Khóa luận tốt nghiệp: Ảnh hưởng của hệ số tích lũy (Buildup factor) đến sai số hệ thống trong kiểm tra các thùng thải phóng xạ

Khóa luận tốt nghiệp Ảnh hưởng của hệ số tích lũy (Buildup factor) đến sai số hệ thống trong kiểm tra các thùng thải phóng xạ giới thiệu sơ lược về hệ thống quét gamma phân đoạn (SGS) một trong những hệ thống thông dụng nhất trong công tác kiểm tra thùng thải phóng xạ, một số lý thuyết về hệ số tích lũy và các tính toán về ảnh hưởng của hệ số tích lũy đến sai số hệ thống trong kiểm tra các thùng rác thải phóng xạ.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ - VẬT LÝ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ HẠT NHÂN   KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ TÍCH LŨY (BUILDUP FACTOR) ĐẾN SAI SỐ HỆ THỐNG TRONG KIỂM TRA CÁC THÙNG THẢI PHÓNG XẠ SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG CBPB: PGS TS CHÂU VĂN TẠO TP HỒ CHÍ MINH – 2011 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN MỞ ĐẦU Ngày lĩnh vực hạt nhân sử dụng rộng rãi đời sống với nhiều mục đích khác như: y tế, quân sự, nghiên cứu, giảng dạy, cơng nghiệp, …Các đồng vị phóng xạ sản xuất sử dụng ngày nhiều kéo theo tạo lượng chất thải phóng xạ ngày lớn Việc xử lý chất thải phóng xạ ngày quan tâm việc đánh giá xác hoạt độ chất thải thùng chất thải nhu cầu cần thiết Vậy việc nghiên cứu để tìm phương pháp thích hợp, hiệu để áp dụng vào thực tế cần thiết Sự phân bố không đồng nguồn phóng xạ bên thùng thải thường nguyên nhân gây sai số lớn nhất, không đồng chất độn, kích thước vật liệu hạt nhân chất thải, hiệu ứng che chắn,….những yếu tố nghiên cứu Nhưng tác động hệ số tích lũy (buildup factors) đến sai số hệ thống chưa tìm hiểu quan tâm cách Trong khóa luận tơi xin giới thiệu sơ lược hệ thống quét gamma phân đoạn (SGS) hệ thống thông dụng cơng tác kiểm tra thùng thải phóng xạ, số lý thuyết hệ số tích lũy tính tốn ảnh hưởng hệ số tích lũy đến sai số hệ thống kiểm tra thùng rác thải phóng xạ CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUÉT GAMMA PHÂN ĐOẠN (SGS) 1.1 Giới thiệu hệ thống quét gamma phân đoạn (SGS) Ngày nhắc đến việc kiểm tra thùng rác thải phóng xạ ta thường áp dụng ba kỹ thuật sau:  Kỹ thuật quét gamma phân đoạn (SGS-segmented gamma-ray scanning)  Kỹ thuật sử dụng detector đồng  Kỹ thuật chụp cắt lớp (Tomographic –Technique) Trong hệ thống quét gamma phân đoạn phương pháp thơng dụng nhất, khóa luận tơi xin giới thiệu vài nét hệ thống Hệ thống quét gamma phân đoạn-Segmented gamma-ray scanner (SGS) công cụ phân tích khơng phá hủy đáng tin cậy đa thường dùng để xác định hàm lượng đồng vị phóng xạ chất thải phóng xạ mật độ thấp thùng thải phóng xạ Hệ thống quét gamma phân đoạn thường sử dụng nhiều việc đo lường thùng thải chứa vật liệu hạt nhân đặc biệt-special nuclear material (SNM), chủ yếu đồng vị Uranium Plutonium Hệ thống quét gamma phân đoạn kết hợp chuyển động vật lý với xạ phóng xạ phát thí nghiệm (Hình 1.1) Hệ thống qt gamma phân đoạn xây dựng nhiều cấu hình khác cho phép đo lường nhiều khoảng khác Thiết bị phù hợp để hoạt động nhà máy; thiết kế chắn, thành phần hoạt động xác, đáng tin cậy ln có sẵn từ nguồn thương mại Có thể nói thiết bị phân tích gamma khơng phá hủy mẫu sử dụng rộng rãi nhất.