Nghiên cứu xác định mặt phân cách giữa hai môi trường bằng phương pháp đo gamma tán xạ và truyền qua

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Quốc Minh NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT PHÂN CÁCH GIỮA HAI MÔI TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO GAMMA TÁN XẠ VÀ TRUYỀN QUA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Quốc Minh NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT PHÂN CÁCH GIỮA HAI MÔI TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO GAMMA TÁN XẠ VÀ TRUYỀN QUA Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số: 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THIỆN THANH Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Tp.HCM, ngày 28 tháng 09 năm 2016 Nguyễn Quốc Minh LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập làm luận văn này, em nhận quan tâm, giúp đỡ tận tình từ q Thầy Cơ, bạn bè gia đình Giờ đây, luận văn hồn thành, em khơng biết nói gởi lời cảm ơn chân thành đến:  TS Trần Thiện Thanh – người thầy nhiệt tình giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm hướng dẫn em suốt trình thực luận văn Đồng thời, thầy người giúp cho em có thêm niềm tin động lực đường nghiên cứu khoa học  Quý thầy cô giảng dạy lớp cao học khóa 25 Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM cung cấp cho em kiến thức bổ ích kinh nghiệm giảng dạy học sinh  ThS Võ Hồng Ngun, q thầy cơ, anh, chị bạn công tác Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Tp.HCM giúp đỡ em trình làm thực nghiệm  Quý Thầy Cô hội đồng khoa học dành thời gian đọc, nhận xét góp ý để luận văn hồn thiện Cuối cùng, em muốn nói lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh chị em gia đình động viên, an ủi tiếp thêm sức mạnh để em hoàn thành luận văn Đồng thời, em cảm ơn bạn học viên lớp cao học khóa 25 chuyên ngành Vật lí nguyên tử, Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM sát cánh bên em đường tìm tri thức MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN .3 1.1 Sơ lược tình hình nghiên cứu giới nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới .3 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tương tác gamma với môi trường vật chất .5 1.2.1 Hiệu ứng quang điện 1.2.2 Hiệu ứng Compton 1.2.3 Hiệu ứng tạo cặp 1.2.4 Tán xạ chùm gamma qua vật liệu 10 1.2.5 Sự suy giảm chùm gamma qua môi trường vật chất 14 1.3 Công thức xác định mặt phân cách 15 1.4 Nhận xét chương 17 Chương HỆ ĐO G AMMA TÁN XẠ VÀ G AMMA TRUYỀN QUA 18 2.1 Thiết bị đo thực nghiệm 18 2.1.1 Nguồn phóng xạ hộp chứa nguồn 18 2.1.2 Khối đầu dò 21 2.1.3 Hệ điện tử ghi nhận xạ 23 2.1.4 Bình chứa 25 2.1.5 Đường chuẩn lượng 25 2.2 Bố trí thí nghiệm 26 2.2.1 Hệ đo gamma tán xạ 26 2.2.2 Hệ đo gamma truyền qua 28 2.3 Nhận xét chương 29 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Khảo sát phổ tán xạ phổ truyền qua 30 3.1.1 Đặc trưng phổ đo gamma tán xạ 30 3.1.2 Đặc trưng phổ đo gamma truyền qua 31 3.2 Xác định mặt phân cách