Xác định đặc trưng đo liều của hệ phổ kế neutron hình trụ

Luận văn này trình bày việc xác định các đặc trưng đo liều của hệ phổ kế neutron hình trụ sử dụng cho mục đích đánh giá an toàn bức xạ. Quá trình thực nghiệm và xử lý kết quả được thực hiên tại Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân (VKHKTHN) dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Ngọc Thiệm và TS. Nguyễn Thế Nghĩa. Ngày nay, năng lượng nguyên từ ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đời sống như trong y tế, công nghiệp, nông nghiệp,… Do đó, vấn đề an toàn bức xạ luôn được quan tâm hàng đầu. Để xác định được mức độ ảnh hưởng của bức xạ ion hóa xung quanh môi trường làm việc trong công nghiệp, cơ sở y tế, trường đại học, các tổ chức nghiên cứu hay trong nhà máy điện hạt nhân cần sử dụng các thiết bị ghi đo bức xạ ion hóa. Theo khuyến cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), mỗi thiết bị ghi đo bức xạ nên được hiệu chuẩn trước khi đưa vào sử dụng và hiệu chuẩn lại sau khoảng 12 tháng đến 14 tháng 4. VKHKTHN thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam là cơ quan duy nhất tại Việt Nam có phòng chuẩn cấp hai về đo liều bức xạ ion hóa (SSDLVN) nằm trong hệ thống SSDL của WHOIAEA. Nhiệm vụ của phòng chuẩn là hiệu chuẩn các thiếta bị ghi đo bức xạ ion hóa (bao gồm cả các thiết bị đo liều neutron) để chắc chắn rằng các thiết bị hoạt động bình thường với độ chính xác có thể tin cậy được. Phòng chuẩn neutron tại VKHKTHN sử dụng nguồn 241Am – Be. Để thực hiện quá trình hiệu chuẩn các thiết bị đo neutron, các đặc trưng của trường chuẩn neutron đã được xác định bằng hệ phổ kế cầu Bonner (BSS) (bao gồm các quả cầu polyethylene có đường kính khác nhau (2, 3, 5, 8, 10, 12 inch)). Ngoài ra, hệ BSS cũng có thể được sử dụng để đo đạc, đánh giá an toàn bức xạ tại các cơ sở bức xạ. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, hệ BSS bao gồm nhiều quả cầu khá nặng và bất tiện trong việc di chuyển và bố trí thực nghiệm. Do đó, để thuận lợi cho công việc và dễ dàng khi chế tạo, một hệ phổ kế neutron hình trụ (CNS) lồng nhau đã được thiết kế và chế tạo thành công tại VKHKTHN. Trong luận văn này, các đặc trưng đo liều của hệ CNS như phổ thông lượng neutron, thông lượng neutron (

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đặng Thị Mỹ Linh XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐO LIỀU CỦA HỆ PHỔ KẾ NEUTRON HÌNH TRỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đặng Thị Mỹ Linh XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐO LIỀU CỦA HỆ PHỔ KẾ NEUTRON HÌNH TRỤ Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số: 8440130.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Ngọc Thiệm TS Nguyễn Thế Nghĩa Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Lê Ngọc Thiệm – Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân, TS Nguyễn Thế Nghĩa – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dìu dắt, hướng dẫn tơi tận tình tạo điều kiện tốt cho q trình tơi thực luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy, cô giáo Khoa Vật lý thầy, cô giáo môn Vật lý Nguyên tử Hạt nhân tận tâm dạy, hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Lãnh đạo Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân đồng nghiệp giúp đỡ, hỗ trợ tạo điều kiện giúp thực luận văn Xin chân thành cảm ơn TS Roberto Bedogni – Viện Vật lý Hạt nhân Quốc gia Ý cho phép sử dụng phần mềm tách phổ FRUIT suốt trình làm