Luận văn Thạc sĩ Khoa học vật chất: Nghiên cứu xác định suất liều chiếu riêng phần trên đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm - Ứng dụng khảo sát phóng xạ môi trường

Luận văn nghiên cứu từ phổ năng lượng đo được, cùng với việc xác định hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E) cho đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) hình trụ kích thước 7,6cm x 7,6cm, để từ đó thu được phổ suất liều chiếu. Với phổ suất liều chiếu, có thể xác định được suất liều chiếu tổng thông qua tổng số liệu từ phổ suất liều chiếu. Để xác định suất liều chiếu riêng phần ứng với các năng lượng gamma, hệ số chuyển đổi DP(E) cho đầu dò NaI(Tl) được xác định.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngơ Vũ Thiên Quang NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SUẤT LIỀU CHIẾU RIÊNG PHẦN TRÊN ĐẦU DỊ NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm ỨNG DỤNG KHẢO SÁT PHĨNG XẠ MƠI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngơ Vũ Thiên Quang NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SUẤT LIỀU CHIẾU RIÊNG PHẦN TRÊN ĐẦU DỊ NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm ỨNG DỤNG KHẢO SÁT PHĨNG XẠ MƠI TRƯỜNG Chun ngành: Vật lí nguyên tử Mã số : 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VÕ HỒNG HẢI Thành phố Hồ Chí Minh - 2019 Lời cam đoan Học viên xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân học viên hướng dẫn TS Võ Hồng Hải Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Trong q trình thực hiện, học viên có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy cấp thiết luận văn Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2019 Học viên NGÔ VŨ THIÊN QUANG Lời cám ơn Trong q trình học tập hồn thành luận văn thạc sĩ, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: TS Võ Hồng Hải tận tình bảo khơng kiến thức cần thiết hồn thành luận văn mà phương pháp làm việc khoa học Thầy giúp đỡ tơi nhiều gặp khó khăn phát sinh, giải vấn đề q trình thực luận văn Phịng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh cung cấp số liệu thực nghiệm Quý thầy cô Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh q thầy Bộ mơn Vật lý Hạt nhân – Kỹ thuật Hạt nhân, Khoa Vật lý – Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập, thực luận văn Q thầy Phịng Sau Đại học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh hỗ trợ việc hồn tất thủ tục, hồ sơ cần thiết khoá cao học Các bạn khóa cao học 28 Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, vui buồn có trải qua khoảng thời gian học tập, làm việc nhóm, vượt thắng kỳ thi hết mơn hỗ trợ lẫn hồn thành luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn đến gia đình bạn bè ủng hộ nhiều mặt thời gian qua Luận văn thạc sĩ hoàn thành nhờ vào giúp đỡ tất Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2019 Học viên NGÔ VŨ THIÊN QUANG MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cám ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Phóng xạ mơi trường tự nhiên 1.1.1 Nguồn gốc phóng xạ mơi trường tự nhiên 1.1.2 Chuỗi đồng vị phóng xạ tự nhiên Actini, Urani, Thori 1.1.3 Phóng xạ từ khí Radon cháu Radon 12 1.2 Các đại lượng vật lý mô tả liều lượng xạ 13 1.2.1 Kerma 13 1.2.2 Liều hấp thụ 15 1.2.3 Liều chiếu 16 