Thiết bị đo liều gamma sử dụng detector bgo và phương pháp chuyển phổ gamma thành liều

Thiết bị đo liều gamma sử dụng detector bgo và phương pháp chuyển phổ gamma thành liều Thiết bị đo liều gamma sử dụng detector bgo và phương pháp chuyển phổ gamma thành liều Thiết bị đo liều gamma sử dụng detector bgo và phương pháp chuyển phổ gamma thành liều luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VŨ HÀ THIẾT BỊ ĐO LIỀU GAMMA SỬ DỤNG DETECTOR BGO VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN PHỔ GAMMA THÀNH LIỀU Chuyên ngành :KỸ THUẬT HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HẠT NHÂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐẶNG QUANG THIỆU Hà Nội – 2014 Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: (i) Luận văn sản phẩm nghiên cứu (ii) Số liệu luận văn trung thực (iii) Tôi chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Vũ Hà Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B LỜI CẢM ƠN Luận văn kết trình học tập suốt hai năm trường Đại học Bách khoa Hà Nội trình làm luận văn thân Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội – Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Đặng Quang Thiệu – Giám đốc Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức chuyên ngành hướng dẫn em hoàn thành luận văn Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến Th.S Nguyễn Thị Bảo Mỹ - Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân, nhiệt tình giúp đỡ bảo thêm kiến thức chuyên ngành suốt trình nghiên cứu đề tài Em xin cảm ơn thầy cô giảng dạy lớp cao học 2011B, đặc biệt thầy cô Viện Kỹ thuật hạt nhân Vật lý môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình dạy dỗ, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian học tập trường Em gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp bên cạnh em, động viên, giúp em vượt qua khó khăn để hồn thành đề tài Mặc dù nỗ lực cố gắng, chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, bổ sung thầy cô bạn bè Hà nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Vũ Hà Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT, ĐƠN VỊ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO LIỀU BỨC XẠ 11 I.1 Nhu cầu thực tiễn .11 I.2 Cơ sở lý thuyết 12 I.2.1 Hiệu ứng quang điện 12 I.2.2 Tán xạ Compton 14 I.2.3 Hiệu ứng tạo cặp electron - positron 15 I.2.4 Tổng hợp hiệu ứng gamma tương tác với vật chất 16 I.2.5 Cấu trúc phổ gamma 17 I.2.6 Thiết bị đo liều gamma sử dụng đầu dò chất nhấp nháy .18 I.3 Thiết bị đo liều xạ sử dụng đầu dò nhấp nháy BGO 21 I.3.1 Đặc tính đầu dị nhấp nháy BGO 21 I.3.2 So sánh đặc điểm đầu dò BGO đầu dò NaI(Tl) 23 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN PHỔ THÀNH LIỀU 29 2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp 29 2.2 Áp dụng thực tế vào lập trình cho vi điều khiển 32 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ 36 3.1 Sơ đồ nguyên lý khối điện tử .36 3.1.1 Khối cao áp 36 3.1.2 Khối vi điều khiển – chíp P89V51RD2 37 3.1.3 Khối kết nối máy tính 41 3.1.4 Khối tiền khuếch đại 41 3.1.5 Khối mạch nạp cho ắc quy 42 Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B 3.1.5 Khối tạo điện áp chuẩn 43 3.1.5 Biến đổi ADC – phương pháp ToT .43 3.1.6 Ghép nối khối 45 3.2 Nghiên cứu phần mềm cho vi xử lý 46 3.2.1 Ngơn ngữ lập trình C 46 3.2.2 Các phương án lập trình 47 CHƯƠNG IV: KIỂM TRA HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ 49 4.1 Kiểm tra hiệu chuẩn thiết bị: 49 4.2 Một vài hình ảnh thực tế thiết bị chế tạo 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 54 PHỤ LỤC 55 PHỤ LỤC 56 PHỤ LỤC 57 Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT, ĐƠN VỊ AC Nguồn điện xoay chiều ADC Bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số BGO Vật liệu nhấp nháy Bismuth Germanate DC Nguồn điện chiều LCD Màn hình tinh thể lỏng MCA Bộ phân tích đa kênh keV Đơn vị lượng, = 1,60217657x10-16 Joules MeV Đơn vị lượng, = 1,60217657x10-13 Joules Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng đặc tính vật liệu BGO 21 Bảng 