Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu xác định nhanh sr 90 y 90, ứng dụng trong phân tích môi trường và y học hạt nhân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ VÕ THANH TUẤN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHANH Sr-90/Y-90, ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MƠI TRƯỜNG VÀ Y HỌC HẠT NHÂN Chuyên ngành: Vật lý học Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHANH Sr-90/Y-90, ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MƠI TRƯỜNG VÀ Y HỌC HẠT NHÂN Người thực hiện: VÕ THANH TUẤN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CƠNG HẢO Thành phố Hồ Chí Minh, Năm 2020 i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thực khóa luận tốt nghiệp, tơi quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình thầy cô, bạn bè Bộ môn Vật lý Hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên, phòng Vật lý Hạt nhân trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh Trung tâm đào tạo Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt Đầu tiên, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Lê Cơng Hảo, người tận tình hướng dẫn tơi thời gian thực khóa luận Bộ môn Vật lý Hạt nhân Tuy thời gian thực khóa luận tương đối ngắn ngủi, với hướng dẫn tận tình Thầy giúp tơi hồn thành khóa luận cách tốt Kế đến, Tôi muốn bày tỏ lời cảm ơn Thầy Nguyễn Minh Tn – Phó Giám đốc Trung tâm Lị phản ứng Hạt nhân Đà Lạt TS Nguyễn Thị Thu Trung tâm nghiên cứu điều chế đồng vị phóng xạ quan tâm, động viên giúp đỡ tơi nghiên cứu hồn thiện phương pháp đếm tổng hoạt độ beta xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-90 tài liệu liên quan hai đồng vị phóng xạ Sr-90 Y-90 để tơi hồn thành khóa luận cách tốt Tơi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô Viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, đặc biệt PGS.TS Nguyễn Xuân Hải ThS Phạm Quỳnh Giang lắng nghe nhiệt tình giải đáp thắc mắc hỗ trợ thiết bị đo phóng xạ q trình tơi học tập thực khóa luận Đà Lạt Ngồi ra, để khóa luận hồn thiện bây giờ, tơi muốn gửi lời cảm ơn đến Thầy Trần Ngọc Huy cô Nguyễn Thị Thanh Loan – giảng viên Khoa Vật lý trường Đại học Sư Phạm TPHCM giúp đỡ sở vật chất thiết bị mà tơi cịn thiếu để hồn thành kết thực nghiệm khóa luận Một lần nữa, tơi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến gia đình, thầy cô, bạn bè sát cánh, ủng hộ động viên tơi suốt q trình thực hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2020 VÕ THANH TUẤN ii MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ BETA – STRONTIUM VÀ YTTRIUM 1.1 Cơ sở lý thuyết xạ beta 1.1.1 Giới thiệu phân rã beta 1.1.2 Tính chất phân rã beta 1.1.3 Cân lượng phân rã beta 1.1.4 Phổ lượng hạt beta 1.1.5 Xác định lượng cực đại phổ beta 11 1.1.6 Thời gian bán rã suy rộng phân rã beta 12 1.1.7 Các quy tắc lựa chọn phân rã beta 13 1.1.8 Tương tác hạt beta với vật chất 16 1.2 Tổng quan Strontium–90 (Sr-90) 22 1.3 Tổng quan Yttrium–90 (Y-90) 24 1.4 Kết luận chương 27 CHƯƠNG HỆ ĐO TỔNG BETA BẰNG ỐNG ĐẾM GEIGER – MULLER 28 2.1 Ống đếm chứa khí Geiger – Muller 28 2.1.1 Nguyên tắc hoạt động 28 2.1.2 Đặc trưng plateau 29 2.1.3 Thời gian chết thời gian hồi phục 30 iii 2.1.4 Hiệu suất ghi đầu dò 31 2.2 Các ống đếm Geiger - Muller nghiên cứu khóa luận 32 2.2.1 Ống đếm Geiger - Muller nghiên