1.2.4 Liều chiếu, liều hấp thụ kerma va chạm khơng khí 18 1.2.5 Ví dụ minh họa so sánh kerma, liều chiếu, liều hấp thụ 19 1.3 Xác định suất liều chiếu khơng khí đầu dò nhấp nháy 21 1.3.1 Mối tương quan suất liều chiếu khơng khí phổ lượng 21 1.3.2 Hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E) 22 1.3.3 Suất liều chiếu riêng phần đỉnh suất liều chiếu riêng phần tổng lượng gamma gây phổ suất liều chiếu 23 Chương PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ TẢ THỰC NGHIỆM 25 2.1 Phương pháp xác định suất liều chiếu khơng khí đầu dị nhấp nháy NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm 25 2.1.1 Xác định hàm G(E) 25 2.1.2 Xác định hệ số DP(E) 27 2.2 Số liệu thực nghiệm 27 2.2.1 Hệ đo NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm 28 2.2.2 Các vị trí đo núi Châu Thới 29 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Phổ lượng phổ suất liều chiếu 18 vị trí núi Châu Thới 31 3.2 Xác định suất liều chiếu tổng 18 vị trí núi Châu Thới 34 3.3 Xác định suất liều chiếu riêng phần số đỉnh lượng 18 vị trí núi Châu Thới 36 3.3.1 Đỉnh lượng 238,6 keV đồng vị Pb-212 37 3.3.2 Đỉnh lượng 352,5 keV đồng vị Pb-214 40 3.3.3 Đỉnh lượng 1460,8 keV đồng vị K-40 42 3.3.4 Đỉnh lượng 2614,7 keV đồng vị Tl-208 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC PL1 Danh mục chữ viết tắt Chữ viết tắt Tiếng Việt VT Vị trí Danh mục bảng Bảng 1.1 Một số thơng tin chuỗi phân rã phóng xạ Actini Bảng 1.2 Một số thông tin chuỗi phân rã phóng xạ Urani 10 Bảng 1.3 Một số thơng tin chuỗi phân rã phóng xạ Thori 12 Bảng 2.1 Tọa độ địa lý vị trí khảo sát vùng núi Châu Thới 30 Bảng 3.1 Giá trị suất liều chiếu tổng 18 vị trí núi Châu Thới 35 Bảng 3.2 Đồng vị phóng xạ xác định từ phổ lượng đo đầu dị nhấp nháy NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm thí nghiệm khảo sát núi Châu Thới 37 Bảng 3.3 Giá trị suất liều chiếu riêng phần đỉnh 238,6 keV Pb212 18 vị trí núi Châu Thới 38 Bảng 3.4 Giá trị suất liều chiếu riêng phần đỉnh 352,5 keV Pb214 18 vị trí núi Châu Thới 40 Bảng 3.5 Giá trị suất liều chiếu riêng phần đỉnh 1460,8 keV K-40 18 vị trí núi Châu Thới 42 Bảng 3.6 Giá trị suất liều chiếu riêng phần đỉnh 2614,7 keV Tl208 18 vị trí núi Châu Thới 44 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Bức xạ mơi trường đất khơng khí Hình 1.2 Sơ đồ chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Actini Hình 1.3 Chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Urani Hình 1.4 Chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Thori 11 Hình 1.5 Trường hợp cụ thể minh hoạ tính kerma, liều hấp thụ, liều chiếu mơi trường khơng khí 20 Hình 1.6 Hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E) đầu dị NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm 23 Hình 1.7 Hệ số DP(E) đầu dị NaI(Tl) 7,6 cm x 7,6 cm 24 Hình 1.8 Phổ lượng hấp thụ (đen), phổ suất liều chiếu (xanh dương) suất liều chiếu riêng phần tổng (đỏ) gamma 661,7 keV đo đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm x 7,6 cm 24 Hình 2.1 Hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E) đầu dị NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm làm khớp hàm đa thức bậc 26 Hình 2.2 Hệ số DP(E) đầu dị NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm làm khớp hàm