Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tiểu luận Hệ đo Alpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP trình bày tổng quan về phóng xạ, cảm biến nhấp nháy Dual Phosphur ZnS, máy đo Anpha-Beta phông thấp MPC 2000 DP. Với các bạn chuyên ngành Vật lý thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN & VẬT LÝ MƠI TRƯỜNG BÁO CÁO MƠN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG Đề tài : Hệ đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP GVHD: TS.Nguyễn Hồng Nam Sinh viên thực hiện : Ngơ Trí Dũng MSSV 20130659 Nguyễn Xn Hồng MSSV 20131631 Nguyễn Đình Cơng MSSV 21030452 Lê Văn Được MSSV 20130971 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP Hà Nội, tháng 11 năm 2015 Lời nói đầu Thế giới chúng ta đang sống chứa nhiều chất phóng xạ và điều này đã xảy ra từ khi hình thành trái đất. Con người đã phát hiện 60 hạt nhân phóng xạ và các hạt nhân này khơng ngừng phân rã và tương tác với nhau đồng thời phát ra các bức xạ α,β,γ. Một phần chất phóng xạ trên đã phát tán vào mơi trường: đất, khơng khí, nước… gây ảnh hưởng đến cuộc sống nhân loại Vì vậy ghi đo bức xạ là một trong những yếu tố quan trọng nhất của vật lý hạt nhân thực nghiệm. Từ các lĩnh vực cơ bản như nghiên cứu số liệu và cấu trúc hạt nhân đến các nghiên cứu ứng dụng trong cơng nghiệp, nơng nghiệp, sinh học, địa chất, y tế, mơi trường…đều rất cần thiết Trong q trình học mơn Kỹ Thuật Đo Lường, chúng em có tìm hiểu về đề tài “Máy ghi đo phóng xạ MPC 2000 DP ” và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của TS. Nguyễn Hồng Nam, đã giúp chúng em hồn thành bản báo cáo Máy đo alphabeta phơng thấp MPC 2000 DP được sử dụng trong các phép đo hoạt độ phóng xạ của các hạt nhân phát xạ alpha, beta, đặc biệt là hoạt độ thấp, phục vụ nghiên cứu vật lý hạt nhân, đo đạc, phân tích mơi trường, kiểm sốt an tồn phóng xạ, Mục đích của bài báo cáo sử dụng nhằm cung cấp các thông tin cơ bản, cần thiết trong việc đặt các chế độ đo và vận hành thiết bị Sau đây là nội dung chính của bản báo cáo : Tổng quan về phóng xạ Cảm biến nhấp nháy Dual Phosphur ZnS Máy đo AnphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP Dù đã cố gắng tìm hiểu, nhưng do kiến thức chun ngành còn thiếu sốt và kinh nghiệm thực tế chưa có, nên trong q trình thực hiện còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự nhận xét của thầy, để bản báo cáo được hồn thiện hơn Nhóm 8 | CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHĨNG XẠ Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy! MỤC LỤC Nhóm 8 3 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ Nhóm 8 4 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHĨNG XẠ 1.1. Phóng xạ, tia phóng xạ 1.1.1. Khái niệm Phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân ngun tử khơng bền tự biến đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Các ngun tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các ngun tử khơng phóng xạ gọi là các đồng vị bền. Các ngun tố hóa học chỉ gồm các đồng vị phóng xạ (khơng có đồng vị bền) gọi là ngun tố phóng xạ.các tia phóng xạ có từ tự nhiên có thể bị chặn bởi các tầng khí quyển của Trái Đất Tia phóng xạ có thể là chùm các hạt : Mang điện dương như hạt anpha, hạt proton; mang điện âm như chùm electron (phóng xạ beta) Khơng mang điện như hạt nơtron, tia gamma (có bản chất giống như ánh sáng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều) Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhân nguyên tử, thường được gọi là sự phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân 1.1.2. Nguồn gốc và phân loại Các nguồn bức xạ bao gồm các nguồn phóng xạ và các thiết bị bức xạ Các nguồn phóng xạ là các chất phát các hạt bức xạ như Alpha, Beta, Gamma và neutron Các thiết bị bức xạ gồm các lò phản ứng hạt nhân. Máy gia tốc hạt tích điện, máy phát neutron,… Nguồn phóng xạ được chia thành hai loại : Nguồn phóng xạ tự nhiên : Tia vũ trụ Các nhân phóng xạ trong vỏ Trái Đất Nhóm 8 5 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP Nguồn phóng xạ nhân tạo: được sản xuất trong các lò phản ứng hạt nhân hay các máy gia tốc hạt tích điện Nhóm 8 6 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP 1.1.3. Các loại tia phóng xạ Các tia phóng xạ được phát ra trong những phản ứng hạt nhân, khi đồng vị khơng bền chuyển thành các đồng vị