Giới hạn dò được tính theo công thức [6], [13], [21]:
B
D 2,74 4,65
L (6)
Trong đó: B là độ lệch chuẩn của sốđếm phông.
Khi đó giới hạn phát hiện (giới hạn hoạt độ) của detector được tính theo công thức
t p CL L D A (7) Trong đó: t e 1 t C
là thừa số hiệu chỉnh khi khoảng thời gian đo t không thể bỏ qua so với thời gian bán rã T, là hiệu suất ghi đối với tia gamma được đo, p là xác suất phát ra tia gamma đó.
Trong nghiên cứu về phóng xạ tự nhiên, người ta thường quan tâm đến các nhân phóng xạ 238U, 232Th, 226Ra, 134Cs, 137Cs, 40K [6]. Hoạt độ phóng xạ của các nhân này không thể đo trực tiếp mà thường được xác định gián tiếp thông qua các đỉnh năng lượng được trình bày trong bảng 17.
Để xác định giới hạn phát hiện tương ứng với các đỉnh năng lượng trong bảng 17, tất cả các mẫu được giảđịnh đo với khoảng cách mẫu – detector là 10 cm, thời gian đo mỗi mẫu là 1 ngày.
Bảng 17. Giới hạn phát hiện (Bq) của detector HPGe
- 29 - tâm (keV) tâm (keV) 238U 63,30 0,36447 0,17207 0,03485 2,12 4,94 232Th 238,00 0,03248 0,00856 0,00155 3,80 5,52 232Th 583,00 0,02576 0,00669 0,00054 3,85 12,39 226Ra 186,00 0,48353 0,11643 0,04222 4,15 2,76 226Ra 295,00 0,06768 0,01274 0,00065 5,31 19,60 226Ra 352,00 0,04356 0,01116 0,00265 3,90 4,21 226Ra 609,00 0,04868 0,01311 0,00091 3,71 14,41 134Cs 795,00 0,01787 0,00500 0,00512 3,57 0,98 137Cs 661,60 0,00892 0,00542 0,03512 1,65 0,15 40K 1460,80 0,70019 0,21144 0,02874 3,31 7,36
Trong đó: LA1, LA2 lần lượt là giới hạn phát hiện của detector HPGe tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM khi mở nắp buồng chì và đóng nắp buồng chì; LA3 là giới hạn phát hiện của detector HPGe tại TTHN Tp.HCM trong trạng thái che chắn tốt bằng buồng chì [6].
Bảng 17 cho thấy giới hạn phát hiện của detector đã được cải thiện khi sử dụng buồng chì che chắn. Tuy nhiên, mức độ cải thiện vẫn chưa cao so với khi chưa đậy nắp buồng chì, chẳng hạn như tỷ lệ cải thiện của đỉnh 661,6 keV chỉ khoảng 1,65 lần.
Giới hạn phát hiện của detector HPGe tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM kém hơn nhiều giới hạn phát hiện của detector HPGe tại TTHN Tp.HCM ở hầu hết các
đỉnh năng lượng quan tâm. Điều này được lý giải là do chất lượng buồng chì che chắn detector tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM không tốt bằng buồng chì tại TTHN Tp.HCM nhưđã đề cập tại phần 1.2. Giới hạn phát hiện kém sẽ dẫn đến sự khó khăn trong việc xác định các nhân phóng xạ tự nhiên hoạt độ thấp trong các mẫu môi trường. Tuy nhiên giới hạn phát hiện tại đỉnh 795 keV của 134Cs của detector HPGe tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM có giá trị tương đương với giới hạn phát hiện tại đỉnh tương ứng của detector HPGe tại TTHN Tp.HCM. Giới hạn phát hiện tại đỉnh 661,6 keV của 137Cs của detector HPGe tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM có giá trị
tốt hơn gần 10 lần giới hạn phát hiện tại đỉnh tương ứng của detector HPGe tại TTHN Tp.HCM. Đây là một hiện tượng thú vị cần phải được tìm hiểu thêm.
