2.1. Hệ thiết bị chuẩn tia X
Vị trí đặt mẫu đo lon chamber
Lớp che chắn bên ngoài máy phát bức xạ giúp hạn chế tối đa sự ảnh hưởng tới chat lượng của chùm bức xạ được phát ra. Buéng ion hóa (ion chamber) đặt thăng hàng
chùm bức xạ phát ra theo quy định phòng chuẩn. Để tránh hạn chế gây ra sự bão hòa ở buồng ion hóa. tiết điện của chùm bức xạ phát ra ngoài phải lớn hơn phan tiết diện thu
a , h À . ˆ
nhận bức xạ ở buông lon hóa.
2.1.1. Phòng chuẩn tia X
Phòng chuẩn liễu cấp 2 tại Trung tâm Hạt Nhân Thành phố Hồ Chí Minh đã được Bộ Khoa học và Công nghệ đầu tư và phát trién với hệ thiết bị đo phát bức xạ gamma và tia X trong giai đoạn 2018-2019. Nhằm phục vụ nhu cầu hiệu chỉnh các thiết bị ghi do bức xạ cầm tay của của các nhóm nghiên cứu, các cơ sở, tô chức, nhóm ngành có liên quan đến hạt nhân. Trung tâm Hạt nhân cũng đang hướng đến việc đưa phòng chuân liễu cấp 2 trở thành thành viên của Mạng lưới các phòng thí nghiệm chuẩn liều thứ cấp của
Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và Tô chức Y tế thé giới (WHO) [10].
II
(3)
(1)
(4)
Phòng chuẩn liều cap 2 có kích thước đủ lớn và được xây dựng theo khuyến cáo của ISO 4037. Và trang bị hệ chuẩn tia X — Model X80-160-E Hopewell Design (Hình
2.2) gồm có [11]:
(1) Tủ X — quang;
(2) Bộ phận điều chỉnh khâu độ chùm tia (Aperture Wheel Assembly): là đĩa
nhôm có 4 lỗ với các collimator chì có đường kính trong khác nhau;
12
(3) Tủ điện trco tường;
(4) Hệ thong ray đi chuyển;
(5) Giá đỡ mẫu đo;
(6) Buông ion hóa;
(7) Hệ thống thước ngắm: laser 2 chiêu, bộ điều chính độ cao.
2.1.2. Hệ thông phát bức xạ
Hệ thông phát bức xạ được sứ dụng trong khóa luận này chính là hệ chuân tia X
~ Model X80-160-E được Hopewell Design, Inc thiết kế và sản xuất. Đây là một hệ chuẩn có thé thay đôi được cường độ phát tia X, có thé thay đổi tiêu điểm lớn hay nhỏ theo yêu cầu phép đo. Hệ chuan này có công suất tối đa 3000 W và dong phát tôi đa là
30 mA [11].
Hệ chuan tia X được thiết kế gồm có đường ray được có định đưới sản dé dé dang thay đôi khoảng cách đo theo ý muốn. Bên cạnh đó hệ chuẩn còn được trang bị thêm hệ thống che chắn và hệ thông cửa số (shutter), hệ thông đám bảo sự an toàn gồm có: đèn báo nhấp nháy, hệ thông camera. hệ thông cửa cảm biến và hệ thong điều khién dừng khan cấp khi sự cỗ xảy ra. Tat cả các tín hiệu an toàn này đều được cánh báo và hiển thị tại phòng điều khién.
2.1.2.1. Điện kế SuperMAX
SuperMAX là thiết bị ghi nhận và hiền thị kết quả đo các thông số như là: điện tích, cường độ dòng điện, suất liều bức xạ. Điện kế SuperMAX được kết nỗi với ion chamber dé ghi nhận thông tin. Đây là thiết bị có 2 kênh đo độc lập. Điều khién thiết bị này có thể tương tác trực tiếp băng tay hay sử dụng viết cảm ứng lên màn hình LCD.
Trước khi thực hiện phép đo cần xác định thông số nhiệt độ và áp suất không khí môi trường đo. Điện kế SuperMAX được hiệu chuẩn với phòng thí nghiệm chuẩn liều được
công nhận của trường đại hoc Wisconsin, có giá trị trong 2 năm [12].
13
2.1.2.2. Buồng ion hóa
Buông ion hóa TK-30 có hình dang là một hình cầu nhỏ có thé tích 27,9 em}, được thiết kế như một buồng ion hóa tham chiều được sử dụng trong các phòng thí nghiệm do liều chuẩn thứ cấp. Sự thay đổi của buông ion hóa khi tương tác với tia X có năng lượng thấp đến cao là rất nhỏ. Budng ion hóa như một đầu đò chưa khí đơn giản, khi chiếu bức xạ tia X vào buông ion hóa, khí trong buồng ion hóa tạo ra các ion dương và ion âm. Các ion trong buông ion hóa bị hút về hai đầu điện cực và báo tín hiệu về điện kế SupeMAX [12].
