khi sử dụng nguồn chuẩn hình trụ.
D γ m
L MDC =
mεI t (3.3)
Với LD là giới hạn phát hiện (số đếm) ε là hiệu suất ghi của detector Iγ là xác suất phát gamma tm là thời gian đo (giây)
m là khối lượng mẫu (kg)
Giới hạn phát hiện nồng độ MDC thì có liên quan đến hiệu suất ghi nhận ɛ của detector đối với các bức xạ gamma có năng lượng xác định, mà muốn tính các giá trị hiệu suất này thì cần xây dựng đường cong hiệu suất chuẩn. Để chuẩn hiệu suất, mục này sử dụng mẫu chuẩn RGU hình trụ, có khối lượng 0,167 kg, hoạt độ phóng xạ 4940 Bq/ kg, sai số 30 Bq/ kg, mật độ 1,3 g/ cm3. Mẫu được đo trong thời gian 1 ngày. Mẫu được nhốt trong thời gian 40 ngày để đạt được cân bằng phóng xạ giữa hạt nhân 226
Ra và 222 Rn [13]. Nguồn chuẩn hình trụ đặt sát detector.
Bảng 3.5 Nguồn chuẩn hình trụ
Đồng vị Năng lượng (keV) Hiệu suất 238 U 46,5 0,00179 ±0,00014 238U 63,3 0,01594 ±0,00040 238U 186,2 0,04220 ±0,00036 238 U 241,9 0,03365 ±0,00025 238U 295,2 0,02891 ±0,00019 238U 351,9 0,02505 ±0,00052 238 U 609,3 0,01364 ±0,00010
238U 806,1 0,01044 ±0,00023 238 U 1120,3 0,00829 ±0,00006 238 U 1238,4 0,00766 ±0,00007 238U 1401,5 0,00699 ±0,00040 238 U 1509,2 0,00675 ±0,00013 238 U 1764,5 0,00637 ±0,00005
Bằng chương trình xử lý phổ Genie- 2000, tôi lập được phương trình đường cong hiệu suất chuẩn:
ln (ɛ )= -503,8 +401,8 ln (E) -128,2(lnE)2 +20,39(lnE)3- 1,621(lnE)4+0,05156(lnE)5(3.3)
Sử dụng phần mềm Origin 6.0, tôi vẽ được đồ thị đường cong hiệu suất chuẩn cho nguồn hình trụ:
Hình 3.9 Đồ thị đường cong hiệu suất chuẩn cho nguồn hình trụ Nhận xét:
Theo hình (3.9), ở vùng năng lượng cao, hiệu suất giảm là do hạn chế về thể tích của detector. Hiệu suất cao nhất ở khoảng năng lượng 186,2 keV vì tia gamma ở năng lượng này không bị hấp thụ trong mẫu chuẩn, bay đến và đi được vào vùng nhạy của detector, được detector ghi nhận. Tại vùng năng lượng nhỏ hơn 100 keV, hiệu suất nhỏ do sự hấp thụ tia gamma trong mẫu hình trụ, trong lớp vỏ ngoài và lớp chết của detector.
Bảng 3.6 Giá trị giới hạn phát hiện nồng độ MDC của các đồng vị có trong phông nền trong trường hợp mở nắp, đóng nắp, cải tiến buồng chì (Nguồn trụ). Đơn vị MDC (Bq/ kg) Nhân mẹ Nhân con Năng lượng (keV) Hiệu suất Mở nắp Đóng nắp Cải tiến 210Pb 46,5 0,00216 304,19±22,91 79,34±6,11 40,11±3,83 238U 234Th 63,3 0,01404 50,31±3,37 8,37±0,66 8,14±0,65 73,9 0,02444 9697,01±630,55 1620,86±149,47 1366,74±145,04 83,3 0,03277 1639,84±114,86 410,77±29,71 195,47±18,75 92,8 0,03935 39,07±2,09 6,62±0,44 5,34±0,40 226Ra 186,2 0,04206 15,50±0,97 3,93±0,26 3,08±0,23 214Pb 53,2 0,00566 456,22±44,16 73,21±8,48 60,47±8,28 242,0 0,03415 8,73±0,63 2,05±0,19 1,62±0,18 295,2 0,02853 3,47±0,24 0,93±0,08 0,74±0,08
