3.2 Nghiên cứu một số tính chất của phim PVA nhuộm màu khi chiếu trên chùm nơtron nhiệt tại kênh số 2 của Lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt
3.2.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của các chất phụ gia lên giá trị mật độ quang của phim sau khi chiếu xạ
Các chất được đưa vào có chứa Bo, Li và Cd là những nguyên tử có phản ứng với nơtron nhiệt tạo ra các hạt mang điện khác. Chính vì thế, việc đưa thêm các chất này giúp tăng cường khả năng ghi nhận nơtron của các phim PVA nhuộm màu.
Để khảo sát trạng thái làm việc của các phim PVA nhuộm methylene có chứa các chất phụ gia khác nhau khi chiếu trên nguồn nơtron nhiệt, các phim này được đưa vào chiếu nơtron nhiệt trên Lò nghiên cứu Đà Lạt trong khoảng thời gian 10 giờ liên tục và tiến hành xác định sự thăng giáng giá trị mật độ quang của phim. Các kết quả khảo sát độ thăng giáng giá trị mật độ quang của phim A sau chiếu được trình bày trên Hình 3.17. Từ hình vẽ thấy rằng độ thăng giáng mật độ quang của phim A trên phim BMB0 là cao nhất, rồi đến BMB2 và LBM1. Các phim CMB, LMB và NMB đều có giá trị rất nhỏ. Kết quả cho thấy loại phim BMB0 không có chứa chất phụ gia tăng cường lại có giá trị thay đổi mật độ quang trước và sau khi chiếu xạ là cao nhất.
Các phim mỏng PVA khi bị chiếu xạ với gamma thì quá trình ngắt mạch chiếm ưu thế khiến cho phân tử lượng của polyme này giảm đi. Phim mỏng PVA được nhuộm màu sẽ bị mất màu bởi quá trình ion hóa bức xạ trong phim. Quá trình ion hóa bức xạ đã dẫn đến quá trình phá hủy các tâm màu [7-8]. Tuy nhiên việc đưa thêm các chất phụ gia này đã làm tăng độ bền bức xạ của polyme lên khi chúng được chiếu với nơtron. Khi tiến hành chiếu nguồn nơtron lên phim có thêm chất phụ gia dẫn đến sự hình thành thêm nhiều các gốc tự do, làm cho phân tử lượng của polymer tăng lên và đó chính là hiệu ứng khâu mạch. Chính điều này dẫn đến sự hình thành nên các tâm màu, khiến cho phim có hiện tượng tăng màu [18]. Như vậy khi chiếu trên nguồn nơtron, quá trình truyền năng lượng ion hóa không chỉ diễn ra trên PVA mà còn trên các chất phụ gia. Điều đó dẫn tới việc giảm quá trình phá hủy các tâm màu trên phim. Vậy việc đưa thêm các chất phụ gia CdSO4, LiOH.H2O, H3BO3, Na2B4O7.10H2O và LiF sẽ làm tăng độ dẻo dài, độ trong của phim cũng như
69
tăng độ màu của phim nhưng lại cản trở quá trình phá hủy các tâm màu của phim khi chúng được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt.
Hình 3.17: Sự thăng giáng giá trị mật độ quang của các phim tại bước sóng 668 nm sau khi được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt 10 giờ.
3.2.4 Khảo sát trạng thái của phim sau khi chiếu
Các phim PVA được nhuộm màu sau khi được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt được bảo quản trong bình hút ẩm chuyên dụng và để ở điều kiện nhiệt độ phòng thí nghiệm. Sau đó phim sẽ được mang ra đo giá trị mật độ quang trong thời khoảng 30 ngày. Đối với nghiên cứu này đã tiến hành khảo sát giá trị mật độ quang của các phim BMB0, BMB2, LMB1, LMB2, CMB và NMB sau khi được chiếu xạ trên nguồn nơtron nhiệt trong khoảng thời gian 10 giờ. Kết quả khảo sát sự biến đổi giá trị mật độ quang của các phim được nhuộm Methylene blue được minh họa trên các Hình 3.18 đến Hình 3.23 dưới đây:
70
Hình 3.18: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue và không có Axit Boric, được chiếu trong 10 giờ.
Hình 3.19: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue với 100 mg Axit Boric và được chiếu trong 10 giờ.
71
Hình 3.20: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue có LiF và được chiếu trong 10 giờ.
Hình 3.21: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue có Lithium Hydroxide Monohydrate và được chiếu trong 10 giờ.
