Bài tập kỹ thuật đo đạc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN VÀ VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG BÀI TẬP KỸ THUẬT ĐO ĐẠC BỨC XẠ I Hà Nội, 5-2018 Bùi Tiến Hưng- KTHN60 CHƯƠNG 2: TƯƠNG TÁC BỨC XẠ 2.1 Ước tính thời gian cần làm chậm thiết để hạt alpha có lượng 5Mev dừng lại silicon Lặp lại với hạt alpha tương tự khí Hydro 2.2 Xem hình 2.7, ước lượng lượng lại chùm proton sau 100um silicon 2.3 Sử dụng hình 2.10, tìm lượng bị gần hạt alpha 1Mev vàng dày 5um 2.4 Ước tính quãng chạy electron 1Mev nhơm với trợ giúp hình 2.14 2.5 Tính lượng photon tia gamma 1Mev sau tán xạ Compton góc 90 độ 2.6 Cho ước tính sơ tỷ lệ xác suất mội nguyên tử để hấp thụ quang điện silicon gemani 2.7 Chỉ qua trình tương tác chính( hấp thụ quang điện, tán xạ Compton, tạo cặp) chiếm ưu trường hợp sau: a) tia gamma 1MeV nhôm b) tia gamma 100keV hydro c) tia gamma 100keV sắt d) tia gamma 1MeV chì 2.8 (a) Từ hình 2.18, tính qng chạy tự trung bình tia gamma 1MeV NaI( khối lượng riêng 3.67) (b) Xác suất để tia gamma 600Kev hấp thụ quang điện tinh thể NaI dày 1cm 2.9 Xác định ý sau: (a) Khối lượng hấp thụ (b) Hệ số tích lũy (c) Tán xạ notron khơng đàn hồi (d) Tiết diện vĩ mơ (e) Dòng notron 2.10 Đối với tia gamma lượng 140 keV, hệ số suy giảm khố hydro oxy tương ứng 0.26 0.14 cm2/g Quãng chạy tự trung bình nước với lượng gì? Bùi Tiến Hưng- KTHN60 2.11 Cần hạt alpha 5MeV để có tổng lượng 1J? 2.12 Một chum electron 1MeV vào q bia Đối với chum 100uA, tìm lượng bia 2.13 Dùng liệu bảng 2.1, ước tính tỷ lệ phơi nhiễm cách 5m từ nguồn 60-Co 1Ci 2.14 Tính tỷ lệ tăng nhiệt độ mẫu nước tiếp xúc với xạ dẫn đến liều hấp thụ 10mrad/h 2.15 Sử dụng liệu hình 2.22b, ước tính liều hiệu dụng tương đương với cá nhân bị chiếu 8h ngày khoảng cách trung bình 5m so với nguồn notron nhanh Cf252 3ug( xem phần thảo luận nguồn phân hạch tự phát chương 1) Bùi Tiến Hưng- KTHN60 CHƯƠNG 5: BUỒNG ION HĨA KHÍ 5.1 Tính lượng điện tích ion dương( electron tự do) tạo hạt alpha lượng 5.5 MeV toàn lượng vùng hoạt đầu ghi chứa khí He Tìm giá trị dòng bão hòa tương ứng giây có 300 hạt alpha vào buồng ipn hóa chứa khí He 5.2 Bảng số liệu thu từ buồng ion hóa điều kiện liều chiếu xạ khơng đổi: Áp dụng phương pháp ngoại suy tóm tắt trang 136, tìm dòng điện bão hòa Giá trị điện áp tối thiểu để đạt dòng điện với 0.5% bão hòa 5.3 Một buồng ion hóa nhỏ có điện dung 75 pF ban đầu tích điện tới giá trị điện áp 25 V Nếu thể tích vùng hoạt chứa 50 cm3 khí điều kiện tiêu chuẩn, liều chiếu tia gamma phải để điện áp buồng giảm xuống 20V 5.4 Một buồng ion hóa cấu tạo bỏi hai điện cực phẳng, đặt song song cách cm Buồng nạp đầy khí metan áp suất atm hoạt động điện áp nuôi 1000 V Từ liệu hình 5.2, tính tốn giá trị thời gian tối đa thu nhận electron 5.5 Một buồng ion hóa có cấu tạo hình 5.8 có điện dung tương ứng buồng 250 pF Ban đầu buồng nạp điện tới điện áp 1000 V, đặt trường xạ tia gamma Sau 30 phút, giá trị điện áp buồng 850 V Tính giá trị dòng điện trung bình đo buồng Bùi Tiến Hưng- KTHN60 5.6 Với trợ giúp hình 2.14, ước tính giá trị khoảng cách thâm nhập tối đa electron khơng khí có