2.1.2.3. Điều kiện vận hành hệ do
Điều kiện chuẩn — Reference conditions: Là điều kiện môi trường có áp suất 1013,25 hPa, nhiệt độ 20°C và độ âm trong khoảng từ 30% - 70% [11].
Điều kiện chuẩn thiết bị “Standard test condition”: Là điều kiện mà áp suất có giá trị 86 -106 KPa, nhiệt độ có giá trị 18 - 22°C, độ am 50 - 75% và thời gian cân bang lớn hơn 15 phút [11].
Dựa vào điều kiện chuẩn và điều kiện chuẩn thiết bị, thiết lập được điều kiện vận
hành hệ đo trong thực nghiệm như sau:
e Nhiệt độ môi trường đo: 20 - 23°C.
ô Độ õm tương đối thường cú giỏ trị từ 45% - 60%.
e Áp suất: 1000 hPa — 1013 hPa.
2.1.2.4. Nguyên tắc vận hành hệ đo
Hệ chuan tia X có nguyên tắc vận hành đơn giản. Khi không có dong điện đi qua bóng phát tia X, hệ phát bức xạ ở trạng thái an toàn. Bên cạnh đó, trong phòng chiếu xạ còn có buông ion hóa được đặt thang hàng với ông chuan trực của máy phát bức xạ nhờ
vào hệ thống đèn laser ba chiều và các thanh thước ngắm theo khoảng cách mong muốn.
Ngoài ra còn có thiết bị ghi nhận giá trị nhiệt độ. áp suất, độ âm được đặt bên cạnh buông
ion hóa. Hệ đo này được vận hành thông qua chương trình đã được cài đặt sẵn tại phòng
14
chuẩn và hệ thống bản điều khién (Hình 2.3). Sử dụng điều khién dé đóng mở cửa phòng chiếu xạ, được xác nhận lại bằng cách hiện thị trong phần mềm máy tính. Ta có thê thiết
lập thời gian phát, cường độ dòng phát và cá năng lượng phát theo từng tùy mục đích đo.
Khi thiết lập xong có thê bắt đầu phát bức xạ. Lúc này bóng phát tia X bắt đầu phát bức
xạ, hệ thông đèn cảnh báo bắt đầu hoạt động nhấp nháy đỏ liên tục kèm theo hệ thong
cảnh báo âm thanh. Sau khi việc phát xạ kết thúc, tắt hệ phát tia X ở bản điều khiển,
đóng cửa sô phát. Người điều khién phải luôn nhớ chú ý hệ thống đèn cảnh báo dé làm việc an toàn hiệu quả. Trong quá trình đo, néu cửa phòng chiếu xạ được mở bất ngờ, hệ
thông an toàn được kích hoạt lập tức nhờ đó việc phát bức xạ cũng sẽ được dừng khẩn
:
£
cập.
Hình 2.3. Bàn điều khién hệ chuẩn tia X — Model X80-160-E Hopewell Design
15
2.2. Thông tin mẫu đo
Mẫu do là các mẫu đá được đem đi xứ lý nghiền mịn và sấy khô. Sau đó nén mẫu vào các hộp đựng mẫu. Hộp đựng mẫu có đường kính 7,2 em, chiều cao 2 em, khôi lượng và mật độ khối được ghi thông tin bên ngoài mẫu đo.
Bang 2.1. Thông tin mau đo.
— P Mật độ khối
M | 12232 | 144 —_
M_ | 1170 | l8 —- M | 14065 | 189 `
— M | 1972 | 20 -
Hình 2.4. Các mẫu đo
16
2.3. Phương pháp xác định hệ số suy giảm tuyến tính 2.3.1. Các bước xác định hệ số suy giảm tuyến tính
các thông số phục vụ cho nhu cầu tính toán theo đúng quy
trình của phòng chuân
Bước 3: ghi nhận các thông số đo thu được: điện tích, -
nhiệt độ, áp suất khi đo phông và khi đo bức xạ có mẫu
vat liêu che chin hộc khơng cĩ mau vat liêu
“ ~
| Bước 4: tắt các thiết bị sau khi thực hiện các phép đo theo \
quy trình phòng chuân
\ /
Bước 5: xử lý, tính toán hệ số suy giảm tuyến tinh từ các
giá trị ghi nhận được.