đa thức bậc 27 Hình 2.3 Hệ đo đầu dị nhấp nháy NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm InSpectorTM 1000, Canberra Inc 28 Hình 2.4 Các vị trí thực thí nghiệm ghi nhận phổ lượng phóng xạ mơi trường núi Châu Thới 29 Hình 3.1 Phổ lượng (đường màu xanh) phổ suất liều chiếu (đường màu đỏ) 18 vị trí núi Châu Thới 34 Hình 3.2 So sánh suất liều chiếu tổng 18 vị trí núi Châu Thới 36 Hình 3.3 Phổ lượng phổ suất liều chiếu vị trí núi Châu Thới với bốn đỉnh lượng xác định 37 Hình 3.4 So sánh suất liều chiếu riêng phần đỉnh 238,6 keV đồng vị Pb-212 18 vị trí núi Châu Thới 39 Hình 3.5 Mối tương quan suất liều chiếu riêng phần đỉnh 238,6 keV Pb-212 suất liều chiếu tổng 18 vị trí núi Châu Thới 39 Hình 3.6 So sánh suất liều chiếu riêng phần đỉnh 352,5 keV đồng vị Pb-214 18 vị trí núi Châu Thới 41 Hình 3.7 Mối tương quan suất liều chiếu riêng phần đỉnh 352,5 keV Pb-214 suất liều chiếu tổng 18 vị trí núi Châu Thới 41 Hình 3.8 So sánh suất liều chiếu riêng phần đỉnh 1460,8 keV đồng vị K-40 18 vị trí núi Châu Thới 43 Hình 3.9 Mối tương quan suất liều chiếu riêng phần đỉnh 1460,8 keV K-40 suất liều chiếu tổng 18 vị trí núi Châu Thới 43 Hình 3.10 So sánh suất liều chiếu riêng phần đỉnh 2614,7 keV đồng vị Tl-208 18 vị trí núi Châu Thới 45 Hình 3.11 Mối tương quan suất liều chiếu riêng phần đỉnh 2614,7 keV Tl-208 suất liều chiếu tổng 18 vị trí núi Châu Thới 45 Hình PL1 Suất liều chiếu riêng phần đỉnh xác định phần mềm Colegram 18 vị trí núi Châu Thới .PL1 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M Shigeru and M Ichiro, “A spectrometric method for measurement of lowlevel gamma exposure dose”, Health Phys., vol 12, pp 541–551, 1966 [2] C Yi, J Jun, H Chai, J Oh, and J.-Y Yun, “Calculation of Spectrum to Dose Conversion Factors for a HPGe Spectrometer”, J Korean Phys Soc., vol 30, no 2, pp 186–193, 1997 [3] C Y Yi, J S Jun, H S Chai, J J Oh, and J Y Yun, “Measurement of ambient dose equivalent using a NaI(Tl) scintillation detector”, Radiat Prot Dosimetry, vol 74, no 4, pp 273–278, 1997 [4] Y Y Ji, D S Hong, T K Kim, K K Kwak, and W S Ryu, “Application of the dose conversion factor for a NaI(Tl) detector to the radwaste drum assay”, Radiat Meas., vol 46, no 5, pp 503–509, 2011 [5] Y Y Ji, K H Chung, W Lee, D W Park, and M J Kang, “Feasibility on the spectrometric determination of the individual dose rate for detected gamma nuclides using the dose rate spectroscopy”, Radiat Phys Chem., vol 97, pp 172–177, 2014 [6] Y Y Ji, K H Chung, C J Kim, M J Kang, and S T Park, “Application of the dose rate spectroscopy to the dose-to-curie conversion method using a NaI(Tl) detector”, Radiat Phys Chem., vol 106, pp 320–326, 2015 [7] Y Y Ji, C J Kim, K S Lim, W Lee, H S Chang, and K H Chung, “A new approach for the determination of dose rate and radioactivity for detected gamma nuclides using an environmental radiation monitor based on an NaI(Tl) detector”, Health Phys., vol 113, no 4, pp 304–314, 2017 [8] S Tsuda, T Yoshida, M Tsutsumi, and K Saito, “Characteristics and verification of a car-borne survey system for dose rates in air: KURAMA-II”, J Environ Radioact., vol 139, pp 260–265, 2015 [9] S Ysuda and K Saito, “Spectrum-dose conversion operator of NaI(Tl) and CsI(Tl) scintillation