3.1.1 Đo bằng máy LUDLUM MODEL 2200
3.1.1.1 Các bước tiến hành
Bước 1: Đặt cửa sổ ON-OFF tại OFF (công tắc nguồn) Bước 2: Cài đặt thời gian 30s.
(Nút công tắc ở“X.1” và Thời gian đo (MINUTES) là “001”)
Bước 3: kiểm tra cao thếHV, đặt ở 0.0
Bước 4: bật công tắc nguồn, đặt ở LINE
Bước 5: Lên cao thếở4.0 HV (tương đương 920V)
Bước 6: Đặt ngưỡng (Threshold) tại 1.0. Bước 7: Cửa sổ (Window) đóng, đặt ở OFF Bước 8: Đo phông (5 lần)
Bước 9: Đo với nguồn 137Cs (3 lần)
Hình 47: Nguồn chuẩn 60Co và hộp chì chứa nguồn
- Đặt nguồn trong 60Co trong hộp chì đựng nguồn.
- Đặt nguồn trước detector và di chuyển theo khoảng cách.
Bước 10: Tăng khoảng cách giữa nguồn và đầu giò lên 2cm, sau đó quay lại bước
69
Bước 11: Thu thập số liệu và ghi vào bảng, tăng khoảng cách từ 2cm lên đến 20cm thì dừng.
3.1.1.2 Kết quả
Bảng 1:kết quả
Bảng 1: Kết quả số liệu đo được bằng máy LUDLUM MODEL 2200
Nội suy hàm số:
Hình 48: Đồ thị hàm số nội suy từ số liệu bảng 1
Từ đồ thị trên ta thấy ở khoảng cách càng xa thì cường độ các tia phóng xạ đi đến một đơn vị điện tích (ở đây là bề mặt của đầu dò) giảm dần. Sử dụng nội
70
suy hàm số trong MicroSoft Excel ta suy ra hàm tương quan giữa khoảng cách và cường độ bức xạ như sau:
y = 519404x-1.318
Trong đó: y là sốxung đếm được.
x là khoảng cách từ nguồn điến đầu dò.
Theo như lý thuyết: nếu nguồn phóng xạ là nguồn điểm và bề mặt của đầu dò cũng phải có điện tích rất nhỏ thì số xung đến đầu dò trong một đơn vị thời gian sẽ giảm theo tỷ lệ bình phương khoảng cách: y = 𝛂.x-2. Ở phương trình nội suy trên ta thấy sốmũ của x không bằng -2 vì một số nguyên nhân sau đây:
+ Nguồn phóng xạ của chúng tôi có kích thước lớn, bán kính khoảng 3-5mm.
+ Bề mặt của đầu dò Na-I có điện tích cũng khá lớn, với bán kình của bề mặt khoảng 50mm.
+ Đồng thời, các tia phóng xạ cũng phản xạ trên bề mặt của máng nhôm và làm nhiễu tín hiệu của đầu dò.
Tuy kết quả không giống với lý thuyết nhưng khi nhìn vào đồ thị ta cũng thấy một phần nào đó sự giảm cường độ bức xạ phóng xạ theo khoảng cách dưới dạng hàm mũ.
3.1.2 Đo bằng hệ thống của chúng tôi 3.1.2.1 Các bước tiến hành 3.1.2.1 Các bước tiến hành
Bước 1:
- Có định đầu dò SBT11A tại một vị trí nhất định (không thay đổi trong suốt quá trình thí nghiệm), đặt mặt mica của đầu dò nằm ngang so với mặt đất.
- Đặt thời gian đếm ngược là 120 giây.
Bước 2:
- Đo bức xạ nền của môi trường xung quanh (không được để nguồn phóng xạ ở gần). Bấm nút đếm ngược, ghi kết quả thu được vào bảng. Đo và lấy số liệu 3 hoặc 5 lần.