Nhận xét và đưa ra các đê xuất với giá trị có được
Hình 2.5. Sơ dé mô tả phương pháp xác định hệ số suy giảm tuyến tính [13]
Bước 1: Xây dựng hệ đo. Sao cho tia laser chiều tới buồng ion hóa tại tâm trục chùm bức xạ với khoảng cách 250 cm (giao điểm laser 3 chiều). Đặt mau đo tại vị trí chính giữa bóng phát tia X và ion chamber (khoảng cách d = 125 cm) theo chuan ISO 4037:2019 [11]. Đặt thiết bị đo nhiệt độ, độ am, áp suất trong phòng có chứa máy phát
bức xạ.
17
Bước 2: Khởi động các thiết bị đo. Chiều tia bức xạ vào buồng ion hóa TK-30 khoảng 15 phút. Đồng thời mở máy điện kế SuperMAX và đợi điện kế ôn định, thời gian điện kế ôn định 15 phút. Sau khi thiết bị én định mở phan mềm và cai đặt thông số bức xạ phù hợp với nhu cầu do. Cai đặt dong phát là ImA, cao thé lần lượt là 40 — 60 — 80 -
100 — 120 kV, tiêu điểm chọn tiêu điểm nhỏ. Mỗi cao thé khác nhau sẽ có 1 bộ filter
tương thích (40 kV (N-40), 60kV (N-60), 80kV (N-80), 100 kV (N-100), 120 kV (N- 120)).
Bước 3: Khi đã thiết lập xong các thông số phù hợp với nhu câu đo tiến hành phát bức xạ. Bam nút phát bức xạ trên cửa số hiên thị và đồng thời bam nút mở cửa số ở bảng điều khiển. Phát bức xa trong 120s rồi mới ghi nhận các giá trị đo từ điện kế. Và các giá trị ghi nhận được từ thiết bị đo độ 4m, nhiệt độ. áp suất thông qua man hình camera. Cho điện kế về Zero trước mỗi phép đo. Tiền hành lay các giá trị điện tích phông Mraw va
điện tích bức xạ Myay . Luu ý ở giữa mỗi phép do điện tích và điện tích phông không được phép Zero. Cai đặt thời gian đo cho 1 lần lay số liệu là 10s và lay 10 lần giá trị kết
qua.
Bước 4: Sau khi đo, tat các thiết bị do theo đúng quy trình của phòng chuẩn.
Bước 5: Xứ lý số liệu.
2.3.2. Xác định hệ số suy giảm tuyến tính
Đề đảm bảo độ tin cậy của kết quả đo cũng như đủ giá trị thong kê dé đáp ứng tốt
độ không đảm bảo của kết qua đo U<10% theo ISO 4037, mỗi phép đo được thực hiện
đo 10 lan. Trong quá trình đo phải đảm bảo rằng nhiệt độ, áp suất, độ âm môi trường luôn được ôn định. Trong khóa luận này hệ số suy giảm tuyến tính sẽ được xây dựng đựa vào hệ số kerma không khí. Được thé hiện thông qua biểu thức (2.1):
18
Trong đó:
uw: Hệ số suy giảm tuyến tính (cm'}).
K,,: Suất kerma không khí khi không có mẫu đo (uGy/h).
0
K: Suất kerma không khí khi có mẫu đo(uGy/h).
x: Be day mẫu đo (mm).
2.3.3. Thực nghiệm xác định suất kerma không khí
Trong thực tẻ, tại phòng chuẩn Trung tâm hạt nhân, Suất kerma không khí được xác định theo biêu thức (2.2):
(Meaw T Man, |
K,= Ni — KojecS pr ¥ system (2.2)
Với K là hệ số hiệu chỉnh của các đại lượng liên quan tới đến hệ thông phép
system
do. Tuy nhiên trong quá trình thực nghiệm hệ số hiệu chỉnh này có thé được bỏ qua do nó không ảnh hưởng nhiêu đến kết quả đo. Hệ số K sẽ được nhắc đến nhiều hơn
system
trong việc tính độ không dam bao của phép do.
2.3.4. Độ không đảm bảo đo thực nghiệm
Bước 1: Đề xác định độ không dam bảo do của hệ số suy giảm tuyến tính cần phải xác định các đại lượng ảnh hưởng tới kết quả đo.
Bước 2: Tính toán độ không đảm bảo đo thành phần của từng đại lượng ảnh hưởng tới kết qua đo, tính độ không đảm bảo tông hợp và độ không đảm bảo mở rộng.
Đề tính độ không đảm bảo đo của kerma không khí ngoài các đại lượng có thê phân tích băng phương pháp thống kê. Bên cạnh đó cần phải quan tâm đến các hệ số hiệu chỉnh của hệ thống do [7. 8.11].
19
Kystem ~ Ke Krot® tabÊ A KleakÊhome other (2.3)= 23
Trong đó:
K, : hệ số hiệu chỉnh sự chênh lệch thời gian bức xạ được phát ra.