hai môi trường nước - xăng 32 3.2.1 Phương pháp gamma tán xạ 32 2.2.2 Phương pháp gamma truyền qua 37 3.3 Xác định mặt phân cách hai môi trường glycerin - xăng 40 3.3.1 Phương pháp gamma tán xạ 40 3.3.2 Phương pháp gamma truyền qua 45 3.4 Xác định mặt phân cách ba môi trường nước - dầu hỏa - không khí 47 3.4.1 Phương pháp gamma tán xạ 47 3.4.2 Phương pháp gamma truyền qua 53 3.5 Nhận xét chương 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt FWHM Full Width at Half Maximum Bề rộng nửa giá trị cực đại HPGe High Purity Germanium Germani siêu tinh khiết HVPS High-Voltage Power Supply Nguồn cao áp MCA Multi Channel Analyzer Hệ phân tích đa kênh MCNP Monte Carlo N Particles Chương trình mơ MCNP USB Universal Serial Bus Chuẩn kết nối đa dụng DANH MỤC CÁC BẢNG TT Bảng Diễn giải Trang Kết tính diện tích đỉnh tán xạ theo chiều cao chương 3.1 trình Colegram phép đo tán xạ qua bình chứa nước – 33 xăng 3.2 3.3 3.4 Kết làm khớp diện tích đỉnh tán xạ lần phép đo tán xạ qua bình chứa nước – xăng Kết làm khớp diện tích tán xạ nhiều lần phép đo tán xạ qua bình chứa nước – xăng Kết làm khớp diện tích tổng phép đo tán xạ qua bình chứa nước – xăng 36 36 36 Vị trí mặt phân cách thu phép đo tán xạ dựa 3.5 diện tích đỉnh tán xạ lần, số đếm tán xạ nhiều lần 37 số đếm tổng Kết thể số đếm tổng theo chiều cao bình chứa khảo 3.6 sát vùng lượng từ keV đến 105 keV phép 38 đo nước – xăng 3.7 Kết làm khớp phép đo truyền qua nước – xăng 38 Kết tính diện tích đỉnh tán xạ theo chiều cao bình chứa 3.8 chương trình Colegram phép đo tán xạ qua bình 42 chứa glycerin – xăng 3.9 10 3.10 11 3.11 Kết làm khớp diện tích đỉnh tán xạ lần phép đo tán xạ qua bình chứa glycerin – xăng Kết làm khớp diện tích đỉnh tán xạ nhiều lần phép đo tán xạ qua bình chứa glycerin – xăng Kết làm khớp diện tích tổng phép đo tán xạ qua bình chứa glycerin – xăng 43 43 43 Vị trí mặt phân cách thu phép đo tán xạ dựa 12 3.12 diện tích đỉnh tán xạ lần, số đếm tán xạ nhiều lần 44 số đếm tổng Kết thể số đếm tổng theo chiều cao bình chứa khảo 13 3.13 sát vùng lượng từ keV đến 105 keV phép 45 đo glycerin – xăng 14 3.14 15 3.15 16 3.16 17 3.17 18 3.18 Kết làm khớp phép đo truyền qua glycerin – xăng Kết tính diện tích đỉnh tán xạ theo chiều cao chương trình Colegram phép đo nước – dầu hỏa – khơng khí Kết làm khớp diện tích đỉnh tán xạ lần phép đo tán xạ nước – dầu hỏa – không khí Kết làm khớp diện tích tán xạ nhiều lần phép đo tán xạ nước – dầu hỏa – khơng khí Kết làm khớp diện tích tổng phép đo tán xạ qua bình chứa nước – dầu hỏa – khơng khí 45 48 51 51 51 Vị trí mặt phân cách thu phép đo tán xạ dựa 19 3.19 diện tích đỉnh tán xạ lần, số đếm tán xạ nhiều lần 52 số đếm tổng Kết thể phụ thuộc số đếm tổng theo chiều cao 20 3.20 bình chứa khảo sát vùng lượng từ keV đến 105 54 keV phép đo truyền qua nước – dầu hỏa – khơng khí 21 3.21 Kết làm khớp phép đo truyền qua nước – dầu hỏa – khơng khí 55 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TT Hình Diễn giải Trang 1.1 