214 Bi 609,3 0,01482 1,57±0,13 0,51±0,05 0,38±0,04 1120,3 0,00912 6,27±0,62 1,70±0,19 1,08±0,16 1764,5 0,00732 4,50±0,57 1,47±0,19 1,36±0,21 232 Th 228Ac 42,5 0,00096 260144,93 ±33360,68 80608,64 ±8685,27 42984,11 ±6041,28 77,3 0,02764 4202,06±263,35 575,39±63,60 404,12±53,61 99,5 0,04277 60,98±4,77 10,04±0,89 7,77±0,86 911,2 0,01063 3,01±0,29 0,92±0,10 0,75±0,10 338,3 0,02515 5,71±0,42 1,50±0,14 1,19±0,14 212 Pb 238,6 0,03458 1,47±0,09 0,35±0,03 0,26±0,02 208Tl 583,2 0,01539 0,83±0,08 0,26±0,03 0,21±0,03 40 K 1460,8 0,00779 10,11±0,93 2,71±0,28 2,59±0,29 Nhận xét:
Xét vùng năng lượng nhỏ hơn 100 keV, bảng (3.6) cho thấy giá trị giới hạn phát hiện nồng độ MDC cao nhất lúc buồng chì mở nắp, giảm khi đóng nắp buồng chì và đạt giá trị nhỏ nhất ở trường hợp buồng chì cải tiến. Như đã trình bày ở mục 2.3.6 chương 2, giới hạn phát hiện nồng độ MDC chính là giá trị giới hạn phát hiện hoạt độ MDA nhưng được tính theo đơn vị của nồng độ. Như vậy, khi buồng chì cải tiến, hoạt độ nhỏ nhất của các đồng vị trong phông nền mà hệ đo còn đo được có giá trị thấp nhất. Điều đó chứng tỏ phông nền giảm. Việc cải tiến buồng chì đã hạn chế tối đa lượng không khí, cũng như bức xạ gamma bên ngoài xâm nhập vào trong buồng chì.
Vùng năng lượng lớn hơn 100 keV, giới hạn phát hiện nồng độ MDC cũng lớn nhất khi buồng chì mở nắp và nhỏ nhất khi cải tiến buồng chì.
3.3.3.2. Giới hạn phát hiện nồng độ MDC của các đồng vị có trong phông nền khi sử dụng nguồn chuẩn là nguồn điểm.
Tương tự như khi sử dụng nguồn chuẩn hình trụ, để tính giá trị MDC, trước tiên ta cũng tiến hành chuẩn hiệu suất. Các nguồn điểm được dùng để chuẩn hiệu suất là 133
Ba, 57Co, 60Co, 22Na. Tất cả các nguồn này đều có thông số hoạt độ của nhà sản xuất là 1mCi (37MBq), sai số hoạt độ được lấy là 2 %. Do nguồn điểm rất nhỏ, nên có thể xem khối lượng của nguồn điểm là một đơn vị khối lượng. Nguồn điểm đặt cách detector 15,175 cm.
Bảng 3.7 Nguồn điểm chuẩn
Đồng vị Năng lượng (keV) Hiệu suất
133Ba 53,16 0,00123 ±0,00005 133 Ba 81,49 0,00340 ±0,00007 57Co 122,1 0,00420 ±0,00008 57 Co 136,5 0,00414 ±0,00009 57 Ba 276,3 0,00272 ±0,00006 133Ba 302,8 0,00250 ±0,00005 133Ba 355,8 0,00216 ±0,00004 133 Ba 383,6 0,00196 ±0,00004 60 Co 1173,2 0,00063 ±0,00001 22Na 1274,5 0,00054 ±0,00001 60 Co 1332,5 0,00049 ±0,00001
Sử dụng chương trình Genie -2000, tôi lập được phương trình đường cong hiệu suất chuẩn cho nguồn điểm:
ln (ɛ )= -90,30+34,08(lnE) +1,733 (lnE)2 -2,547(lnE)3+0,4018(lnE)4- 0,01972(lnE)5(3.7)
Sử dụng phần mềm Origin 6.0, tôi vẽ được đồ thị đường cong hiệu suất chuẩn cho nguồn điểm:
Hình 3.10 Đồ thị đường cong hiệu suất chuẩn cho nguồn điểm Nhận xét:
Nguồn chuẩn hình trụ và nguồn điểm khác nhau hoàn toàn về dạng hình học và khoảng cách từ nguồn đến detector, do đó dẫn đến 2 đường cong hiệu suất chuẩn có (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
dạng khác nhau. Ứng với mỗi khoảng cách khác nhau từ nguồn đến detector sẽ có một đường cong hiệu suất khác nhau.