cứu Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh 32 2.2.2 Ống đếm Geiger Muller viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt 33 2.3 Kết luận chương 35 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Sr-90/Y-90 TRONG KHÓA LUẬN 36 3.1 Phương pháp đếm tổng hoạt độ beta xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-9036 3.1.1 Phương pháp 36 3.1.2 Chuẩn bị mẫu thiết bị đo 38 3.2 Phương pháp tách Sr-90 Y-90 từ trường nam châm 41 3.2.1 Phương pháp 41 3.2.2 Chuẩn bị mẫu thiết bị đo 45 3.2.3 Đo cảm ứng từ loại nam châm sử dụng khóa luận 47 3.3 Kết luận chương 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 4.1 Phương pháp đếm tổng hoạt độ beta xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-9049 4.1.1 Kết khảo sát vùng Plateau hệ đo beta tổng GC 602A 49 4.1.2 Kết phương pháp đếm tổng hoạt độ beta xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-90 51 4.1.3 Xử lý số liệu kết 53 4.1.4 Kết luận 54 4.2 Phương pháp tách Sr-90 Y-90 từ trường nam châm 55 iv 4.2.1 Kết đo cảm ứng từ ba loại nam châm 55 4.2.2 Kết tách Sr-90 Y-90 từ trường nam châm 55 4.2.3 Xử lý số liệu kết 57 4.2.4 Kết luận 59 4.3 Kết luận chương 59 KẾT LUẬN 60 KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 63 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại dịch chuyển 16 Bảng 1.2 Độ dài xạ lượng tới hạn số chất 21 Bảng 1.3 Đặc điểm tính chất Yttrium 25 Bảng 1.4 Tính chất hạt nhân đồng vị Yttrium 26 Bảng 3.1 Năng lượng cực đại tia beta bị che chắn theo độ dày nhôm 37 Bảng 4.1 Số liệu khảo sát vùng plateau hệ đo tổng beta GC 602A 49 Bảng 4.2 Bảng tổng hợp kết đo 51 Bảng 4.3 Số liệu đo cảm ứng từ ba nam châm 55 Bảng 4.4 Số liệu đo phông môi trường 55 Bảng 4.5 Số liệu đo khu vực nam châm A (36,2  3,2 mT) 56 Bảng 4.6 Số liệu đo khu vực nam châm B (55,4  2,2 mT) 56 Bảng 4.7 Số liệu đo khu vực nam châm C (80,9  3,2 mT) 57 Bảng 4.8 Hiệu suất thu nhận Sr-90, Y-90 so với tổng Sr-90 Y-90 58 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phân rã beta Hình 1.2 Minh họa sơ đồ phân rã beta Hình 1.3 Minh họa sơ đồ biến đổi 22 11 42 19 K thành Na thành 22 10 42 20 Ca Ne Hình 1.4 Phổ lượng electron phân rã beta đồng vị phóng xạ 32 P 10 Hình 1.5 Sự phụ thuộc cường độ electron vào bề dày lớp vật chất 21 Hình 1.6 Sơ đồ phân rã Sr–90 23 Hình 1.7 Bảng tuần hồn ngun tố hóa học 24 Hình 1.8 Sơ đồ phân rã rã Y–90 27 Hình 2.1 Cấu tạo ống đếm Geiger – Muller 28 Hình 2.2 Đường đặc trưng điện tích – điện ống đếm chứa khí 29 Hình 2.3 Đặc trưng plateau ống đếm Geiger – Muller 30 Hình 2.4 Thời gian chết thời gian hồi phục ống đếm Geiger – Muller 31 Hình 2.5 Ống đếm Geiger - Muller mơn Vật lý hạt nhân Trường ĐH Khoa học Tự nhiên TPHCM 32 Hình 2.6 Ống đếm Geiger - Muller viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt 34 Hình 2.7 nút điều khiển máy đo beta loại GC 602A 35 Hình 3.1 Phổ tổng nguồn Sr-90 36 Hình 3.2 Máy đo tổng hoạt độ beta Trung tâm đào tạo viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt 39 Hình 3.3 Bộ mẫu chuẩn độ dày nhôm 39 Hình 3.4 Sơ đồ hệ triết tách dung dịch Y-90 40 Hình 3.5 Nguồn khảo sát chuẩn trực khay đặt nguồn 40 Hình 3.6 Khay đặt vật liệu che chắn 40 vii Hình 3.7 Ba khu vực đặt nam châm sắt chữ U 41 Hình 3.8 Khảo sát số đếm khu vực I sắt chữ U 42 Hình 3.9 Khảo sát số đếm khu vực II