VÀ MỘT SỐ MÁY KHÁC CÙNG LOẠI
2.1 Giới thiệu sơ lược về các phương pháp và máy đo khí phóng xạ hiện
Máy đo khí phóng xạ (Rn và Tn) đã được sử dụng từ lâu ở Việt Nam trong lĩnh vực điều tra địa chất và gần đây là khảo sát môi trường. Các máy này có nguồn gốc chủ yếu từ Liên Xô cũ, ví dụ như : CΓ-11, ∋M-2, ∋M-6Π, RADON-82, PΓA- 01… và gần đây là RDA-200 (Canada), RAD7 (Mỹ)… Tuy nhiên, hiện nay chỉ sử dụng máy RADON-82, RDA-200, RAD7 và phương pháp vết anpha. Các loại máy khác quá cũ và lạc hậu, không thể sử dụng được.
2.1.1 Phương pháp đo khí phóng xạ dùng máy RADON-82, RADON, PГA-01P
+ Nguyên lý hoạt động
Đo tức thời nồng độ khí phóng xạ (tổng cộng các loại khí phóng xạ) trong đất, trong không khí, trong nước. Phương pháp này có hiệu quả trong tìm kiếm thân quặng urani, quặng thori, các khoáng sản có ích công sinh với các nguyên tố phóng xạ bên dưới lớp phủ ≤ 20m, không bị ngập nước và phát hiện các đới dập vỡ, đứt gãy kiến tạo…
+ Các máy đo khí phóng xạ và tính năng kỹ thuật
Các máy đo khí phóng xạ hiện dùng tại Việt Nam là: RADON-82, RADON, PГA-01P. Nguyên tắc hoạt động là dùng detector nhấp nháy đo bức xạ anpha phát ra do một lượng khí có chứa các chất phóng xạ được bơm vào buồng đo. Để ghi bức xạ anpha người ta dùng chất nhấp nháy ZnS(Ag) dưới dạng bột phun thành lớp mỏng 80mg/cm2 lên mặt trong của buồng ion hoá. Detector gắn trong đó sẽ nhận các tín hiệu điện do tia anpha đập vào. Bộ xử lý sẽ xử lý, khuếch đại tín hiệu điện và chỉ thị bằng kim đồng hồ hoặc số đếm xung.
Các máy đo khí phóng xạ được chuẩn bằng mẫu chuẩn radi lỏng (10-10 ÷10-12) gam radi khi đo môi trường, (10-7 ÷10-9) gam radi khi tìm kiếm, thăm dò quặng phóng xạ. Có hai phương pháp chuẩn máy đo khí phóng xạ là: phương pháp chân không và phương pháp lưu thông.
Máy RADON-82 sử dụng detector nhấp nháy là cốc đo có phủ lớp ZnS(Ag).
Bộ nhân quang điện sẽ biến đổi bức xạ anpha của khí phóng xạ thành các xung điện. Máy có khả năng xác định nồng độ khí radon và thoron với trong khoảng 10-10
Ci/l đến 2,7.10-7 Ci/l (3,7 Bq/l đến 104 Bq/l). Đồng hồ đo dùng kim chỉ thị và số đếm xung.
Máy PΓA-01 cũng có nguyên lý hoạt động tương tự máy Radon-82. Dải đo của máy từ 1 đến 106 Bq/l. Kết quả đo hiển thị bằng số.
Hai loại máy trên đều đã cũ, độ nhạy kém và làm việc không ổn định. Chúng có nhược điểm cơ bản là không tự động phân biệt radon và thoron, đồng thời bị ảnh hưởng rất nhiều do sự nhiễm bẩn phóng xạ khi đo vào vùng có nồng độ khí phóng xạ cao.