Hiệu ứng quang điện 1.2 Tán xạ Compton 1.3 Hiệu ứng tạo cặp 10 1.4 Mơ hình hệ đo gamma tán xạ truyền qua 11 1.5 Quá trình tán xạ photon lên vật liệu 13 1.6 Sự suy giảm cường độ gama qua vật hấp thụ 15 1.7 Sự thay đổi cường độ chùm tia gamma phép đo tán xạ 16 1.8 Sự thay đổi cường độ chùm tia gamma phép đo truyền qua 16 2.1 Mơ hình nguồn 10 2.2 Cách lắp chi tiết khối nguồn 11 2.3 12 2.4 Hộp chứa nguồn dùng thí nghiệm đo gamma truyền qua 20 13 2.5 Mơ hình đầu dị NaI(Tl) 21 14 2.6 Mặt cắt khối đầu dò chuẩn trực đầu dò 22 15 2.7 Khối Osprey 23 16 2.8 Giao diện chương trình Colegram 24 17 2.9 Bình chứa dùng thực nghiệm 25 18 2.10 Mơ hình hệ đo gamma tán xạ 27 19 2.11 20 2.12 21 2.13 22 2.14 23 3.1 137 Cs Hộp chứa nguồn, thép gắn nguồn ống chuẩn trực dùng hệ đo gamma tán xạ Hệ đo gamma tán xạ ngược với mặt phân cách hai môi trường nước – xăng Mơ hình hệ đo gamma truyền qua Hệ đo gamma truyền qua với mặt phân cách hai môi trường glycerin – xăng Hệ đo gamma truyền qua với mặt phân cách ba môi trường nước – dầu hỏa – khơng khí Phổ tán xạ trước sau trừ phông 18 19 20 27 28 28 29 30 47 x H1 = 20,98 ± 4,23 (cm); x H2 = 23,16 ± 4,11 (cm) Suy ra: x H = 22,07 ± 2,95 (cm) Kết luận Vị trí mặt phân cách hai môi trường glycerin xăng mà tác giả thu phép đo truyền qua 22,07 ± 2,95 cm so với giá trị thực mà tác giả đo 21,8 cm có chênh lệch 0,27 cm Như vậy, vị trí với phép đo gamma tán xạ phép đo gamma truyền qua có chênh lệch khơng đáng kể Điều cho thấy việc xác định vị trí mặt phân cách hai môi trường phương pháp gamma tán xạ gamma truyền qua cho kết gần 3.4 Xác định mặt phân cách ba môi trường nước - dầu hỏa - khơng khí 3.4.1 Phương pháp gamma tán xạ Với mơ hình hệ đo hình 2.10 2.11 chất lỏng chứa bình nước, dầu hỏa Đồng thời, bình chứa thí nghiệm bao giấy xung quanh quan sát mắt thường ta xác định mặt phân hai môi trường Để xác định mặt phân cách môi trường nước – dầu hỏa – khơng khí phương pháp đo gamma tán xạ ngược tác giả tiến hành theo bước sau:  Bước 1: Cho nước dầu hỏa vào bình chứa, đồng thời lấy bao nhựa dùng để gói thực phẩm bao kín miệng bình nhằm tránh bay chất chứa bình Dùng giấy bao xung quanh bình đặt bình vào vị trí xác định trước  Bước 2: Tiến hành thí nghiệm đo từ đáy bình lên với vị trí khác nhau, vị trí cách cm, cm 0,5 cm Mỗi phép đo thực hai giờ, phổ lượng ghi nhận chương trình Genie 2000, lưu thành tập tin có định dạng “tka”  Bước 3: Dùng phần mềm Microsoft Excel tiến hành trừ phông lưu định dạng “asc” sử dụng chương trình Colegram tách đỉnh tán xạ lần khỏi đỉnh hai lần loại bỏ tán xạ nhiều lần  Bước 4: Dựa vào đồ thị diện tích đỉnh tán xạ lần, diện tích đỉnh tán xạ nhiều lần diện tích tổng kết hợp với bảng số liệu thu được, tác giả tiến hành 48 tính tốn xác định vị trí mặt phân cách Sau đó, dựa vào kết để đánh giá độ xác phép đo Sau đo xong, giấy gỡ lúc tác giả tiến hành đo vị trí mặt phân cách để so sánh với kết vừa tìm q trình tính tốn Mặt phân cách mà tác giả đo hai môi trường nước – dầu hỏa vị trí 