- 30 -
KẾT LUẬN CHUNG
Với việc hoàn thành những mục tiêu đã đề ra, đề tài đã đạt được những kết quả cụ
thể như sau:
1. Khảo sát các thông số hoạt động của hệ điện tử: khảo sát đường plateau của detector HPGe, kết quả cho thấy hệ điện tử vẫn hoạt động ổn định ứng với giá trị cao thế danh định là 2400 V. Khảo sát phông buồng chì khi mở nắp buồng chì và đậy nắp buồng chì, kết quả cho thấy khả năng che chắn phông của buồng chì là tương đối tốt. Tuy nhiên tốc độđếm tổng vẫn cao (3,06 s-1). So sánh với phông trong buồng chì của hệ phổ kế tại TTHN Tp.HCM, chúng tôi nhận thấy rằng buồng chì của hệ phổ kế tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM có chất lượng không tốt bằng buồng chì của hệ phổ kế tại TTHN Tp.HCM. Điều này gây khó khăn cho việc xác định hoạt độ phóng xạ của các nhân phóng xạ tự
nhiên có hoạt độ thấp trong các mẫu môi trường.
2. Các thông số kỹ thuật danh định của nhà sản xuất đã được sử dụng để khảo sát khả năng ghi nhận bức xạ của hệ phổ kế thông qua việc phân tích phổ gamma.
Đường chuẩn năng lượng cho detector được xây dựng với bộ nguồn chuẩn RSS – 8EU có các thông số được cho ở phụ lục 2, đường cong mô tả mối quan hệ
giữa FWHM vào năng lượng được xây dựng bằng cách sử dụng nguồn 226Ra của Bộ môn VLHN ĐHKHTN Tp.HCM. Đánh giá các thông số đặc trưng của phổ
gamma ứng với nhân phóng xạ 60Co, kết quả cho thấy các đỉnh đặc trưng trong phổ gamma có sự phù hợp tốt giữa thực nghiệm và tính toán lý thuyết; các thông số quan trọng như tỷ số P/C, thông sốđỉnh năng lượng FWTM/FWHM và FWFM/FWHM cho đỉnh 1332,5 keV phù hợp tốt với lý thuyết và giá trị danh
định của nhà sản xuất.
3. Khảo sát hiện tượng trôi kênh theo thời gian để kiểm chứng tính ổn định của hệ điện tử trong quá trình ghi nhận bức xạ. Đây là thông số đặc biệt quan trọng trong việc phân tích các mẫu có hoạt độ bé, đòi hỏi thời gian đo kéo dài như
- 31 -
với những đỉnh năng lượng tương ứng với các nguồn chuẩn có sẵn, có 5 đỉnh không xảy ra hiện tượng trôi kênh, đỉnh 835 keV của 54Mn có sự trôi kênh lớn nhất là 0,0923 kênh/ngày. Như vậy sự trôi kênh có giá trị không đáng kể ngay cả khi tiến hành đo trong thời gian kéo dài khoảng 1 tuần. Từđó, có thể kết luận hệđiện tử của hệ phổ kế gamma phông thấp đặt tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là ổn định và phù hợp với việc đo phổ trong thời gian dài. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4. Xây dựng đường cong hiệu suất cho detector với bộ nguồn chuẩn sẵn có ở các khoảng cách từ nguồn – detector là 5 cm, 10 cm và 15 cm. Kết quả cho thấy có một điểm bất thường trong đường cong hiệu suất tại khoảng cách 5 cm, đó là
điểm tương ứng với năng lượng 835 keV của 54Mn. Điều này đã được lý giải trong phần 2.3.1. Đường cong hiệu suất ghi nhận được tuân theo lý thuyết. Tuy nhiên, các hệ số thu được từ việc làm khớp đường cong hiệu suất có sai số cao.
Điều này có thể lý giải như sau: Bộ nguồn RSS – 8EU được sử dụng trong quá trình tiến hành thí nghiệm là bộ nguồn chuẩn năng lượng nên việc chuẩn hóa hiệu suất ghi của detector dựa theo hoạt độ nguồn được cung cấp bởi nhà sản xuất sẽ dẫn đến sai số lớn.
