2.1. Thiết bị sử dụng trong việc đọc liều kế cá nhân
2.1.1. Hệ đọc liều kế microStar của hãng Landauer
Sau khi chiếu xa, liễu kế OSL sẽ được đưa vào hệ đọc liều microStar — sản xuất
bởi hãng Landauer, Hoa Kì. Hệ thống microStar cung cấp kha năng đọc liều kể, hiển thị, nhập và xuất các dữ liệu liên quan đến thông tin chiều xạ của liêu kế (Hình 14). Các số liệu sau khi được thu thập từ đầu đọc, được xử lý và hiên thị kết quả bởi phần mềm uStar (Hình 16) tích hợp trên máy tính kết nói với hệ thông.
Thiết bị xóa liêu
2.1.1.1. Cấu tạo đầu đọc liều kế microStar
Đầu đọc microStar cú kớch thước 12cm ằ 33cm x 24 cm, nặng 16 kg, được sử dung đề đọc liễu cho các loại liều kế Inlight hoặc nanoDot, có kha năng đọc 100 liều kế trong | giờ. Dầu đọc gồm 3 bộ phận chính: nguồn sáng, tam lọc quang học, hệ thu nhận
ánh sáng.
16
a. Nguồn sáng
Dau đọc microStar sử dụng 36 diot phát quang (LEDs) với nhiệm vụ cung cấp nguồn sáng có bước sóng phù hợp dé kích thích các điện tử thoát ra khỏi bay đang bị bắt giữ trong tinh thé AlaO; — thành phan cau tạo nên các đầu đò từ E1 đến E4 của liều kế. Mặc dù, bước sóng hiệu quả nhất cho kích thích quang phát quang của AlzO::C nam trong vùng xanh lam, tuy nhiên đẻ phân biệt ánh sáng kích thích và ánh sáng phát quang,
microStar sử dụng nguồn sáng màu lục với đỉnh phỏ rơi vào khoảng 525 nm. [6]
b. Tắm lọc quang học
Tam lọc quang học có nhiệm vụ loại bỏ những bức xạ nhiễu, chi thu nhận ánh sáng phát quang từ liều kế. Điều này giúp tăng độ nhạy cũng như độ chính xác của hệ đọc liều kế. MicroStar thường sử dụng tam lọc Hoya B-370, có bè dày 7,5 mm, cho phép các bức xạ có bước sóng từ 300 nm đến 450 nm truyền qua.
c. Hé thu nhận ánh sáng
Anh sáng sau khi được lọc nhiễu sẽ được truyền tới ống nhân quang điện (PMT).
Tại đây, tín hiệu quang học thu được sẽ được chuyên đôi thành tín hiệu điện tương ứng.
Dưới dang tín hiệu điện, thông tin liều bức xạ có thé dé đàng ghi nhận, xử lý và hiến thị kết quả bằng các thiết bị điện tử.
2.1.1.2. Nguyên lý hoạt động của đầu đọc microStar
Muôn thu nhận kết quả của liều kế sau khi bị chiều xạ, ta đặt chúng vào trong đầu đọc microStar. Nguồn sáng từ 36 LEDs phát ra ánh sáng màu lục với đỉnh phô khoáng 525 nm, năng lượng từ nguồn sáng giải phóng điện tử. Điện tử tự đo tái hợp với lỗ trồng tại tâm phát quang. Quá trình này sinh ra một nguôn năng lượng đưới dang bức xạ điện từ trong vùng ánh sáng xanh đa trời với đỉnh phô khoảng 415 nm. Ánh sáng phát ra có thé bị nhiễu do đó chúng cần được đi qua tam lọc quang học dé loại bỏ các ánh
sáng không mong muốn và chỉ giữ lại ánh sáng từ quá trình phát quang. Ánh sáng OSL sau khi loại nhiều sẽ được ghi nhận bởi ông PMT. Tại đây, lượng ang sáng thu được sẽ chuyên đổi thành tín hiệu dạng điện tích nC, tín hiệu dòng nA hoặc số đếm, từ đó sẽ
17
được chuyên thành tương đương liều cá nhân tương ứng. Đầu đọc mieroStar được trang bị một núm xoay đẻ thay đôi vị trí chiếu sáng vào các dau dò OSL từ El đến E4, kết hợp với các màng lọc trên thân liều kế giúp ta đo được các giá trị liều cá nhân mong
muốn Hp(10), Hp(3), Hp(0,07) hoặc liều beta (Hình 15). [4], [6], [7]. [9]
Tâm lọc
quang học
Hình 16. Giao diện phần mém Star 2.1.2. Nguồn phát bức xạ photon
Liều kế OSL được chiếu xạ tại phòng chuân liều cấp 2 thuộc Trung tâm hạt nhân Thanh phố Hỗ Chí Minh theo tiêu chuẩn [SO 4037:2019. Thiết bị chiếu xa Hopewell Designs bao gồm hệ chiếu chuẩn bức xạ Gamma G10 Irradiator System (G10-1-12-E)
18
và hệ chiếu chuan bức xạ tia X pho hẹp Model X80-160-E với các phâm chat bức xa
khác nhau: N-40, N-60, N-80, N-100 và N-120.
