Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau

Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau Tính toán mô phỏng các đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MƠN VẬT LÝ HẠT NHÂN O KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG CÁC ĐƯỜNG ĐẲNG LIỀU CỦA NGUỒN BỨC XẠ GAMMA CÓ DẠNG HÌNH HỌC KHÁC NHAU GVHD : TS Châu Văn Tạo GVPB : ThS Trương Thị Hồng Loan SVTH : Nguyễn văn Thuận Thành phố Hồ Chí Minh – 2005 LỜI CẢM ƠN Bốn năm, khoảng thời gian dài nhiên khơng ngắn để hồn thành chương trình bậc đại học Với tơi việc hồn thành khoá luận kỳ kiểm tra kiến thức khoa học vật lý nói chung chun ngành vật lý hạt nhân nói riêng Khố luận phần rà soát lại kiến thức mà thân chưa nắm bắt trình học Để hồn thành khố luận này, ngồi nổ lực thân có giúp đở gia đình, thầy bạn bè Thơng qua khố luận này, đặc biệt gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Châu Văn Tạo hướng dẫn giúp đở tơi hồn thành khố luận Bên cạnh tơi xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Trương Thị Hồng Loan dành thời gian để đọc góp nhiều ý kiến cho khoá luận Lời cảm ơn xin gởi đến gia đình, thầy bạn bè mơn Là cơng trình nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận thông cảm thầy cô bạn bè TP HCM tháng năm 2005 Nguyễn Văn Thuận MỤC LỤC Lời mở đầu Chương 1: Các khái niệm an toàn xạ ion hóa 1.1 Liều hấp thụ 1.2 Suất liều hấp thụ 1.3 Liều chiếu 1.4 Suất liều chiếu 1.5 Hằng số gamma ion hoá 1.6 Liều tương đương 1.7 Liều hiệu dụng 1.8 Liều lượng phép giới hạn (LLĐPGH) 1.9 Liều tổng cộng 10 Chương 2: An tồn kiểm sốt xạ 2.1 Các hiệu ứng sinh học xạ ion hoá 2.1.1 Cơ chế tác dụng xạ ion hoá 11 11 11 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh học xạ ion hố 2.1.3 Các tổn thương phóng xạ 2.2 Bảo vệ an toàn cho bệnh nhân 12 14 16 2.2.1 Chỉ định 17 2.2.2 Tận giảm liều chiếu 17 2.2.3 Bảo vệ quan nhạy cảm với phóng xạ 18 2.3 Bảo vệ an tồn cho nhân viên 18 2.4 Bảo vệ môi trường 18 2.4.1 Nguồn ô nhiễm môi trường 18 2.4.2 Mối nguy hiểm 19 2.4.3 Biện pháp bảo vệ 19 Chương 3: Sự che chắn xạ ion hoá 20 3.1 Che chắn nguồn xạ gamma có dạng hình học 20 3.1.1 Trường hợp khơng có che chắn 20 3.1.2 Trường hợp có che chắn 21 3.2 Che chắn nguồn xạ gamma có dạng điểm 21 3.2.1 Nguồn không che chắn 21 3.2.2 Nguồn che chắn có bề dày d 22 3.3 Che chắn nguồn xạ gamma có dạng dây thẳng 23 3.3.1 Nguồn không che chắn 23 3.3.2 Nguồn che chắn có bề dày d 25 3.4 Che chắn nguồn xạ gamma có dạng dây tròn 26 3.4.1 Nguồn khơng che chắn 26 3.4.2 Nguồn che chắn có bề dày d 27 3.5 Che chắn nguồn xạ gamma có dạng đĩa 28 3.5.1 Nguồn khơng che chắn 28 3.5.2 Nguồn che chắn có bề dày d 29 3.6 Che chắn nguồn xạ gamma có dạng cầu rỗng 30 3.6.1 Nguồn khơng che chắn 30 3.6.2 Nguồn che chắn có bề dày d 30 3.7 Che chắn nguồn xạ gamma có dạng trụ rỗng 31 3.7.1 Nguồn không che chắn 31 3.7.2 Nguồn che chắn có bề dày d 32 Chương 4: Mơ chương trình 34 4.1 u