Tiêu chuẩn cho cơ sở dữ liệu phóng xạ môi trường

2.4.4.1. Nguyên tắc chung

Các cơ sở dữ liệu (CSDL) phóng xạ môi trường được thành lập tuân theo một số tiêu chuẩn chung sau: tuân thủ các quy trình quy phạm kỹ thuật điều tra môi trường phóng xạ hiện hành; phù hợp với nội dung tại Quyết định số 19/2008/QĐ-BTTTT ngày 09/04/2008 của Bộ Thông tin và Truyền thông về việc “Áp dụng tiêu chuẩn về ứng dụng công nghệ thông tin trong cơ quan Nhà nước”; tuân theo Quyết định số 1032/2012/QĐ-BTNMT ngày 20/6/2012 về việc “Quy định về điều tra, khảo sát phóng xạ môi trường tại các mỏ khoáng sản chứa phóng xạ” do Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành.

Nguyên tắc về hệ thống thư mục: CSDL được đặt trong một thư mục, thư mục gốc. Mỗi thành phần phóng xạ môi trường được lưu giữ trong một thư mục, thư mục phóng xạ môi trường, trong đó chứa một hay nhiều thư mục báo cáo. Trong thư mục báo cáo chứa một hệ thống thư mục con, mỗi thư mục con lưu giữ một lớp thông tin. Nguyên tắc về lớp thông tin: mỗi lớp thông tin lưu giữ một dạng tài liệu cơ bản, gồm các các lớp thông tin cơ bản: Bản đồ trường phóng xạ; Bản đồ mạng lưới điểm đo; Bản đồ phân vùng ô nhiễm phóng xạ; Báo cáo kết quả (gồm bản vẽ kết quả phân tích tài liệu phóng xạ môi trường, bản thuyết minh báo cáo, phụ lục); Tài liệu nguyên thuỷ.

2.4.4.2. Chuẩn hoá dạng file số liệu

File số liệu gồm có các dạng cơ bản sau: file bản vẽ, file văn bản, file ảnh. File bản vẽ là file có nội dung là bản vẽ, như bản đồ, sơ đồ, hình vẽ. Các file này được thành lập bằng phần mềm Mapinfor hoặc có thể bằng các phần mềm đồ hoạ khác, song phải chuyển đổi và thể hiện là một file dạng Mapinfor, có đuôi (*.tab). File dạng text (văn bản) là file nội dung chứa văn bản, ký tự số hoặc chữ. Dạng file này có thể chia làm hai loại: file dạng văn bản thuần tuý (bản thuyết minh báo cáo, quyết định phê chuẩn, biên bản nghiệm thu…) gọi

là file văn bản; file dạng text số liệu (số thứ tự, toạ độ x, toạ độ y, giá trị độ cao, giá trị thành phần phóng xạ môi trường …) gọi là file text số liệu. File văn bản được thành lập bằng phần mềm Microsoft Word, có đuôi (*.doc). File text số liệu có thể được thành lập bằng các phần mềm khác nhau như Microsoft Excel, Access… song thể hiện là một file dạng text, có đuôi (*.txt). Các file tính toán sử dụng bảng tính excel, có đuôi (*.xlsx). Kết quả phân tích định tính, định lượng tài liệu địa vật lý bằng nhiều phần mềm chuyên dụng khác nhau chuyển sang file dạng (*.pdf). File dạng ảnh là file được tạo ra từ việc quét (scan) ảnh, chụp ảnh, như file scan trang sổ đo thực địa, ảnh vị trí điểm tựa trọng lực, file scan quyết định phê chuẩn đề án, báo cáo… File có đuôi (jpg, jpeg, tip, bitmap).