2.1.2.1. Hệ chiếu chuẩn gamma Cs-137
Phòng chuẩn gamma tại CNT được xây dựng theo tiêu chuẩn ISO 4037:2019, sử dụng nguồn gamma loại GSR-Cs137/A có hoạt độ phóng xa là 26.973 Ci (13/05/2019).
mức năng lượng 662 keV, dải suất liều từ 9,4 đến 47183,2 uSv/h, ở dang mudi bột Xesi
Clorua và được khuyến nghị sử dụng trong thời hạn 10 năm. Phần muốt bột này được
bao bọc bởi vỏ có dạng hình con nhộng đạt yêu câu theo tiêu chuẩn ISO 1677. Trụ chứa nguồn được thiết kế theo dang khối chì hình trụ bọc thép không gi, bề dày lớp chì tương ứng với nguồn Cs- 37 là 6.5 cm (Hình 17). Suất liều bức xạ tối đa tính từ bán kính 30cm từ bộ phận chứa nguồn là dưới 5 uSv⁄h khi được che chắn. Máy chiếu xạ G10 có ông chuan trực thiết kế theo tiêu chuân ISO 4037, được dùng dé thiết lập hình dạng và kích thước của chùm tia phát. Trụ chứa nguôn còn có 3 tam chắn chì đặt trước ống chuẩn trực với bè day là X4 (1,16 cm), X10 (2,45 cm), X25 (3,05 cm) cho độ suy giảm chùm bức xạ gamma lần lượt 4 lần, 10 lần, 25 lan. (Hình 18) [10]
Hình 17. Hệ chiếu chuẩn bức xạ gamma (G10-1-12-E) nguồn Cs - 137
19
Tắm chì X25
Tấm chì X10 Tấm chì X4
Hình 18. — Ba tam chắn chì X4, X10 và X25 2.1.2.2. Hệ chiếu chuẩn tia X phố hẹp
Tương tự như hệ gamma, phòng chuân liều tia X phô hẹp tại CNT cũng đáp ứng được các tiêu chuan đánh giá của ISO 4037:2019. Hệ chuân tia X phô hẹp model X80- 160-E (Hình 19) được thiết kế và sản xuất bởi Hopewell Design, Inc, có khả năng cung cap chùm tia X với các phẩm chất khác nhau N-40, N-60, N-80, N-100 và N-120 ứng với các mức năng lượng lần lượt là 33,3 keV, 47,9 keV, 65,2 keV, 83,3 keV và 100,0 keV. Với phẩm chat N-80 trường chuan liều tia X có dai suất liều từ 17,2 đến 21477,5 uSv/h. Hệ bao gồm: bộ phát cao áp từ 5 — 160 kV, dòng phát tối đa là 30 mA, hệ che chắn và hệ thông cảnh báo an toàn nhiều lớp. [11]
Hình 19. Hệ chiếu chuẩn tia X pho hẹp X80-160-E
20
2.2. Các nội dung thực nghiệm đánh giá các đặc trưng cơ bản của liều kế OSL
2.2.1. Ngudng nhạy
Ngưỡng nhạy là mức liều thấp nhất mà liều kế OSL có thé đo được. Dựa theo tiêu chuẩn của IEC 61066:2006, ngưỡng nhạy được xác định bằng 3 lần độ lệch chuẩn của tập hợp các giá trị phông nội tại của liều kế. Giá trị phông nội tại của liều kế chính
là giá trị liều đo được khi liêu kế không bị chiều xạ. [4], [12], [13]
Với Oy, được xác định theo công thức:
(8)
Trong đú, D, là ngưỡng nhạy của liều kế, mSv; ứ, 14 độ lệch chuõn cita tập hợp cỏc
By
giá trị phông nội tại của liều kế, mSv; x, là giá trị phông nội tai của liều kế thứ i, mSv;
x là giá trị phông nội tại trung bình của nhóm liều kế, mSv; n là số lượng liều kế trong
1 nhóm.