lượng ban đầu 0.5 MeV 5.7 Một buồng ion hóa khí tự có cấu tạo hình 5.10, có kích thước thể tích vùng hoạt nhỏ Ước lượng khoảng cách tối thiểu điện cực cho bù điện tích trì tới giá trị cực đaiạ lượng chùm tia gamma MeV 5.8 Năng lượng hạt beta phát xạ nguồn đồng vị 14C 49 keV Tính giá trị dòng điện bão hòa nguồn đồng vị dạng CO2 đưa vào buồng ion hóa tích lớn, chứa khí nén argon Bùi Tiến Hưng- KTHN60 5.9 Tính giá trị dòng điện tối thiểu đo buồng ion hóa tích lít sử dụng máy đo liều xạ gamma mức liều 0.5 mR/h (35.8 pC/kg.s) 5.10 Một buồng ion hóa điện cực phằng song song hoạt động chế độ nhạy điện tử Tính giá trị biên độ xung thu từ 1000 cặp ion sinh vị trí cách another cm Khoảng cách hai điện cực cm 5.11 Một buồng ion hóa nhỏ chứa khí đặt cách xa 10 m so với nguồn xạ gamma có lượng MeV Tưởng tượng vỏ buồng cấu tạo từ nhơm có bề dày thay đổi Bỏ qua xạ phông, vẽ đường mơ tả phụ thuộc dòng ion hóa buồng với bề dày vỏ buồng hai điều kiện sau: a Thực nghiệm tiến hành phòng thí nghiệm chứa đầy khơng khí b Thực nghiệm tiến hành vệ tinh, không gian xung quanh hồn tồn chân khơng 5.12 Một buồng ion hóa khí tương đương có lớp vỏ nhơm Bề dày tối thiểu lớp vỏ để q trình bù điện tích trì tới lượng cực đại chùm tia gamma 10 MeV 5.13 Một buồng ion hóa chứa khí hoạt động áp suất atm nhiệt độ 1000C Thể tích vùng hoạt 2500 cm3 Tìm giá trị dòng bão hòa tương ứng với liều chiếu xạ tia gamma 100 pC/kg.s 5.14 Một buồng ion hóa xách tay tích bên 10 cm3 điện dung 20 pF Giá trị điện áp thay đổi phát nhỏ 50 mV Tìm giá trị liều chiếu gamma nhỏ mà buồng phát 5.15 Dựa vào giá trị độ linh động ion elecctron khơng khí, tính toán tỉ lệ độ dốc hai đoạn thẳng sườn tăng xung hình 5.16 Bùi Tiến Hưng- KTHN60 CHƯƠNG 6: ỐNG ĐẾM TỶ LỆ 6.1 Giả thiết W= 26.2 eV/ cặp ion hệ số Fano F=0.17 khí argon, tìm giá trị trung bình độ lệch chuẩn kỳ vọng số cặp ion tạo trình hấp thụ xạ có lượng MeV 6.2 Giải thích khơng khí sử dụng rộng rãi buồng ion hóa sử dụng ống đếm tỷ lệ Khơng khí khơng dùng ống đếm tỷ lệ có hệ số bắt electron lớn, nên khuếch đại khí khơng thể xảy điều kiện bình thường Khơng khí dùng buồng ion hóa khí electron tự hay ion dương thu nhận 6.3 a Một ống đếm tỷ lệ với dây anothe có bán kính 0.003 cm cathode có bán kính 1.0 cm, chứa khí P-10 áp suất atm Dùng thơng số bảng 6.1, tìm điện áp ni yêu cầu để đạt hệ số khuếch đại 1000 b Với điện áp nuôi, hệ số khuếch đại khí thay đổi bán kính dây anothe tăng gấp đơi c Giữ ngun bán kính dây anothe, hệ số khuếch đại thay đổi bán kính cathode tăng gấp đơi 6.4 Một ống đếm tỷ lệ dòng khơng cửa sỏ sử dụng để ghi nhận hạt alpha MeV dừng hoàn toàn thể tích chứa khí ống đếm Ống đếm có bán kính dây another 0.005 cm, bán kính cathode 5.00 cm chứa khí P-10 atm Dùng liệu từ bảng 6.1, ước tính biên độ xung điện áp từ ống đếm điện áp nuôi 2000 V điện dung thu nhận 500 pF Bùi Tiến Hưng- KTHN60 6.5 Mô tả trình đo đạc xác định vùng hoạt động tỷ lệ thực ống đếm tỷ lệ Nêu cách chi tiết đại lượng đo liệu đo đạc sử dụng để đưa thông số cần biết Giả thiết bạn có tất nguồn đồng vị phóng xạ cần thiết 6.6 Giải thích phát biểu sau: Trong ống đếm tỷ lệ không cửa