[4] CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN Để đo lường thùng chứa chất thải phế liệu phải đưa vào việc miêu tả biến thiên theo trục dọc SNM tỉ trọng chất độn cấu thành phận thùng thải Tính khơng đồng qua tâm thường rõ rệt ảnh hưởng chúng bị giảm bớt việc xoay mẫu Hệ thống quét gamma phân đoạn phát triển vừa công cụ vừa thủ tục nhằm cải thiện tính xác cho thí nghiệm Nó thiết bị tự động hồn tồn ngày sử dụng rộng rãi thiết bị chế biến nhiên liệu.[3] Vấn đề khó khăn phân tích thùng thải phóng xạ kỹ thuật quét gamma phân đoạn cho sai số hệ thống lớn lý sau:  Sự phân bố không đồng nguồn Tính khơng đồng chất độn 1.2 Ngun lý kỹ thuật quét gamma phân đoạn (SGS) Nguyên lý SGS phân mẫu thành phân đoạn ngang mỏng phân tích phân đoạn cách độc lập cách sử dụng hệ thống truyền động xác kỹ thuật phân tích Sau tất phân đoạn đo lường, tất kết gom lại để lấy tổng phân tích cho thùng thải Phương pháp trình bày Hình.1.2 Một detector Germanium hướng vào phân đoạn thùng thải xuyên qua khe hở ống chuẩn trực chắn chì Một nguồn ngồi phát gamma đặt hướng ngược lại thùng thải thẳng hàng với detector Để phân tích U235 nguồn phát gamma Yb169 Nó phát tia gamma có lượng 177.2 keV 198.0 keV Với khung sát vào việc phân tích tia gamma lượng 185.7 keV U235 Tia gamma lượng 400.6 keV Se75 phù hợp làm nguồn phát Gamma phân tích Pu239 để phát tia gamma 414 keV [4] Việc sử dụng máy tính để điều khiển thiết bị SGS cho phép tự động hóa việc thu thập liệu phép phân tích quản lý tất dụng cụ CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN Người điều khiển cần đặt thùng thải chứa mẫu lên bàn chứa mẫu phân tích SGS thực tất phần việc lại SGS bắt đầu chuỗi phân tích việc bố trí bàn chứa mẫu phân tích để phần đỉnh mẫu nằm bên trục detector Hệ thống tự động xoay mẫu liên tục nâng lên bước tất phân đoạn phân tích hết Các liệu thu đươc phân đoạn riêng dùng liệu đầu ra, tất SNM thùng chứa Điển để hồn tất phân tích SGS cần khoảng đến phút,và sai số khoảng 1- 5% cho mẫu có kích thước nhỏ.[3] Hình 1.1: Mặt cắt hệ thống quét gamma phân đoạn Trong hệ thống quét Gamma phân đoạn trên,các phân đoạn mẫu quét nguồn (Transmission Source) mẫu nâng lên máy nâng (Elevator) xoay vòng quanh trục dọc quay (Rotator) Bức xạ gamma từ mẫu CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN nguồn phát xạ phát detector Germanium chuẩn trực làm lạnh nitrogen lỏng từ máy điều lạnh (Cryostat) Kết hợp kết từ phân đoạn cho ta lượng đồng vị phóng xạ chứa mẫu [4] Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống quét gamma phân đoạn 1.3 Những cải tiến kỹ thuật quét gamma phân đoạn SGS [4] Phương pháp SGS sử dụng giả thuyết nguồn phóng xạ chất độn mẫu đồng phân đoạn Quá trình dùng SGS gây sai số khơng thỏa mãn giả