2.2.2. Độ đồng đều
Xác định độ đồng đều là đánh giá mức độ biến thiên kết quả ghi nhận liều chiếu của liễu kế trong cùng một mẻ sản xuất, được kiểm tra trong cùng một điều kiện chiếu
chuẩn với cùng | mức liều. Mức biến thiên càng nhỏ thì chất lượng nhóm liều kế càng
tốt. Dựa vào tiêu chuẩn IEC 61066:2006, độ đồng đều của từng nhóm liều kế được đảm
bảo khi giá trị không vượt quá 30%, với H được xác định theo công thức:
D -D
MOD, oe
21
Trong đỏ: 2, là gid tri liều cao nhất, mSv; ỉ2, là giỏ trị liều thấp nhất, mSy. [4],
=
[12], [13]
2.2.3. Dé lặp lai
Độ lap lại đánh gia sự ồn định của n liều kế sau m lần đọc dựa trên mức độ sai lệch của các kết quả thu được sau khi chiêu chuẩn cùng một giá trị liều trong cùng một điều kiện. Day là một trong những đặc trưng quan trọng nhất của liều kế. Hai thông số S, và §, được sử dụng để đánh giá độ lặp lại của liều kế, theo tiêu chuẩn IEC 62387:2020, liều kế đáp ứng điều kiện về độ lặp lại khí các giá trị của S, và S$, không
vượt quá 0,075 và số lần làm thí nghiệm không ít hơn 10 lần (mà > 10).
5-41 (10)Sz
Trong đó, S, là độ lặp lại của n liều kế sau lần thí nghiệm thứ i; E, là giá trị liều đọc trung bình của n liễu kế, mSv; S— độ lệch chuân của giá trị E,, mSv; 7, nửa khoảng tin
cậy của độ lệch chuẩn S + mSvy, được xác định theo công thức sau:
$_
l,=t,— (11)
Vn
r„„„ là hệ số tin cậy trong phân bố student ứng với khoảng tin cậy a. Trong bài nghiên
cứu này, khoảng tin cậy được sử dụng là 95%.
S asta! (12)
Trong đó, Š, là độ lặp lại cua I liều kế sau m lần thí nghiệm; E, là giá trị liều đọc trung bình, mSv; Se độ lệch chuẩn của giá trị E, „ mSY: i nửa khoảng tin cậy của độ lệch
chuẩn ` „ mSv, được xác định tương tự như công thức số (11). [4]. [13]. [14]
2.2.4. Đáp ứng tuyến tính trong dai liều thấp
Tín hiệu phát quang của liều kế OSL là một hàm tuyến tính của liều hấp thụ D.