Bước 3:
- Đặt nguồn phóng xạ cách mặt mica của đầu dò SBT11A khoảng 2 cm, có định nguồn. Bấm nút đếm ngược và ghi số liệu thu được. Đo và lấy số liệu 3 đến 5 lần.
- Sau đó tăng khoảng cách lên thêm 2cm. Tiến hành như cũ và lấy số liệu 3, đến 5 lần.
71
- Mỗi lần tăng lên thêm 2cm và lấy số liêu, cho đến khi khoảng cách từ nguồn đến đầu do là khoảng 20 hoặc 30cm thì kết thúc.
Bước 4:
- Lấy trung bình các lần đo.
- Nội suy ra hàm số mũ và đồ thị của nó bằng Excel.
3.1.2.2 Kết quả số liệu
Bảng 2: kết quả số liệu
Bảng 2: Kết quả số liệu đo bằng hệ thống của chúng tôi
Nội suy hàm số:
Hình 49: Đồ thị hàm số nội suy từ bảng 2
Đồ thị trên cho thấy khi nối các điểm lại, chúng tạo nên một đường cong rất mượt. Khi khoảng cách càng tăng thì cường độ phóng xạcũng giảm dần, và khi nội suy ra hàm sốthì ta được hàm như sau:
72
y = 72928x-1.471
So sánh hai kết quả cho ta thấy đồ thị từ kết quả của 2 thiết bị cũng gần giống nhau. Chúng đều bị suy giảm theo hàm mũ, và số đếm cũng tỷ lệ gần đúng với bình phương khoảng cách. Do đó cho thấy thiết bị của chúng tôi cũng có độ chính xác khá cao.
3.1 Đo khảnăng đâm xuyên của tia phóng xạ qua từng vật liệu 3.2.1 Các bước tiến hành 3.2.1 Các bước tiến hành
- Thay đổi khung đỡ nguồn, gắn vật liệu cần nghiên cứu tính đâm xuyên và đặt lên khung mới.
- Đọc bề dày của vật liệu bằng thước đặt trên khung.
- Giữ khoảng cách không đổi và cài đặt thời gian đo trên bảng điều khiển. - Đọc kết quả cuối cùng hiện trên website.
- Thay đổi bề dày hoặc thay đổi vật liệu và thực hiện đo lại như trên. - Ghi nhận kết quảvà so sánh đưa ra kết luận
3.2.2 Kết quả: Đo với nguồn phóng xạ Cs137 3.2.2.1 Đo với vật liệu chì (Pb-207) 3.2.2.1 Đo với vật liệu chì (Pb-207)
Số liệu thu được:
Bảng 3: Bảng số liệu xung đâm xuyên qua chì
73
Hình 50: Đồ thị và hàm số nội suy tính đâm xuyên qua chì 3.2.2.2 Đo với vật liệu nhôm (Al-27)
Số liệu thu được:
Bảng 4: Bảng số liệu xung đâm xuyên qua Nhôm
Nội suy hàm số:
Hình 51: Đồ thị và hàm số nội suy tính đâm xuyên qua nhôm 3.2.2.3 Đo với vật liệu nhựa
74
Bảng 5: Bảng số liệu xung đâm xuyên qua nhựa
Nội suy hàm số:
Hình 52: Đồ thị và hàm số nội suy tính đâm xuyên qua nhựa Từ bảng kết quả trên cho ta thấy:
Tuy kết quả chưa thật chính xác, nhưng bề dày càng lớn thì các tia phóng xạ xuyên qua giảm dần, và cho đến một bề dày nhất định thì số đếm ghi nhận được bằng với bức xạ nền.
Kết quả trên không đúng hoàn toàn theo hàm mũ là do một số nguyên nhân sau đây:
- Khi đo ở trường hợp lớp chì còn mỏng (khoang 1,2mm) thì tia beta có thểđâm xuyên qua được, nên lúc này máy đếm có thể ghi nhận được các xung này, còn khi ở lớp chỉ dày hơn thì các tia beta này không xuyên qua được và do đó máy đếm chỉ đếm được các tia gamma, do đó làm sai lệch kết quả khá lớn.