thuyết Do số cải tiến kỹ thuật SGS nghiên cứu Hệ thống quét Gamma phân đoạn đo xạ gamma phân rã phóng xạ tự nhiên gây Các hệ số hiệu chỉnh cải tiến áp dụng sau nhằm cải thiện tính xác cho phép đo Các cải tiến rơi vào loại sau:  Hiệu chỉnh suy giảm hấp thụ hoàn toàn tia gamma  Quét xoay mẫu theo trục dọc  Sự hiệu chỉnh tỉ lệ (rate-loss corrections) CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN 1.3.1 Hiệu chỉnh suy giảm hấp thụ hoàn toàn tia gamma Hiệu chỉnh suy giảm hấp thụ hoàn toàn tia gamma nhằm bù lại cho hấp thụ hoàn toàn thành phần mẫu Hệ thống quét gamma phân đoạn đo thí nghiệm có khoảng suy giảm tia gamma có tính chất định đến suy giảm tia gamma nguồn phóng xạ bên ngồi Loại hiệu chỉnh thứ hàm suy giảm cách đặn ứng dụng cho tia gamma tạo bên mẫu mà sau chúng bị hấp thụ hồn tồn trước chúng thoát khỏi mẫu Loại hiệu chỉnh thứ hai sử dụng cho phép đo vài tia gamma phát từ mẫu để hiệu chỉnh cho việc tăng tự hấp thụ, phân tử nặng “khuyết tật” vật liệu hạt nhân đặc biệt chất độn mẫu (tất mẫu mà vật liệu hạt nhân đặc biệt) so sánh với trường hợp vật liệu hạt nhân đặc biệt phân bố khn Hình 1.3 minh họa cho loại hiệu chỉnh Ví dụ khơng có hai hiệu chỉnh độ xác thí nghiệm giảm khoảng 10% mẫu có chứa ”khuyết tật” uranium lớn 100µm chất độn có mật độ thấp CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN Hình 1.3: Minh họa cho vấn đề gây tính khơng đồng vật liệu hạt nhân đặc biệt (SNM) mẫu Đo lường phản ánh suy giảm trung bình chất độn SNM.Với “Khuyết tật” có tỉ trọng lớn làm tăng tự hấp thụ xạ vật liệu hạt nhân đặc biệt.[4] 1.3.2 Quét xoay mẫu theo trục dọc Quét mẫu theo trục dọc quét xoay quanh mẫu cho phép phản ứng từ vật liệu phóng xạ khoảng thí nghiệm (trình bày hình 1.4) Hệ thống quét Gamma phân đoạn xoay mẫu suốt trình đo nhằm hạn chế sai lệch từ không đồng qua tâm Nó bước nâng mẫu để quét phân đoạn nằm ngang (do kĩ thuật có tên vậy) để giải thích suy giảm khác phân đoạn với Tổng hàm lượng vật liệu hạt nhân đặc biệt chứa CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN mẫu thu cách cộng lại tất kết thí nghiệm từ phân đoạn riêng lẽ Hình 1.4: Các thành phần thiết bị phép phân tích sử dụng hệ thống quét gamma phân đoạn.[4] 1.3.3 Sự hiệu chỉnh tỉ lệ (rate-loss corrections) Các hiệu chỉnh tỉ lệ thích hợp cho tổng số đếm liên quan đến tỉ lệ linh kiện điện tử hệ thống phân tích phổ gamma Tỉ lệ tương đối nguồn phóng xạ nhỏ đặt trước detector cung cấp sở cho hiệu chỉnh Sự hiệu chỉnh làm cho phương pháp quét gamma phân đoạn thích hợp với nhiều loại vật liệu hạt nhân đặc biệt mật độ thấp có liên quan đến vật liệu giấy, loại chất dẻo, tro, cát loại chất lỏng Các thành phần có khối lượng CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN cao loại kim loại đo với độ xác thấp thùng chứa không lớn Việc kiểm định thường thực với mẫu gồm có hỗn hợp loãng vật liệu hạt nhân đặc biệt dạng ơ-xít với cát graphite Kỹ thuật cung cấp lợi quan trọng việc không yêu cầu hiệu chuẩn tiêu chuẩn để chất hóa