Mỗi một vật liệu OSL khác nhau sẽ có một mức đáp ứng tuyến tính khác nhau. Mức đáp ứng tuyến tính càng cao, chất lượng cúa liều kế càng tốt. Mặc dù vậy, trên thực tế, mức đáp ứng là tuyến tính đối với dải liều thấp. Khi liều chiếu càng cao, sự tương tác giữa các điện tử bên trong cau trúc vật liệu và bức xạ ion hóa trở nên ngày càng phức tap, đáp ứng dần bắt đầu trở nên phi tuyến tính và khi đạt tới điểm bão hòa thì khả năng đáp
ứng xuống dưới mức tuyến tính. Theo tiêu chuẩn IEC 62387:2020, trong khoảng liễu
chiều từ 0,1 mSv đến 1 mSv, liều kế đảm bảo tiêu chuẩn, khi thông số đánh giá sự đáp ứng tuyến tính £ nằm trong khoảng từ - 13% đến +18%. Thông số £ được xác định
thông qua công thức sau:
£, —~+] )
Dset,
Trong đó. D, „ là giá trị liễu đọc trung bình của n liều kế khi chiếu cùng mức liễu, mSv; 2 là giá trị liều chiều chuân, mSv; 7, là nửa khoảng tin cậy của độ lệch chuân giá trị đọc trung bình, mSy, được tính theo công thức số (11). [4]. [13]. [14]
2.2.5. Độ suy giảm tín hiệu theo thời gian
Các điện tử “vô tình" thoát ra khỏi bẫy một cách không mong muốn gây ra sự suy giảm tín hiệu của liều kế. Khi bị tác động từ các bức xạ trong môi trường hay từ chính vật liệu cầu tạo nên liêu kế, các electron có trong bay nhận năng lượng vả được giải phóng. Quá trình này xảy ra mạnh đối với các điện tử ở mức bẫy nông, gần sát với
vùng dẫn. Theo tiêu chuẩn đánh giá của IEC 61066:2006, mức độ suy giám tín hiệu
23
không quá 5% trong khoảng thời gian 30 ngày khi liều kế được lưu trữ trong môi trường
làm việc thông thường; không quá 10% trong khoảng thoi gian 60 ngày; không quá 15%
với thời gian 90 ngày và không quá 20% trong khoảng 120 ngày. [4], [12]
2.2.6. Khả năng ghi nhận liều chiếu hỗn hợp của liều kế OSL
Chùm tia bức xạ có những phẩm chất khác nhau đối với mỗi nguồn bức xạ khác nhau, dẫn đến khả năng ghi nhận liều hấp thụ của liều kế có thể bị ảnh hưởng. Trong phân nay, sự phụ thuộc vào phâm chat chùm tia tới đối với khả năng ghi nhận liều của liều kế OSL sẽ được khảo sát khi chiếu cùng một mức liều với những tỉ lệ khác nhau
bởi cả chùm tia X và chùm tia gamma. [14]
2.2.7. Sự phụ thuộc góc chiếu
Trên thực tế, liều kế bị chiếu bởi các tia bức xạ ion hóa theo các hướng khác
nhau. Liêu kế đạt chuẩn là khi liều kế đó đáp ứng như nhau khi góc tới của bức xạ là khác nhau. Dựa theo tiêu chuẩn đánh giá của IEC 61066:2006, khi liều kế bị chiếu xạ từ một góc tới bat kì trong khoảng - 60° đến 60° thì giá trị liều đo được không được vượt
quá + 15% so với góc tới theo hướng trực diện (góc 0").
y =the +) (14)
mx E,
Trong đó, v, là thông số đánh giá sự phụ thuộc vào góc chiếu của liều kế; E, là giá trị
liều đọc trung bình của n liều kế khi được chiếu ở một góc cụ thé, mSy; m là số nhóm góc trong khoáng - 60° đến 60', 7, là nửa khoảng giá trị tin cậy của độ lệch chuân giá trị liều đo trung bình, mSv. [4]. [12]
2.3. Do không đảm bao đo kết qua đọc của liều kế
Độ không đảm bảo đo là mức độ không chắc chắn của kết quả thu được, hay nói
cách khác độ không đảm bảo đo là sự sai lệch giữa giá trị đo được và giá trị thực sự của
đại lượng đang khảo sát. Nó bao gôm tat ca các yếu tô có thé gây anh hưởng trong suốt
24
quá trình do lường như: sự chính xác của thiết bị, sự thay đổi của môi trường, sai số trong quy trình... Kiểm soát càng tốt chỉ số này thì kết quả thu được cảng đáng tin cậy.