2.4.4.3. Chuẩn hoá nội dung thông tin lưu giữ trong một số file số liệu phóng xạ môi trường

File số liệu địa vật lý là file dạng text số liệu, có đuôi (*.txt). Một tập số liệu có thể coi như một bảng số liệu trong đó có nhiều hàng và nhiều cột. Mỗi dòng (hàng) số liệu là một bản ghi (record), trong một dòng có nhiều cột, mỗi cột là một trường (field) số liệu. Toàn bộ thông tin về một điểm đo địa vật lý được thể hiện trên một dòng số liệu (một record), mỗi trường số liệu (như số thứ tự, tên điểm, tọa độ x, tọa độ y, độ cao…) được cách nhau bởi một dấu phẩy (,). Tuỳ theo từng chuyên môn địa vật lý, các file này có các trường số liệu khác nhau, song về cơ bản có một số trường như sau: trường số thứ tự, trường tọa độ x, trường tọa độ y…

2.4.4.4. Chuẩn hoá một số nội dung trong các file bản đồ

Một file bản đồ có nhiều lớp thông tin, về cơ bản có một số lớp thông tin sau: các lớp thông tin nền địa hình; các lớp thông tin trường phóng xạ; các lớp thông tin kết quả giải đoán địa chất tài liệu địa vật lý. Các lớp thông tin nền địa hình gồm: lớp đường đồng mức địa hình; lớp giao thông; lớp sông suối (thuỷ); lớp khung bản đồ; lớp khu dân cư và địa danh… Các lớp thông tin trường phóng xạ gồm: lớp thông tin đường đẳng trị (dạng đường); lớp thông tin vùng trường (tô màu, dạng region); lớp thông tin chỉ dẫn dạng text (giá trị ghi trên đường đồng mức, chỉ dẫn…). Các lớp thông tin kết quả giải đoán địa chất tài liệu địa vật lý gồm: lớp thông tin dạng đường (line), thể hiện đứt gãy địa chất, ranh giới địa chất…; lớp thông tin dạng vùng (region), thể hiện khối magma, diện tích

phân vị địa tầng…; lớp thông tin chỉ dẫn dạng text, hoặc ký tự đặc biệt (ký hiệu tuổi địa chất…).

Trên cơ sở những nguyên tắc chung và phương pháp chuẩn hoá nêu trên, tác giả tiến hành thành lập các tiêu chuẩn cho mỗi thành phần phóng xạ môi trường, nêu ra các yêu cầu cụ thể cho từng loại tài liệu, hệ thống thư mục, số trường cho từng file số liệu, thuộc tính cho các đối tượng cơ bản trong các file bản vẽ trường phóng xạ… Đã tiến hành thành lập tiêu chuẩn cho CSDL suất liều bức xạ; CSDL về thành phần phóng xạ trong môi trường đất, nước và không khí; CSDL bản đồ phông phóng xạ; CSDL bản đồ phân vùng ô nhiễm phóng xạ; CSDL sách tra cứu điện tử tham số vật lý của đất, đá và một số loại quặng ở tại các khu vực khảo sát.

Hình 2.16 trình bày sơ đồ các bước xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường phóng xạ.

2.5. Hiệu chỉnh kết quả đo và đánh giá sai số kết qủa phân tích

2.5.1. Đánh giá sai số

2.5.1.1. Sai số ngẫu nhiên

Sai số ngẫu nhiên là những sai số và đặc điểm của nó đến mỗi kết quả đo đạc không rõ ràng, khi thì xuất hiện thế này, lúc thì xuất hiện thế kia, ta không thể biết trước được trị số và dấu của nó. Vì vậy, sai số ngẫu nhiên xuất hiện ngoài ý muốn chủ quan của con người, chủ yếu do điều kiện bên ngoài, ta khó khắc phục mà chỉ có thể tìm cách hạn chế ảnh hưởng của nó.

Sai số ngẫu nhiên có các đặc tính sau: sai số ngẫu nhiên có trị số và dấu xuất hiện không theo quy luật, nhưng trong cùng một điều kiện đo nhất định, sai số ngẫu nhiên sẽ xuất hiện theo những quy luật. Bất kỳ đại lượng ngẫu nhiên nào (kết quả đo) được đặc trưng bởi hàm phân bố nào xác định xác suất xuất hiện các quá trình khác nhau của nó trong quá trình đó.