học, vật lý kết hợp với cấu trúc hình học chưa biết 1.4 Một số Hệ thống quét gamma phân đoạn thƣờng gặp Các thiết bị SGS ngày thương mại hóa rộng rãi sử dụng hầu hết ngành tái chế nhiên liệu để đo lường loại chất thải phế liệu Có hai Hệ thống quét gamma phân đoạn thường găp: Hệ thống lớn dùng để đo lường thùng tròn khối trụ có sức chứa khoảng 100-200 lít (30-55 gal.); loại nhỏ dùng để đo lường vật có kích thước khoảng vài inch đường kính chứa tới 5-gallon.[4] Hệ thống quét Gamma phân đoạn xây dựng để xác định cách xác khối lượng đồng vị phóng xạ mẫu có khả đo lường xác với sai số 1% cho mẫu nhỏ đồng Nếu mẫu trở nên lớn hơn, tỉ trọng nặng hơn,đồng hơn, thay đổi nhiều phân bố vật liệu hạt nhân đặc biệt lẫn mật độ chất độn, độ xác phép đo bị giảm 5%, 10% nhiều Các vật chứa khoảng 1g Pu239 U235 trình bày giới hạn thấp có ích cho việc xác định số lượng hợp lý [Độ xác phép đo ~10% (1 độ lệch chuẩn tương đối)] Trong Hệ thống quét gamma phân đoạn không thiết kế đặc biệt để phát xạ mức độ thấp giới hạn phát xạ thấp Pu239 U235 dao động khoảng từ 10mg đến 100mg, phụ thuộc vào điều kiện cụ thể phép đo Điều có nghĩa hệ thống quét gamma phân đoạn thùng thải nhiều điều kiện khác xử dụng để phân loại chất thải với mức 10nCi/g phép đo khoảng 20 phút.[4] CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN 30 1.00 0.0309 0.0309 1.50 0.0282 0.0282 2.00 0.0260 0.0260 Bảng 3.4: Giá trị hệ số suy giảm tuyến tính µ hệ số hấp thụ khối µm bê tơng (Concrete) E µm γ µ (MeV) (cm2/g) (g/cm3) (cm-1) 0.10 0.0424 2.1 0.08904 0.15 0.0290 2.1 0.06090 0.20 0.0290 2.1 0.06090 0.30 0.0295 2.1 0.06195 0.40 0.0298 2.1 0.06258 0.50 0.0300 2.1 0.06300 0.60 0.0297 2.1 0.06237 0.80 0.0289 2.1 0.06069 1.00 0.0279 2.1 0.05859 1.50 0.0254 2.1 0.05334 2.00 0.0235 2.1 0.04935 CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN 31 Bảng 3.5: Giá trị hệ số tích lũy trường hợp a qua môi trường nước (H2O) theo công thức Berger E µ (MeV) (cm-1) 0.10 r a (E) b(E) 0.0256 6.11 0.120 30 6.1454 0.15 0.0277 4.88 0.125 30 5.4991 0.20 0.0297 4.13 0.118 30 5.0877 0.30 0.0319 3.18 0.096 30 4.3360 0.40 0.0328 2.67 0.080 30 3.8424 0.50 0.0330 2.32 0.068 30 3.4567 0.60 0.0329 2.07 0.059 30 3.1655 0.80 0.0321 1.74 0.045 30 2.7498 1.00 0.0309 1.50 0.036 30 2.4376 1.50 0.0282 1.16 0.021 30 1.9989 2.00 0.0260 0.97 0.013 30 1.7643 (cm) B Bảng 3.6: Giá trị hệ số tích lũy trường hợp b qua môi trường nước (H2O) theo công thức Berger E µ (MeV) (cm-1) 0.10 r a (E) b(E) 0.0256 6.11 0.120 60 12.2845 0.15 0.0277 4.88 0.125 60 10.9833 0.20 0.0297 4.13 0.118 60 10.0819 0.30 0.0319 3.18 0.096 60 8.3142 0.40 0.0328 2.67 0.080 60 7.1505 0.50 0.0330 2.32 0.068 60 6.2556 (cm) B CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN 32 0.60 0.0329 2.07 0.059 60 5.5909 0.80 0.0321 1.74 0.045 60 4.6546 1.00 0.0309 1.50 0.036 60 3.9729 1.50 0.0282 1.16 0.021 60 3.0337 2.00 0.0260 0.97 0.013 60 2.5442 Bảng 3.7: Giá trị hệ số tích lũy trường hợp a qua môi trường bê tông (Concrete) theo cơng thức