+ Từ các số liệu thực nghiệm ta thu đợc các đồ thị sau đồ thị: • Hình 12 bia Cd đặt ở góc 1100 • Hình 13 bia Cd đặt ở góc 1300 • Hình 14 bia Al đặt ở góc 1200 • Hình 15 bia Ag đặt ở góc 1200 • Hình 16 bia Cd đặt ở góc 1200 • Hình 17 bia Ag đặt ở góc 1300 Hình 12
Hình 13 35 Số đ ếm (h ạt ) Số đ ếm (h ạt ) Bề dày (cm) Bề dày (cm)
Hình 14 Hình 15 Số đ ếm (h ạt ) Bề dày (cm) Số đ ếm (h ạt ) Bề dày (cm)
Hình 16 Hình 17 Các đại lợng thu đợc: Bia Góc Số đếm Hệ số tán xạ Cd 1100 1200.34±127.12 4 0.922 ± 0.18 Cd 1200 1457.33 ± 14.03 0.88 ± 0.03 Cd 1300 836.945 ± 20.44 0.369 ± 0.01 Ag 1200 1202.67 ± 430.6 0.15 ± 0.08 Ag 1300 678.44 ± 23.27 0.62 ± 0.07 Al 1200 1457.33 ± 14.03 0.88 ± 0.03 Nhận xét:
Qua kết quả thực nghiệm cho ta thấy:
- Khi bức xạ đi qua một số vật liệu nh : Al, Ag, Cd… thì cờng độ suy giảm theo hàm X
0e I
I= −à bởi các hiệu ứng khác nhau, càng đi sâu vào vật chất thì cờng độ giảm.
- Đối với hiệu ứng tán xạ Compton kết quả cho ta: Bức xạ gamma đi vào các chất đã nói trên thì số hạt tán xạ là khác nhau tuỳ thuộc vào bề dày của bia, phụ thuộc vào các chất làm bia khác nhau, các góc tán xạ khác nhau là khác nhau. Số hạt tán xạ có hiệu ứng Compton bắn ra càng nhiều khi bề dày bia càng lớn, nó tăng theo hàm: I = I0(1 - expàx).
- Nguyên nhân sai số: Sai số chủ quan:
+ Do ngời đo tiến hành đo không cùng thời gian nên phông của môi tr- ờng không ổn định.
+ Lần đầu làm việc với máy nên có những hạn chế về phép đo. Do khách quan:
+ Bia có bề dày không đều nhau, vật liệu cha đợc sạch (cha tinh khiết). - Lu ý khi thí nghiệm:
+ Khi đo phải kiểm tra dụng cụ.
+ Cần phải đo lại phông sau mỗi ngày đo. + Không để nguồn phóng xạ hớng vào ngời. + Khi thí nghiệm phải có đồ dùng bảo hộ. + Làm xong phải đậy nắp nguồn phóng xạ.
+ Trớc khi về phải kiểm tra những vật liệu dùng làm thí nghiệm để đảm bảo an toàn.
Chơng III : ứng dụng và che chắn bức xạ 3.1.ứng dụng của bức xạ gamma
Bức xạ nói chung và bức xạ gamma nói riêng có rất nhiều ứng dụng trong sản xuất cũng nh trong đời sống thực tế, ta đi xét một số ứng dụng của bức xạ.
3.1.1 Trong ngành sản xuất công nghiệp
Bằng các phơng pháp chụp ảnh phóng xạ (tia X hoặc dùng nguồn phóng xạ gamma) để kiểm tra các sản phẩm công nghiệp, nh vết nứt rạn, vết khuyết tật của sản phẩm từ đó có đợc các thông tin về chất lợng, tình trạng của sản phẩm mà không làm tổn hại đến khả năng sử dụng của chúng.
3.1.2 Trong ngành giao thông vận tải
Trong các ngành giao thông vận tải nh ngành đờng bộ, đờng sắt, ngành hàng không ngời ta sử dụng công nghệ bức xạ để kiểm tra các vật liệu xây dựng, các chi tiết máy, chất lợng công trình…
Khẳng định sự toàn vẹn của các đối tợng kiểm tra trong quá trình đại tu nhằm bảo đảm sự an toàn của máy móc, thiết bị.
Dùng để phát hiện và đánh giá sự xuất hiện, sự phát triển của các khuyết tật trong các sản phẩm, kết cấu công trình trong quá trình sử dụng. Trên sơ sở đó có thể loại bỏ kịp thời các vật liệu và sản phẩm không đạt yêu cầu, tránh đợc các chi phí trong các công đoạn tiếp theo cho các sản phẩm bị loại. Cũng bằng cách đó có thể sớm tìm ra đợc các chi tiết, cấu kiện h hại, đánh giá đợc mức độ toàn vẹn của công trình và có biện pháp bảo dỡng và thay thế kịp thời các thành phần cấu kiện h hại, tránh đợc những thảm hoạ có thể xảy ra.