Thông thường người ta cho rằng, các kết quả thực nghiệm có chứa các sai số ngẫu nhiên, tuân theo quy luật phân phối chuẩn hay phân phối Gauss hàm mật độ phân bố xác suất là phân phối chuẩn có dạng:

𝑓(𝑥) = 1

√2𝜋𝜎𝑒−(𝑥−𝜇)22𝜎2 (2.34)

Công thức trên cho thấy hàm mật độ được đặc trưng bởi hai tham số: - Giá trị trung bình của đại lượng đo µ và độ lệch quân phương  xác định độ phân tán của các kết quả đo xung quanh giá trị trung bình.

µ = 𝑋̅ = 𝑥1+𝑥2+𝑥3+⋯𝑥𝑛

𝑛 (2.35)

𝜎 = √(𝑥𝑖−𝑋̅)2

𝑛−1 (2.36)

Trong đó: xi - kết quả đo thứ i; n - tổng số phép đo.

Số lượng hạn chế của tài liệu thực nghiệm không cho phép xác định chính xác giá trị thực của µ và , chính vì thế người ta đưa ra khoảng tin cậy trong phạm vi khoảng đó với xác suất xác định, xác suất tin cậy, tìm được giá trị thực của các đại lượng đã nêu µ và .

2.5.1.2 Sai số của các đại lượng đo

Nếu như đại lượng đo được x là hàm của n đại lượng độc lập ngẫu nhiên x1, x2…xn tức là z = f(x1, x2…xn ) thì sai số bình phương trung bình xác định z được tìm theo công thức sau:

𝛿(%) = √(𝜕𝑥𝜕𝑧 1)2𝛿𝑥21 + (𝜕𝑧 𝜕𝑥2)2𝛿𝑥22 + ⋯ + (𝜕𝑧 𝜕𝑥𝑛)2𝛿𝑥2𝑛 (2.37) Trong trường hợp: z = x1 = x2 = … = xn Thì (𝜕𝑧 𝜕𝑥2)2 = 1 và 𝜎𝑧 = √𝜕𝑥21 + 𝜕𝑥22 + ⋯ + 𝜕𝑥2𝑛 (2.38)

2.5.1.3. Đánh giá kết quả đo

Việc đánh giá các phép đo phóng xạ dạng xung có thể tiến hành bằng 2 phương pháp:

- Dựa trên các tính chất của luật Poatson

- Phương pháp thông thường dựa trên các phép đo lặp của cùng một đại lượng

Phương pháp thứ nhất có thể được dùng trong các trường hợp khi xác định rằng, máy làm việc không có nhiễu, nghĩa là đã biết được quy luật phân phối lý thuyết. Phương pháp không đòi hỏi các phép tính phức tạp và cho cách đánh giá tin cậy của sai số gây ra do các thăng giáng thống kê của tốc độ đếm. Phương pháp này có thể được dùng cả khi tiến hành một phép đo. Độ tin cậy của các đánh giá nhận được không phụ thuộc vào số lượng các phép đo mà được xác định bởi số lượng tổng cộng các xung ghi được, nó tăng tỷ lệ với căn bậc hai của số xung ghi được.

Phương pháp thứ hai có thể dùng được khi máy làm việc không ổn định, bởi vì sai số được tính trên độ phân tán các số liệu thực nghiệm, việc đánh giá các kết quả đo sẽ đáng tin cậy, nếu như phép đo không nhỏ hơn 20. Khi số các phép đo chừng 3 đến 5, việc đánh giá chỉ xem là áng chừng. Phương pháp đòi hỏi việc tính toán khá phức tạp. Tuy nhiên nó có ưu điểm là có thể dùng không chỉ với các phép đo xung mà bất kỳ dạng khác nào của phép đo và có thể tự động hóa tính các sai số. Chính vì thế trên thực tế phương pháp thứ nhất thường được dùng chỉ thiết lập các phép đo (chọn các điều kiện tối ưu của phép đo, độ nhạy máy, trọng lượng mẫu…). Còn phương pháp thứ hai được dùng khi xử lý số liệu thực nghiệm.