sắt chữ U 43 Hình 3.10 Khảo sát số đếm khu vực III sắt chữ U 44 Hình 3.11 Nguồn chuẩn Sr-90 45 Hình 3.12 Ống đếm Geiger-Muller Bộ môn Vật lý hạt nhân 46 Hình 3.13 Ba loại nam châm sử dụng khóa luận 46 Hình 3.14 Thanh sắt chữ U dùng để cố định nam châm 47 Hình 3.15 Bố trí thí nghiệm đo cảm ứng từ ba loại nam châm 47 Hình 3.16 Xác định lực từ quy tắc bàn tay trái 48 Hình 4.1 Đồ thị phụ thuộc số đếm theo cao 50 Hình 4.2 Số xung bị chặn theo lượng 53 Hình 4.3 Phổ beta mẫu đo 53 Hình 4.4 Làm khớp số liệu thực nghiệm 54 LỜI MỞ ĐẦU Ung thư nhóm bệnh phản ảnh thay đổi sinh sản, tăng trưởng chức tế bào Các tế bào bình thường trở nên bất thường tăng sinh khơng kiểm sốt xâm chiếm mơ gần hay xa dẫn đến tử vong Có thể nói, ung thư bệnh kỷ mối quan tâm hàng đầu bệnh nhân mắc bệnh ung thư chuyên gia nghiên cứu việc phát điều trị triệt để bệnh ung thư Chúng ta biết “xạ trị” hình thức phổ biến để điều trị ung thư đặc biệt khối u ác tính khơng thể tiếp cận phẫu thuật, cách sử dụng hạt hay sóng có lượng cao như: tia gamma, chùm tia điện tử, proton,… để tiêu diệt tế bào ung thư, làm ngăn chặn phát triển tế bào ung thư tiêu diệt tế bào ung thư cũ Trên giới, đồng vị Y-90 sử dụng rộng rãi Y học hạt nhân đặc tính với thời gian bán rã T1 = 64,2 giờ, phát beta với lượng 2,28 MeV không phát tia gamma cuối phân rã thành Zirconium-90 (Zr-90) trạng thái ổn định Tuy nhiên đồng vị Y-90 đồng vị đồng vị Sr-90 với thời gian bán rã T1 = 28,79 năm [1] Việc phát triển phương pháp tách chiết Y-90 từ hỗn hợp Sr-90/Y-90 nghiên cứu giới như: Năm 2008, Rubel Chakravarty cộng đề xuất phương pháp tách Y-90 từ hỗn hợp Sr-90/Y-90 phương pháp điện phân đơn giản lắng đọng Y-90 độ pH ~ 2,5-3,0 nhiệt độ phòng đạt kết (97 ± 2%) [1] Năm 2009, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA tổ chức dự án nghiên cứu kết hợp (viết tắt CRP) phát triển công nghệ máy phát hạt nhân để tách đồng vị phóng xạ phương pháp khác [2] Năm 2011, M.S Mansur Amushtaq phát triển phương pháp tách Y-90 từ hỗn hợp Sr-90/Y-90 thơng qua hình thành chất keo Y-90 môi trường bản, hỗn hợp truyền qua thủy tinh cách nhiệt màng lọc, dung dịch lọc chứa Sr-90 Y-90 giữ lại bông/màng lọc 51 4.1.2 Kết phương pháp đếm tổng hoạt độ beta xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-90 Bảng 4.2 Bảng tổng hợp kết đo E Lần Lần Lần TB (KeV) Phông TB trừ Số Số đếm phông đếm /s bị chặn 20 16 20 18,6667 46202 46244 46076 46160 46141,3 230,71 Độ dày (mm) 0,1 160 41513 41149 41222 41294,7 41276 206,39 4865,33 0,2 260 37932 37490 37905 37775,7 37757 188,79 3519,00 0,3 347 34998 35081 35379 35152,7 35134 175,68 2623,00 0,4 425 33224 32831 33193 33082,7 33064 165,33 2070,00 0,5 497 31540 31248 31190 31326 31307,3 156,54 1756,67 0,6 566 29585 29724 29659 29656 29637,3 148,19 1670,00 0,7 631 27922 28147 28109 28059,3 28040,7 140,21 1596,66 0,8 693 26912 26844 26739 26831,7 26813 134,07 1227,67 0,9 753 25860 25488 25732 25693,3 25674,7 128,38 1138,33 1,0 816 24522 24430 24627 24526.3 24507,7 122,54 1167,00 1,1 868 23466 23740 23384 23530 23511,3 117,56 996,34 1,2 923 22686 22905 22580 22723,7 22705 113,53 806,33 1,3 977 21513 21607 21655 21591,7 21573 107,87 1132,00 1,4 1030 20502 20638 20444 20528 20509,3 102,55 1063,67 1,5 1081 19734 19952 19863 19849,7 19831 99,16 678,33 1,6 1131 19209 18732 18977 18972,7 