Bảng 3.8 Giá trị giới hạn phát hiện nồng độ MDC của các đồng vị có trong phông nền trong trường hợp mở nắp, đóng nắp, cải tiến buồng chì (Nguồn điểm). Đơn vị MDC (Bq/ kg) Nhân mẹ Nhân con Năng lượng (keV) Hiệu suất Mở nắp Đóng nắp Cải tiến 210Pb 46,5 0,00075 146,78±11,40 38,28±3,04 19,35±1,88 238 U 234Th 63,3 0,00210 56,08±3,91 9,33±0,76 9,08±0,75 73,9 0,00292 13530,06±916,76 2261,56±212,96 1906,98±205,61 83,3 0,00350 2562,18±185,98 641,81±48,00 305,41±29,86 92,8 0,00393 65,39±3,72 11,07±0,77 8,95±0,68 226Ra 186,2 0,00383 28,42±1,85 7,21±0,50 5,65±0,44 214 Pb 53,2 0,00126 343,10±33,85 55,06±6,47 45,47±6,29 242,0 0,00315 15,80±1,19 3,72±0,36 2,92±0,34 295,2 0,00266 6,20±0,44 1,67±0,15 1,32±0,14 214 Bi 609,3 0,00146 2,66±0,23 0,86±0,08 0,64±0,07 1120,3 0,00075 12,66±1,28 3,44±0,39 2,18±0,32 1764,5 0,00025 21,94±2,83 7,19±0,94 6,65±1,02 232 Th 228Ac 42,5 0,00049 85056,43 ±11027,19 26355,63 ±2883,75 14053,99 ±1993,30
77,3 0,00315 6151,71±402,95 842,36±94,49 591,62±79,29 99,5 0,00414 105,31±8,49 17,33±1,58 13,41±1,51 911,2 0,00100 5,35±0,52 1,64±0,18 1,33±0,18 338,3 0,00237 10,12±0,77 2,66±0,25 2,11±0,25 212 Pb 238,6 0,00319 2,67±0,16 0,63±0,05 0,48±0,04 208Tl 583,2 0,00151 1,41±0,13 0,44±0,05 0,35±0,04 40K 1460,8 0,00044 29,79±2,80 7,97±0,84 7,64±0,87
So sánh hiệu suất ghi nhận của detector trong trường hợp nguồn hình trụ ở bảng (3.6) và nguồn điểm ở bảng (3.8) dễ dàng nhận thấy hiệu suất ghi nhận đối với bức xạ từ nguồn hình trụ lại cao hơn vì nguồn trụ đặt sát detector, các bức xạ nào không bị hấp thụ trong mẫu sẽ dễ dàng đến tương tác với detector hơn, còn nguồn điểm đặt cách detector 15,175 cm, nguồn đặt cách xa đầu dò thì góc khối thu nhận bức xạ giảm và ngoài ra còn do sự hấp thụ bức xạ của không khí trên đường đi nhiều, nên hiệu suất ghi nhận của detector sẽ giảm.
Bảng (3.8 cho thấy giới hạn phát hiện nồng độ MDC của các đồng vị trong phông nền cũng lớn nhất khi mở nắp buồng chì, giảm dần khi đóng nắp và nhỏ nhất khi buồng chì cải tiến.
Nhận xét chung: Kết quả bảng (3.6) và (3.8) cho thấy xét nguồn chuẩn hình trụ và nguồn điểm thì giới hạn phát hiện nồng độ MDC của các đồng vị có trong phông nền có giá trị khác nhau vì hai nguồn dùng để chuẩn hiệu suất có dạng hình học, khối lượng và khoảng cách đến detector khác nhau. Tuy nhiên, giá trị MDC khi tính với nguồn chuẩn dạng nào đi nữa thì cũng nhỏ nhất trong trường hợp buồng chì đã cải tiến xét ở cả vùng năng lượng thấp nhỏ hơn 100 keV và vùng năng lượng cao hơn. Điều này, cho thấy rằng việc cải tiến buồng chì đã đạt kết quả mong muốn là
hạn chế đóng góp của các đồng vị phóng xạ tự nhiên nhằm tạo ra phông nền thấp hơn, đặc biệt là trong vùng năng lượng thấp nhỏ hơn 100 keV phông nền giảm đáng kể, từ đó việc phát hiện các đồng vị phóng xạ ở vùng năng lượng thấp phát ra từ mẫu được thuận tiện hơn. Điều này có ý nghĩa trong phép đo mẫu, vì thực hiện đo mẫu trên phông nền thấp sẽ giúp ta xác định đầy đủ các đồng vị có trong mẫu và xác định chính xác diện tích đỉnh của các đồng vị, đặc biệt là các mẫu môi trường có hoạt độ thấp.