sổ, biên độ xung lối gây nguồn hạt alpha tăng với lượng hạt alpha, thu kết ngược lại hạt beta 6.7 Một tiền khuếch đại nhạy điện áp yêu cầu biên độ xung lối vào tối thiểu phải 10 mV để trì tỷ số tín hiệu/ nhiễu hợp lý Hệ số khuếch đại có giá trị ống đếm tỷ lệ chứa khí argon có điện dung 200 pF ghi nhận tia X có lượng 50 keV 6.8 Một ống tỷ lệ dạng trụ có bán kín dây another 0.003 cm bán kính cathode 2.0 cm Ống đếm hoạt động điện áp nuôi 2000 V Nếu điện trường tối thiểu 1.0 MV/m yêu cầu để khới phát trình khuếc đại khí tỷ lệ thể tích miền khuếch đại khí so với thể tích ống 6.9 Giải thích chức ống dẫn trường số thiết kế ống đếm tỷ lệ 6.10 Giải thích đoạn khơng liên tục đột ngột đường cong thể tính chất hấp thụ nhiều loại khí hình 6.16 Bùi Tiến Hưng- KTHN60 6.11 Tại đầu ghi tỷ lệ khí nhấp nháy thường hoạt động với điện áp mức yêu cầu cho q trình khuếch đại điện tích Bùi Tiến Hưng- KTHN60 CHƯƠNG 7: ỐNG ĐẾM GEIGER-MUELLER 7.1 Tại khí dập tắt ống G-M lại ion hóa thấp khí chính? 7.2 Dự đốn hiệu ứng hiệu ứng xảy giá trị điện áp khởi phát ống đếm GM thực thay đổi thông số khác không đổi a Tăng gấp đơi đường kính dây anothe b Tăng gấp đơi áp suất khí c Tăng gấp đơi mật độ khí dập tắt 7.3 Tại biên độ xung thu từ ống GM tiếp tục tăng điện áp nuôi, đạt tới trạng thái phóng điện Geiger tồn phần( đạt tới điểm kết thúc q trình phóng điện)? 7.4 Tính giá trị điện áp ống đếm mơ tả 6.3 bắt đầu chế độ hoạt động miền Geiger Giả thiết cặp ion sinh hiệu ứng thác lũ làm ba nguyên tử bị kích thích sau photon hình thành ngun tử trạng thái ban đầu có xác suất gây kiện thác lũ thứ cấp 10-5 7.5 Ống đếm tỷ lệ GM hoạt động dựa hiệu ứng khuếch đại khí bên ống Hãy đưa nhận xét so sánh đáp ứng loại ống đếm đặc tính sau: a) Thay đổi biên độ xung thay đổi điện áp nuôi b) Mức độ cần thiết chức khí dập tắt c) Khả phân biệt hạt mang điện tích nặng xạ electron d) Khả đạt tốc độ ghi nhận cao e) Hiệu suất đếm xạ Gamma có lượng 1MeV 7.6 Hiệu suất nội ống đếm khí( ống đếm tỷ lệ ống đếm GM) sử dụng ghi nhận xạ gamma lượng trung bình (~1MeV) phụ thuộc vào bề dầy thành ống đếm theo hình a) Giải thích đặc tính chung đường cong mơ tả hình vẽ b) Đưa đánh giá giá trị tối ưu tm liên hệ tm với tính chất vật lý 10 Bùi Tiến Hưng- KTHN60 7.7 Ống đếm GM hoạt động với hệ đếm có yêu cầu phải phóng điện Geiger hồn tồn trước thực đếm Thời gian chết mơ tả tốt mơ hình paralyzable hay nnonparalyzable 7.8 Ống đếm GM vận hành với khí ống có áp suất 0.5atm, độ linh động điện tử tự 1.5x10-4(m/s).(m/V).atm Để trình thác lũ xảy điện trường ống phải đạt tới giá trị 2x106 V/m Ống có anode với đường kính dây 0.005 cm đường kính cathode 2cm Tính thời gian trơi electron từ cathode tới vị trí xảy thác lũ điện áp anode cathode 1500V 11 Bùi Tiến Hưng- KTHN60 CHƯƠNG 8: ĐẦU DỊ NHẤP NHÁY 8.1 Tính hiệu suất phát quang Anthracene trường hợp lượng tiêu hao hạt 1MeV tạo 20,300 photon có bước sóng trung bình 447 nm 8.2 Giả thiết số phân rã 230 ns, thời gian yêu cầu kiện phát quang tinh thể vô NaI( Tl) đạt 99% suất phát quang toàn phần bao nhiêu? 