3.1.3 Trong y học
Ngời ta dùng kỹ thuật ảnh hiện số để chẩn đoán và điều trị, khử trùng dụng cụ y tế… Ngoài ra còn đợc dùng để xử lý thực phẩm, xử lý nguồn nớc.
3.1.4 Dùng công nghệ bức xạ để sản xuất vật liệu gỗ- chất dẻo, bê tông pôlyme.
- Đối với vật liệu gỗ- chất dẻo: Trùng hợp các monome bằng bức xạ đối với gỗ, cải thiện đợc tính chất của chúng nh tăng độ bền, giảm độ hút ẩm, chống sâu mọt.
- Xử lý vật liệu bê tông- pôlyme: Trong số các vật liệu xốp đợc xử lý bằng bức xạ có thể kể đến bê tông, vật liệu này có độ bền gấp 3-5 lần so với bê tông thông thờng. Ngoài ra nó còn ít chịu tác động của môi trờng bên ngoài.
Ngoài ra ngời ta có thể gắn bức xạ các chất đồng trùng hợp để xử lý vật liệu dệt, để cải thiện tính chất của các loại sợi và vải nhân tạo cũng nh tự nhiên, nh làm tăng độ bền cơ học, tăng độ bám dính của thuốc nhuộm, giảm độ tích điên, tăng tính chống cháy…
Gần đây phơng pháp tán xạ Compton đã đợc Mỹ nghiên cứu để xác định bề dày của vật liệu và có độ chính xác khá cao. Mỹ dùng phơng pháp này để xác định lớp ăn mòn của vật liệu nhôm trên máy bay Boing- 747 với độ nhạy khá cao.
Đặc biệt ở Việt Nam, các nhà khoa học đã nghiên cứu tán xạ Compton nhằm xác định bề dày hoặc mức độ ăn mòn trong kim loại trong các cơ cấu có kích thớc khó tiếp cận.
3.2. Một số dụng cụ ghi đo bức xạ
Dựa vào các quá trình tơng tác đặc trng của vật chất của mỗi loại bức xạ và do yêu cầu khảo sát đặt ra, nhiều loại thiết bị ghi đo bức xạ đợc sử dụng. Nói chung các thiết bị này đều gồm hai bộ phận chính nối với nhau: Bộ phân phát hiện và bộ phận đo.
Bộ phận phát hiện, hay còn gọi là detectơ, là yếu tố nhạy với bức xạ sẽ nhận biết đợc bức xạ khi nó tơng tác với môi trờng vật chất. Có thể phân loại bộ phận phát hiện theo dạng tơng tác, dựa vào hiện tợng ion hoá khi hạt điện tích đi qua bộ phận phát hiện, ngời ta chế tạo loại detectơ chứa khí, detectơ bán dẫn, dụng cụ ghi vết nh buồng Uyxnơn… Dựa vào hiện tợng kích thích và phân li nguyên tử hoặc phân tử dới tác dụng của bức xạ…
Tín hiệu ghi nhận bức xạ từ các detectơ đợc truyền qua bộ phận đo, hay nói cách khác, thiết bị xử lý tín hiệu. Đây là những thiết bị điện tử có chức năng phân tích và ghi nhận các đặc trng của bức xạ. Bộ phận đó có thể làm việc theo chế độ xung hoặc chế độ dòng.
• Cấu tạo tổng quát và nguyên tắc hoạt động của một số loại detectơ: - Các detectơ chứa khí: Detetơ chứa khí là những tụ điện cách điện với nhau rất tốt, còn khoảng không gian ở giữa chứa đầy một loại khí nào đó, các cực bằng kim loại đợc nối với một thế hiệu tạo nên một điện trờng trong thể tích của detectơ. Nguyên tắc ghi bức xạ của các loại detectơ chứa khí đều dựa vào hiện tợng ion hoá xảy ra trong môi trờng khí khi bức xạ rơi vào detectơ. Căn cứ vào chế độ làm việc ngời ta chia các detetơ khí thành các loại: Buồng ion hoá, detectơ tỉ lệ và detectơ Geiger – Muller.