18954 94,78 877,00 1,7 1181 18479 18362 18569 18470 18451,3 92,26 502,67 1,8 1230 17750 17700 17547 17665,7 17647 88,24 804,33 1,9 1280 16683 17003 16752 16812,7 16794 83,98 853,00 2,0 1325 16254 16247 16270 16257 16238,3 81,2 555,67 52 Bảng 4.2 Bảng tổng hợp kết đo (tiếp theo) Độ dày E TB trừ Số Số đếm (mm) (KeV) phông đếm /s bị chặn 2,1 1372 15617 15418 15733 15589,3 15570,7 77,86 667,66 2,2 1417 14890 14878 14889 14885,7 14867 74,34 703,67 2,3 1462 14372 14600 14393 14455 14436,3 72,19 430,67 2,4 1507 13724 13813 13921 13819,3 13800,7 69,01 635,66 2,5 1551 13413 13276 13502 13397 13378,3 66,9 422,34 2,6 1595 13020 12904 13214 13046 13027,3 65,14 351,00 2,7 1638 12601 12495 12572 12556 12537,3 62,69 490,00 2,8 1680 12088 12123 12219 12143,3 12124,7 60,63 412,66 2,9 1723 11376 11411 11355 11380,7 11362 56,82 762,67 3,0 1768 10955 10854 10854 10887,7 10869 54,35 493,00 3,1 1806 10453 10551 10363 10455,7 10437 52,19 432,00 3,2 1847 10242 10213 10215 10223,3 10204,7 51,03 232,33 3,3 1887 9862 9779 9911 9850,67 9832 49,17 372,67 3,4 1928 9220 9348 9380 9316 9297,33 46,49 534,67 35 1968 9178 9313 9141 9210,67 9192 45,97 105,33 3,6 2007 8769 8905 8644 8772,67 8754 43,78 438,00 3,7 2046 8676 8575 8549 8600 8581,33 42,91 172,67 3,8 2085 7976 8113 8000 8029,67 8011 40,06 570,33 3,9 2124 7779 7647 7741 7722,34 7703,67 38,52 307,33 4,0 2165 7458 7440 7433 7443,67 7425 37,13 278,67 4,1 2200 7229 7094 7233 7185,34 7166,67 35,84 258,33 4,2 2238 6965 6984 6845 6931,34 6912,67 34,57 254,00 4,3 2276 6691 6650 6773 6704,67 6686 33,44 226,67 4,4 2313 6461 6506 6487 6484,67 6466 32,34 220,00 Lần Lần Lần TB 53 Trong bảng 4.2, với thí nghiệm ta thực lần đo bao gồm đo phông đo số đếm suy giảm theo độ dày Thời gian đo 100 giây, số đếm thu nhận lớn 10000 (đảm bảo sai số phép đo nhỏ 1%) Cao làm việc hệ đo thiết lập 650V Kết đo số đếm suy giảm theo độ dày lượng cực đại đồ thị hình 4.2 Hình 4.2 Số đếm bị chặn theo lượng 4.1.3 Xử lý số liệu kết Từ số liệu thực nghiệm, phổ beta mẫu đo tính theo cơng thức 3.1 Hình 4.3 Phổ beta mẫu đo Từ phổ beta thu nhận, số liệu tương ứng với dải lượng 566 – 2313 keV trích xuất để tiếp tục xử lý (làm khớp với đa thức bậc 2) Kết trình bày hình 4.4 54 Hình 4.4 Làm khớp số liệu thực nghiệm Đa thức bậc tìm hàm f(x) = -5.10-6 x2 + 0,0081x + 13,2 Áp dụng biểu thức 3.3: Sr − 90 / Y − 90 =   45  2500     Ni  −  f ( x ) dx     2500  f ( x ) dx Trong đó, giá trị tích phân hàm f(x) xác định 32270, từ tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-90 xác định gần 0,24 Một cách ước lượng, hoạt độ Sr-90 khoảng từ 24% hoạt độ Y-90 Như buồng triết thứ nhất, độ Y-90 đạt khoảng 86% cần phải sử dụng thêm buồng triết thứ hình 3.4 4.1.4 Kết luận Khóa luận trình bày ngắn gọn phương pháp xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-90 cách đo suy giảm số đếm xung thu nhận hệ đếm tổng hoạt độ beta theo mẫu chuẩn nhơm che chắn có độ dày khác từ mm đếm 4,4 mm Phương pháp tách phổ Y-90 từ phổ tổng trình bày Kết thực nghiệm cho thấy hoạt độ Sr-90 gần 24% hoạt độ Y-90 buồng thứ Độ Y-90 buồng đạt khoảng 86% 55 4.2 Phương pháp tách Sr-90 Y-90 từ trường nam châm 4.2.1 Kết đo cảm ứng từ ba loại nam châm Thí nghiệm đo thực lần, với thông số cố định cường độ dòng điện cung cấp cho dây dẫn 2A, chiều dài dây dẫn đặt từ trường