detectors for air dose rate measurement in contaminated”, J Environ Radioact., pp 1–8, 2016 [10] N Matsuda, S Mikami, T Sato, and K Saito, “Measurements of air dose rates in and around houses in Fukushima Prefecture in Japan after the Fukushima accident”, J Environ Radioact., vol 166, pp 427–435, 2017 [11] T Sato, M Andoh, M Sato, and K Saito, “External dose evaluation based on detailed air dose rate measurements in living environments”, J Environ Radioact., 2019 [12] S Moriuchi and I Miyanaga, “Method of pulse height weighting using the discrimination bias modulation”, Health Phys., vol 12, no 10, pp 1481– 1486, 1966 49 [13] P Taylor, H Terada, E Sakai, and M Katagiri, “Environmental Gamma-Ray Exposure Rates Measured by In-Situ Ge ( Li ) Spectrometer Environmental Gamma-Ray Exposure Rates”, J Nucl Sci Technol., vol 17, no 4, pp 281– 290, 2014 [14] W Chen, T Feng, J Liu, C Su, and Y Tian, “A method based on monte carlo simulation for the determination of the G(E) function”, Radiat Prot Dosimetry, vol 163, no 2, pp 217–221, 2014 [15] Thy Trương Hữu Ngân, “Áp dụng kỹ thuật FSA khảo sát phóng xạ mơi trường hệ phổ kế gamma thực địa”, Báo cáo nghiệm thu đề tài nghiên cứu cấp trường, đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, 2018 [16] T K Gaisser, R Engel, and E Resconi, Cosmic rays and particle physics Cambridge University Press, 2016 [17] Văn Tạo Châu, An tồn xạ ion hố NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2004 [18] J Valentin, “The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, ICRP Publication 103”, Int Comm Radiolofical Prot., vol 37, 2007 [19] Văn Tạo Châu, Vật lý hạt nhân đại cương NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [20] G W Phillips, D J Nagel, and T Coffey, A Primer on the Detection of Nuclear and Radiological Weapons Center for Technology and National Security Policy National Defend University, 2005 [21] “Hyperphysics Index of /hbase/nuclear/radser” [Online] Available: https://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/radser.html [Accessed: 04-Jul-2019] [22] “Nucléide - Lara, Library for gamma and alpha emissions” [Online] Available: https://www.nucleide.org/Laraweb/index.php [Accessed: 12-Jul2019] [23] P P Povinec, Radioactivity in The Environment, vol 11: Analysis of Environmental Radionuclides Elsevier, 2011 [24] Quốc Hùng Phạm, Vật lý hạt nhân ứng dụng NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2007 [25] F H Attix, Introductrion to Radiological Physics and Radiation Dosimetry Wiley-VCH, 2004 [26] M T Niatel, A M Perroche-Roux, and M Boutillon, “Two determinations of W for electrons in dry air”, Phys Med Biol., vol 30, no 1, pp 67–75, 1985 50 [27] G Cho, H K Kim, H Woo, G Oh, and D K Ha, “Electronic Dose Conversion Techtuque Using a NaI(T1) Detector for Assessment of Exposure Dose Rate from Environmental Radiation”, IEEE Trans Nucl Sci., vol 45, no 3, pp 981–985, 1998 [28] G Portal, W G Cross, G Dietze, J R Harvey, and R B Schwartz, “Measurement of Dose Equivalents from External Photon and Electron Radiations, ICRU Report 47”, 1992 [29] “InspectorTM 1000 digital hand-held multichannel analyzer” [Online] Available: https://www.mirion.com/products/inspector-1000-digital-handheld-multichannel-analyzer [Accessed: 15-Jul-2019] PL1 PHỤ LỤC Làm khớp suất liều chiếu riêng phần đỉnh lượng 238,6 keV; 352,5 keV; 1460,8 keV; 2614,7 keV phổ suất liều chiếu cho 18 vị trí đo sử dụng phần mềm Colegram Ở đó, phương trình làm khớp số liệu hàm Gauss (đỉnh phổ) + hàm e mũ (phơng nền) Vị trí 1) VT1: Pb-212; 238,6 keV 2) VT1: Pb-214; 352,5 keV 3) VT1: K-40; 1460,8 keV 4) VT1: Tl-208; 2614,7 keV Vị trí 6) VT2: Pb-214; 352,5 keV 5) VT2: Pb-212; 238,6 keV PL2 8) VT2: Tl-208; 2614,7 keV 7) VT2: K-40; 1460,8 keV Vị trí 9) VT3: Pb-212; 238,6 keV 11) VT3: K-40; 1460,8 keV 10) VT3: Pb-214; 352,5 keV 12) VT3: Tl-208; 2614,7 keV PL3 Vị trí 13) VT4: Pb-212; 238,6 keV 14) VT4: Pb-214; 352,5 keV 15) VT4: K-40; 1460,8 keV 16) VT4: Tl-208; 2614,7 keV Vị trí 17) VT5: Pb-212; 238,6 keV 18) VT5: Pb-214; 352,5 keV PL4 19) VT5: K-40; 1460,8 keV 20) VT5: Tl-208; 2614,7 keV Vị trí 22) VT6: Pb-214; 352,5 keV 21) VT6: Pb-212; 238,6 keV 23) VT6: K-40; 1460,8 keV 24) VT6: Tl-208; 2614,7 keV PL5 Vị trí 25) VT7: Pb-212; 238,6 keV 26) VT7: Pb-214; 352,5 keV 27) VT7: K-40; 1460,8 keV 28) VT7: Tl-208; 2614,7 keV Vị trí 29) VT8: Pb-212; 238,6 keV 30) VT8: Pb-214; 352,5 keV PL6 32) VT8: Tl-208; 2614,7 keV 31) VT8: K-40; 1460,8 keV Vị trí 33) VT9: Pb-212; 238,6 keV 34) VT9: Pb-214; 352,5 keV 35) VT9: K-40; 1460,8 keV 36) VT9: Tl-208; 2614,7 keV PL7 Vị trí 10 37) VT10: Pb-212; 238,6 keV 39) VT10: K-40; 1460,8 keV 38) VT10: Pb-214; 352,5 keV 40) VT10: Tl-208; 2614,7 keV Vị trí 11 41) VT11: Pb-212; 238,6 keV 42) VT11: Pb-214; 352,5 keV PL8 43) VT11: K-40; 1460,8 keV 44) VT11: Tl-208; 2614,7 keV Vị trí 12 45) VT12: Pb-212; 238,6 keV 42) VT11: Pb-214; 352,5 keV 47) VT12: K-40; 1460,8 keV 48) VT12: Tl-208; 2614,7 keV PL9 Vị trí 13 49) VT13: Pb-212; 238,6 keV 50) VT13: Pb-214; 352,5 keV 51) VT13: K-40; 1460,8 keV 52) VT13: Tl-208; 2614,7 keV Vị trí 14 53) VT14: Pb-212; 238,6 keV 54) VT14: Pb-214; 352,5 keV PL10 55) VT14: K-40; 1460,8 keV 56) VT14: Tl-208; 2614,7 keV Vị trí 15 57) VT15: Pb-212; 238,6 keV 58) VT15: Pb-214; 352,5 keV 59) VT15: K-40; 1460,8 keV 60) VT15: Tl-208; 2614,7 keV PL11 Vị trí 16 61) VT16: Pb-212; 238,6 keV 62) VT16: Pb-214; 352,5 keV 63) VT16: K-40; 1460,8 keV 64) VT16: Tl-208; 2614,7 keV Vị trí 17 65) VT17: Pb-212; 238,6 keV 66) VT17: Pb-214; 352,5 keV 67) VT17: K-40; 1460,8 keV 68) VT17: Tl-208; 2614,7 keV PL12 Vị trí 18 69) VT18: Pb-212; 238,6 keV 70) VT18: Pb-214; 352,5 keV 71) VT18: K-40; 1460,8 keV 72) VT18: Tl-208; 2614,7 keV Hình PL1 Suất liều chiếu riêng phần đỉnh xác định phần mềm Colegram 18 vị trí núi Châu Thới ... phần) sử dụng đầu dò ghi nhận phổ chưa phát triển, luận văn thạc sĩ thực luận văn: Nghiên cứu xác định suất liều chiếu riêng phần đầu dò NaI(Tl) 7, 6cm  7, 6cm - Ứng dụng khảo sát phóng xạ môi trường. .. suất liều chiếu không khí đầu dị nhấp nháy NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm Trong luận văn này, thực xác định phổ suất liều chiếu, xác định suất liều chiếu riêng phần đỉnh suất liều chiếu riêng phần tổng…... ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngơ Vũ Thiên Quang NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SUẤT LIỀU CHIẾU RIÊNG PHẦN TRÊN ĐẦU DỊ NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm ỨNG DỤNG KHẢO SÁT PHĨNG XẠ MƠI TRƯỜNG