VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Phòng chuẩn neutron
Phòng chuẩn neutron đã được VKHKTHN xây dựng hoàn chỉnh, hiện chờ lắp đặt nguồn và thiết bị để đưa vào sử dụng. Về tổng quan, phòng chuẩn neutron gồm một phịng chính (phịng đặt nguồn và thiết bị) có lối đi ziczắc ra cửa cản xạ và ra phòng điều khiển. Phịng chính là khối lập phương với kích thước trong lòng mỗi chiều là 700 cm. Tại độ cao so với bề mặt sàn 230 cm là lớp sàn trung gian được
làm bằng nhơm dùng cho mục đích bố trí thiết bị đo đạc. Thiết kế của phòng chuẩn neutron được mơ tả qua các Hình 3.1 và Hình 3.2. Kích thước chỉ ta trên bản vẽ có đơn vị là .
44
Hình 3.2: Tiết diện đứng của phịng chuẩn neutron
3.2. Nguồn phóng xạ
Do điều kiện thực tế VKHKTHN chưa nhập được nguồn chuẩn neutron thực sự cho nên trong luận văn này tác giả đã tận dụng nguồn (chu kỳ bán rã 2.65 năm) được nhập về VKHKTHN từ ngày 29 tháng 8 năm 2003 dùng cho mục đích nghiên cứu khác (khơng phải cho mục đích chuẩn) với hiệu suất phát neutron tại thời điểm ban đầu là 1.1 x 10 / . Thiết kế của nguồn được mơ tả như trong Hình 3.3 với lớp vỏ xung quanh được bao bọc bởi lớp thép không gỉ, bên trong là hỗn hợp vật liệu nguồn 252Cf.
Hình 3.3: Thiết kế của nguồn neutron 3.3. Công cụ
Trong luận văn này, tác giả đã sử dụng phần mềm mô phỏng MCNP5 (Monte Carlo N-Particle, Version 5) là phần mềm ứng dụng phương pháp Monte Carlo để mơ phỏng q trình vận chuyển bức xạ của các chùm hạt neutron và các tia gamma, electron hay là tổ hợp của chúng[16].
MCNP5 được phát triển bởi phịng thí nghiệm Los Alamos (Mỹ) với dữ liệu hạt nhân đa dạng từ các nguồn ENDF (Evaluated Nuclear Data File), EPDL (Evaluated Photon Data Library), ACTL (Activation Library), ... Dải năng lượng tính tốn của nó đối với neutron là từ 10 MeV đến 20 MeV cho tất cả các loại nguồn đồng vị neutron, đối với photon là từ 1 keV đến 100 GeV và đối với electron là từ 1 keV đến 1 GeV.
46
3.4. Thiết bị đo liều neutron
Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm là máy đo liều neutron môi trường cầm tay Aloka (kiểu: TPS-451C) do Nhật Bản sản xuất. Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy được chỉ ra trong Bảng 3.1
Bảng 3.1: Một số đặc tính cơ bản của máy đo liều neutron cầm tay Aloka - TPS 451C
Tên máy/Hãng sản xuất: ALOKA/Aloka Co. Ltd
Kiểu: TPS-451C
Nước sản xuất: Nhật Bản
Loại đầu đo: Ống đếm tỷ lệ chứa khí (áp suất 5 atm) Vùng nhạy: Hình trụ, đường kính 2.4 cm; dài 7.0 cm
Chất làm chậm: Polyethylene ( = 0.95 . )
Dải năng lượng: 0.025 eV 15 MeV
Dải suất liều neutron: 0.00001 10 mSv/h Dải liều neutron: 0.00001 10 mSv Dải suất liều photon: 100 mSv/h
3.5. Tấm che chắn hình nón
Trong thí nghiệm của luận văn này, có sử dụng tấm che chắn hình nón cụt có chiều dài 30 làm bởi vật liệu PEB (lớp polyethylene pha với Boron (10%), mật độ khối lượng 1.0 g/cm3), với đáy nhỏ và đáy lớn có đường kính lần lượt là 9 cm và 15 cm.
3.6. Phương pháp nghiên cứu
Đối với chuẩn thiết bị đo liều neutron sử dụng nguồn , thông thường hiệu suất phát neutron của nguồn cần phải lớn hơn 5.0 × 10 / [6]. Để đo đạc các thông số chuẩn của trường neutron (như thông lượng, tương đương liều mơi trường,…) thì cần có các thiết bị chuẩn cần thiết (giả sử như các thiết bị ghi trong Bảng 2.4). Như đã đề cập ở trên, do những hạn chế khách quan nguồn neutron dùng trong thí nghiệm này có hiệu suất phát neutron khá nhỏ so với yêu cầu.
Thiết bị đo liều neutron sử dụng trong thí nghiệm này cũng chỉ là thiết bị cầm tay khảo sát tương đương liều neutron mơi trường (khơng có khả năng đo phổ của trường bức xạ neutron). Do những khó khăn đó, tác giả của luận văn này đề xuất xác định phổ thông lượng neutron và từ đó suy ra tương đương liều neutron bằng phần mềm mô phỏng MCNP5. Phần thực nghiệm, tác giả của luận văn sẽ sử dụng máy đo suất liều neutron cầm tay Aloka-TPS 451C để đo đạc suất tương đương liều neutron môi trường và sử dụng phương pháp tấm che chắn để tách bỏ phần neutron gây ra bởi tán xạ (từ đó xác định được suất tương đương liều neutron trực tiếp). Kết quả đo suất tương đương liều neutron trực tiếp bằng thực nghiệm sẽ được so sánh với kết quả mô phỏng bằng MCNP5. Với những mong muốn đó, phương pháp nghiên cứu áp dụng trong luận văn này sẽ như sau:
Sử dụng phần mềm MCNP5 để mô phỏng phổ thông lượng neutron với một số cấu hình thí nghiệm cụ thể trong không gian thực của phịng chuẩn neutron hiện có với các thơng số về nguồn, kích thước phịng, thành phần cấu tạo của các đối tượng liên quan trong phòng chuẩn. Từ kết quả mô phỏng phổ thơng lượng neutron ta có thể tính tốn tương đương liều neutron môi trường tương ứng với các vị trí và cấu hình cụ thể. Tách biệt được các thành phần đóng góp khác nhau từ neutron tổng cộng, neutron tán xạ và neutron trực tiếp.
Đề xuất thiết kế của tấm che chắn phù hợp cho việc chuẩn máy đo liều neutron cầm tay Aloka-TPS 451C.
Thực hiện đo đạc suất liều neutron bằng máy đo liều neutron cầm tay Aloka- TPS 451C. Sử dụng tấm che chắn hình nón để loại bỏ thành phần đóng góp của tán xạ vào giá trị đo suất tương đương liều neutron tổng cộng (nghĩa là xác định được suất tương đương liều neutron tổng cộng, tán xạ và trực tiếp). Đưa ra bảng kết quả tổng hợp giá trị tính tốn mơ phỏng và thực nghiệm để
48