Trong luận văn này, buồng chì đã cải tiến phát huy tốt tác dụng của nó là làm giảm phông nền thấp tới hạn không chỉ ở vùng năng lượng nhỏ hơn 100 keV để phân tích các đồng vị phóng xạ có hoạt độ thấp, mà còn làm giảm phông nền thấp trên toàn vùng năng lượng. Ngoài ra, cải tiến buồng chì bằng cách lót thêm lớp đồng (Cu) lên khối chì hình trụ để hấp thụ tia X đặc trưng từ chì (các tia X này góp phần làm nhiễu phổ) là hiệu quả.
Hình (3.11) cho thấy khi chỉ cải tiến buồng chì bằng cách lắp thêm khối chì hình trụ mà không lót thêm lớp đồng (Cu), thì phổ sau cải tiến ở vùng năng lượng thấp xuất hiện nhiều đỉnh hơn. Các đỉnh này là do sự đóng góp của các tia X đặc trưng từ chì làm phổ bị nhiễu (đã đề cập ở phần 2.2.2 chương 2)
Hình 3.12 Phổ phông trước và sau cải tiến khi có lót thêm lớp đồng
Từ hình (3.12): phổ phông sau cải tiến không xuất hiện thêm đỉnh mới, chứng tỏ lớp đồng (Cu) hấp thụ tia X tốt hơn, có nghĩa là làm cho số đỉnh phát hiện được trong vùng đó sẽ rõ ràng hơn.
Như vậy, việc cải tiến buồng chì làm giảm phông nền thấp tới hạn để phân tích các đồng vị phóng xạ tại vùng năng lượng nhỏ hơn 100 keV đạt kết quả tốt. Ngoài ra, việc cải tiến buồng chì còn ngăn không cho tia X đặc trưng từ chì làm ảnh hưởng đến phổ cần đo, thuận tiện cho việc phát hiện các đỉnh gamma ở vùng năng lượng thấp.
KẾT LUẬN
Luận văn đã đưa ra cách cải tiến buồng chì là lắp khối chì hình trụ nhằm che chắn khoảng trống giữa phía dưới detector và buồng chì, đồng thời lót thêm lớp đồng (Cu) lên khối chì ấy nhằm hấp thụ tia X đặc trưng từ chì, tránh làm nhiễu phổ.
Kết quả của việc cải tiến buồng chì là khá khả quan:
-Tốc độ đếm toàn phần và tốc độ đếm đỉnh của các đồng vị có trong phông nền ở vùng năng lượng nhỏ hơn 100 keV đạt giá trị nhỏ nhất khi buồng chì đã được cải tiến. Bên cạnh đó, sử dụng chương trình Origin 6.0, tôi vẽ được phổ phông khi buồng chì mở nắp, đóng nắp, cải tiến. Ta thấy rằng phông nền giảm rõ rệt nhất ở vùng năng lượng nhỏ hơn 100 keV và khi cải tiến buồng chì, phông nền thấp tới hạn, chứng tỏ hiệu quả việc cải tiến buồng chì.
- Giới hạn phát hiện LD của các đồng vị phóng xạ có trong phông nền thấp nhất khi cải tiến buồng chì, giúp xác định được các đồng vị phát tia gamma ở vùng năng lượng thấp.
- Kết quả giới hạn phát hiện nồng độ MDC của các đồng vị có trong phông nền đối với nguồn chuẩn hình trụ và nguồn chuẩn dạng điểm cho thấy MDC khi cải tiến buồng chì cũng thấp nhất, điều đó chứng tỏ phông nền giảm, phù hợp để đo các mẫu hoạt độ thấp.