nam châm 0,0468  0,0003 m, lần đo ta có giá trị lực từ thể lực kế Các giá trị đo thể qua bảng 4.3 giá trị cảm ứng từ tính theo cơng thức 3.6 Bảng 4.3 Số liệu đo cảm ứng từ ba nam châm Lực từ (N) Lần Nam châm A Nam châm B Nam châm C 0,003 0,005 0,008 0,004 0,005 0,008 0,003 0,005 0,007 0,003 0,005 0,008 0,004 0,006 0,007 Trung bình 0,0034  0,0003 0,0052  0,0002 0,0076  0,0003 36,2  3,2 55,4  2,2 80,9  3,2 Cảm ứng từ B (mT) 4.2.2 Kết tách Sr-90 Y-90 từ trường nam châm Trong thí nghiệm với nam châm, ta khảo sát ba vị trí, vị trí thực phép đo, phép đo ta thực lần đo, lần đo thời gian 200 giây Kết đo thể bảng 4.5, 4.6 4.7 Bảng 4.4 Số liệu đo phông môi trường Số đếm phông Lần Lần Lần Lần Lần TB 81 83 86 83 87 84,0  1,1 56 Bảng 4.5 Số liệu đo khu vực nam châm A (36,2  3,2 mT) Số đếm trừ phông Khu vực I 90 Khu vực II 90 Khu vực III 90 Lần Lần Lần Lần Lần Trung bình 90 Sr 1415 1460 1377 1386 1368 1401,2  16,7 90 Y 14162 14104 14249 14138 14495 14229,6  70,6 13210 13097 13377 13105 13179 13193,6  50,7 Sr 90 Y 90 Sr 3252 3228 3140 3069 3127 3163,2  33,8 90 Y 8102 8099 8066 8214 8030 8102,2  30,9 9360 9471 9471 9496 9461 9451,8  23,7 Sr 90 Y 90 Sr 1676 1697 1636 1705 1748 1692,4  18,4 90 Y 3331 3368 3463 3365 3351 3375,6  22,9 4481 4464 4446 4451 4442 4456,8  7,1 Sr 90 Y Bảng 4.6 Số liệu đo khu vực nam châm B (55,4  2,2 mT) Số đếm trừ phông Khu vực I 90 Khu vực II 90 Khu vực III 90 Lần Lần Lần Lần Lần Trung bình 90 Sr 891 870 869 843 884 871,4  8,3 90 Y 9257 9370 9228 9381 9379 9323,0  33,3 10486 10581 10522 10570 10674 10566,6  31,9 Sr 90 Y 90 Sr 4130 4018 4035 4026 4073 4056,4  20,7 90 Y 4795 4735 4867 4893 4760 4810,0  30,5 7090 7244 7203 7134 7111 7156,4  29,0 Sr 90 Y 90 Sr 2438 2486 2444 2512 2403 2456,6  19,2 90 Y 2948 3047 3008 3013 3006 3004,4  16,0 3911 3839 3866 3829 3825 3854,0  16,0 Sr 90 Y 57 Bảng 4.7 Số liệu đo khu vực nam châm C (80,9  3,2 mT) Số đếm trừ phông Khu vực 90 I Khu vực 90 II Khu vực III 90 Lần Lần Lần Lần Lần Trung bình 90 Sr 8676 8674 8535 8730 8696 8662,2  33,4 90 Y 2900 2967 2888 2753 2844 2870,4  35,4 10308 10342 10329 10374 10273 10325,2  16,9 Sr 90 Y 90 Sr 5915 6133 5868 5941 5922 5955,8  45,9 90 Y 2138 2154 2136 2153 2219 2160,0  15,3 7378 7499 7481 7376 7492 7445,2  28,0 Sr 90 Y 90 Sr 3660 3564 3654 3510 3579 3593,4  28,5 90 Y 994 978 987 967 1006 986,4  6,7 4483 4595 4563 4532 4563 4547,2  18,9 Sr 90 Y 4.2.3 Xử lý số liệu kết Từ số liệu thực nghiệm bảng 4.5, 4.6 4.7, hiệu suất thu nhận số đếm Sr-90 số đếm Y-90 so với số đếm tổng thu khơng có nam châm tính theo cơng thức 3.4 3.5, kết tính hiệu suất thể bảng 4.8 Từ bảng 4.8 ta thấy nam châm A có giá trị cảm ứng từ 36,2  3,2 mT khảo sát khu vực I, II III sắt chữ U cho kết hiệu suất thu nhận Sr-90 so với tổng nhỏ khoảng 10-33%, chứng tỏ từ trường nam châm A gây khơng đủ lớn để bẻ cong hết tia beta lượng thấp (0-546 keV) Strontium khỏi số đếm tổng Ngược lại với nam châm A, nam châm C có giá trị cảm ứng từ 80,9  3,2 mT (lớn  2,23 lần nam châm A) hiệu suất thu nhận Sr-90 khoảng 80% so với tổng số đếm thu nhận Với giá trị từ trường tia beta lượng thấp Sr-90 phần tia beta Y-90 bị từ trường bẻ cong so với hướng ban đầu 58 Với giá trị cảm ứng từ 55,4  2,2 mT nam châm B lớn nam châm A  1,53 lần nhỏ nam châm C  1,46 lần Tại khu vực II III, ta thấy hiệu suất