1.2: Tỷ lệ đỉnh đơn (SE), đỉnh kép (DE) đỉnh tồn phần hai nguồn lượng .27 Bảng 2.1: Các hệ số A(K) cho tinh thể NaI(Tl) hình trụ 2,5 cm x 2,5 cm 31 Bảng 2.2 Bảng giá trị G(E) cho đầu dị BGO kích thước cm x cm 33 Bảng 3.1 Bảng giá trị chiều cao (điện áp) chiều rộng (thời gian) xung sau tầng khuếch đại 44 Bảng 4.1: Thông tin nguồn chuẩn sử dụng để chuẩn thiết bị 49 Bảng 4.2: Kết hiển thị suất liều sử dụng đầu dò NaI(Tl) BGO 50 Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hiệu ứng quang điện 12 Hình 1.2 Quá trình tạo điện tử Auger 13 Hình 1.3: Mơ hình tán xạ Compton .14 Hình 1.4: Mơ hình tạo cặp electron - positron 15 Hình 1.5: Mối quan hệ ba loại tương tác photon chủ yếu 16 Hình 1.6: Mơ hình tổng thể tương tác xảy đầu dò ghi tia gamma dạng phổ tương ứng 17 Hình 1.7 Cấu trúc đầu dị nhấp nháy 19 Hình 1.8: Phổ phát xạ nhấp nháy BGO 22 Hình 1.9: Phổ chiều cao xung tinh thể BGO 3x3 inch chiếu tia gamma lượng 662 keV .23 (nguồn http://www.crystals.saint-gobain.com/) .23 Hình 1.10: So sánh kết ba chương trình Monte Carlo MCNP, EGS4 PHOTON a) đỉnh lượng 0,662 MeV b) đỉnh lượng 4,4 MeV c) đỉnh lượng 10 MeV 25 Hình 1.11: Mơ đóng góp chiều cao đỉnh xung 4,4 MeV độ phân giải lượng cho đầu dò BGO 5”x3”, BGO 3”x3” NaI(Tl) 6”x6” sử dụng phần mềm Monte Carlo EGS4 26 Hình 1.12: Mơ đóng góp chiều cao đỉnh xung 10 MeV độ phân giải lượng cho đầu dò BGO 5”x3”, BGO 3”x3” NaI(Tl) 6”x6” sử dụng phần mềm Monte Carlo EGS4 26 Hình 1.13: Tính tốn tỷ lệ Đỉnh phổ/Tổng cộng lượng tia tới cho loại đầu dò kích thước khác 27 Hình 1.14: Hiệu suất ghi BGO (Ef) phụ thuộc vào thể tích khớp với biểu thức tốn học với thơng số hình 28 Hình 3.1: Sơ đồi khối cao áp 36 Hình 3.3 Cấu trúc vi điều khiển P89V51RD2 37 Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B Hình 3.2 Giao tiếp kết nối máy tính 41 Hình 3.3 Sơ đồ mắc tiền khuếch đại .41 Hình 3.4 Sơ đồ khối mạch nạp ắc quy 42 Hình 3.5 Sơ đồ khối tạo điện áp chuẩn 43 Hình 3.6 Dạng sung sau tầng khuếch đại nguồn Co-60 .43 Hình 3.7 Đồ thị mối quan hệ thời gian điện áp xung sau tầng khuếch đại 44 Hình 3.8 Biểu đồ thời gian ngõ vào/ra so sánh 45 Hình 3.9 Ghép nối khối điện tử với .46 Hình 4.1 Chứng nguồn Co-60 49 Hình 4.2 Chứng nguồn Cs-137 .49 Hình 4.3 Khối cao áp đầu dị BGO sau lắp hồn chỉnh .51 Hình 4.4 Khối xử lý điều khiển 51 Hình 4.5 Khối hiển thị LCD 51 Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B MỞ ĐẦU Như biết, xạ hạt nhân tồn xung quanh chung ta giác quan người cảm nhận chúng Để nhận biết chúng, phải sử dụng thiết bị ghi đo xạ Hiểu biết người ngày gia tăng, số lượng chủng loại thiết bị ghi đo xạ hạt nhân ngày đa dạng đại trước Ở nước ta, ngành liên quan tới xạ, hạt nhân phát triển để đáp ứng phát triển phát triển thiết bị ghi đo xạ tất yếu Đa phần thiết bị ghi đo xạ nước ta thiết bị nhập từ nước ngồi Tuy có số sở chuyên ngành Việt Nam Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, Viện Hóa học vật liệu,… sản xuất đưa thiết bị ghi đo thị trường chưa đáp ứng nhu cầu lớn xã hội Có nhiều dạng thiết bị ghi đo xạ thiết bị nhận diện đồng vị, thiết bị cảnh báo xạ, thiết bị phân tích,… phổ biến thiết bị đo liều xạ Cũng có nhiều phương pháp để đo liều xạ phương pháp ưu việt phương pháp chuyển phổ thành liều Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu chế tạo thiết bị đo liều sử dụng phương pháp chuyển phổ thành liều mà chủ yếu với đầu dò NaI(Tl) hay đầu dò Germani Bản luận văn tập trung vào nghiên cứu chế tạo thiết bị đo liều gamma sử dụng đầu dò BGO phương pháp chuyển phổ thành liều Bố cục luận văn bao gồm: Chương I: Tổng quan thiết bị đo liều xạ Chương giới thiệu tổng quan thiết bị đo liều xạ tập trung giới thiệu thiết bị sử dụng đầu dò BGO Chương II: Phương pháp chuyển phổ thành liều Giới thiệu phương pháp chuyển phổ thành liều Chương III: Các bước chế tạo thiết bị Giới thiệu bước chế tạo thiết bị đo liều hồn chỉnh Luận văn thạc sĩ khoa học Khóa 2011B addr++; XBYTE[addr]= RTC_ARR[4]; addr++; XBYTE[addr]= RTC_ARR[5]; addr++; XBYTE[addr]= RTC_ARR[6]; for (channel=0; channel