5. Xác định giới hạn phát hiện đối với detector. Kết quả cho thấy giới hạn phát hiện sau khi đậy nắp buồng chì đã được cải thiện so với giới hạn phát hiện trước khi đậy nắp buồng chì. Tuy nhiên, mức độ cải thiện là không đáng kể. Ngoài ra, khi so sánh với giới hạn phát hiện của detector tại TTHN Tp.HCM thì giới hạn phát hiện của detector tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là kém hơn nhiều lần. Chỉ có đỉnh 661,6 keV của 137Cs có giới hạn phát hiện tốt hơn, còn lại các đỉnh khác đều có giới hạn phát hiện kém. Điều này khẳng định khả năng che chắn của buồng chì tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là chưa tốt.
- 32 -
NHỮNG KIẾN NGHỊ NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Trong quá trình nghiên cứu, những mặt hạn chế của hệ phổ kế gamma phông thấp tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM đã được nêu ra. Từ đó, một số hướng phát triển của đề tài được chúng tôi đề xuất như sau:
1. Việc che chắn phông phóng xạ tự nhiên trong môi trường xung quanh là một việc rất quan trọng trong nghiên cứu hoạt độ phóng xạ mẫu môi trường. Đề tài
đã chỉ ra những hạn chế trong che chắn bức xạ của buồng chì. Vì vậy, cần có một đề tài nghiên cứu tiếp theo để cải tạo buồng chì. Qua đó có thể giảm phông trong buồng chì đồng thời cải thiện giới hạn phát hiện của detector.
2. Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy rằng có sự khác biệt về giá trị
hoạt độ phóng xạ thực nghiệm và giá trị danh định đối với đỉnh năng lượng 835 keV của nguồn chuẩn 54Mn. Giá trị chính xác của hoạt độ phóng xạ là một thông số vô cùng quan trọng trong việc sử dụng nguồn chuẩn để tiến hành chuẩn hóa hệ đo. Vì vậy PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM cần phải được trang bị bộ
nguồn phóng xạ chuẩn hiệu suất.
3. Sai số trong quá trình làm khớp đường cong hiệu suất là lớn. Điều này sẽ gây khó khăn trong quá trình nội suy hiệu suất đỉnh nhằm phục vụ cho việc phân tích hoạt độ phóng xạ của những đồng vị phóng xạ quan tâm bằng phương pháp tuyệt đối. Vì vậy, cần tiếp tục thực hiện việc chuẩn hóa hiệu suất ghi của detector bằng một bộ nguồn khác có độ tin cậy cao hơn. Từđó, ta cũng có thể
tính toán và chuẩn hóa lại các thông số cho bộ nguồn sẵn có tại PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM.
Cần xây dựng một quy trình chuẩn cho việc phân tích mẫu môi trường đồng thời tiến hành thực nghiệm phân tích mẫu phóng xạ cụ thể (có thể là mẫu chuẩn đã biết trước hoạt độ) để đánh giá được khả năng phân tích của hệ phổ kế bởi mục tiêu mũi nhọn của PTN VLHN, Trường ĐHSP Tp.HCM là nghiên cứu môi trường.
- 33 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Võ Xuân Ân (2008), Nghiên cứu hiệu suất ghi nhận của detector bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) trong phổ kế gamma bằng phương pháp Monte Carlo và thuật toán di truyền, luận án tiến sỹ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM.
[2] Nguyễn Văn Đỗ, Phạm Đức Khuê, (2000), “Phân tích Uran bằng phương pháp đo phổ gamma tự nhiên và kích hoạt neutron”,Hội nghi Vật lý toàn quốc lần thứ 5. Hà Nội 2/2000.
[3] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [4] Trương thị Hồng Loan, Đặng Nguyên Phương, Mai văn Nhơn (2008), “Khảo sát
ảnh hưởng của việc trừ phông có và không có che chắn mẫu trong hệ phổ kế
gamma”, Hội nghị Khoa học lần thứ 6, Trường ĐHKHTN, Đại học Quốc Gia Tp.HCM, trang 54.
[5] Trương Thị Hồng Loan (2010), Áp dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo để
nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe, Luận án Tiến sĩ, ĐHKHTN Tp.HCM.
[6] Trần Văn Luyến (2005), Nghiên cứu nền phông phóng xạ vùng Nam bộ Việt Nam, Luận án tiến sỹ trường ĐHKHTN Tp.HCM.