2.1.2 Giới thiệu máy RDA-200 + Nguyên lý làm việc
Thiết bị RDA-200 được thiết kế để đo hoạt độ hạt anpha phát sinh từ radon và con cháu của nó. Hạt anpha được đánh dấu trên lớp phủ phát quang ZnS (Ag), các buồng hoặc khay nhấp nháy dưới dạng các chớp sáng. Mỗi chớp sáng khi đi vào ống nhân quang điện hiệu suất cao được chuyển thành xung điện. Những xung điện này sẽ được tích luỹ và sau khi hoàn tất khoảng thời gian đếm đã định nó được hiển thị bằng số đo (hiện số).
+ Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy RDA-200
- Các đặc tính đo: Working Level (hàm lượng radon và con cháu radon) Rn222, Tn220, Ra226.
- Kỹ thuật detector: bộ nhấp nháy ZnS (Ag) cùng với ống nhân quang điện, đường kính 25,4mm và hệ mạch xử lý.
- Độ nhạy: 0,1 pCi/l (3,7 Bq/m3).
- Loại phin lọc: đường kớnh 25mm (4,91cm2) với đường kớnh lỗ nhỏ 0,8 àm, bộ lọc sợi thuỷ tinh.
- Khay lọc: có lớp phủ ZnS (Ag).
- Buồng nhấp nháy: loại thổi qua có 2 van.
- Thể tích buồng đo: 160ml.
- Diện tích nhạy: 140cm2.
- Kích thước: đường kính 53mm x 73mm.
- Cửa sổ: thuỷ tinh hữu cơ trong suốt.
- Hiệu suất nhấp nháy: >35% (
phut Phanra
phut Xung
/
/ ) hoặc 3,3 cpm/pCi
- Chuẩn hoá: theo nguồn kiểm tra Ra226 và đĩa kiểm tra Am241 - Nguồn cung cấp: 12 V.
- Nhiệt độ làm việc: -30oC tới +40oC.
- Trọng lượng và kích thước: 2,7kg; 127 x 165 x 280mm.
+ Phương pháp tính toán số liệu
* Tính tổng hoạt độ anpha: hàm lượng Working Level (WL) - Tổng hoạt độ anpha (WL) được tính bằng công thức:
) / ( 7 , E.V.t.F 3 WL R
¦ = x Bq l
Trong đó : R là số đếm trong khoảng thời gian 1 phút (cpm)
E là hiệu suất đếm của RDA-200, được lấy từ kết quả chuẩn hoá khay nhấp nháy. Ở đây E= 0,34.
V: là tốc độ lấy mẫu (l/ph).
t: là thời gian lấy mẫu (ph).
F: là hệ số Kusnets được tra từ bảng tính sẵn.
Trong trường hợp nếu ta chọn thời gian lấy mẫu là 5 phút, thời gian phơi là 2 phút, thời gian đo là 5 phút thì hệ số F = 218.
* Xác định hoạt độ của khí radon CRn theo pCi/l, áp dụng công thức:
CRn = R/J (2.2) Trong đó R: là tốc độ đếm xung đo được từ mẫu đã trừ phông (xung/phút) J: là hệ số chuẩn hoá buồng nhấp nháy (được xác định nhờ mẫu chuẩn radi lỏng).
So với các máy thế hệ cũ, máy RAD-200 đã khắc phục được khá nhiều thiếu sót của các loại máy đo khí phóng xạ trước đây về độ nhạy, tính đa năng, mức độ tiện dùng, hiển thị kết quả... Ngoài ra, máy có thể đo được hoạt độ anpha của bụi trong không khí. Tuy vậy, việc loại bỏ sự nhiễm bẩn phóng xạ khi đo ở khu vực có cường độ phóng xạ cao còn rất hạn chế, khả năng đo riệng biệt Rn, Tn còn kém và không tự động đo liên tục và tính toán ra kết quả đo.
2.1.3 Phương pháp detector vết anpha
Phương pháp detector vết anpha là phương pháp đo tích luỹ nồng độ radon và thoron dùng các detector chất dẻo ghi các bức xạ anpha để xác định nồng độ khí
(2.1)
phóng xạ trong điều tra địa chất, thăm dò khoáng sản và nghiên cứu môi trường.