15,60 ± 0,05 cm mơi trường dầu hỏa – khơng khí 26,10 ± 0,05 cm theo chiều cao bình Các vị trí quét nằm vùng từ cm – 37 cm, vật liệu bình kín gồm nước dầu hỏa Bảng 3.15 Kết tính diện tích đỉnh tán xạ theo chiều cao chương trình Colegram phép đo nước – dầu hỏa – khơng khí Chiều cao bình Diện tích đỉnh tán Diện tích tán Diện tích tổng (cm) xạ lần xạ nhiều lần 5,0 33932 ± 184 34444 ± 186 68375 ± 261 7,0 38101 ± 195 34292 ± 185 72393 ± 269 9,0 35303 ± 188 35186 ± 188 70489 ± 265 11,0 35289 ± 188 34286 ± 185 69576 ± 264 13,0 34280 ± 185 34262 ± 185 68542 ± 262 14,0 35544 ± 189 32375 ± 180 67918 ± 261 15,0 34443 ± 186 30966 ± 176 65408 ± 256 16,0 29909 ± 173 29154 ± 171 59063 ± 243 17,0 31256 ± 177 25706 ± 160 56962 ± 239 18,0 31515 ± 178 24252 ± 156 55767 ± 236 19,0 34349 ± 185 19171 ± 138 53520 ± 231 20,0 30461 ± 175 21685 ± 147 52146 ± 228 21,0 31016 ± 176 24713 ± 157 55728 ± 236 22,0 32075 ± 179 18628 ± 136 50703 ± 225 23,0 31359 ± 177 21253 ± 146 52612 ± 229 24,0 32650 ± 181 15300 ± 124 47950 ± 219 25,0 30059 ± 173 17531 ± 132 47590 ± 218 25,5 24284 ± 156 10047 ± 100 34331 ± 185 49 26,0 10682 ± 103 10859 ± 104 21541 ± 147 27,0 0 29,0 0 31,0 0 33,0 0 35,0 0 37,0 0 Dựa vào bảng 3.15, vẽ đồ thị ta hình 3.12, 3.13 3.14 50 Hình 3.12 Sự thay đổi diện tích đỉnh tán xạ lần theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa nước – dầu hỏa – khơng khí Hình 3.13 Sự thay đổi diện tích đỉnh tán xạ nhiều lần theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa nước – dầu hỏa – khơng khí 51 Hình 3.14 Sự thay đổi diện tích tổng theo chiều cao phép đo tán xạ qua bình chứa nước – dầu hỏa – khơng khí Nhận xét: Giai đoạn 1: Từ vị trí cm đến 13 cm, số đếm có giá trị lớn chênh lệch khơng đáng kể nên vùng có chứa nước Vì nước có mật độ lớn dầu nên số đếm phép đo tán xạ nước lớn Giai đoạn 2: Từ vị trí 14 cm đến 17 cm số đếm giảm dần, đường làm khớp giai đoạn có độ dốc lớn Điều chứng tỏ vùng có chứa mặt phân cách mơi trường nước – dầu hỏa Giai đoạn 3: Từ vị trí 18 cm đến 23 cm số đếm giảm không đáng kể đường làm khớp gần nằm ngang nên ta đốn vùng có chứa dầu Giai đoạn 4: Từ vị trí 24 đến 27 cm số đếm giảm nhanh đường làm khớp gần thẳng đứng nên ta suy vùng có chứa mặt phân cách mơi trường dầu hỏa – khơng khí Giai đoạn 5: Cuối từ vị trí 28 đến 37 cm, số đếm thấp gần không Điều chứng tỏ vùng có chứa khơng khí Do vùng số đếm gần không nên tác giả tiến hành quét với vị trí cách xa vùng khác hai vị trí liên tiếp cách cm Việc vẽ đồ thị làm khớp thực chương trình Origin Sau làm khớp số liệu ta thu đường thẳng L , L , L , L , L tương ứng với đường làm khớp giai đoạn 1, 2, 3, 4, Kết làm khớp thể bảng từ 3.16 đến 3.18 Bảng 3.16 Kết làm khớp diện tích đỉnh tán xạ lần phép đo tán xạ nước – dầu hỏa – khơng khí Đường thẳng Hệ số a Sai số σ a Hệ số b Sai số σ b L1 -91,17 284,96 36145,19 2696,59 L2 -2864,84 972,89 76251,77 14672,05 L3 141,55 107,02 28533,70 2228,46 L4 -20476,34 4109,85 543673,69 105551,44 52 L5 0 0 Bảng 3.17 Kết làm khớp diện tích tán xạ nhiều lần phép đo tán xạ nước – dầu hỏa – khơng khí Đường thẳng Hệ số a Sai số σ a Hệ số b Sai số σ b L1 -18,50 70,39 34657,23 664,44 L2 -2062,67 216,22 61423,36 3287,59 L3 -901,68 409,47 39836,08 8371,49 L4 -3397,89 1156,75 98629,10 28886,01 L5 0 0 Bảng 3.18 Kết làm khớp diện tích tổng phép đo tán xạ qua bình chứa nước – dầu hỏa – khơng khí Đường thẳng Hệ số a Sai số σ a Hệ số b Sai số σ b L1 -117,56 288,59 70904,18 2727,94 L2 -3915,66 579,31 123017,32 9047,89 L3 -804,84 322,06 69673,27 6735,44 L4 -14251,65 4787,77 395228,43 121379,63 L5 0 0 Áp dụng công thức từ 1.25 đến 1.30 tác giả thu kết sau: Bảng 3.19 Vị trí mặt phân cách thu phép đo tán xạ dựa diện tích đỉnh tán xạ lần, số đếm tán xạ nhiều lần số đếm tổng Kết Tán xạ lần Tán xạ nhiều lần Tổng x H1 (cm) 14,46 ± 7,54 13,09 ± 2,19 13,72 ± 3,41 x H (cm) 15,87 ± 7,15 18,59 ± 10,72 17,15 ± 6,76 x H12 (cm) 15,17 ± 5,20 15,84 ± 5,47 15,44 ± 5,17 x H3 (cm) 24,99 ± 7,14 23,55 ± 16,71 24,21 ± 12,51 x H (cm) 26,55 ± 7,41 29,03 ± 13,04 27,73 ± 12,62 x H34 (cm) 25,77 ± 5,15 26,29 ± 10,60 25,97 ± 8,88 53 Với x H1 , x H2 hoành độ giao điểm đường thẳng (L , L ) (L , L ) x H3 , x H4 hoành độ giao điểm đường thẳng (L , L ) (L , L ) x H12 vị trí mặt phân cách môi trường nước – dầu hỏa x H34 vị trí mặt phân cách mơi trường dầu hỏa – khơng khí Trong đó: x H12 = x H1 + x H2 , x H34 = x H3 + x H Kết luận: Vị trí mặt phân cách môi trường nước – dầu hỏa tính dựa số đếm đỉnh tán xạ lần 15,17 ± 5,20 cm, có sai khác so với giá trị thực tế đo 0,43 cm Vị trí xác định dựa số đếm tán xạ nhiều lần 15,84 ± 5, 47 cm có sai khác 0,24 cm Tuy nhiên, số đếm tổng, chiều cao xác định 15,44 ± 5,17 cm có sai khác nhỏ so với giá trị đo thực tế phép đo tán xạ hai môi trường nước – dầu hỏa 0,16 cm Đối với môi trường dầu hỏa – khơng khí, vị trí tính dựa số đếm đỉnh tán xạ lần 25,77 ± 5,15 cm, có sai khác so với giá trị thực tế đo 0,33 cm Vị trí xác định dựa số đếm tán xạ nhiều lần 26,29 ± 10,60 cm có sai khác 0,19 cm Tuy nhiên, vị trí xác định trường hợp lấy số đếm tổng 25,97 ± 8,88 cm có sai khác nhỏ 0,13 cm 3.4.2 Phương pháp gamma truyền qua Trong phép đo truyền qua, hệ đo bố trí hình 2.12, thành bình chứa che giấy Việc xác định mặt phân cách ba môi trường nước – dầu hỏa – khơng khí tiến hành theo bước tương tự phép đo truyền qua qua bình chứa nước – xăng glycerin – xăng vị trí quét từ cm đến 31 cm, vị trí cách cm Trong phép đo này, sau tháo giấy khỏi thành bình chứa vị trí mặt phân cách mơi trường nước – dầu hỏa mà tác giả đo 15,60 ± 0,05 cm, môi trường dầu hỏa – khơng khí 26,10 ± 0,05 cm theo chiều cao bình Dựa vào bảng 3.20, vẽ đồ thị ta thu hình 3.15 54 Hình 3.15 Sự thay đổi số đếm tổng theo chiều cao phép đo truyền qua bình chứa nước – dầu hỏa – khơng khí Bảng 3.20 Kết thể phụ thuộc số đếm tổng theo chiều cao bình chứa khảo sát vùng lượng từ keV đến 105 keV phép đo truyền qua nước – dầu hỏa – khơng khí Chiều cao bình (cm) Số đếm tổng 28689 ± 169 10 31083 ± 176 11 30329 ± 174 12 28904 ± 170 13 29262 ± 171 14 31221 ± 177 15 30680 ± 175 16 34789 ± 187 55 17 34689 ± 186 18 33873 ± 184 19 33444 ± 183 20 32804 ± 181 21 34367 ± 185 22 34826 ± 187 23 36307 ± 191 24 33746 ± 184 25 33042 ± 182 26 33917 ± 184 27 57464 ± 240 28 56453 ± 238 29 56899 ± 239 30 55503 ± 236 31 56149 ± 237 Nhận xét: Giai đoạn 1: Từ vị trí cm – 15 cm số đếm vùng nhỏ Vì nước có mật độ lớn dầu nên số đếm ghi nhận phép đo truyền qua mơi trường nước Do ta xác định vùng chứa nước Giai đoạn 2: Từ vị trí 15 cm – 16 cm cm số đếm tăng nhanh nên nhận thấy vùng có thay đổi mật độ Vì vậy, vùng có chứa mặt phân cách hai môi trường nước – dầu hỏa Giai đoạn 3: Từ vị trí 16 – 26 cm số đếm vùng lớn vùng thứ chênh lệch số đếm khơng đáng kể Do dầu có mật độ nhỏ nước nên vùng có chứa dầu hỏa Giai đoạn 4: Do có thay đổi số đếm lớn khoảng từ 26 cm – 27 cm nên mặt phân cách dầu hỏa – khơng khí nằm khoảng 56 Giai đoạn 5: Khơng khí có mật độ nhỏ ba mơi trường (mật độ khơng khí vào khoảng 0,0012 g/cm3) Do đó, chùm tia gamma bị suy giảm qua phần ống chứa khơng khí Vì vậy, số đếm phép đo truyền qua khơng khí lớn tương ứng với giai đoạn từ 27 cm đến 31 cm Sau làm khớp số liệu ta thu đường thẳng L , L , L , L , L tương ứng với đường làm khớp giai đoạn 1, 2, 3, 4, Bảng 3.21 Kết làm khớp phép đo truyền qua nước – dầu hỏa – khơng khí Đường thẳng Hệ số a Sai số σ a Hệ số b Sai số σ b L1 189,07 202,53 27727,86 2458,77 L2 4109 -30955 L3 -34,86 97,34 34871,07 2068,10 L4 23547 -578305 L5 -357,76 176,47 66865,45 5125,82 Áp dụng công thức từ 1.25 đến 1.30 tác giả thu kết sau: x H1 = 14,97 ± 1,00 (cm); x H2 = 15,89 ± 0,62 (cm) ⇒ x H12 = 15,43 ± 0,59 (cm) x H3 = 26,00 ± 0,14 (cm); x H4 = 26,99 ± 0,29 (cm) ⇒ x H34 = 26,50 ± 0,16 (cm) Kết luận Vị trí mặt phân cách hai môi trường nước – dầu hỏa mà tác giả thu phép đo truyền qua 15,43 ± 0,59 cm so với giá trị thực mà tác giả đo 15,6 cm có chênh lệch 0,17 cm Đối với môi trường dầu hỏa – khơng khí vị trí tìm 26,50 ± 0,16 cm lệch 0,40 cm so với chiều cao thực 3.5 Nhận xét chương Trong chương trình bày kết thực nghệm hệ đo gamma tán xạ truyền qua việc xác định mặt phân cách hai mơi trường có mật độ khác Q trình xử lý số liệu thực nghiệm cho kết phù hợp với chiều cao thực mà tác giả đo Điều cho thấy ta dùng phương pháp đo gamma tán xạ truyền qua để xác định vị trí mặt phân cách hai mơi trường khơng hịa tan Bên cạnh đó, việc 57 sử dụng số đếm tổng cho ta kết xác so với số đếm đỉnh tán xạ lần tán xạ nhiều lần Ngoài ra, phép đo truyền qua, nguồn phóng xạ có lượng thấp phù hợp việc xác định mặt phân cách KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với mục tiêu xác định mặt phân cách hai mơi trường khơng hịa tan phương pháp đo gamma tán xạ phương pháp đo gamma truyền qua, luận văn đạt số kết sau:  Thiết lập hệ đo gamma tán xạ hệ đo gamma truyền qua gồm: khối nguồn, khối đầu dị, bình chứa, hệ khung học Qua xác định mặt phân cách hai mơi trường khơng hịa tan  Vị trí mặt phân cách môi trường nước – xăng xác định theo chiều cao bình chứa là: - Đối với phép đo gamma tán xạ, trường hợp lấy số đếm tổng, vị trí mặt phân cách 22,43 ± 5,58 cm có sai khác so với giá trị thực 0,23 cm - Trong phép đo gamma truyền qua, vị trí mặt phân cách 21,93 ± 2,28 cm so với giá trị thực có chênh lệch 0,27 cm 58  Vị trí mặt phân cách môi trường glycerin – xăng xác định theo chiều cao bình chứa là: - Đối với phép đo gamma tán xạ, trường hợp lấy số đếm tổng, vị trí mặt phân cách 21,65 ± 5,48 cm có sai khác so với giá trị thực 0,15 cm - Trong phép đo gamma truyền qua, vị trí mặt phân cách 22,07 ± 2,95 cm so với giá trị thực có chênh lệch 0,27 cm  Vị trí mặt phân cách mơi trường nước – dầu hỏa – khơng khí xác định theo chiều cao bình chứa là: - Đối với phép đo gamma tán xạ, trường hợp lấy số đếm tổng, vị trí mặt phân cách mơi trường nước – dầu hỏa 15,44 ± 5,17 cm có sai khác so với giá trị thực 0,16 cm Trong đó, vị trí mặt phân cách mơi trường dầu hỏa – khơng khí 25,97 ± 8,88 cm có sai khác so với giá trị thực 0,13 cm - Trong phép đo gamma truyền qua, vị trí mặt phân cách mơi trường nước – dầu hỏa 15,43 ± 0,59 cm có sai khác so với giá trị thực 0,17 cm Trong đó, vị trí mặt phân cách mơi trường dầu hỏa – khơng khí 26,50 ± 0,16 cm có sai khác so với giá trị thực 0,40 cm  Các kết cho thấy có phù hợp tốt giá trị thu thực nghiệm với giá trị thực Trong phép đo gamma tán xạ, việc sử dụng số đếm tổng cho kết xác so với số đếm đỉnh tán xạ lần tán xạ nhiều lần  Vì thời gian tiến hành thí nghiệm cịn hạn chế, phép đo thực thời gian chưa đủ dài nên nên số đếm thống kê thấp kết có sai số cịn lớn Đồng thời, phép đo theo chiều cao bình chứa cịn gây nên sai số trình làm khớp Sau hoàn thành luận văn, tác giả nhận thấy để có số liệu phong phú hơn, phép đo cần cải tiến theo cách sau: 59 - Sử dụng nguồn có hoạt độ lớn để tăng số đếm ghi nhận đầu dò, từ giảm ảnh hưởng thăng giáng thống kê giúp cho phép đo xác - Tiến hành phép đo xác định mặt phân cách hai mơi trường có mật độ chênh lệch thấp Từ tìm giới hạn phát mặt phân cách hai mơi trường có mật độ gần giống - Việc cải tiến hệ khung học kết hợp tự động hóa phần mềm điều khiển máy tính DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT PHÂN CÁCH GIỮA CÁC MÔI TRƯỜNG KHƠNG HỊA TAN BẰNG KỸ THUẬT GAMMA TÁN XẠ INVESTIGATION OF DETERMINING THE INTERFACE BETWEEN INSOLUBLE ENVIRONMENTS USING GAMMA SCATTERING TECHNIQUE Võ Hoàng Nguyên 1, Trần Thiện Thanh 1, Bùi Đức Q 1, Nguyễn Quốc Minh 1, Tơ Hồng Duy 1, Lỗ Thái Sơn 1, Châu Văn Tạo Tóm tắt Nghiên cứu triển khai so sánh phương pháp dựa kỹ thuật gamma tán xạ để xác định mặt phân cách chất lưu khơng hịa tan đựng bình chứa Hệ đo gamma tán xạ bao gồm: nguồn 137 Cs hoạt độ mCi, ống thủy tinh hình trụ đường kính 6,5 cm để đựng dung dịch đầu dò NaI(Tl) 7,62 x 7,62 cm bố trí để ghi nhận tia gamma tán xạ góc 1200 Hai số ba phương pháp có kết tốt với độ sai biệt lớn so với thực tế mm Ngồi ra, kết 60 cịn cho thấy tính khả thi sử dụng máy phân tích đơn kênh