cầu tốn 34 4.2 Sơ đồ khối tổng quát chương trình (Flow chart) 34 4.3 Sơ đồ khối 35 4.4 Thiết kế phân tích Form chương trình 36 Kết luận 83 Phụ lục A: Các số số chất phóng xạ thường gặp 86 Phụ lục B: Mã nguồn chương trình 88 Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, Khoa học Kỹ thuật phát triển vũ bão, ngành vật lý Hạt nhân bước khẳng định vai trò quan trọng sống Ngành vật lý Hạt nhân bên cạnh phương pháp nghiên cứu truyền thống, bắt đầu nảy sinh hướng Đó ứng dụng Cơng nghệ thơng tin vào chun mơn Sở dĩ sống ngày đòi hỏi cần phải đưa kết tính tốn thật nhanh thật xác Ngành vật lý Hạt nhân phát triển mang lại nhiều lợi ích cho người mang đến cho người nhiều nguy hiểm Thay phải làm việc trực tiếp với chất phóng xạ để đo đạc nghiên cứu với máy tính, làm điều mà khơng cần phải trực tiếp tiếp xúc với phóng xạ Tuy nhiên làm việc máy tính khơng thực thực nghiệm kết khó mà xác Vì mà chúng khơng thể tách rời được, làm việc máy tính giúp người nghiên cứu Hạt Nhân giảm tối thiểu tốn mức độ nguy hiểm cho thân Trước lợi ích đó, tơi cố gắng thực đề tài với hy vọng cơng trình giải số vấn đề tương đối hữu ích Đồng thời thân củng mong muốn bạn sinh viên sau nghiên cứu phát triển rộng hơn, sâu lĩnh vực Bố cục khoá luận chia thành chương sau: Chương 1: trình bày khái niệm an tồn xạ ion hóa Chương 2: trình bày an tồn kiểm sốt xạ Chương 3: trình bày che chắn xạ ion hố Chương 4: trình bày mơ chương trình -1- Lời mở đầu Kết luận: đánh giá chương trình, nêu hạn chế hướng phát triển chương trình -2- Chương 1: Các khái niệm an toàn xạ ion hoá CHƢƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG AN TOÀN BỨC XẠ ION HÓA 1.1 Liều hấp thụ 1.1 Định nghĩa Liều hấp thụ lượng hấp thụ đơn vị khối lượng đối tượng bị chiếu xạ Theo định nghĩa ta có ([6]): Dht  E m (1.1) Trong đó, E[J] lượng xạ ion hóa đối tượng bị chiếu xạ, m[kg] khối lượng đối tượng bị chiếu xạ 1.1 Đơn vị Đơn vị liều hấp thụ J/kg erg/g Đơn vị ngoại hệ rad: rad = 100 erg/g Ngày người ta thường dùng đơn vị Gy: Gy = 100 rad 1.1.3 Tính chất Giá trị liều lượng hấp thụ xạ phụ thuộc vào tính chất xạ mơi trường hấp thụ Sự hấp thụ lượng môi trường tia xạ tương tác xạ với electron nguyên tử vật chất Do lượng hấp thụ đơn vị khối lượng phụ thuộc vào lượng liên kết electron với hạt nhân nguyên tử vào số nguyên tử có đơn vị khối lượng mơi trường vật chất hấp thụ, khơng phụ thuộc vào trạng thái kết tụ vật chất 1.2 Suất liều hấp thụ Suất liều hấp thụ liều hấp thụ tính đơn vị thời gian ([6]): Pht  Dht t Trong đó, Dht liều hấp thụ khoảng thời gian t -3- (1.2) Chương 1: Các khái niệm an toàn xạ ion hoá Đơn vị W/kg rad/s Gy/s Nếu suất liều hấp thụ hàm thời gian, liều hấp thụ tính thơng qua cơng thức ([6]): t Dht   Pht dt (1.3) 1.3 Liều chiếu 1.3.1 Định nghĩa Liều chiếu tia X tia gamma phần lượng để biến thành động hạt mang điện đơn vị khối lượng khơng khí, khí điều kiện tiêu chuẩn Ký hiệu Dch 1.3.2 Đơn