ghi nhận Sr-90 Y-90 sấp xỉ nhau, cụ thể khu vực II 56,69  0,37% 67,22  0,51% (chênh lệch 0,19%) khu vực III 63,75  0,56% 77,69  0,53% (chênh lệch 0,22%) Bảng 4.8 Hiệu suất thu nhận Sr-90, Y-90 so với tổng Sr-90 Y-90 Nam châm A Trung bình số đếm Khu vực I với tổng (%) bình số đếm Hiệu suất so với tổng (%) Trung bình số đếm Hiệu suất so với tổng (%) Sr 1401,2  16,7 10,63  0,13 871,4  8,3 8,250  0,08 8662,2  33,4 83,90  0,35 90 Y 14229,6  70,6 107,86  0,68 9323,0  33,3 88,24  0,41 2870,4  35,4 27,80  0,35 90 Sr 13193,6  50,7 100 10566,6  31,9 100 10325,2  16,9 100 90 Y 90 Sr 3163,2  33,8 33,47  0,37 4056,4  20,7 56,69  0,37 5955,8  45,9 80,00  0,69 90 Y 8102,2  30,9 85,73  0,39 4810,0  30,5 67,22  0,51 2160,0  15,3 29,02  0,23 90 Sr 9451,8  23,7 100 7156,4  29,0 100 7445,2  28,0 100 Khu vực III suất so Trung Nam Châm C 90 Khu vực II Hiệu Nam Châm B 90 Y 90 Sr 1692,4  18,4 37,98  0,42 2456,6  19,2 63,75  0,56 3593,4  28,5 79,03  0,71 90 Y 3375,6  22,9 75,75  0,53 3004,4  16,0 77,69  0,53 986,4  6,7 21,70  0,17 90 Sr 4456,8  7,1 100 3854,0  16,0 100 4547,2  18,9 100 90 Y 59 4.2.4 Kết luận Qua kết đo được, ta nhận thấy dùng từ trường nam châm để bẻ cong tia beta cụ thể khóa luận ta thay đổi từ trường nam châm từ nhỏ đến lớn, với từ trường nhỏ tia beta lượng thấp Sr-90 phát bị bẻ cong phần, với từ trường khoảng 55,4  2,2 mT tia beta Sr-90 phát bị bẻ cong hoàn toàn với từ trường lớn hơn, phần tia beta Y-90 bị bẻ cong so với hướng ban đầu Với từ trường 55,4  2,2 mT nam châm B gây ta tính tỉ số Sr-90/Y90 khu vực II 84,33%, có nghĩa hoạt độ Sr-90 khoảng 84,33% hoạt độ Y-90 với khu vực III tỉ số Sr-90/Y-90 tính 82,06% có nghĩa hoạt độ Sr-90 khoảng 82,06% hoạt độ Y-90 Vậy nam châm có cảm ứng từ khoảng 55,4  2,2 mT hợp lý để tách xác định nhanh Y-90 Sr92 từ hỗn hợp Sr-90 Y-90 4.3 Kết luận chương Trong chương 4, ta đánh giá hai phương pháp hồn chỉnh xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-90 hồn thành mục tiêu đề khóa luận phương pháp dùng hệ đếm tổng hoạt độ beta phương pháp tách từ trường nam châm 60 KẾT LUẬN Khóa luận trình bày hai phương pháp xác định nhanh tỷ số Sr-90/Y-90 đạt kết sau: Đối với phương pháp đếm tổng hoạt độ beta xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-90: cách xác định phổ beta thực nghiệm từ việc đo suy giảm số đếm thu nhận hệ đếm tổng hoạt độ beta GC 602A theo mẫu nhơm che chắn có độ dày 0-4,4mm dùng mơ hình tốn học để tách phổ Y-90 từ phổ tổng Ta tính tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-90 0,24 Tức hoạt độ Sr-90 khoảng 24% hoạt độ Y-90 buồng thứ Kết luận độ Y-90 buồng đạt khoảng 86% Đối với phương pháp tách Sr-90 Y-90 từ trường nam châm: Thông qua việc sử dụng giá trị từ trường bố trí thí nghiệm đo khác để đánh giá mức độ bẻ cong tia beta lượng thấp Sr-90, ta nhận thấy nam châm có cảm ứng từ B khoảng 55,4  2,2 mT hợp lý để bẻ cong tất tia beta có lượng thấp Do đánh giá tốt tỉ số Sr-90/Y-90, cụ thể hai khu vực II III: Ở khu vực II vùng khảo sát, tỉ số Sr-90/Y-90 = 84,33%, có nghĩa hoạt độ Sr-90 khoảng 84,33% hoạt độ Y-90 Ở khu vực III, tỉ số Sr-90/Y-90 tính 82,06% có nghĩa hoạt độ Sr90 khoảng 82,06% hoạt độ Y-90 Các giá trị tỉ số Sr-90/Y-90 thu từ phương pháp khẳng định phù hợp tốt với thông số nguồn chuẩn nhà sản xuất năm 2007 Tức nguồn chuẩn Sr-90 có cân với