Detector có kích thước khoảng (10 x 15 mm, được chôn trong hố sâu 80÷ 100cm và đo tích luỹ trong thời gian chừng 20 ÷ 30 ngày (hình 2.1).
Hình 2.1 Hố đặt detector
Radon và con cháu radon của các chất phát xạ bức xạ anpha khác đều có thể tạo thành vết ẩn trên detector, nhưng đóng góp của radon vẫn là chủ yếu. Thiết bị đo gồm cốc nhựa, detector chất dẻo, một ít hoá chất để xử lý và kính hiển vi để đếm.
Trước khi đếm, phải làm rõ các vết do hạt anpha đập vào detector bằng cách ngâm vào dung dịch đặc biệt, gọi là tẩm thực.
Do detector chôn trong thời gian dài, việc đếm vết phải cần đến kính hiển vi điện tử nên năng suất tương đối thấp, khó thực hiện trên diện rộng.
+ Các loại detector vết, các loại ống đo
Các detector vết là loại vật liệu nitrat xelulo(viết tắt là CN), axetoxeloda(viết tắt là CA), triaxetat xelulo… chúng được cắt thành từng mảnh, có kích thước (10x15)mm. Dưới đây là một số lại tẩm thực và hoá chất thường dùng.
Bảng 2.1 Chế độ tẩm thực các loại detector vết anpha
Loại detector Hoá chất tẩm thực Nhiệt độ (0C) Thời gian tẩm thực Nitrat xenlulo (CN):
- CN – 39 (Mỹ) - LR –11-5 (Pháp) - CN (Nga)
20% NaOH 10% NaOH 20% NaOH
60 60 40
5,5 giờ 2,5 giờ 60 phút Axetoxeloda (Trung Quốc) 30gNaOH+5gKMnO4
+ 100mlH2O
60 30 ÷ 40 phút
Triaxetatxelulo (Nga) 40%KOH 70 60 phút
+ Tẩm thực và đếm vết
1. Detector vết anpha được tẩm thực theo các chế độ đã nêu ở bảng (2.1) 2. Sau khi tẩm thực và đã được rửa trong nước lạnh thì detector được ngâm trong dung dịch (3÷5)% tinh dấm khoảng (10÷15) phút, sau đó rửa sạch bằng nước lạnh và sấy khô.
3. Đếm vết
Dùng kính hiển vị quang học có độ khuếch đại 100 ÷ 400 lần.
- Dùng thước trắc vi có khắc độ 0,01mm để đo đường kính thị trường.
- Diện tích thị trường của kính được tính theo công thức sau:
S = [ ]mm K
d x0,01 14 ,
3 (2.3) Trong đó: r = 0,01d[mm] – Bán kính thị trường.
d - Số độ khắc của thước trắc vi ứng với bán kính r.
K- Độ khuếch đại của kính trắc vi.
Mật độ vết được tính theo công thức:
ρi = nSt
n Ni
∑i
=1 (2.4) Trong đó:
ρ - Mật độ vết, số vết/ [mm2/ngày];
Ni - Số vết đếm được tại thị trường thứ i;
n - Số lượng thị trường;
t - Thời gian chôn ống, tích luỹ vết.
+ Tính nồng độ khí phóng xạ
Nồng độ khí phóng xạ được tính theo công thức:
( NRn + NTn) = J x ρ [Bq/l] (2.5) Trong đó:
NRn - Nồng độ radon [Bq/l]
NTn - Nồng độ thoron [Bq/l]
J [Bq/l]/[Số vết/mm2/ ngày] - Hệ số chuẩn detector vết;
ρ - Mật độ vết, số vết/ [mm2/ngày].
Đối với detetor vết được dán tại đáy của ống có chiều cao 12 ÷ 30cm hoặc detector dán ở đáy ống có tấm lọc ngăn Tn, nồng độ radon được tính như sau: