Đánh giá mức độ bức xạ gamma trong môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang

Bức xạ hạt nhân và các đơn vị đo liều bức xạ

Và để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các loại tia bức xạ này, các nhà khoa học hạt nhân đã đưa ra khái niệm về bức xạ hạt nhân. Hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ hay một lượng chất phóng xạ nào đó chính là số hạt nhân phân rã phóng xạ trong một đơn vị thời gian. Cùng một liều hấp thụ nhưng tác dụng sinh học của bức xạ còn tùy thuộc vào loại bức xạ và loại mô ( cơ quan sinh học) bị chiếu xạ.

Để đặc trưng cho các loại bức xạ khác nhau, người ta dùng đại lượng có tên gọi là hệ số phẩm chất hay trọng số bức xạ ωR. Biết liều hấp thụ DT tính theo Gy, sử dụng các hệ số bức xạ ωR và hệ số mô, ta có thể tính được liều tương đương hay liều hiệu dụng. ICRP ( năm 1991) đã đưa ra khuyến cáo: Liều hiệu dụng E giới hạn ( cho phép) đối với các nhân viên chuyên nghiệp là 20mSv/năm, đó là giá trị trung bình trong 5 năm nhưng trong 5 năm đó không có năm nào vượt quá 50mSv/năm.

Đối với dân chúng thì liều hiệu dụng cho phép là 1mSv/năm, tính trung bình cho 5 năm liên tục, trong đó không có năm nào bị chiếu xạ nhiều đột xuất [11]. Đối với các mô hoặc cơ quan của người, ICRP cũng đưa ra những khuyến cáo cụ thể : Chẳng hạn liều tương đương sinh học giới hạn cho phép đối với nhân viên chuyên nghiệp bị chiếu xạ vào mắt là 150mSv/năm, vào da là 500mSv/năm… Đối với dân chúng thì mức độ cho phép thấp hơn 10 lần. Đo suất liều bức xạ tự nhiên trong môi trường có thể được tiến hành theo nhiều phương pháp khác nhau, việc lựa chọn tùy thuộc vào các mục đích ứng dụng cụ thể.

Thông thường các máy đo liều xách tay thường hay được sử dụng để xác định liều bức xạ trong tự nhiên bởi ưu điểm của chúng là thiết bị đơn giản, gọn nhẹ dễ sử dụng và có thể đưa ra suất liều ngay tại thời điểm đo. Tuy nhiên độ chính xác của phép đo tùy thuộc vào từng loại thiết bị khác nhau và phụ thuộc vào một số yếu tố của môi trường. • Vật liệu nhiệt huỳnh quang được chế tạo với kích thước vật lý nhỏ thuận tiện cho việc sử dụng, không cần dây cáp nối, dễ dàng vận chuyển, đặt trong các hộp nhỏ hoặc bình chứa, có thể gửi qua đường bưu điện [1].

• Vật liệu phát huỳnh quang có sẵn phong phú, đa dạng tạo nên những đầu nhạy tương đương với các tổ chức trong cơ thể và có độ nhạy chọn lọc đối với các loại bức xạ khác nhau, thích hợp với việc kiểm tra phông và đo liều tai nạn. • Có khả năng lưu trữ và bảo vệ thông tin được lâu, không bị ảnh hưởng bởi suất liều chiếu xạ cao tới xấp xỉ 109Gy/s, ít phụ thuộc vào môi trường, độ ẩm. Nhờ có những ưu điểm quan trọng như vậy nên các liều kế nhiệt huỳnh quang đã cạnh tranh rất hiệu quả với những phương pháp truyền thống như phương pháp ion hóa và nhũ tương ảnh trong nhiều lĩnh vực (ví dụ trong kiểm tra liều lượng cá nhân, xác định liều lượng trong y học hạt nhân,, đo kiểm tra liều môi trường.

Nhiệt huỳnh quang và đặc trưng của liều kế nhiệt huỳnh quang 1. Nhiệt huỳnh quang

Hiện tượng phát quang xảy ra là do chúng ta đã cung cấp năng lượng cho các electron dưới dạng nhiệt làm cho các điện tử này thoát khỏi hố bẫy và chuyển dịch về mức cơ bản cùng với đó là phát ra những phôtôn ánh sáng trong miền khả kiến. • Liều kế tương đương mô: là loại liều kế có nguyên tử số hiệu dụng Zeff gần với nguyên tử số hiệu dụng của mô sinh học có giá trị vào cỡ 7,4. Vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Ti có độ nhạy nhiệt huỳnh cao tương đối cao, có số nguyên tử hiệu dụng gần tương đương với mô, hệ số suy giảm tín hiệu thấp cho nên vật liệu này phù hợp với việc sử dụng để đo liều lượng bức xạ trong y tế và môi trường.

Vỏ liều kế được làm bằng nhựa PE màu đen có gắn mã số cho từng chip Chip TLD với vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF: Mg:Ti (TLD -100). Mặc dù mẫu liều kế nhiệt huỳnh quang chưa được sử dụng để đo liều nhưng trong quá trình bảo quản chúng vẫn thường xuyên bị tác động của các tia phóng xạ từ môi trường bên ngoài nên trong chúng vẫn tồn tại một lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang nào đó. Do vậy trước khi sử dụng các chip nhiệt huỳnh quang này chúng ta phải xử lý chúng để nhằm loại bỏ các tín hiệu dư không mong muốn đã tích lũy trước đó.

Sau khi chiếu chuẩn, toàn bộ các liều kế được để trong thời gian 1 tuần nhằm loại bỏ tạp nhiễu (gây ra do quá trình chiếu xạ) và các tín hiệu nhiệt huỳnh quang không bền vững. Sau đó tiến hành đo lượng bức xạ nhiệt huỳnh quang từng mẫu trên hệ đo HARSHAW -4000 để xác định hệ số chuẩn cho từng chip. Các vị trí đặt liều kế thí nghiệm phải cố định trong suốt thời gian đo, cách tường ít nhất 50cm đối với liều kế đặt trong nhà.

Liều kế thí nghiệm được đặt tại các phòng thí nghiệm hay làm việc với nguồn phóng xạ, đặt tại các địa điểm gần kho nguồn và khu vực xung quanh. Mục đích quan trọng của một chu kì gia nhiệt là để cung cấp nhiệt cho chất nhiệt phát quang cho tới khi các electron được giải phóng khỏi các tâm bẫy. Tín hiệu ánh sáng thu được tỉ lệ với liều hấp thụ như vậy có thể xác định liều tương đương được biểu diễn trên hình 8 c là phần gạch chéo (tương ứng với phần diện tích dưới đỉnh 4 và 5 của đường cong phát quang).

Vai trò của thiết bị này trong hệ máy đọc là thu tất cả tín hiệu ánh sáng phát ra từ chất nhiệt phát quang khi được xử lí nhiệt và loại bỏ tất cả các bức xạ quang học khác như là bức xạ hồng ngoại từ khay đốt, và được chuyển thành tín hiệu điện (như dòng điện), điện tích hoặc xung thế, tuỳ theo yêu cầu muốn biểu diễn và ghi nhận. Liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 sau khi đặt tại hiện trường được thu về và tiến hành đọc trên máy HARSHAW 4000 với chế độ đo đã được xây dựng. Suất liều gamma được đo tại các vị trí đặt liều kế trong khu vực Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân nhằm lấy kết quả so sánh với phương pháp xác định suất liều gamma môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 và bằng phương pháp đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong mẫu đất.

Lấy hai mẫu đất đại diện cho hai khu vực đặt liều kế thí nghiệm là khu vực gần kho nguồn nhà B và khu vực sân trong của Viện Khoa hoc và Kỹ thuật Hạt nhân. Việc đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong các mẫu đất được thực hiện trên phổ kế gamma phông thấp trong thời gian 24 giờ để lấy đủ thống kê diện tích đỉnh của các đồng vị quan tâm.