- Detectơ nhấp nháy: Dựa vào hiện tợng phát sáng trong các môi trờng đặc biệt dới tác dụng của bức xạ ion hoá một phơng pháp ghi nhận bức xạ đã dợc xử dụng - phơng pháp nhấp nháy. Nguyên tắc hoạt động của phơng pháp này có thể tóm tắt nh sau: khi một hạt điện tích đi vào bản nhấp nháy sẽ kích thích các nguyên tử hay phân tử, sau đó với sự dịch chuyển về trạng thái cơ bản, chúng sẽ phát ra một ánh sáng nhấp nháy, đó là các photon ánh sáng. Qua một lớp dẫn sáng, các photon này đập vào bộ phận quang điện và ở lối ra của bộ phận quang điện xuất hiện tín hiệu điện có biên độ khá lớn. Bộ tiền khuếch đại có tác dụng hoà hợp tổng trở giữa lối ra của detectơ và lối vào của bộ khuếch đại. Xung đợc tạo thành sau khi qua các bộ phận khuếch đại sẽ đợc tăng biên độ lên mấy bậc trớc khi qua vào phân tích và ghi nhận.
ở đây chất nhấp nháy thờng đợc dùng có thể là chất vô cơ nh ZnS(Ag),
CdS(Ag), LiI(Sn)… Các chất hữu cơ nh Ăngtraxen (C14 H10), Naptalin (C10H8)… Hoặc dung dịch nhấp nháy…
- Detetơ bán dẫn: Là loại detetơ đợc chế tạo đã đạt đợc những tiến bộ to lớn, nó đợc sử dụng rộng rãi và rất hiệu quả trong vật lý kỹ thuật hạt nhân để ghi bức xạ có năng lợng thấp. Nguyên tắc làm việc của loại đêttơ này dựa vào sự tơng tác của bức xạ electron liên kết.
3.3 Cách phòng tránh và che chắn bức xạ
Bằng con đờng ăn uống, hít thở, tiếp xúc với các chất phóng xạ tự nhiên và nhân tạo, chất phóng xạ có thể xâm nhập vào cơ thể gây ra những tác hại cho con ngời, vì thế cần có sự khuyến cáo và phòng tránh do bức xạ gây ra.
3.3.1 Phòng tránh tập thể
Các biện pháp này đợc thực hiện ngay từ khi xây dựng cơ sở vật chất ( nhà cửa, phòng thí nghiệm, hệ thống tổ chức…).
Tuỳ thuộc theo mức độ đe doạ nhiễm xạ trong mà phân vùng làm việc thành các vùng với các mức nhiễm xạ cho phép khác nhau. Mỗi vùng có những biện pháp kiểm tra, phòng tránh khác nhau.
Một biện pháp phòng tránh tập thể luôn luôn đợc thực hiện ngay từ khi xây dựng cơ sở vật chất là hệ thống thông thoáng của khu vực. Hệ thống này nói chung bao gồm hai vòng: một vòng đa không khí sạch, sau khi qua các hệ lọc bụi vào trong khu làm việc. Một vòng đa không khí ra ngoài, sau khi dùng các hệ thống lọc để giữ lại các độc tố có thể sinh ra trong các khu làm việc.
3.3.2. P hòng chống cá nhân: Các biện pháp chính đợc thực hiện một cách bắt buộc đối với từng nhân viên làm việc là: Dùng mặt nạ, găng tay, ủng, quần áo bảo hộ…Tổ chức hệ thống kiểm soát, thay các trang bị cá nhân khi đi từ vùng này sang vùng khác trong khu vực làm việc.
3.3.3 Tiêu chuẩn quy định về an toàn phóng xạ đối với các đối tợng
- Đối với nhân viên chuyên nghiệp:
Nếu tính đối với ngời làm việc trực tiếp với phóng xạ, liều hấp thụ tích luỹ cho phép tính cho toàn thân, cho mọi ngời từ 18 tuổi không vợt quá giá trị D tính theo công thức:
D = 50(N-18)mSv = 5(N-18)rem. N: Tuổi của nhân viên.
Nếu tính trung bình cho một năm thì: D = 50mSv/năm = 5rem/năm. - Với các đối tợng khác
Đối với những ngời sống gần các cơ sở ứng dụng năng lợng hạt nhân, nh lò phản ứng hạt nhân thì liều cho phép D khuyến cáo giảm đi 10 lần, tức là 5(N- 18)mSv hay 0.5(N-18)rem.
Đối với dân chúng, tính cho những ngời sống xa cơ sở hạt nhân, liều D khuyến cáo là 50mSv hay 5 rem cho suốt đời.
Ngoài cách phòng tránh ra thì điều không kém phần quan trọng là cách bảo vệ, che chắn nguồn bức xạ để chúng khỏi rò rỉ ra bên ngoài.