- Đồng thời như đã trình bày ở phần bức xạ gamma do nguồn phát ra năng lượng không ổn định, do đó khi nghiên tính đâm xuyên muốn chính xác ta phải vẽ từng độ thị cho từng khoảng năng lương tia γ khác nhau. Ở đây ta chỉ vẽ tổng hợp lại một đồ thị nên kết quảkhông được chính xác cao.
75
- Khi đi qua lớp lá chắn thì cường độ và năng lượng của chùm bức xạ γ giảm đi đáng kể, nên tỷ lệ giữ cường độ bức xạ do nguồn 137Cs phát ra khi đi tới đầu dò Geiger-Muller không lớn hơn quá nhiều so với bức xạ nền. Do đó với một thiết bị có độ nhạy không cao sẽ không cho thấy sự khác biệt rõ giữa 2 loại bức xạ này, và cho ra kết quảkhông chính xác như mong muốn.
Chì là vật liệu có khả năng ngăn chặn được tia phóng xạ xuyên qua nhiều nhất, sau đó là đến nhôm và cuối cùng là vật liệu nhựa. Đối với chì thì chỉ cần 8mm chì đã ngăn chặn được tia phóng xạ từ nguồn Cs137, nhôm thì 20mm, còn nhựa thì lớn hơn 24mm. Do chì có mật độ hạt lớn, và lớn hơn nhiều so với nhôm và nhựa, nên bức xạ khi đi qua chì dễ mất năng lượng nhanh hơn, có xác suất tán xạ lớn hơn và do đó không thể xuyên sâu được. Tương tự với nhôm, cũng có mật độ lớn hơn nhiều so với nhựa, nên có khảnăng chặn bức xạ tốt hơn.
Tuy nhiên, hệ số suy giảm tuyến tính không thểtính được chính xác như theo lý thuyết vì với thiết bị của chúng tôi có độ nhạy không quá tốt như máy LUDLUM MODEL 2200, hoặc một số thiết bịđo lường phóng xạ tiên tiến khác.
3.3 Ưu điểm
- Thiết bị có cấu tạo khá đơn giản, giúp ta dễ dàng lắm ráp và sữa chữa.
- Chi phí sản suất rất thấp, dễ dàng nhân rộng đại trà để các em học sinh có thể sử dụng trong học tập.
- Thao tác thí nghiệm đơn giản, cực kì dễ dàng vận hành.
- Có thể tùy chỉnh thời gian đếm cho từng mục đích của các nghiệm khác nhau.
3.4 Nhược điểm
- Độ chính xác của hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào đầu dò. Ở đây đầu giò chúng tôi sử dụng là loại SBT11A, có độ chính xác chưa phải là cao nhất.
- Khi thay đổi nguồn phóng xạ khác hoặc khi thay đổi bề dày của vật chúng ta phải thao tác trực tiếp trên hệ thống chứ chưa thể điều khiển từ xa. Để khắc phục đều này thật sự rất khó, nhưng chúng tôi sẽ có gắng hết sức để cải thiện hệ thống trong những phiên bản sau này.
3.5 Hướng phát triển về sau
- Chúng tôi sẽ phát triển hệ thống lên một tầm cao mới là có thể điều khiển hệ thống từ một nơi rất xa, nhằm tránh xa những nguồn phóng xạcó cường độ cao có thể gây nguy hiểm đến con người. Với hệ thống sắp được cải tiến này, chúng ta có thể điều khiển khoảng cách từ nguồn đến đầu dò, điều khiển thời gian đếm, và sử dụng một cánh tay robot để thay đổi nguồn phóng xạ, cũng như thay đổi bề dạy vật
76
liệu, mà không cần tới bàn tay con người, nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người thí nghiệm.