vị Đơn vị liều chiếu Coulomb Kilôgam (C/Kg) Đơn vị ngoại hệ Rontgen (R) C/kg liều lượng chiếu tia X gamma phát xạ hạt gắn liền vơi xạ này, gây kilôgam khơng khí khơ điều kiện tiêu chuẩn (00C, 760mmHg), ion mang điện tích Coulomb điện tích dấu Rontgen liều chiếu tia X gamma phát xạ hạt gắn liền với xạ gây 1cm3 (0,001293g) khơng khí khơ điều kiện tiêu chuẩn, tạo ion mang lượng điện CGSE điện tích dấu Một điều cần ý lượng tử gamma lọt vào 1cm3 khơng khí khơ, gây electron thứ cấp, electron tạo ion bên bên ngồi khối khơng khí Do đó, định nghĩa liều chiếu theo Rontgen ta phải đảm bảo điều kiện cân electron, nghĩa tổng lượng electron mang khỏi thể tích nghiên cứu phải với tổng lượng electron mang vào thể tích Từ điều trình bày ta có ([6]): Dch  Q m (1.4) Ở đây, Dch liều chiếu tia X gamma, Q điện tích xuất ion hóa khơng khí khối thể tích, m khối lượng khơng khí thể tích -4- Chương 1: Các khái niệm an toàn xạ ion hoá 1.4 Suất liều chiếu Suất liều chiếu liều chiếu đơn vị thời gian ([6]) P Dch t (1.5) Ở đây, P suất liều chiếu, Dch liều chiếu tia X gamma, t khoảng thời gian để có liều chiếu Dch Đơn vị A/kg R/h Theo định nghĩa, 1R lượng cần thiết để tạo CGSE điện tích dấu 1cm3 khơng khí khơ, gọi n số cặp ion, q điện tích ion (q = 4,8.10-10 CGSE), để tạo CGSE 1cm3 phải tạo số cặp ion n = 2,08.109 1cm3 khơng khí Do đó, 1R liều chiếu tia X gamma mà tác dụng tạo 1cm3 khơng khí khơ điều kiện tiêu chuẩn electron thứ cấp tạo 2,08.109 cặp ion hay 1g không khí tương ứng 1,61.1012 cặp ion (2,08.109/0,001293) Với lượng trung bình để tạo cặp ion khơng khí  = 34 eV 1eV = 1,6.10-12 erg đơn vị liều lượng chiếu xạ 1R tương ứng: 1R = n(cặp ion/1cm3). = 2,08.109.34 = 7, 06.1010.1, 6.1012  0,114 erg cm3 Ta có: 1R = n(cặp ion/g). = 1,61:1012.34 = 5,57.1013 Giá trị 0,114 erg erg  87, g g erg erg 87, gọi đương lượng lượng g cm Rontgen (87,7 erg/g = 0,88 rad, liều hấp thụ khơng khí 1R) 1.5 Hằng số gamma ion hóa Hằng số gamma tính theo liều lượng chiếu gọi số gamma ion hóa, theo cường độ xạ gọi số gamma lượng Người ta phân biệt số gamma vi phân số gamma toàn phần Hằng số gamma vi phân K i nuclid số gamma ứng với vạch -5- Phuï luïc B: Mã nguồn chương trình set(radio_hientai,'value',0); set(edit_nam,'enable','on'); set(text_nam,'enable','on'); case 10 set(radio_ung1,'value',1); set(radio_ung2,'value',0); set(radio_ung3,'value',0); set(edit_P,'enable','off'); set(edit_P1,'enable','off'); set(edit_P2,'enable','off'); case 11 set(radio_ung1,'value',0); set(radio_ung2,'value',1); set(radio_ung3,'value',0); set(edit_P,'enable','on'); set(edit_P1,'enable','off'); set(edit_P2,'enable','off'); case 12 set(radio_ung1,'value',0); set(radio_ung2,'value',0); set(radio_ung3,'value',1); set(edit_P,'enable','off'); set(edit_P1,'enable','on'); set(edit_P2,'enable','on'); case 13 main; case 14 thoidiem=get(radio_hientai,'value'); temp1=get(edit_dophxa,'String'); temp2=get(edit_r,'String'); temp7=get(edit_beday,'String'); - 