[7] Huỳnh Trúc Phương (2006), Khảo sát các đặc trưng của detector HPGe tại bộ môn Vật lý Hạt nhân – Ứng dụng xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong mẫu đất, Báo cáo nghiệm thu đề tài nghiên cứu cấp trường ĐHKHTN Tp.HCM.
[8] Đặng Nguyên Phương, Nguyễn Võ Hoài Thơ, Trương thị Hồng Loan (2008), “Xây dựng chương trình hiệu chỉnh trùng phùng cho hệ phổ kế gamma”, Hội nghị khoa học lần thứ 6, Trường ĐHKHTN Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, trang 53.
[9] Trần Thiện Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng trong hệ phổ kế gamma sử
dụng chương trình MCNP, Luận văn thạc sỹ, Trường ĐHKHTN Tp.HCM. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[10] Võ Thị Ngọc Thơ (2009), Xây dựng chương trình hiệu chỉnh trùng phùng cho hệ
- 34 -
Tiếng Anh
[11] AMETEK, INC. ORTEC Technical Support Specialist (2007), Solid – state photon detector.
[12] Bikit I., Veskovic M. (1986), “Determination of the optimal ength of cylindrical sources for specific gamma activity measuments”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 243, pp. 227 – 229.
[13] Currie L. A., (1968). Anal. Chem., 40, pp. 587.
[14] Debertin K., Helmer R.G. (1988), Gamma – ray and X – ray spectromery with semiconductor detectors, Science Publishing Copany, Inc., Amsterdam.
[15] El-Gharbawy H.A., Metwally S.M., Sharshar T., Elinimr T., Badran H.M. (2005), “Establishment of HPGe detector efficiency for point source including true coincidence correction”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A
550, pp. 201 – 211.
[16] Kim K.H., Burnett W.C., (1985). “226Ra in phosphate nodules from the Peru/Chileseafloor”. Geochimica et Cosmoschimica Acta 49, pp. 1073-1081.
[17] Knoll G.F. (1999), Radiation detection and measurement, third edition, John Wiley & Sons, Inc.
[18] Lau H.M., Sakanoue M., Komura K., (1982), “Absolute determination of uranium concentration by hyperpure Germanium LEPS”. Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A, pp. 200.
[19] Nix D.E. and Scott N.E. (1976), “Detection efficiency calibration for radiological monitoring of nuclear plants”. Radioelement Analysis Progress and Problem Proc. Of the 23rd Conf on Analytical Chemistry in Energy and Technology, Gatlinburg, Tennessee.
[20] Sanderson C.G. (1976), “Comparison of Ge(Li) well and N – type coaxial detectors for low energy gamma ray analysis of environment samples”,
Radioelement analysis Progress and Problems Proc. Of the 23rd Conf on
- 35 -
[21] Tran V.L., Le D.T., (1991), “Linhchi mushroom as biological monitor or Cs-137 environmental pollution”, J. Radioanal. Nucl. Chem. Lett. 155(6), pp. 51 – 58. [22] X – 5 Monte Carlo Team (2003), MCNP – A General Purpose Monte Carlo N –
Particle Transport Code, Version 5, Volume I: Overview and Theory, Los Alamos National Laboratory, LA-UR-03-1987.
- 36 -
PHỤ LỤC
- 37 -
Phụ lục 2. Đặc trưng của các nguồn phóng xạ sử dụng trong thực nghiệm
Nguồn T1/2 Năng lượng (keV) Cường độ phát (%) Hoạt độ (Ci) Nơi sản xuất Ngày sản xuất 133Ba 10.51 năm 80.99 276.39 302.85 356.02 383.85 43.1000 7.16400 18.3300 62.0500 8.9400 1 USA 1/2008 109Cd 462.6 ngày 88.03 3.6100 1 USA 1/2008 57Co 271.8 ngày 122.06 136.47 85.6000 10.6800 1 USA 12/2007 60Co 5.271 năm 1173.24 1332.55 99.9736 99.9856 1 USA 1/2008 54Mn 312.7 ngày 835.00 99.9760 1 USA 1/2008 22Na 2.602 năm 511.00 1274.53 179.7900 99.94400 1 USA 12/2007 65Zn 244.3 ngày 1115.55 50.6 1 USA 12/2007 226Ra 1602 năm - - 5 Germany 1968