2.1.1. Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe
Hình 2.1. Hệ phổ kế gamma phông thấp tại Viện y tế công cộng Tp. HCM Hệ phổ kế gamma gồm: đầu dò HPGe GEM50 P4-83 loại p với hiệu suất tương đối là 50%, đường kính tinh thể 65,9mm và chiều cao tinh thể là 11,5 mm, có bộ tiền khuếch đại, thiết bị Lynx DSA tích hợp nguồn nuôi cao thế, khối khuếch đại, bộ biến đổi tương tự thành số và khối phân tích đa kênh, đầu dò được làm lạnh bằng Ni-tơ lỏng (chứa trong bình để bảo quản đầu dò), buồng chì che chắn. Hệ phổ kế được kết nối với máy tính thông qua cổng cáp, việc ghi nhận và xử lí phổ được thực hiện bằng chương trình chuyên dụng Meastro.
2.1.2. Mẫu chuẩn và mẫu phân tích
Mẫu chuẩn được sửu dụng là mẫu chuẩn RGU-1 (chuẩn 238U) được cung cấp bởi IAEA, có hoạt độ 4940 ± 30 Bq.kg-1. Mẫu chuẩn phải đạt yêu cầu có các đặc điểm giống mẫu phân tích về dạng hình học mẫu, các đồng vị phóng xạ cần quan tâm với mật độ
gần đúng với mẫu phân tích. Bên cạnh đó phải được tiến hành đo trong cùng điều kiện như mẫu phân tích.
Mẫu phân tích là mẫu đá sau khi được nghiền thành bột mịn thì phần bột mịn sẽ được mang đi sấy khô với đèn hồng ngoại trong 1,5 giờ để đảm bảo không có sai sót do độ ẩm cao. Sau 30 phút khi đã nguội, mẫu sẽ được cho vào hộp đựng và nén cho đến độ cao 2 cm. Tiến hành làm nhẵn bề mặt, cân mẫu.
Bảng 2.1: Thông số mẫu chuẩn RGU-1 và các mẫu phân tích
Mẫu Khối lượng mẫu (g) Thời gian đo (s)
RGU-1 130,14 86400
M1 147,80 86400
M2 160,59 86400
M3 149,78 86400
M4 154,05 86400
M5 165,30 86400
Hình 2.2. Mẫu chuẩn RGU-1 (a) và mẫu đá phân tích (b) 2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Các phương pháp xác định hoạt độ
Phương pháp cân bằng là phương pháp xác định hoạt độ bằng phổ gamma thông qua việc xác định hoạt độ của các đồng vị con cháu. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi phải nhốt kín mẫu vào hộp kín trong 30 ngày để đạt được sự cân bằng phóng xạ. Bên cạnh đó quá trình xử lí mẫu phải thật công phu sao cho không có sự rò rỉ khí 222Rn ra ngoài cũng như là đối với các mẫu sinh học sẽ bị phân hủy khi để ở thời gian dài.
Phương pháp trực tiếp là phương pháp xác định trực tiếp hoạt độ của các động vị trong mẫu bằng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe. Phương pháp này không đòi hỏi phải nhốt kín mẫu trong thời gian dài mà có thể đo ngay. Tuy nhiên, đối với phương pháp này cần xác định tỉ lệ hoạt độ phóng xạ giữa 235U và 238U (do đỉnh năng lượng
186,21 keV của 226Ra còn có sự chồng chập của đỉnh năng lượng 185,72 keV của 235U), đồng thời chứng minh xảy ra sự cân bằng phóng xạ giữa 238U và 226Ra.
2.2.2. Công thức xác định hoạt độ
Hoạt độ đồng vị phóng xạ được xác định bởi công thức [9]:
abs s
A(E) N(E) C
(E).I (E).m .t
(2.1) Trong đó:
(E): Hiệu suất ghi đỉnh của đầu dò ứng với năng lượng E
N(E): là số đếm tại đỉnh năng lượng toàn phần ứng với mức năng lượng E trên phổ gamma đã trừ phông
A(E)(Bq.kg-1): là hoạt độ của nguồn phóng xạ tại thời điểm tham khảo Iγ(E)(%): là xác suất phát gamma có năng lượng E của đồng vị phóng xạ.
t(s): là thời gian thực hiện phép đo ms(kg): khối lượng mẫu phân tích Cabs : hệ số tự hấp thụ của mẫu.
Sai số của hoạt độ tại đỉnh năng lượng (E) được xác định đựa trên công thức [2]:
2 2
2 2 2 2
s s
I m
A(E) (E) N(E) t
A(E) (E) N(E) I t m
(2.2)
Ở đây sai số của cân điện tử là 0,001g và đo trong khoảng thời gian rất lớn nên
2 2
s s
m
t 0; 0
t m
.
Từ đó ta có công thức sai số hiệu suất ghi đỉnh năng lượng toàn phần:
2 2 2
(E) N(E) I
A(E) A(E).
(E) N(E) I
(2.3)
Trong đó:
(E) : sai số hiệu suất ghi đỉnh năng lượng toàn phần
N(E) : sai số diện tích đỉnh năng lượng I
: sai số hiệu suất phát Gamma
A : sai số hoạt độ
Do đỉnh năng lượng 186,21 keV của 226Ra còn có sự chồng chập của đỉnh năng lượng 185,72 keV của 235U nên số đếm của đỉnh 186 keV bao gồm 57,2% của 226Ra (186,2 keV) và 42,8% của 235U (185,7 keV) với sự tồn tại của trạng thái cân bằng. Hoạt độ của động vị 226Ra theo công thức [9,11,12]:
226Ra abs
s
A 57, 2% N(E) C
(E).I (E).m .t
(2.4) 2.3. Kết luận chương 2
Trong chương 2, khóa luận đã trình bày đối tượng cứu là hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe với mẫu chuẩn là RGU-1 và 5 mẫu phân tích. Bên cạnh đó là các phương pháp được sử dụng trong khóa luận là phương pháp đo cân bằng hoạt độ và phương pháp trực tiếp.
CHƯƠNG III