Trong khi tính toán giá trị tốc độ đếm, giới hạn phát hiện LD, giới hạn phát hiện nồng độ MDC cho các đồng vị ở vùng năng lượng nhỏ hơn 100 keV, tôi cũng tính toán luôn cho các đồng vị vùng năng lượng lớn hơn 100 keV. Kết quả cũng tương tự là đạt được nền phông thấp nhất khi cải tiến buồng chì. Chứng tỏ hiệu quả của việc cải tiến buồng chì là tốt. Điều quan trọng là vùng năng lượng nhỏ hơn 100 keV, phông nền giảm đáng kể, thuận lợi cho phân tích các đồng vị phóng xạ ta quan tâm ở vùng năng lượng thấp này, việc phân tích ít bị cản trở do phông nền đã được giảm, đúng với mục đích luận văn. Ngoài ra, luận văn còn thành công trong việc lót thêm lớp đồng hấp thụ tia X đặc trưng từ chì.
KIẾN NGHỊ
Luận văn thành công trong việc cải tiến buồng chì làm giảm phông nền thấp tới hạn không những cho phân tích đồng vị phóng xạ tại vùng năng lượng nhỏ hơn 100 keV mà còn cho toàn miền năng lượng. Lớp đồng lót thêm có tác dụng hấp thụ tia X đặc trưng của chì là hiệu quả. Nhưng, phông nền phóng xạ môi trường còn chủ yếu do các đồng vị phóng xạ từ tia vũ trụ góp phần tạo nên.Vì vậy, cần tiếp tục tìm cách cải tiến buồng chì nhằm giảm phông nền thấp hơn nữa, tránh được tác động của tia vũ trụ đến phổ gamma, tạo điều kiện phân tích các đồng vị phóng xạ tốt hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi bức xạ ion hóa, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, TPHCM.
[2] PGS.TS.Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật.
[3] Bùi Quang Khánh (2009), Xử lý phổ gamma bằng thuật toán di truyền, Luận văn thạc sĩ Vật Lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TPHCM.
[4 ] PGS.TS.Lê Hồng Khiêm (2008), Phân tích số liệu trong ghi nhận bức xạ, nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.
[5] Hồ Ngọc Đăng Khoa (2011), Khảo sát ảnh hưởng của buồng chì đến phổ gamma bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo, Luận văn tốt nghiệp đại học, trường Đại học Sư Phạm TPHCM, TPHCM.
[6] Trương Thị Hồng Loan (2006), Các phương pháp thống kê đánh giá số liệu thực nghiệm hạt nhân, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TPHCM.
[7] Nhóm thuyết trình Lý 4 Cử Nhân (2012), Phương pháp nghiên cứu phông phóng xạ, trường Đại học Sư Phạm TPHCM, TPHCM.
[8] Lê Công Hảo, Nguyễn Đình Gẫm, Hồ Viết Sinh, Mai Văn Nhơn (2008), Khai thác và vận hành hệ phân tích Alpha Analysyt với bộ mẫu chuẩn, Tạp chí phát triển Khoa học và Công nghệ, Tập 11, Số 06- 2008. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[9] Mai Văn Nhơn, Trương Thị Hồng Loan , Trần Ái Khanh , Trần Thiện Thanh, Đặng Nguyên Phương (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng tán xạ nhiều lần từ vật liệu xung quanh đầu dò lên phổ năng lượng gamma của đầu dò HPGe bằng chương trình MCNP, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TPHCM.
[10] Huỳnh Trúc Phương, Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo (2009), Các phương pháp phân tích hạt nhân nguyên tử, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, TPHCM. [11] Trần Thiện Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng trong hệ phổ kế gamma sử dụng chương trình MCNP, luận văn thạc sĩ vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TPHCM.
[12] Nguyễn Thị Cẩm Thu (2010), Khảo sát phông nền và tối ưu hóa hiệu suất cho hệ phổ kế gamma HPGe trong phép đo mẫu môi trường, Luận văn thạc sĩ vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TPHCM.
[13] Lê Thị Hồng Yến (2011), Giảm khí Radon trong hệ che chắn để tăng giới hạn phát hiện của hệ phổ kế gamma, luận văn thạc sĩ vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia TPHCM.
Tiếng Anh
[14] Glenn F. Knoll (1999), Radiation Detection and Measurement, Third Edition, John Wiley & Sons , Inc., New York.
[15] Genie 2000 Tutorials Manual (2004), Canberra Industries, Inc.
[16] Tran Thien Thanh, Bui van Tron, Chau Van Tao (2011), A Background reduction system for gamma- ray spectrometer, The 2nd Academic conference on natural science for master and PhD. Students from Cambodia- Laos-Malysia and Vietnam, Vinh vity, Vietnam.
Trang Web
[17] http://laraweb.free.fr/
[18] http://www.nsl.hcmus.edu.vn