Khi xử lý các kết quả đo, người ta tính độ chính xác của các đại lượng đo trực tiếp cũng như các đại lượng được tính theo các giâ trị đo được. Các công thức để xác định độ chính xác của các đại lượng đo được đưa vào Bảng 2.9.

Bởi vì các giá trị sai số ngẫu nhiên phụ thuộc vào hàm lượng của nguyên tố được xác định và vào lượng tương đối của các nguyên tố nhiễu. Bởi vậy, khi đánh giá mức độ sai số ngẫu nhiên cần thiết chia các mẫu thành các nhóm theo các khoảng hàm lượng của các nguyên tố phân tích và theo các khoảng hàm lượng tương đối của các nguyên tố nhiễu. Độ lớn khoảng hàm lượng trong các nhóm được chọn sao cho các số nhóm không nhỏ hơn 5.

Bảng 2.9. Các công thức để xác định độ chính xác của các phép đo phóng xạ

Đại lượng được xác định

Phương pháp dựa trên phân phối Poatson

Phương pháp dựa trên đo lặp

Tốc độ đếm trung

bình 𝑛̅ = ∑ 𝑁𝑖

∑ 𝑡𝑖

Trong đó Ni số xung ghi được trong thời gian ti. trong trường hợp riêng t1=t2=…=ti=t’

𝑛̅ = ∑ 𝑁𝑖 ∑ 𝑡′𝑚

Với t’ thời gian của một phép đo; m là số phép đo

Sai số bình phương trung bình trong việc xác định tốc độ đếm trung bình

Nếu như lấy một phép đo thì: ∑ 𝑁𝑖 = 𝑁 ; ∑ 𝑡𝑖 = 𝑡′ 𝜎 = √ 𝑛̅ ∑ 𝑡𝑖 = √ 𝑛̅ 𝑡′= √𝑁 𝑡 𝜎 = √∑(𝑛𝑖 − 𝑛̅)2 𝑛(𝑚 − 𝑖) Trong đó ni = Ni/t’

Sai số tương đối 𝛿 = 𝜎

𝑛. 100% ℇ =

𝜎

𝑛. 100%

2.5.2. Hiệu chỉnh sự sai khác giữa khối lượng mẫu chuẩn và mẫu phân tích

Về nguyên tắc có nhiều nguyên nhân gây ra sai số: Sai số do sự chồng chập xung, sai số do sự không đồng nhất giữa mẫu chuẩn và mẫu phân tích về hình học đo, thành phần chất nền. Tuy nhiên với mẫu môi trường thì hoạt độ phóng xạ nhỏ ngay cả khi mẫu đặt ngay sát bề mặt detector, thời gian chết của thiết bị không quá 1%. Vì vậy sai số do sự chồng chập xung gây ra mất số đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần hoàn toàn có thể bỏ qua [52, 77].

Khi xác định hoạt độ phóng xạ riêng theo phương pháp phổ gamma, dựa theo phương pháp tương đối hay dựa vào đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần nếu có sự sai khác về hình học đo, khối lượng, thành

phần mẫu chuẩn và mẫu phân tích sẽ gây ra sai số. Trong Luận án này tất cả các mẫu phân tích đều được đựng trong cùng 1 loại hộp đồng nhất, thể tích mẫu như nhau, mẫu chuẩn và mẫu phân tích đều được đặt trực tiếp sát detector vì vậy sự sai lệch về hình học đo giữa mẫu chuẩn và mẫu phân tích có thể bỏ qua. Sự sai lệch về thành phần chất nền và khối lượng giữa mẫu chuẩn và mẫu phân tích sẽ dẫn tới sự sai khác hệ số tự hấp thụ các bức xạ gamma trong mẫu chuẩn và mẫu phân tích. Sự sai lệch về sự tự hấp thụ trong mẫu chuẩn và mẫu phân tích càng lớn khi năng lượng bức xạ gamma đặc trưng được chọn phân tích càng nhỏ [77]. Ngoài ra, để hiệu chỉnh sự sai khác thành phần chất nền giữa mẫu phân tích và mẫu chuẩn, cần phải tiến hành thực nghiệm đo hệ số suy giảm khối μ của bức xạ gamma được chọn để tính hoạt độ phóng xạ trong mỗi mẫu phân tích cụ thể, sau đó thay vào công thức hiệu chỉnh. Luận án đã sử dụng phương pháp đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi kết hợp hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh 1460,8 keV của 40K cho phép khắc phục sự sai khác giữa thành phần chất nền giữa mẫu chuẩn và mẫu phân tích.