Berger E µ (MeV) (cm-1) 0.10 r a (E) b(E) 0.08904 1.83 0.028 30 6.2679 0.15 0.06090 2.19 0.054 30 5.4160 0.20 0.06090 2.20 0.065 30 5.5262 0.30 0.06195 2.03 0.067 30 5.2730 0.40 0.06258 1.87 0.061 30 4.9367 0.50 0.06300 1.73 0.055 30 4.6278 0.60 0.06237 1.60 0.049 30 4.2812 0.80 0.06069 1.41 0.040 30 3.7611 1.00 0.05859 1.27 0.032 30 3.3614 1.50 0.05334 1.02 0.021 30 2.6879 2.00 0.04935 0.89 0.014 30 2.3452 (cm) B CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN 33 Bảng 3.8: Giá trị hệ số tích lũy trường hợp b qua môi trường bê tông (Concrete) theo công thức Berger E µ (MeV) (cm-1) 0.10 r a (E) b(E) 0.08904 1.83 0.028 60 12.3540 0.15 0.06090 2.19 0.054 60 10.7477 0.20 0.06090 2.20 0.065 60 11.1939 0.30 0.06195 2.03 0.067 60 10.6793 0.40 0.06258 1.87 0.061 60 9.8287 0.50 0.06300 1.73 0.055 60 9.0505 0.60 0.06237 1.60 0.049 60 8.1925 0.80 0.06069 1.41 0.040 60 6.9394 1.00 0.05859 1.27 0.032 60 5.9961 1.50 0.05334 1.02 0.021 60 4.4913 2.00 0.04935 0.89 0.014 60 3.7468 (cm) B 3.2.2 Trƣờng hợp tính giá trị hệ số tích lũy cơng thức Taylor Cơng thức Taylor có dạng: (3.4) Với giá trị số A(E) , -α1 , α2 dùng theo Bảng 3.9 Giá trị µ nước (H2O) dùng theo Bảng 3.3 bê tông (Concrete) dùng theo Bảng 3.4 Dựa vào giá trị vào cơng thức (3.4) ta tìm giá trị hệ số tích lũy B theo cơng thức Taylor Giá trị B qua môi trường nước trường hợp a b trình bày tương ứng Bảng 3.10 3.11 Giá trị CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN 34 B qua môi trường bê tơng trường hợp a b trình bày tương ứng Bảng 3.12 3.13 Bảng 3.9: Giá trị số A(E), -α1, α2 công thức Taylor[6] E Vật liệu A(E) -α1 α2 0.5 100.845 0.12687 -0.10925 1.0 19.601 0.09037 -0.02522 2.0 12.612 0.05320 0.01932 0.5 38.225 0.14824 -0.10579 1.0 25.507 0.07230 -0.01843 2.0 18.089 0.04250 0.00849 (MeV) Nước(H2O) Bê tông (Concrete) Bảng 3.10: Giá trị hệ số tích lũy trường hợp a qua môi trường nước (H2O) theo công thức Taylor E µ (MeV) (cm-1) 0.5 A(E) -α1 α2 r B 0.0330 100.845 0.12687 -0.10925 30 3.0914 1.0 0.0309 19.601 0.09037 -0.02522 30 2.2727 2.0 0.0260 12.612 0.05320 0.01932 30 1.7080 Bảng 3.11: Giá trị hệ số tích lũy trường hợp b qua môi trường nước (H2O) theo cơng thức Taylor E µ (MeV) (cm-1) 0.5 A(E) -α1 α2 r B 0.0330 100.845 0.12687 -0.10925 60 5.6864 1.0 0.0309 19.601 0.09037 -0.02522 60 3.6848 2.0 0.0260 12.612 0.05320 0.01932 60 2.4361 CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN 35 Bảng 3.12: Giá trị hệ số tích lũy trường hợp a qua môi trường bê tông (Concrete) theo cơng thức Taylor E µ (MeV) (cm-1) 0.5 A(E) -α1 α2 r B 0.06300 38.225 0.14824 -0.10579 30 5.1212 1.0 0.05859 25.507 0.07230 -0.01843 30 3.6495 2.0 0.04935 18.089 0.04250 0.00849 30 2.3882 Bảng 3.13: Giá trị hệ số tích lũy trường hợp b qua môi trường bê tông (Concrete) theo công thức Taylor E µ (MeV) (cm-1) 0.5 A(E) -α1 α2 r B 0.06300 38.225 0.14824 -0.10579 60 11.4158 1.0 0.05859 25.507 0.07230 -0.01843 60 6.7409 2.0 0.04935 18.089 0.04250 0.00849 60 3.8500 CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 36 SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Áp dụng phương pháp tất định để xác định hoạt độ nguồn gamma qua môi trường nước (H2O) bê tông (concrete) luận văn giả sử cho nguồn phân đoạn vị trí xác định trước nên kết thu có phần khơng thực tế thực tế phân đoạn chứa nhiều nguồn đồng vị loại khác bố trí ngẫu nhiên.Tuy nhiên kết tính tốn Chương giúp rút vài kết luận:  Ảnh hưởng hệ số tích lũy B đáng kể đến sai số hệ thống kiểm tra thùng thải phóng xạ.Nên q trình kiểm tra phải yêu cầu chuẩn trực (Collimate) nguồn detector  Kết tính tốn hệ số B thu công thức Berger Taylor trùng khớp với sai lệch kết công thức số liệu sử dụng tính toán thuộc nguồn khác  Xét đến khả che chắn vật liệu,từ tính tốn luận văn tối thấy so sánh nước bê tơng bê tơng có khả che chắn cao nước  Các mức lượng nguồn ảnh hưởng tới kết phân tích hoạt độ,khi qua môi trường nước lượng tia gamma tăng hệ số suy giảm tuyến tính µ giảm kéo theo hệ số tích lũy giảm.Đối với đồng vị bê tông điều xảy tương tự giá trị µ giảm giá trị hệ số B giảm Trong tương lai kiến nghị mở rơng mơ hình tính tốn sau:  Áp dụng phương pháp phân bố ngẫu nhiên để đánh giá cách thực tế ảnh hưởng hệ số tích lũy đến sai số hệ thống kiểm tra thùng rác thải phóng xạ CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 37 SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN  Sử dụng vật liệu khác hỗn hợp vật liệu với độ dày khác để xem xét khả che chắn vật liệu  Tính tốn cho nhiều mức lương để tìm hiểu ảnh hưởng lượng tia gamma tới kết phân tích  Sử dụng nguồn phóng xạ có kích thước (khơng nguồn điểm) ta phải xét đến cấu trúc hình học nguồn để thu kết xác CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 38 SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT: [1] Đỗ Văn Duyệt (2010), Sử dụng phương pháp xác xuất để đánh giá sai số hệ thống phương pháp gamma không phá hủy kiểm tra chất thải phóng xạ, Khóa luận tốt nghiệp Đại học, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh [2] Châu Văn Tạo (2004), An tồn xạ ion hóa, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, tr 151-154 TIẾNG ANH: [3] Los Alamos Science (1980), “Segmented gamma-ray scanner” [4] N-1 Group Leader George W Eccleston (1991), Application note:Segmented gamma-ray Scanner, Los Alamos National Laboratory [5] M Ragheb (2007), “Chapter 8: Attenuation of gamma radiation”, Nuclear, plasma and radiation science, University of Illinois at Urbana Champaign, USA [6] D K Trubey (1966), A survey of empirical functions used to fit gamma-ray buildup factors, OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY Oak Ridge, Tennessee operated by UNION CARBIDE CORPORATION for the U.S.ATOMICENERGY COMMISSION [7] N Tsoulfanidis (1995), Measurement and detection of Radiation Second Edition, University of Missouri - Rolla, Taylor & Francis, USA CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN LỜI CẢM ƠN Khi hồn thành khóa luận này,sau tất