72
Hình 3.22: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue có Sulfat Cadmium và được chiếu trong 10 giờ.
Hình 3.23: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue có Natri Borat Decahodrat và được chiếu trong 10 giờ.
Từ các kết quả minh họa trên các Hình 3.18 đến Hình 3.23, chúng tôi thấy rằng phim PVA được nhuộm màu Methylene blue sau khi được chiếu xạ thì giá trị mật độ quang của chúng đều có xu hướng giảm trong vòng 24 giờ. Tuy nhiên, sau thời
73
gian 24 giờ sau chiếu thì giá trị mật độ quang của phim lại có xu thế tăng lên. Đặc biệt với phim có đưa thêm chất phụ gia như Lithium Fluoride, Lithium Hydroxide Monohydrate, Sulfat Cadmium và Natri Borat Decahodrat thì sau thời gian lưu giữ phim ở điều kiện phòng thí nghiệm, giá trị mật độ quang của phim có xu hướng tăng cao, lớn hơn giá trị ban đầu của phim trước khi được chiếu xạ. Trong khi đó, phim PVA nhuộm màu không chứa chất phụ gia và phim có chứa thêm Axit Boric có sự tăng giá trị mật độ quang sau thời gian lưu giữ sau khi chiếu, nhưng giá trị này không lớn hơn giá trị ban đầu của phim trước khi được chiếu xạ. Với hai loại phim này, trong vòng 5 ngày đầu tiên sau chiếu, giá trị mật độ quang của phim gần như đã trở về trạng thái bão hòa. Trong khi đó các phim PVA nhuộm màu có chứa các chất như Lithium Fluoride, Lithium Hydroxide Monohydrate, Sulfat Cadmium và Natri Borat Decahodrat thì tính ổn định thấp hơn hẳn.
Hiện tượng này có thể được giải thích bởi hiệu ứng nhớ của vật liệu sau khi bị chiếu xạ. Sau khi được chiếu xạ, các phim này được bảo quản trong bình hút ẩm có hút chân không nên đã loại bỏ quá trình oxy hóa sau bức xạ. Chính vì vậy hiện tượng mật độ quang của phim sau thời gian lưu trữ lại tăng màu có thể được giải thích bởi hiệu ứng nhớ của vật liệu sau khi bị chiếu xạ [7-8, 27].
Để tránh sai số kết quả sự suy giảm giá trị mật độ quang của phim sau khi chiếu xạ, phim cần được đo ngay trong vòng 24 giờ đầu tiên sau khi chiếu. Vì lý do nào đó mà việc đo giá trị mật độ quang của phim sau khi chiếu xạ không thể thực hiện ngay, chúng ta cần phải khảo sát kỹ hệ số hiệu chỉnh kết quả cho từng loại phim khác nhau thông qua hàm làm khớp mô tả xu hướng biến đổi màu của phim sau chiếu.
Để có thể xác định được hệ số hiệu chỉnh phù hợp với thời điểm đo mật độ quang sau chiếu, chúng tôi sử dụng hàm e mũ có dạng như sau:
c axe
abs= −bxday + (3.1)
trong đó abs là giá trị mật độ quang ghi nhận được sau số ngày lưu giữ day(ngày), Bảng 3.5 dưới đây tổng hợp kết quả làm khớp công thức của các phim PVA nhuộm màu được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt trong 10 giờ có chứa các chất phụ gia khác nhau.
74
Bảng 3.5: Kết quả làm khớp sự biến đổi mật độ quang của phim sau khi được chiếu xạ và được lưu giữ trong phòng thí nghiệm.
Ký hiệu a b c R2
BMB0 -0,336±0,216 0,680±0,317 1,560±0,003 0,9179 BMB2 -0,298±0,078 0,604±0,127 1,748±0,002 0,9778 LMB1 -0,307±0,040 0,221±0,042 1,481±0,008 0,9526 LMB2 -0,260±0,034 0,231±0,043 1,334±0,006 0,9581 CMB -0,372±0,114 0,239±0,101 1,488±0,020 0,7908 NMB -0,185±0,034 0,248±0,062 2,234±0,006 0,9154
Từ nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng phim mỏng PVA nhuộm màu Methylene blue có chứa Axit Boric sử dụng như một loại liều kế màng mỏng trong chiếu xạ nơtron nhiệt có độ bền và độ ổn định cao hơn so với các loại phim sử dụng chất phụ gia khác. Điều đó đảm bảo cho kết quả ghi nhận được có độ chính xác cao hơn.