việc thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến gia đình, bạn bè ủng hộ, giúp đỡ sống, cơng việc suốt q trình học tập, nghiên cứu, thực đề tài luận văn Thạc sỹ Đặng Thị Mỹ Linh i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VKHKTHN Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân BSS Hệ phổ kế neutron hình cầu Bonner CNS Hệ phổ kế neutron hình trụ FRUIT Frascati Unfolding Interactive Tool – phần mềm tách phổ FRUIT 𝜑𝐸 Suất thông lượng neutron 𝐻̇ ∗ (10) Suất tương đương liều neutron môi trường 𝐸̃ Năng lượng neutron trung bình tồn dải tương đương liều 𝐸̅ Năng lượng neutron trung bình tồn phổ thơng lượng ̅̅̅̅ ℎ 𝜙 Hệ số chuyển đổi từ thông lượng sang tương đương liều IAEA Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế INFN Viện Vật lý Hạt nhân Quốc gia Ý PSDL Phòng chuẩn cấp đo liều xạ ion hóa SSDL Phịng chuẩn cấp hai đo liều xạ ion hóa VINATOM Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam WHO Tổ chức Y tế Thế giới ISO Cơ quan Tiêu chuẩn Quốc tế ii DANH MỤC HÌNH VẼ 1.1 (a) Trường xạ thực, (b) Trường xạ mở rộng định hướng (c) Trường xạ định hướng Hình trịn nét đứt hình (b) (c) mơ tả kích thước yêu cầu trường xạ tương ứng 1.2 Cấu trúc trường xạ hình cầu ICRU điểm P′ mà tương đương liều xác định Bức xạ tương tác với hình cầu từ nhiều hướng khác trường xạ mở rộng H′ (d, Ω) định nghĩa cho hướng Ω vectơ bán kính độ sâu d Trong trường xạ mở rộng định hướng, vectơ bán kính việc xác định H ∗ (d) ln ngược hướng với trường xạ 1.3 Mối quan hệ đại lượng vật lý, đại lượng đặc trưng cho trường 11 xạ neutron chuẩn đại lượng dùng chuẩn 1.4 Quá trình tương tác neutron chất làm chậm 13 1.5 Hệ BSS đầu dị 6Li(Eu) 14 1.6 Phổ thơng lượng neutron khoảng cách 100cm 200cm trường chuẩn 15 neutron với nguồn 241Am-Be trần sử dụng hệ BSS 1.7 Phổ thông lượng neutron khoảng cách 150 cm trường chuẩn neutron 16 với nguồn 241Am-Be làm chậm cầu polyethylene đường kính khác sử dụng hệ BSS 2.1 Cấu hình nguồn 214Am – Be 19 2.2 Phòng chuẩn liều neutron 19 2.3 Cấu tạo đầu dò 6LiI(Eu) 20 2.4 Hệ phổ kế neutron hình trụ đầu dị 6LiI(Eu) 21 2.5 Hàm đáp ứng hệ phổ kế neutron hình trụ mơ MCNP 22 2.6 Giao diện phần mềm tách phổ neutron FRUIT 27 iii 2.7 Các file thông số đầu vào file kết đầu phần mềm tách phổ 29 FRUIT 3.1 Phổ thông lượng neutron khoảng cách 150 cm đo hệ CNS hệ BSS 31 trường chuẩn neutron khác 3.2 Suất tương đương liều neutron môi trường khoảng cách 150 cm đo hệ 33 CNS hệ BSS trường chuẩn neutron khác 3.3 Năng lượng neutron trung bình tồn dải liều khoảng cách 150 cm đo 34 hệ CNS hệ BSS trường chuẩn neutron khác 3.4 Hệ số chuyển đổi thông lượng neutron sang suất tương đương liều neutron môi trường khoảng cách 150 cm đo hệ CNS hệ BSS trường chuẩn neutron khác iv 36 DANH MỤC BẢNG BIỂU 1.1 Các đại lượng dùng an toàn xạ 11 1.2 Các đại lượng đặc trưng trường chuẩn liều neutron khoảng cách 17 150 cm xác định hệ BSS 2.1 Kích thước lớp làm chậm hình trụ 22 2.2 Số đọc thu từ hệ CNS các trường chuẩn neutron khác 27 2.3 Hệ số chuyển đổi thông lượng neutron sang tương đương liều neutron môi 28 trường neutron đơn tới cầu ICRU 3.1 Thông lượng neutron khoảng cách 150 cm đo hệ CNS hệ BSS 32 3.2 Năng lượng neutron trung bình tồn dải phổ thơng lượng khoảng cách 35 150 cm đo hệ CNS hệ BSS A.1 Hàm đáp ứng hệ phổ kế neutron hình trụ mô MCNP 42 A.2 Dữ liệu đầu vào phần mềm tách phổ FRUIT 46 v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ii DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Các