nổ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy bạn bè, tơi xin dùng trang để gửi tới người dìu dắt, động viên tình cảm lòng biết ơn chân thành Đầu tiên tơi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS Trần Quốc Dũng, người thầy tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu truyền đạt kinh nghiệm quý báu cho suốt thời gian thực khóa luận PGS TS Châu Văn Tạo, người thầy chân thành đóng góp ý kiến giúp tơi hồn thiện khóa luận Tơi xin gửi đến tồn thể thầy khoa Vật lý - Vật lý kỹ thuật tập thể lớp 07VLHN người giúp đỡ động viên chia vui buồn với suốt quãng đường năm đại học lời cảm ơn chân thành, lời chúc sức khỏe thành công công việc Cuối xin cảm ơn bố mẹ gia đình bạn bè người sinh thành, giáo dưỡng, động viên, khích lệ cho điều kiện tốt để học tập nên người TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2011 Nguyễn Anh Tuấn CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ii SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Mục lục ii Bảng chữ viết tắt kí hiệu iv Danh mục bảng v Danh mục hình vẽ vi Mở đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUÉT GAMMA PHÂN ĐOẠN (SGS) 1.1 Giới thiệu hệ thống quét gamma phân đoạn (SGS) 1.2.Nguyên lý kỹ thuật quét gamma phân đoạn (SGS) 1.3 Những cải tiến kỹ thuật quét gamma phân đoạn (SGS) 1.3.1 Hiệu chỉnh suy giảm hấp thụ hoàn toàn tia Gamma 1.3.2 Quét xoay mẫu theo trục dọc 1.3.3 Sự hiệu chỉnh tỉ lệ (rate-loss corrections) 1.4 Một số Hệ thống quét Gamma phân đoạn thường gặp 1.5 Sai số nguyên nhân gây nên sai số phương pháp SGS 10 1.5.1 Sai số phương pháp 10 1.5.2 Nguyên nhân gây sai số 11 1.5.3 Giá trị sai số phương pháp tất định 12 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LÝ THUYẾT VỀ HỆ SỐ TÍCH LŨY 13 2.1 Sự suy giảm cường độ chùm xạ 13 2.2 Hệ số suy giảm tuyến tính 14 2.3 Hệ số hấp thụ khối 16 2.4 Các chùm tia chuẩn trực 17 2.5 Các chùm tia không chuẩn trực 19 2.6 Hệ số tích lũy (Buildup Factors) 20 CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iii SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN 26 3.1 Ảnh hưởng hệ số tích lũy kiểm tra thùng chất thải phóng xạ 26 3.2.1 Trường hợp tính giá trị hệ số tích lũy cơng thức Berger 27 3.2.2 Trường hợp tính giá trị hệ số tích lũy cơng thức Taylor 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36 Tài liệu tham khảo 38 CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iv SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU  Các chữ viết tắt Chữ viết tắt SGS SNM NCC Tiếng Anh Tiếng Việt Segmented Gamma-ray Hệ thống (hay kỹ thuật) Scanner (or Scanning) quét gamma phân đoạn Special Nuclear Material Vật liệu hạt nhân đặc biệt Neutron Coincidence Máy đếm neutron trùng Counter phùng  Các ký hiệu Ký hiệu I0 (hoặc φ0) I (hoặc φ) IB Nội dung Cường độ chùm xạ gamma trước qua vật liệu Cường độ chùm xạ gamma sau lớp vật chất Hoạt độ đồng vị quan tâm tính đến đóng góp hệ số tích lũy µ Hệ số suy giảm tuyến tính x Bề dày lớp vật chất B (E, µx) Hệ số tích lũy lượng µm