K ot : yêu tô sự sai lệch của vị trí đặt buông ion hóa so với chuan (xoay, nghiêng).
Kab : yêu tô điều chỉnh sự ôn định của buồng ion hóa TK-30, tuy nhiên yếu tô này không được dé cập trong tài liệu kỹ thuật nên có thé bỏ qua.
K A: hệ số hiệu chỉnh sự chênh lệch của cường độ đòng phát thực tế so với thiết
lập.ˆ
K kì hệ số hiệu chỉnh cho dong điện rò ri của buồng ion hóa TK-30.
lea
K „: hệ số điều chinh cho sự không đồng nhất xuyên tâm của chùm bức xa.
home
K he : Các hệ số hiệu chỉnh khác. Tuy nhiên các hệ số này có đóng góp vô cùng nhỏ trong việc tính toán độ độ không đảm bảo đo — nhỏ hon rất nhiều so với 0,1% do vậy có thé bỏ qua.
Sau khi xác định được các đại lượng ảnh hưởng tới độ không đảm bảo đo, tiền
hành tính độ không dam bảo đo thành phan, độ không đảm bao đo tong hợp và độ không dam bao do mở rộng của hệ số suy giảm tuyến tính. Bên cạnh việc các đại lượng trong biểu thức (2.2) và (2.3) gây ra độ không đảm bảo đo gián tiếp, độ không đảm bảo đo của suất kerma không khí còn bị ảnh hưởng bởi các thông số kỹ thuật từ các thiết bị hệ đo.
Tùy thuộc vào tính chất các đại lượng đo sẽ thuộc nhóm độ không đảm bảo đo loại Á hay B. Độ không đảm bảo đo thành phần được nêu chỉ tiết hơn ở phần phụ lục C. Độ không dam bảo đo tông hợp được tính tir độ không đảm bảo đo gián tiếp theo quy luật truyền độ không đảm bảo. Trong khóa luận này độ không dam bao do tổng hợp của hệ
20
sé suy giam tuyén tính ghi nhận được từ hệ chuẩn tia X được tính theo biéu thức (2.4):
u Jus 42at, 4+2u2+u? us tuệ su? +2u? tuÊ eu2,®u2+u2+2à (2.4)=} used, +2u”+u su ẻ -u“ : eur +u* +2
RỮ TƯƠNG TỒN Maw Mag ` PMaw * Mmgu kee Tp ST ® stem
Trong đó:
ux : độ không đảm bảo đo bẻ day mẫu do.
UN: độ không dam bảo đo hệ số chuẩn TK-30.
k
u, : độ không dam bao đo thời gian do mẫu.
Une : độ không dam bảo do điện tích có mẫu khi có bức xa.
raw
u : độ không đảm bao đo điện tích có mau khi không có bức xạ.
Miawo
UM : độ không dam bảo đo điện tích không mẫu khi có bức xa.
raw
Un : độ không dam bảo do điện tích không mẫu khi không có bức xa.
raWo
u, : độ không đảm bảo đo hệ số chuân điện điện kế.
elec
uy! Ap suất khi đo có mẫu.
u+, : Nhiệt độ khi đo có mau.
Up: Ap suat khi do khéng mau.
up: Nhiệt độ khi do không mẫu.
try He typ
system ~ "Ky ThỤ *Usup *Ubias * "TK why
UTD † tí ma * Ushift
21
u Ky : độ không dam bao đo dòng phát phat tia X.
Wy : độ không đảm bao đo điện áp phẩm chat tia X.
Usuper : độ không dam bao do sự ôn định lâu dài của điện kế.
Ubias Ì độ không dam bao do bias SuperMAX và TK-30.
Ur, : độ không dam bao đo định hướng TK-30.
u, : độ không đảm bảo đo của hệ số chuyển đôi h
hy k°
tp độ không đảm bảo đo không đông nhất trường xạ.
Uc: độ không dam bảo do bức xa suy giảm theo khoảng cách.
Up: độ không dam bảo do inherent filtration.
tan: độ không đảm bảo độ không phân giải thước đo.
Đa ° độ không đảm bao đo đơn giản hóa tinh air kerma.
U itt độ không dam bảo do zero shift.
Độ không dam bao do mở rộng tính được từ độ không dam bao do tông hợp theo
biêu thức (2.5):
U=ku, (2.5)
2.4. Kết luận chương 2
Ở chương 2, khóa luận đã dé cập đến hệ chuẩn tia X, điều kiện - quy trình vận hành hệ đo và thông tin mẫu đo. Đông thời đưa ra phương pháp xác định hệ số suy giảm tuyến tính từ suất Kerma không khí và xác định độ không dam bao đo của hệ số suy giảm tuyến tính.
22