8.3 Giả thiết xung phát quang trường hợp có dạng phụ thuộc hàm mũ (eX), tìm tỷ số độ sáng cực đại( tốc độ phát photon) xung gây trình tiêu hao lượng NaI( Tl) anthracene 8.4 Để dễ dàng lựa chon chất nhấp nháy cho ứng dụng thực tế, đưa so sánh chất nhấp nháy vơ tiêu biểu [ ví dụ NaI(Tl)] với chất nhấp nháy hữu tiêu biểu [ ví dụ Anthracene] theo tính chất sau a Tốc độ đáp ứng b Suất phát quang c Độ tuyến tính suất phát quang theo lượng tiêu hao d Hiệu suất ghi nhận tia gamma lượng cao e Giá thành 8.5 Giải thích vai trò lượng nhỏ chất kích hoạt thêm vào nhiều chất nhấp nháy vô Tại không cần thiết phải thêm chất kích hoạt vào chất nhấp nháy hữu cơ? 8.6 Chất nhấp nháy có hiệu suất chuyển đổi lượng chùm electron 2MeV thành lượng ánh sáng cao nhất? 8.7 Giải thích phát biểu sau đây: Các chất nhấp nháy dạng tinh thể vô trì tốt đặc tính chuyển đổi lượng tiêu hao thành lượng ánh sáng bị hòa tan mộ dung môi, chất nhấp nháy hữu khơng đặc tính bị hòa tan 8.8 Ánh sáng nhấp nháy phát cách đẳng hướng chất nhấp nháy dạng Plastic( xem bảng 8.1) Giả thiết chất nhấp nháy dạng plastic rộng vơ hạn, tính tỷ lệ ánh sáng phát từ bề mặt 8.9 Mắt người có khả ghi nhận lượng ánh sáng tối thiểu 10 photon dải ánh sáng nhìn thấy Một quan sát viên có đường kính conn mm có phát hiệ kiện phát quang gây trình tương tác hạt beta lượng 1MeV tinh thể NaI(Tl) hay khơng nhìn vào bề mặt tinh thể nhấp nháy khoảng cách cm 8.10 a Notron nhanh lượng 1MeV qua đường kính 0.3 mm chất nhấp nháy dạng sợi nhựa Từ kiện cho chương 2, ước tính lượng gửi qua 12 Bùi Tiến Hưng- KTHN60 b Giả sử hiệu suất chất nhấp nháy hợp lý, tính số lượng photon nhấp nháy tương ứng tạo thành dọc theo đường c Chỉ số khúc xạ lõi lớp vỏ 1.58 1.49, sợi có độ dài suy giảm 2m Ước tính số lượng photon nhấp nháy đến đầu cuối sợi cách 1m từ điểm tương tác 13 Bùi Tiến Hưng- KTHN60 CHƯƠNG 9: ỐNG PHOTOMULTIPLIER VÀ PHOTODIODES 9.1 Tính giới hạn bước sóng tương ứng với độ nhạy lớp quang cathode có cơng electron 1.5 eV 9.2 Tìm thời gian dịch chuyển hay dynoodes ống PM khoảng cách hai dynodes liên tiếp 12 mm độ chênh lệch điện chúng 150 V Giả thiết điện trường phân bố 9.3 Sử dụng liệu vẽ hình 9.3, tìm mức điện cần thiết cấp cho ống nhân quang điện có tầng nhân electron dùng dynodes GaP( Cs) để đạt hệ số nhân 106 9.4 Dòng tới từ ống nhân quang điện có hệ số nhân electron 106 đo nA Giá trị tương ứng với tốc độ phát xạ electron quang cathode 9.5 Hệ số nhân dynode ống nhân quang điện 10 tầng biến thiên theo quy luật V0.6, V điện áp hai dynode liên tiếp Nếu ống hoạt động mức điện áp 1000 V, điện áp thăng giáng cho phép hệ số nhân thay đổi không 1% 9.6 Thời gian phân rã( nghịch đảo số phân rã) cho ánh sáng nhaaso nháy NaI( Tl) 230 ns Bỏ qua tất yếu tố kéo dài thời gian ống nhân quang điện, tìm giá trị tối đa biên độ xung điện áp cho trường hợp số thời gian mạch another 10, 100 1000 ns Trình bày câu trả lời với tỷ số biên độ xung thu trường hợp thời gian vô hạn Giá trị số thời gian nhỏ nế tỷ số nhỏ 0.9 9.7 Xung dòng chảy qua mạch RC song song có dạng sau: i(t)=I i(t)=0 0≤ ≤ ≤ Tìm nghiệm tổng quát hiệu điện xuất mạch V(t), giả thiết V(0)=0 Vẽ đồ thị V(t) hai trường hợp: 14 Bùi Tiến Hưng- KTHN60 a RC >> T b RC