283 - Phụ lục B: Mã nguồn chương trình if (thoidiem==1) if (isempty(temp1)|isempty(temp2)|isempty(temp7)) msgbox('Phai nhap vao du thong tin','modal'); break; end else temp3=get(edit_nam,'String'); if (isempty(temp1)|isempty(temp2)|isempty(temp3)|isempty(temp7)) msgbox('Phai nhap vao du thong tin','modal'); break; end end ung1=get(radio_ung1,'value'); ung2=get(radio_ung2,'value');temp4=get(edit_P,'String'); if (ung2==1) if (isempty(temp4)) msgbox('Phai nhap vao du thong tin','modal'); break; end end ung3=get(radio_ung3,'value');temp5=get(edit_P1,'String');temp6=get(edit_P2,'String') ; if (ung3==1) if (isempty(temp5)|isempty(temp6)) msgbox('Phai nhap vao du thong tin','modal'); break; end end global T;global k_gamma;global tennguon; global hs_deta;global A;global alpha1;global alpha2;global hs_hapthu; load_data_coche(combo_nguon,combo_vatlieuche); - 284 - Phuï lục B: Mã nguồn chương trình if (thoidiem==1) dophongxa=str2num(temp1); else temp=get(edit_nam,'String'); vitri=findstr(temp,'/');vt_dau=vitri(1);vt_sau=vitri(2); arraychar=char(temp); ngay=arraychar(1:vt_dau-1); thang=arraychar(vt_dau+1:vt_sau-1); nam=arraychar(vt_sau+1:length(arraychar)); temp=strcat(thang,'/',ngay,'/',nam); vaongay=datenum(temp); thoigian=(now-vaongay)*24*3600; dophongxa_bandau=str2num(temp1); dophongxa=dophongxa_bandau*exp(-log(2)*thoigian/T); end if (dophongxa=10*10^(-3)) - 288 - Phụ lục B: Mã nguồn chương trình plot(0,0,'r');hold on; elseif (P>=5*10^(-3)) plot(0,0,'m');hold on; elseif (P>=1*10^(-3)) plot(0,0,'color',[1 0.85 0]);hold on; elseif (P>=0.5*10^(-3)) plot(0,0,'g');hold on; elseif (P=10*10^(-3)) %ve cac duong dang lieu phia ko che - 289 - Phuï luïc B: Mã nguồn chương trình y=vt_y1_che;x=sqrt(R_koche^2-y^2);goc=atan(y/x); t1=pi/2-goc:pi/100:3*pi/2+goc; plot(R_koche*sin(t1),R_koche*cos(t1),'r');hold on; %het %ve cac duong dang lieu phia che y=vt_y2_che;x=sqrt(R_coche^2-y^2);goc=atan(y/x); t1=0:pi/100:pi/2-goc;t2=3*pi/2+goc:pi/100:2*pi; plot(R_coche*sin(t1),R_coche*cos(t1),'r');hold on; plot(R_coche*sin(t2),R_coche*cos(t2),'r');hold on; %het elseif (P>=5*10^(-3)) %ve cac duong dang lieu phia ko che y=vt_y1_che;x=sqrt(R_koche^2-y^2);goc=atan(y/x); t1=pi/2-goc:pi/100:3*pi/2+goc; plot(R_koche*sin(t1),R_koche*cos(t1),'m');hold on; %het %ve cac duong dang lieu phia che y=vt_y2_che;x=sqrt(R_coche^2-y^2);goc=atan(y/x); t1=0:pi/100:pi/2-goc;t2=3*pi/2+goc:pi/100:2*pi; plot(R_coche*sin(t1),R_coche*cos(t1),'m');hold on; plot(R_coche*sin(t2),R_coche*cos(t2),'m');hold on; %het elseif (P>=1*10^(-3)) %ve cac duong dang lieu phia ko che y=vt_y1_che;x=sqrt(R_koche^2-y^2);goc=atan(y/x); t1=pi/2-goc:pi/100:3*pi/2+goc; plot(R_koche*sin(t1),R_koche*cos(t1),'color',[1 0.85 0]);hold on; %het %ve cac duong dang lieu phia che y=vt_y2_che;x=sqrt(R_coche^2-y^2);goc=atan(y/x); t1=0:pi/100:pi/2-goc;t2=3*pi/2+goc:pi/100:2*pi; - 