hệ đo gamma tán xạ để xác định mặt phân cách mơi trường khơng hịa tan Abstract In this study, we deploy and compare methods based on gamma scattering technique to determine the interface between insoluble fluids stored in the container The gamma scattering measurement system includes: a mCi-radioactive source of 137 Cs, cylindrical glass vase with diameter 6.5 cm to contain the fluids, and a NaI(Tl) detector with 7.62 x 7.62 cm scintillation crystal arranged to obtain gamma beam scatter at the angle of 120 Two of the three methods have good results with the biggest difference compared to the fact is mm In addition, the results also show the feasibility of using SCA in gamma scattering measurement system to determine the interface between insoluble environments TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi xạ ion hóa, Nxb Đại học Quốc gia Tp.HCM Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nxb Khoa Học Kỹ Thuật Tp.HCM Trần Đại Nghiệp (2005), “Nghiên cứu phương pháp kiểm tra khuyết tật kỹ thuật số dùng tia gamma tán xạ ngược”, Tạp chí Khoa học Công nghệ ĐHQG-HN, 43(04), tr 71-75 Châu Văn Tạo (2004), An tồn xạ ion hóa, Nxb Đại học Quốc gia Tp.HCM Hoàng Đức Tâm (2015), Nghiên cứu xác định bề dày thép C45 phương pháp gamma tán xạ sử dụng đầu dò nhấp nháy NaI(Tl), Luận án Tiến sĩ Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Tp.HCM Tiếng Anh 61 Abd A El (2014), “Intercomparison of gamma ray scattering and transmission teachniques for gas volume fraction measurement in two phase pipe flow”, Nuclear instruments and methods in physics research A, 735, pp 260 - 266 Abdul-Majid S., Balamesh A., Othmany D A., Alassiaa A., and Al-Huraibi H (2015), “Coroission imaging and thickness determination using micro-curie radiation sources based on gamma-ray backscattering: experiments and MCNP simulation” Research in Nondestructive Evaluation, 26, pp 43 – 59 Fernández J E (1991), “Compton and Rayleigh double scattering of unpolarized radiation”, Physical Review A, 44(7), pp 4232 - 4248 Priyada P., Margret M., Ramar R., Shivaramu (2012) “Intercomparison of gamma ray scattering and transmission techniques for fluid - fluid and fluid - air interface levels detection and density measurements”, Applied Radiation and Isotopes, 70, pp 462 – 469 Trang Wed 10 http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm ... thuyết gamma tán xạ ngược gamma truyền qua, số nghiên cứu xác định mặt phân cách hai môi trường thể Phần cuối chương cách xác định mặt phân cách hai phương pháp 18 Chương HỆ ĐO GAMMA TÁN XẠ VÀ GAMMA. .. tài: ? ?Nghiên cứu xác định mặt phân cách hai môi trường phương pháp đo gamma tán xạ truyền qua? ?? Mục tiêu luận văn xác định mặt phân cách môi trường không hòa tan thực nghiệm 2 Đối tượng nghiên cứu. .. đo gamma truyền qua có chênh lệch khơng đáng kể Điều cho thấy việc xác định vị trí mặt phân cách hai môi trường hai phương pháp đo gamma tán xạ gamma truyền qua cho kết xác 3.3 Xác định mặt phân