bền hơn, hoặc trong những phản ứng phân hạch và nhiệt hạch. Sau đây là một số nguồn phóng xạ alpha, beta thường gặp B ả ng 1 . B ả ng ph ươ ng trình phân rã c ủ a các đ ng v ị phóng x phát x ra h t alpha, beta Hình 1.1 S ự phát x c ủ a ch ấ t phóng x trong mơi tr ườ ng có t tr ườ ng Nhóm 8 7 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP Nhóm 8 8 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP Bức xạ Alpha Là các dòng hạt nhân của nguyển tử 2He4 mang điện tích dương Bức xạ Alpha được phát ra trong q trình phân rã của các đồng vị nặng như Uran, Radi, Radon và Plutoni … với vận tốc khoảng 2×107m/s Có khả năng ion hóa chất khí và mất dần năng lượng Trên Trái Đất, bức xạ Alpha khơng truyền đi được xa, khả năng đâm xun yếu và bị cản lại tồn bộ bởi một tờ giấy. Nhưng rất nguy hiểm khi để bức xạ Alpha xâm nhập vào bên trong cơ thể người Bức xạ Beta Bức xạ Beta bao gồm hạt Beta + (positron) và Beta – (điện tử) Tia Beta được phát ra từ một số vật liệu phóng xạ , chẳng hạn như Triti, Cacbon14, photpho32 và Stronti90 Vận tốc của các hạt Beta gần bằng vận tốc ánh sáng Ion hóa chất khí yếu hơn tia Alpha Khả năng đâm xun mạnh hơn tia Alpha, có thể đi xa trong khơng khí, nhưng có thể bị cản lại bởi tấm kim loại, kính hay quần áo bình thường Nó có thể làm tổn tương lớp da bảo vệ, nếu các bức xạ Beta phát ra trong cơ thể, nó có thể chiếu xạ trong làm tổn thương các mơ tế bào Bức xa Gamma Bức xạ gamma là sóng điện từ, có bước sóng rất ngắn, cũng là hạt photon năng lượng cao, khi va chạm với vật chất thì cường độ của nó cũng giảm dần Tia gamma được tạo ra do sự tự phân rã của chất phóng xạ, chẳng hạn như Cobalt60 và Xedi137 Khơng bị lệch trong điện, từ trường Khả năng đâm xun rất lớn, nên phải dùng tấm chắn được làm bằng các vật liệu như chì, bê tơng dày Nó cũng gây hại lớn đến da và các tế bào của cơ thể người nếu tiếp xúc với nó Nhóm 8 9 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP Hình 1.2 Kh ả năng đâm xun c ủ a các b ứ c x trong mơi tr ườ ng Nhóm 8 10 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP Khuếch đại xung được hình thành từ ống nhân quang sau đó phân tích các xung này bằng các thiết bị điện tử như máy đếm hoặc máy phân tích biên độ nhiều kênh Nhìn chung, các cảm biến sử dụng chất nhấp nháy có khả năng cung cấp nhiều thơng tin khác nhau về bức xạ. Một trong những đặc điểm nổi bật của các detector này là nhạy về năng lượng, thời gian đáp ứng nhanh và dạng xung phân biệt rõ ràng Cảm biến nhấy nháy có đóng góp quan trọng trong sự phát triển ngành phân tích kích hoạt phóng xạ, là một trong nhưng loại cảm biến cũ nhất được dùng để đo lường phóng xạ. Các cảm biến nhấp nháy (scintillator) dựa trên một vài chất thực tế (được gọi là các phosphor) chúng sẽ phát ra ánh sáng nhìn thấy khi các electron thay đổi mức năng lượng và phát ra các photon do sự ion hóa của bức xạ đo. Các photon ánh sáng sẽ đi qua một lớp dẫn sáng, đập vào các photocatode của ống nhân quang điện và lối ra của ống nhân quang điện xuất hiện một tín hiệu điện có biên độ khá lớn. Tín hiệu điện này được đưa vào bộ tiền khuếch đại và được khuếch đại lên trước khi đưa vào bộ phân tích và ghi nhận. Có nhiều loại phosphor khác nhau, mỗi loại được sử dụng để đo bức xạ khác nhau, với đo bức xa AlphaBeta thì ta sử dụng phosphor ZnS 2.3.2 Sơ đồ tiền khuếch đại ghép nối với cảm biến nhấp nháy Trong detector nhấp nháy, biên độ xung của tín hiệu thường có giá trị lớn hơn mức tạp âm của tiền khuếch đại. Bởi vậy các tiền khuếch đại thường mắc theo kiểu lặp lại emiter. Trên hình vẽ là sơ đồ ngun lý mạch ra của một tiền khuếch đại dùng với tín hiệu lối ra của ống nhân quang điện Nhóm 8 18 Máy đo AlphaBeta phơng thấp MPC 2000 DP Hình 2.4: S đ ti ề n khu ế ch đ i ghép n ố i v i c ả m bi ế n nh ấ p nháy Nếu điện thế catod bằng thế đất, thì tất cả điện áp ra cỡ 1 kV là điện áp ra trên anod. Vì vậy tiền khuếch đại cần nối qua tụ chia C 1, còn Ca và Cb nối song song trên lối ra của bộ nhân quang điện. Một cách tương ứng trên lối vào của tiền khuếch đại: Cs = Ca + Cb là điện dung tồn phần mắc song song. Ra là điện trở anod, và Rb là điện trở vào của tiền khuếch đại, thường Ca Cb 10 pF Khi , Ra ,Rb , ta có: Hằng số thời gian của mạch: Khi thoả mãn điều kiện nháy: a , a là thời gian loé sáng của bộ nhấp Hàm Heaviside: H(t) = 1 với t > 0 và bằng 0 với t