Y-90 mặt hoạt độ tương ứng với tỷ số Sr-90/Y-90 xấp xỉ giá trị Tóm lại, phương pháp tách Sr-90/Y-90 sử dụng nam châm cho kết tốt đơn giản Phương pháp khơng địi hỏi nhiều thời gian để tách hay tính tốn tích phân phương pháp đếm tổng hoạt độ beta sử dụng vật liệu che chắn Do thỏa mãn yêu cầu xác định nhanh Sr-90/Y-90 mẫu môi trường y học hạt nhân 61 KIẾN NGHỊ Đối với phương pháp đếm tổng hoạt độ beta xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr-90/Y-90, thật phương pháp hiệu quả, không cần phá hủy mẫu Nhưng phương pháp trình bày khóa luận thực với mẫu Sr90/Y-90 có hoạt độ thấp, cần xem xét phương pháp với nguồn có hoạt độ lớn, khả sử dụng hệ đo nhấp nháy lỏng thay cho máy đo tổng hoạt độ beta cần phải xem xét, ứng dụng phương pháp vào đo Strontium -90 lương thực đánh giá liều hiệu dụng năm đồng vị phóng xạ Đối với phương pháp tách Sr-90 Y-90 từ trường nam châm dùng từ trường hay điện trường để làm lệch hoàn toàn tia Sr -90 Y – 90 hồn tồn khơng thể beta có phổ lượng liên tục làm lệch phân bố cực đại chùm tia khỏi vị trí đầu Ở khóa luận, khảo sát vị trí, truyền thẳng bị bẻ cong góc 900 có nam châm truyền thẳng khơng có nam châm, để đánh giá cách tốt tỉ số Sr-90/Y-90 từ trường nam châm, đề xuất số hướng nghiên cứu sau: Nếu cần xác định số đếm vùng phân bố cực đại cần chọn cửa sổ hệ đo cho phù hợp nhanh hiệu nhiều Từ dạng phân bố số đếm vùng phân bố cực đại phân bố tương ứng với Sr-90 Y-90 hồn tồn dùng mơ hình phân bố để tách tái tạo lại thành phổ riêng Y-90 Sr 90, sau tính tỉ số hoạt độ Sr-90/Y-90 Một phương pháp khác ta khảo sát số đếm theo từ trường, với từ trường từ nam châm vĩnh cữu mà từ nam châm điện, ta thay đổi dòng điện để làm thay đổi từ trường Lập bảng đồ thị phụ thuộc số đếm theo từ trường để tìm hai cực đại phân bố (từ trường thay đổi tương ứng với trục lượng), từ kết dựa vào phân bố phổ beta để biết ta tách hết hay chưa Tất nhiên để kết thí nghiệm tốt, cần có thay đổi từ trường đủ nhỏ đề xuất nam châm điện hồn tồn hợp lý có tính tốn trước làm thí nghiệm 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R Chakravarty, U Pandey, R B Manolkar, and A Dash, Development of an electrochemical 90Sr – 90Y generator for separation of 90Y suitable for targeted therapy, vol 35, pp 245–253,2008 [2] T Radionuclide and R Generators (2009), Therapeutic Radionuclide Generators: 90 Sr/90Y and 188W/188Re Generators, Tecnical reports, no 470 pp 248 [3] M S Mansur and A Mushtaq (2011), Separation of yttrium-90 from strontium90 via colloid formation, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, vol 288, no pp 337–340 [4] R Chakravarty and A Dash (2012), A Nuclear Medicine Perspective, vol 27, no 10, pp 621–641 [5] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Thành phố Hồ Chí Minh [6] Centers for Disease Control and Preventiom, (2018, April 4), Radioisotope Brief Strontium-90 [Online] Available: https://www.cdc.gov/nceh/radiation/emergencies/isotopes/strontium.htm (Ngày truy cập: 15/6/2020) [7] Human Health Fact Sheet, (2001, October), Strontium [Online] Available: http://hpschapters.org/northcarolina/NSDS/strontium.pdf (Ngày truy cập: 17/6/2020) [8] Gopal B Saha (2012), Fundamentals of Nuclear Pharmacy, Six Edition, Springer [9] T Roy, F Tessier, and M McEwen (2018), A system for the measurement of electron stopping powers: proof of principle using a pure β-emitting source, Radiat Phys Chem, vol 149, pp 134–141 [10] Hồng Đức Tâm (2019), Phân tích sai số liệu thực nghiệm Nhà xuất Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh: Thành phố Hồ Chí Minh 63 PHỤ LỤC A CƠNG THỨC TÍNH SAI SỐ CÁC PHÉP ĐO THỰC NGHIỆM Độ lệch chuẩn giá trị trung bình phản ảnh độ dao động số trung bình mẫu [10] Giá trị cho ta biết sai số quanh giá trị trung bình tính Trong phép đo ta thực nhiều lần đo để thu thành phần số đếm xi với i = 1, 2, …, N, sau tính giá trị trung bình Trong khóa luận, chúng tơi trình bày sai số kết đo dạng: ( x = x  x ) Trong x giá trị trung bình tính qua lần đo, x độ lệch chuẩn trung bình Giá trị trung bình sau N lần đo tính cơng thức: N x =  xi N i=1 Bình phương độ lệch lần đo so với giá trị trung bình: ( di = x i − x ) Độ lệch chuẩn mô tả độ biến thiên liệu phép đo cho biết cá thể mẫu khác so với trung bình mẫu [10], tính cơng thức: x = ( N N d = i  xi − x N −1 N −1 Độ lệch chuẩn trung bình tính sau: x = x = N ( N  xi − x N ( N − 1) ) ) 64 Trong khóa luận, chúng tơi tính sai số số đếm khảo sát tăng cao hệ đo tổng GC 602A sau: Bảng A.1 Số đếm khảo sát cao 400V hệ đếm tổng beta GC 602A Cao Lần Lần Lần 400V 19583 19497 19484 Giá trị trung bình sau lần đo tính cơng thức: x=  xi = 19521,33 i=1 Độ lệch chuẩn: ( N x =  xi − x N −1 ) ( =  xi − x )  31,06 Độ lệch chuẩn trung bình: x = x 31,06 =  17,94 N Vậy trung bình số đếm cao 400V viết sau: N5 = 19521,33  17,94 số đếm Phương pháp sử dụng khóa luận để tính sai số lực từ F bảng 4.3, tính sai số số đếm phơng bảng 4.4 tính sai số số đếm đo khu vực nam châm A, B, C thể bảng 4.5, 4.6 4.7 65 B CƠNG THỨC TÍNH SAI SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN SAI SỐ Trong trình xử lý số liệu, đại lượng khơng thể đo phép đo trực tiếp mà thông qua hàm nhiều biến [10] cảm ứng từ hay hiệu suất thu nhận Sr-90 Y-90 so với tổng Phương pháp truyền sai số dùng để tính sai số đại lượng thông qua sai số biến mà đo Cơ sở phương pháp dựa việc cực tiểu hóa độ lệch (phương sai) giá trị đo với giá trị tính từ hàm phân bố liệu [10] Công thức dạng tổng quát phương sai: m −1  y  2 y =     x k + 2  x k =1  k =1 k  m y y xk x  x  x =k +1 k m  Nếu đại lượng độc lập, phương sai viết lại sau: 2  y   y   =   x1 +    x +  x  x  1  2 y Cụ thể, khóa luận chúng tơi tính sai số cảm ứng từ B bỏ qua sai số cường độ dòng điện sau: 2  B   B  B =   F +     F    Sai số hiệu suất thu nhận Sr-90 Y-90 so với tổng tính sau: Sr −90       =    N(Sr −90)+(Y −90)   NSr −90 +    NSr −90    N(Sr −90)+(Y −90)  Y −90       =    N(Sr −90)+(Y −90)   NY −90 +    N Y−90    N (Sr −90)+(Y−90)  2 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHANH Sr- 90/ Y -90, ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MƠI TRƯỜNG VÀ Y HỌC HẠT NHÂN Người thực hiện:... v? ?y, th? ?y tầm quan trọng việc sử dụng đồng vị Y -90 y học hạt nhân việc tách Y -90 từ hỗn hợp Sr- 90/ Y -90 Hiện nay, Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu vấn đề n? ?y, lý tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu xác. .. beta xác định nhanh tỷ số hoạt độ Sr- 90/ Y -90 3.1.1 Phương pháp Phương pháp thực nghiệm xác để xác định tỷ số hoạt độ Sr- 90/ Y -90 mẫu đo phương pháp tách hóa đồng vị Sr- 90 Y -90, sau dùng m? ?y đo