Độ không dam bảo đo (Uc) được chia thành 2 loại: độ không đảm bao đo loại A (Ua) và độ không dam bảo đo loại B (Up). Trong đó
U.= U2 +U, (15)
Độ không dam bao đo loại A được xác định dựa trên kết quả thống kê của các đại lượng trong quá trình đo lường. Quá trình đo đạc lặp lại càng nhiều lần, sai số loại A càng giảm. Khác với loại A, độ không đảm bảo đo loại B không phụ thuộc vào phân phối
thống kẻ, đây là sai số được xác định dựa trên thông tin của nhà sản xuất, thông tin tử phòng chiếu chuẩn ở các cấp cao hơn hoặc các giả thuyết về phân bỗ xác suất của các đại lượng trong quá trình khảo sát. Các yêu tô ảnh hưởng được đánh giá một cách độc lập. Yêu tố có ảnh hưởng nhỏ hơn 0,1% lên kết quả ghi nhận của liều kế có thé bỏ qua [L5]. [16]. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ không dam bảo do của phương pháp đo liều chiếu xạ cá nhân sử dụng liều kế OSL bao gồm:
+ Sự khác nhau trong kết quả đọc của dau đo do độ nhạy và giá trị phông nội tại.
+ Độ không đảm bảo đo khi chiếu chuân.
+ Sự phụ thuộc vao năng lượng liều kế.
+ Su phụ thuộc vào góc chiếu xạ.
+ Kha năng đáp ứng tuyến tính của liều kế.
+ Sự suy giảm tín hiệu theo thời gian.
+ Sự ảnh hưởng của nhiệt độ và độ âm môi trường.
+ Sự ảnh hưởng của ánh sáng trong môi trưởng làm việc.
+ Anh hưởng do độ không ồn định của máy đọc liều kế.
25
2.3.1. Độ không dam bao do loại A
Độ không đảm bảo loại A là khác nhau đối với mỗi liều kế, do đó chỉ số này sẽ được xác định trong quá trình xử lý số liệu.
+ Độ không đảm bảo đo trong kết quả đọc của đầu dò được đánh giá như sau:
u =-—-TEx100 (16)
+ Độ không dam bảo đo của trường chiếu chuẩn Hp{10) sẽ được xác định thông qua thời
gian chiêu với công thức:
1 = 3000xD,. (17)>
H(10),,
kẻ 293,15 p
Với H.(10)_, =H(10)x| 22> k 18) „(0),„ =H, ( Hư nnnăh
Trong đó: f (s) là thời gian chiếu chuẩn với mức liễu là Dyer (uSv); (10), (uSv/h) là suất liều tham chiếu tại phòng chuẩn liều cap 2 của CNT; /°(°C), p (hPa) lan lượt là nhiệt độ và áp suất tại thời điềm chiếu; đối với tia X &(X)= 1, đối với nguồn Cs-137,
as
k(Cs—137)=2 7
2.3.2. Độ không dam bảo đo loại B
Độ không đảm bảo loại B được nhà sản xuất Landauer cung cấp (Bảng 1) do đó các chí số sẽ giống nhau cho 100 liều kế được dùng dé khảo sát trong nghiên cứu nay,
Giá trị cung cấp
bởi Landauer (%) Độ không dam bảo loại B
Sự suy giảm tin hiệu theo thời gian 0
Sự ảnh hưởng của nhiệt độ và độ â am môi trường pc
Sự ảnh hưởng của ánh sáng trong môi trường làm việc mm
Anh hưởng do độ không ôn định của máy đọc liêu kế.
Như vậy độ không đảm bảo loại B được xác định như sau:
3,1 +2,7° +4,1 +0,6° +0,4 +0,2? + 0,7? =5,9%
2.4. Phương pháp xác định giá trị trung bình và độ không dam bảo do của kết quả thu được trong một bộ liều kế
Trong phạm vi của bài nghiên cứu này, các liễu kế được chiếu chuẩn theo từng bộ (mỗi bộ 5 liều kế). giá trị trung bình của từng bộ được xác định dựa vào công thức:
<D>= : (19)
(20)
Trong đó, < D >, <u> lần lượt là giá trị trung bình và độ không đảm bao đo của trong một bộ liều kế, x,, w, là giá trị trung bình và độ không dam bảo đo của 1 liều kế. [17]
27