thuật ngữ, đại lượng thường sử dụng trường chuẩn liều neutron [4, 9] 1.1.1 Các thuật ngữ sử dụng trường chuẩn liều neutron [4] 1.1.2 Các đại lượng đặc trưng cho trường xạ neutron chuẩn liều neutron [9] 1.2 Hệ phổ kế cầu Bonner (BSS) trường chuẩn neutron thiết lập sử dụng hệ BSS 12 1.2.1 Hệ phổ kế cầu Bonner (BSS) 12 1.2.2 Các trường chuẩn neutron thiết lập hệ BSS 15 1.3 Ý tưởng thiết kế hệ phổ kế neutron hình trụ (CNS) 17 CHƯƠNG 2: TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 19 2.1 Phòng chuẩn nguồn chuẩn neutron 19 2.2 Hệ phổ kế neutron hình trụ (CNS) 20 2.3 Phương pháp tách phổ neutron phần mềm FRUIT 23 2.4 Các bước thực nghiệm 26 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Phổ thông lượng neutron 30 3.2 Thông lượng neutron 31 3.3 Suất tương đương liều neutron môi trường 32 3.4 Năng lượng neutron trung bình tồn dải tương đương liều 33 3.5 Năng lượng neutron trung bình tồn dải phổ thông lượng 34 3.6 Hệ số chuyển đổi thông lượng neutron sang suất tương đương liều neutron môi trường 35 vi KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 42 vii MỞ ĐẦU Luận văn trình bày việc xác định đặc trưng đo liều hệ phổ kế neutron hình trụ sử dụng cho mục đích đánh giá an tồn xạ Q trình thực nghiệm xử lý kết thực hiên Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân (VKHKTHN) hướng dẫn TS Lê Ngọc Thiệm TS Nguyễn Thế Nghĩa Ngày nay, lượng nguyên từ ngày ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống y tế, cơng nghiệp, nơng nghiệp,… Do đó, vấn đề an tồn xạ ln quan tâm hàng đầu Để xác định mức độ ảnh hưởng xạ ion hóa xung quanh mơi trường làm việc công nghiệp, sở y tế, trường đại học, tổ chức nghiên cứu hay nhà máy điện hạt nhân cần sử dụng thiết bị ghi đo xạ ion hóa Theo khuyến cáo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), thiết bị ghi đo xạ nên hiệu chuẩn trước đưa vào sử dụng hiệu chuẩn lại sau khoảng 12 tháng đến 14 tháng [4] VKHKTHN thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam quan Việt Nam có phịng chuẩn cấp hai đo liều xạ ion hóa (SSDL-VN) nằm hệ thống SSDL WHO/IAEA Nhiệm vụ phòng chuẩn hiệu chuẩn thiết bị ghi đo xạ ion hóa (bao gồm thiết bị đo liều neutron) để chắn thiết bị hoạt động bình thường với độ xác tin cậy Phòng chuẩn neutron VKHKTHN sử dụng nguồn 241Am – Be Để thực trình hiệu chuẩn thiết bị đo neutron, đặc trưng trường chuẩn neutron xác định hệ phổ kế cầu Bonner (BSS) (bao gồm cầu polyethylene có đường kính khác (2, 3, 5, 8, 10, 12 inch)) Ngoài ra, hệ BSS sử dụng để đo đạc, đánh giá an toàn xạ sở xạ Tuy nhiên, số trường hợp, hệ BSS bao gồm nhiều cầu nặng bất tiện việc di chuyển bố trí thực nghiệm Do đó, để thuận lợi cho cơng việc, hệ phổ kế neutron hình trụ (CNS) lồng thiết kế chế tạo thành công VKHKTHN Trong luận văn này, đặc trưng đo liều hệ CNS phổ thông lượng neutron, thông lượng neutron (𝜑𝐸 ), suất tương đương liều neutron môi trường ... có khó khăn định loại thiết bị Luận văn trình bày đặc trưng đo liều hệ phổ kế neutron hình trụ (CNS) VKHKTHN chế tạo Các đặc trưng đo liều hệ CNS xác định sử dụng trường chuẩn liều neutron với... dụng hệ BSS 2.1 Cấu hình nguồn 214Am – Be 19 2.2 Phịng chuẩn liều neutron 19 2.3 Cấu tạo đầu dò 6LiI(Eu) 20 2.4 Hệ phổ kế neutron hình trụ đầu dò 6LiI(Eu) 21 2.5 Hàm đáp ứng hệ phổ kế neutron hình. .. BSS Hệ phổ kế neutron hình cầu Bonner CNS Hệ phổ kế neutron hình trụ FRUIT Frascati Unfolding Interactive Tool – phần mềm tách phổ FRUIT