Hệ số hấp thụ khối Φtot Tổng thông lượng đập vào detector Φu Thông lượng xạ không tán xạ Φs Thông lượng xạ tán xạ r Khoảng cách từ nguồn đến detector CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 3.1 Diễn giải Trang Các đại lượng quan tâm hệ số tích lũy tương ứng Giá trị số a(E) b(E) nước (H2O) bê tông (Concrete) 23 28 3.2 Giá trị hệ số hấp thụ khối µm nước bê tông 29 3.3 Giá trị hệ số suy giảm tuyến tính µ nước (H2O) 29 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 Giá trị hệ số suy giảm tuyến tính µ bê tơng (Concrete) Giá trị hệ số tích lũy trường hợp a qua môi trường nước (H2O) theo công thức Berger Giá trị hệ số tích lũy trường hợp b qua môi trường nước (H2O) theo công thức Berger Giá trị hệ số tích lũy trường hợp a qua môi trường bê tông (Concrete) theo công thức Berger Giá trị hệ số tích lũy trường hợp b qua môi trường bê tông (Concrete) theo công thức Berger Giá trị số A(E) , -α1 , α2 công thức Taylor Giá trị hệ số tích lũy trường hợp a qua môi trường nước (H2O) theo công thức Taylor Giá trị hệ số tích lũy trường hợp b qua môi trường nước (H2O) theo cơng thức Taylor Giá trị hệ số tích lũy trường hợp a qua môi trường bê tông (Concrete) theo công thức Taylor Giá trị hệ số tích lũy trường hợp b qua môi trường bê tông (Concrete) theo công thức Taylor 30 31 31 32 33 34 34 34 35 35 CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Diễn giải Hình Trang 1.1 Mặt cắt hệ thống quét Gamma phân đoạn 1.2 Sơ đồ hệ thống quét gamma phân đoạn 1.3 1.4 Minh họa cho vấn đề gây tính khơng đồng vật liệu hạt nhân đặc biệt (SNM) mẫu Các thành phần thiết bị phép phân tích sử dụng hệ thống quét gamma phân đoạn Kết từ hệ thống SGS Savannah River kết hợp với 1.5 máy đếm neutron ngẫu nhiên-neutron coincidence 10 counter [NCC] 1.6 2.1 2.2 2.3 Các trường hợp đánh giá sai số phương pháp tất định Hệ số suy giảm tuyến tính tia gamma nguyên tố Ni, Cr , V, Ti ,B, P, S, Mg, K Co Hệ số suy giảm tuyến tính tia gamma nguyên tố Pt, U, W, Pb, Mo, Ta, Bi Ag Hệ số hấp thụ khối tia gamma H, (H2O), mô, khơng khí, C, N, O A 12 15 16 17 2.4 Trường hợp chùm xạ hẹp 18 2.5 Trường hợp chùm xạ rộng 20 Nếu nguồn điểm đẳng hướng đặt phía sau 2.6 chắn có độ dày t, xạ tán xạ lẫn xạ không tán xạ 22 đập vào detector 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 27 CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG ... kiểm tra thùng thải phóng xạ, số lý thuyết hệ số tích lũy tính tốn ảnh hưởng hệ số tích lũy đến sai số hệ thống kiểm tra thùng rác thải phóng xạ CBHD: TS TRẦN QUỐC DŨNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH:... 3.1 Ảnh hƣởng hệ số tích lũy kiểm tra thùng chất thải phóng xạ Trong kỹ thuật kiểm tra thùng thải phóng xạ kết cuối phép phân tích hoạt độ (Bq) đồng vị quan tâm Khi ta bỏ qua đóng góp hệ số tích. .. 2.6 Hệ số tích lũy (Buildup Factors) Hệ số tích lũy định nghĩa tỉ số cường độ chùm xạ rộng với cường độ chùm xạ hẹp [2] Hoặc hệ số tích lũy định nghĩa tỉ số hiệu ứng xạ không tán xạ hiệu ứng xạ