thang bán loga) Chú ý: Việc xác định lượng hoạt độ nguồn chưa biết theo đường chuẩn hiệu suất chuẩn lượng với nguồn có lượng nằm vùng lượng dùng để chuẩn, gọi phép nội suy Ta sử dụng phương trình đường chuẩn cho đỉnh lượng nằm vùng chuẩn Phần mềm điều khiển đo phổ Genie 2000 Phần mềm đo phổ Genie 2000 phần mềm hãng Canberra sản xuất, chương trình tự động ghi nhận, xử lý phổ, tính diện tích đỉnh, lượng, độ phân giải, sai số làm khớp đỉnh, chuẩn lượng, chuẩn hiệu suất, theo hàm toán học Trong chương trình bao gồm tính toán hiệu chỉnh thời gian chết hệ đo, hiển thị thời gian đo thực sai số thời gian chết gây * Xác định đường chuẩn lượng Chương trình Genie – 2000 xác định biểu thức đường chuẩn lượng theo dạng hàm đa thức bậc ba sau: E = C0 +C1x + C2x2 + C3x3 (5) C0, C1, C2 C3 hệ số cần xác định dựa số liệu đầu vào C0 biểu thị lượng ban đầu, C1 hệ số góc đường chuẩn lượng (tuyến tính), C2 C3 hệ số tính đến độ không tuyến tính hệ thống dải lượng rộng (do đầu dò hệ điện tử xử lý xung) Các hệ số C0, C1 tính toán tự động, C2 C3 tính dựa số lượng giá trị đưa vào để tính toán đường PL8 chuẩn (phải đưa vào giá trị đỉnh lượng tính hệ số C2 C3) Từ số lượng giá trị này, độ không tuyến tính đường biểu diễn (năng lượng – kênh) chuyển thành tuyến tính theo phương pháp bình phương tối thiểu * Xác định đường chuẩn hiệu suất Thuật toán chương trình tính hiệu suất đỉnh phổ ứng với lượng E xác định theo công thức (1) Trong trường hợp đo phổ gamma alpha, diện tích đỉnh xác định tự động theo phương pháp tính toán diện tích đỉnh toán học (phương pháp số) khớp với hàm liên tục Thuật toán sử dụng cho tất đỉnh để tránh sai số tính toán diện tích đỉnh Ứng với nhiều đỉnh có lượng khác nhau, dạng đường chuẩn Canberra lựa chọn n ln(ε ) = ∑ bi (ln( E )) i (6) i =0 đó: ε – hiệu suất đỉnh quang điện lượng E, bi – hệ số chuẩn phần mềm tính toán, E – lượng xạ Sau xác định hiệu suất ứng với đỉnh, đường chuẩn làm khớp theo phương pháp bình phương tối thiểu Đường chuẩn xác định ứng với vùng lượng xác định PL9 Phụ lục Các vạch lượng số đồng vị 14 N(nnhiệt,γ)15N Eγ (keV) 1678.29 1681.23 1884.78 1999.68 2520.44 2830.80 3531.98 3677.74 4508.73 5269.16 5297.83 5533.39 5562.06 6322.43 7298.98 8310.16 9148.95 10829.11 ∆Eγ (keV) Iγ/Iγ(max) (%) ∆(Iγ/Iγ(max)) 0.03 0.05 0.02 0.03 0.02 0.04 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.04 0.09 0.06 26.66 5.46 62.86 13.76 18.69 5.73 29.94 48.63 55.96 100.00 71.10 65.57 35.77 61.05 31.45 13.80 4.92 47.89 0.40 0.14 0.92 0.22 0.36 0.15 0.48 0.73 0.80 1.42 1.03 0.96 0.54 0.96 0.51 0.33 0.21 2.07 12 Cl(nnhiệt,γ)13Cl Eγ (keV) ∆Eγ (keV) Iγ/Iγ(max) (%) ∆(Iγ/Iγ(max)) 1261.76 3683.92 4945.30 0.01 0.02 0.00 47.96 47.64 100.00 0.92 1.15 1.93 PL10 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ================== TRẦN THÙY DƯƠNG XÁC ĐỊNH LIỀU LƯỢNG BỨC XẠ GAMMA VÀ NƠTRÔN GÂY BỞI NGUỒN NƠTRÔN Pu-Be VÀ Am-Be CÓ TẠI ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI... số đo dụng cụ có đóng góp phần liều gây xạ gamma phần liều gây xạ nơtron gây nên Do đó, xác định tỷ lệ đóng góp tính liều xạ nơtrôn gây nên Trong phương pháp xác định liều lượng xạ nơtrôn kể trên,... phương pháp xác định liều lượng xạ nơtrôn 1.3.1 Một số đặc điểm xác định liều lượng xạ nơtrôn Các trình tương tác nơtrôn định lượng nơtrôn thành phần hạt nhân môi trường Sự biến đổi lượng nơtrôn diễn