Khi lợng tử gamma đi qua vật chất, một chùmg bức xạ rộng đợc tạo ra, bao gồm bức xạ tán xạ và bức xạ không tán xạ. Cờng độ của chùm rộng đợc mô tả bằng công thức : ) , , ( . 0e B h Z x I I = −àx E à à (3.1)
à : Hệ số suy giảm tuyến tính;
B: Hệ số Build-up ( hay hệ số chuẩn trực )
Năng lợng có tính đến đóng góp của bức xạ tán xạ. Đối với chùm hẹp B=1, khi này: x e I I . 0 −à = (3.2) Đối với chùm rộng thì B>1 phụ thuộc vào năng lợng tia gamma hà, nguyên tử số Z và bề dày x của vật liệu B đợc xác định bằng thực nghiệm.
3.3.4. Che chắn bức xạ: Sự che chắn gamma thờng đợc phân thành 2 lớp: * Lớp bảo vệ sơ cấp: Việc bảo các thiết đòi hỏi phải giảm suất liều tới mức chấp nhận đợc 7,5àSvh-1, từ đó tạo ra vùng kiểm soát ở xung quanh nguồn. Bề dày của vật liệu đối với các tia chiếu trực tiếp từ nguồn phóng xạ gọi là bề dày cản xạ sơ cấp. Để đánh giá cần thiết của của lớp bảo vệ sơ cấp, cần phải tính hệ số truyền qua T: ' 2 ' 1 2 1 D D D D T = = (3.3) ' 1 1,D
D tơng ứng liều và suất liều khi có lớp bảo vệ '
2 2,D
D tơng ứng là liều và suất liều cũng tại vị trí đó khi không có lớp bảo vệ.
Để giảm suất liều tới mức cho phép thì:
T = 7,5àSvh-1/D'2 (3.4) Nếu T=101 thì bề dày lớp bảo vệ sơ cấp tơng đơng 101 . Để bức xạ gamma giảm tới mức
100 1
lần thì ngời ta sử dụng 2TVT…
Lớp bảo vệ sơ cấp tơng đơng bề dày giá trị 1/2, phụ thuộc vào năng lợng của bức xạ sơ cấp nh TVT. Ví dụ bề dày HVT và TVT của chì, sắt và bê tông.
* Lớp bảo vệ thứ cấp
- Lớp bảo vệ thứ cấp là lớp bảo vệ các tia bức xạ tán xạ từ lớp bảo vệ sơ cấp và các tia do rỉ từ vỏ nguồn.
Suất liều gây ra do tán xạ phụ thuộc vào năng lợng, bản chất của môi trờng và hớng tán xạ. Tia tán xạ Tia rò rỉ Lớp bảo vệ thứ cấp Lớp bảo vệ sơ cấp Hình 18: Sơ đồ che chắn γ Detectơ
kết luận
Bức xạ lợng tử nói chung, bức xạ gamma nói riêng luôn tồn tại hai mặt, đó là vừa mang lại mặt tích cực cho con ngời đồng thời nó còn gây tác hại đến đời sống con ngời. Tức là nhờ vào nó mà ngời ta có thể tạo ra những sản phẩm có ích phục vụ cho đời sống con ngời. Mặt kia chính là mặt tiêu cực, những tác hại do bức xạ gây ra lại rất nguy hiểm cho con ngời. Chính vì vậy mà chúng ta cần phải nghiên cứu, tìm hiểu để khai thác mặt tích cực và cách phòng tránh, khắc phục những hạn chế và nguy hiểm mà bức xạ gây ra. Nội dung của luận văn đã đặt đợc:
Chơng I: Bức xạ hạt nhân. Tơng tác của bức xạ với vật chất, trong chơng này cho ta hiểu về khái niệm của bức xạ nói chung và bức xạ gamma nói riêng, hiệu ứng chủ yếu của bức xạ gamma khi đi qua vật chất, một số đại lợng dùng trong bức xạ và ảnh hởng của bức xạ với một số chất rắn.
Chơng II: Phần thực nghiệm, ta đi nghiên cứu tán xạ Compton của bức xạ gamma với một số vật liệu ở những góc tán xạ khác nhau. Cho ta biết đợc số hạt tán xạ bởi hiệu ứng Compton khi bức xạ gamma qua một số chất.
Chơng III: ứng dụng và che chắn, chơng này cho ta biết một số ứng dụng của bức xạ trong thực tế, liều giới hạn cho các đối tợng khác nhau, cách phòng tránh và che chắn bức xạ.
Do khả năng và thời gian còn hạn chế cùng với điều kiện không cho phép nhiều, đề tài chỉ dừng ở một số vấn đề cơ bản của bức xạ gamma. Khi nghiên cứu tán xạ Compton qua thực nghiệm, chỉ kiểm chứng đợc sự tán xạ của bức xạ gamma đối với các vật liệu ở các góc khác nhau nên số liệu cha thực sự nhiều, do đó không tránh khỏi nhiều hạn chế. Song qua đây chúng ta có thể mở rộng