3.6 Kết luận chương 3
Thiết bị của chúng tôi có giá thành rất rẻ, có độ bền cao, và an toàn về điện, nên không gây nguy hiểm cho học sinh khi làm thì nghiệm. Đồng thời cách vận hành cũng cực kì đơn giản, giúp học sinh thao tác dễ dàng khi thì nghiệm.
Giờ đây với thiết bị này, các em có thể tiến hành một số thí nghiệm như: phát hiện ra tia phóng xạ, đo phông nền tia vũ trụ, để hiểu hơn và có cái nhìn trực quan hơn về hiện tượng phóng xạ.
Đối với những thí nghiệm đo sư suy giảm của cường độ bức xạ vào khoảng cách, hoặc tính đâm xuyên qua từng vật liệu,… thì học sinh phải có sự giám sát của giáo viên, vì thí nghiệm với chất phóng xạ cũng phần nào nguy hiểm hơn những thí nghiệm phổ thông thông thường. Tuy nhiên, chúng ta có thể cho các em thí nghiệm với cá nguồn phóng xạ tự nhiên, có cường độ bức xạ thấp không gây nguy hiểm cho học sinh.
Qua các thí nghiệm đó, sẽ giúp các em yêu thích hơn về phóng xạ, hơn là qua những công thức tính toán khô khang, giúp các em có hứng thú hơn nhiều trong học tập và phần nào cũng giúp xây dựng đam mê cho các em về khoa học. Mong một ngày nào đó thiết bị này sẽ được sản xuất đại trà và được sử dụng trong chương trình của bộ giáo dục.
77
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tiếng Việt
[1] Nguyễn Triệu Tú (2006), Ghi nhận và đo lường bức xạ, NXB ĐHQG Hà Nội.
II. Tiếng Anh
[4]: Glenn Frederick Knoll (2010), Radiation Detection and Measurement,
University of Michigan.
[5]: D.Delacroix; J.P.Guerre; P.Leblanc and C.Hickman(2002). Radionuclide and
Radiation Protection Handbook. Nuclear Technology Publishing
III. Internet
[2]: Ludlem measurement (2020). Model 2000 General Purpose Scaler:
<https://ludlums.com/products/all-products/product/model-2000> xem 16/05/2020.
[3]: Marc A Shampo, Robert A Kyle and David P Steensma (2011). Hans Geiger-
German Physicist and the Geiger Counter:
<https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3228631/>, xem 15/05/2020. [6]:Nguyễn Việt (2015). Cơ bản về Arduino <https://kipalog.com/posts/Co-ban-
ve-Arduino> xem 16/05/2020.
[7]: Soviet Radio Componets (2011) <http://www.sovtube.com/x-ray-and-geiger- tubes/610-sbt-11.html> xem 16/05/2020.
[8]: Shenzhen eont electronics (2007). Datasheet LCD2004, <https://www.beta- estore.com/download/rk/RK-10290_410.pdf>, xem 16/05/2020.
[9]: NXP Semiconductors (2013). Datasheet CF8574-PCF8574A.
<https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF8574_PCF8574A.pdf>, xem
17/05/2020.
[10]: Sandy Cao (2015). Nema23 stepper motors and drivers
<https://cpdxkcnc.com/stepper-motor-nema23-28a-56mm-57hs56-2804a08-d21-
p0563.html>, xem 17/05/2020.
[11]: Datasheet-TB6560 3Axis Stepper Motor Driver (2013)
<https://www.allelectronics.com/mas_assets/media/allelectronics2018/spec/SMC- 5.pdf>, xem 19/05/2020.
[12]:Vũ Quang Huy (2014). Thông SốKĩ Thuật Arduino Uno R3 - Các Biến Thể Và Lưu Ý <https://www.stdio.vn/article/thong-so-ki-thuat-arduino-uno-r-3-cac-bien- the-va-luu-y-gnlmL > , xem 19/05/2020.
78
Xác nhận của Giáo viên hướng dẫn Xác nhận của Giáo viên phản biện