2.5.3. Công thức truyền sai số

Trong Luận án, các đại lượng cần tìm đều được xác định thông qua nhiều đại lượng. Để tính độ lệch chuẩn của một hàm số theo độ lệch chuẩn của đối số, ta dựa vào công thức truyền sai số.

Xét trường hợp tổng quát, giả sử co một hàm số f(x1,x2...xn) phụ thuộc vào n đại lượng x1, x2…xn, thông thường các đại lượng này có thể xác định được bằng thực nghiệm mà từ đó ta có thể tính được giá trị của hàm f(xi) tương ứng. Các biến xi có các giá trị trung bình tương ứng là 𝑥̅𝑖 với sai số chuẩn i. Cũng như cách chúng ta cần xác định sai số chuẩn của f(x1,x2...xn).

Giả thiết rằng f(x1,x2...xn) có thể khai triển thành chuỗi Taylor xung quanh các giá trị trung bình 𝑥̅𝑖. 𝑓(𝑥𝑖) = 𝑓(𝑥̅ ) + ∑𝑖 𝑛𝑖=1(𝑥𝑖 − 𝑥̅ )𝑖 𝜕𝑓 𝜕𝑥̅𝑖+ 𝑂(𝑥𝑖 − 𝑥̅ )𝑖 2 (2.39) trong đó: 𝜕𝑓 𝜕𝑥̅𝑖 = 𝜕𝑓 𝜕𝑥𝑖(𝑥𝑖 = 𝑥̅ )𝑖

Thừa số 𝑂(𝑥𝑖 − 𝑥̅ )𝑖 2 bao gồm tất cả thừa số tương ứng với vi phân bậc hai trở lên, ở một giới hạn chính xác nào đó, các thừa số này có thể bỏ qua, khi đó hàm f(x) có thể được viết gọn lại như sau:

Như vậy, giá trị trung bình f(xi) là giá trị được coi là gần với giá trị thực cần xác định.

𝑓̅ = 𝑓(𝑥̅ )𝑖

Trong hầu hết các trường hợp, các hệ số tương quan giữa các biến xi bằng không. Vì vậy, sai số chuẩn của f(xi) được tính theo công thức sau [53, 99]:

𝜎𝑓 = √∑ (𝜕𝑓 𝜕𝑥𝑖) 𝑛 𝑖 2 𝜎𝑖2 , (2.41) trong đó: - σf là độ lệch chuẩn của đại lượng f,

- σi là độ lệch chuẩn của đại lượng xi,

2.5.4. Các nguồn gây ra sai số

2.5.4.1. Trong bài toán xác định hoạt độ phóng xạ theo phổ kế gamma bán dẫn khi xác định hoạt độ phóng xạ riêng có các nguồn sai số sau:

- Độ lệch chuẩn do xác định tốc độ đếm < 4%;

- Sai số do xác định hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần < 1,5%;

- Sai số hệ số phân nhánh < 1,5%;

- Sai số từ việc cân xác định khối lượng < 0,1%;

Sai số được lấy bằng 2 lần độ lệch chuẩn (±2σ), kết quả sai số tương đối < 9%.

2.5.4.2. Trong phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp ma trận, các nguồn sai số chính như sau:

- Sai số do việc xác định các hệ số ảnh hưởng < 3%;

- Sai số thống kê từ tốc độ đếm tại các đỉnh năng lượng < 2%;

- Sai số khi xác định phương trình phân tích xác định hàm lượng riêng