290 - Phụ lục B: Mã nguồn chương trình plot(R_coche*sin(t1),R_coche*cos(t1),'color',[1 0.85 0]);hold on; plot(R_coche*sin(t2),R_coche*cos(t2),'color',[1 0.85 0]);hold on; %het elseif (P>=0.5*10^(-3)) %ve cac duong dang lieu phia ko che y=vt_y1_che;x=sqrt(R_koche^2-y^2);goc=atan(y/x); t1=pi/2-goc:pi/100:3*pi/2+goc; plot(R_koche*sin(t1),R_koche*cos(t1),'g');hold on; %het %ve cac duong dang lieu phia che y=vt_y2_che;x=sqrt(R_coche^2-y^2);goc=atan(y/x); t1=0:pi/100:pi/2-goc;t2=3*pi/2+goc:pi/100:2*pi; plot(R_coche*sin(t1),R_coche*cos(t1),'g');hold on; plot(R_coche*sin(t2),R_coche*cos(t2),'g');hold on; %het elseif (P vt_y2_che) suatlieu=k_gamma*dophongxa*log(R^2/(R^2r^2))*hs_deta*(A*exp(alpha1*hs_hapthu*beday)+(1-A)*exp(alpha2*hs_hapthu*beday))*exp(-hs_hapthu*beday)/r^2; suatlieu=suatlieu*10^3; set(text_dothi,'position',[x y],'string',strcat(num2str(suatlieu,3),'(mR/h)')); end case 17 xulyZoomAnh(text_mouse); end - 296 - Tài liệu tham khaûo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W.P.A Tables of sine, cosine, and Exponential Intergrals, Vols I and II, 1939 [2] Darren Redfern, Colin Campbell, “The Matlab Handbook”, SpringerVerlag New York, 1998 [3] Đặng Minh Hoàng, “Đồ họa với Matlab 5.3”, Nhà xuất Thống Kê, 2000 [4] Nguyễn Hoài Sơn (chủ biên), Đỗ Thanh Việt, Bùi Xuân Lâm, “Ứng dụng Matlab tính tốn kỹ thuật (Tập 1)”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TPHCM, 2000 [5] Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Việt Anh, “Lập trình Matlab ứng dụng( dùng cho Sinh Viên khối khoa học kỹ thuậ)t”, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2004 [6] Châu Văn Tạo, “Giáo trình An tồn che chắn xạ ion hố”, Đai Học Quốc Gia TPHCM, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Khoa Vật Lý, Bộ môn Vật Lý Hạt Nhân, 2002 [7] Phạm Quốc Hùng, “Phòng tránh phóng xạ An toàn hạt nhân”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2002 [8] Trần Đại Nghiệp, “An toàn xạ”, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2002 [9] Phan Sỹ An (chủ biên), Mai Trọng Khoa, Đào Thị Bích Thuỷ, Trần Xuân Trường, Nguyễn Đắc Nhật, Nguyễn Thị The, Nguyễn Thành Chương, “Bài giảng Y học hạt nhân”, Nhà xuất Y Học Hà Nội, 2000 [10] Ngơ Quang Huy, “An tồn xạ ion hóa”, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2004 ... cho hình 3.1 Trên thực tế, ngồi nguồn điểm thường quan tâm đến loại nguồn có dạng hình học khác hình học dạng dây, hình học dạng diện tích hình học dạng thể tích Hình 3.1 Nguồn gamma có dạng hình. .. chắn nguồn xạ gamma có dạng hình học Đối với nguồn xạ, đại lượng vật lý cường độ, lượng thường quan tâm dạng hình học chúng đại lượng quan trọng cần ý tính suất liều chiếu Nguồn xạ co dạng hình học. .. khơng có che chắn 20 3.1.2 Trường hợp có che chắn 21 3.2 Che chắn nguồn xạ gamma có dạng điểm 21 3.2.1 Nguồn không che chắn 21 3.2.2 Nguồn che chắn có bề dày d 22 3.3 Che chắn nguồn xạ gamma có dạng