b. Hệ dịch chuyển đầu dò
3.1.3. Thả ngẫu nhiên vào thùng hai nguồn
3.1.3.1. Xác định tên nguồn
Tiến hành tương tự như đối với một nguồn ở trên, kết quả thu được như sau:
Hình 3.4. Phổ của nguồn phóng xạ trong thùng tại phân đoạn 9
Nhận xét: Dựa vào phổ trên hình 3.4 và đỉnh năng lượng đặc trưng của mỗi đồng vị phóng xạ [20], ta kết luận rằng đỉnh năng lượng thứ nhất phù hợp với nguồn
3.1.3.2. Xác định vị trí nguồn a. Quét theo chiều cao thùng
Số đếm trên từng phân đoạn trong bảng 3.3 được xuất ra từ chương trình Genie 2000 và biểu diễn trên đồ thị hình 3.5 bằng chương trình Origin.
Bảng 3.3. Số đếm tổng các đỉnh trên từng vị trí phân đoạn so với đáy thùng
Phân đoạn Vị trí phân đoạn (cm)
Số đếm Phân đoạn Vị trí phân
đoạn (cm) Số đếm 3 8-16 9142 8 48- 56 22867 4 16-24 13832 9 56- 64 18009 5 24-32 17803 10 64- 72 15349 6 32-40 21294 11 72- 80 15519 7 40- 48 19883
Nhận xét: Từ bảng 3.3, phân đoạn chứa hai nguồn là phân đoạn 8, trong khoảng độ cao từ 48-56 cm so với đáy thùng với số đếm tương ứng lớn nhất là 22867 số đếm.
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn số đếm tổng các đỉnh theo vị trí các phân đoạn b. Quét theo từng cung khi quay thùng
Bảng 3.4. Số đếm tổng theo góc dọc chu vi thùng thải Góc Vị trí góc (cm) Số đếm Góc Vị trí góc (cm) Số đếm 1 0-15 20771 7 90- 105 96654 2 15- 30 21924 8 105- 120 47788 3 30- 45 24817 9 120-135 29596 4 45- 60 35462 10 135- 150 25656 5 60- 75 55778 11 150- 165 22521 6 75- 90 130202 12 165- 180 21203
Nhận xét: Từ bảng 3.4 và hình 3.6, góc chứa nguồn là góc thứ 6 tại vị trí 75 – 90cm so với điểm chọn làm mốc trên thùng với số đếm tương ứng lớn nhất là 130202 số đếm.
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn số đếm tổng theo các góc của thùng
Kết luận: thùng thải chứa nguồn 241Am và 226Ra nằm ở phân đoạn thứ 8 và nằm ở góc thứ 6 tại phân đoạn này.
Công việc tiếp theo là tính toán hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong thùng. Để thực hiện việc tính toán đòi hỏi phải xây dựng đường chuẩn hiệu suất ghi nhận của hệ đo thực nghiệm đối với từng đồng vị tại các vị trí khác nhau. Tuy nhiên trước hết là cần kiểm tra độ tin cậy của hệ thông qua chương trình mô phỏng PENELOPE.
3.2.Kết quả mô phỏng bằng chƣơng trình PENELOPE
Trong phần này, tôi thực hiện như sau:
Thực nghiệm: thả nguồn chuẩn vào một trong các ống và tại điểm giữa của một trong các phân đoạn, điều chỉnh khoảng cách từ bề mặt thùng đến bề mặt ống chuẩn trực, chất độn trong thùng là không khí và cát.
Mô phỏng:
- Bước 1: khởi tạo các tập tin vật liệu.
- Bước 2: vận hành chương trình Penmain bằng cách tạo ứng dụng penmain.exe.
- Bước 3: tạo tập tin hình học tương ứng với hệ đo thực nghiệm bao gồm thùng thải và đầu đò NaI(Tl) có gắn ống chuẩn trực chì.
- Bước 4: tạo các tập tin đầu vào cho phù hợp với bài toán mô phỏng. - Bước 5: tiến hành mô phỏng như đã thiết lập, tác động độ phân giải vào
số liệu thu được.
Xử lý các số liệu thực nghiệm và mô phỏng bằng chương trình Microsoft Excel và biễu diễn đồ thị bằng chương trình Origin8.
Cấu hình mô phỏng hệ đo thực nghiệm trong hình 3.7 được biểu diễn bằng chương trình Gview2d.
Nguồn 60Co đặt tại ống 6, quay thùng sao một góc 25° để ống 6 trực diện đầu dò, khoảng cách từ bề mặt thùng đến bề mặt ống chuẩn trực là 6,3 cm, tiến hành lần lượt trong hai trường hợp là không có chất độn và chất độn là cát.
Hình 3.8. Đồ thị so sánh phổ thực nghiệm và mô phỏng trong không khí của 60Co
Hình 3.9. Đồ thị so sánh phổ thực nghiệm và mô phỏng trong cát của 60 Co
Nhận xét: các đồ thị trong hình 3.8, 3.9, cho thấy giữa phổ thực nghiệm và phổ mô phỏng đều xuất hiện tia X, nền Compton và các đỉnh năng lương đặc trưng
Nguồn 60Co đặt tại ống 7, 137Cs tại ống 2, ống 6 trực diện đầu dò, khoảng cách từ bề mặt thùng đến bề mặt ống chuẩn trực là 6,3 cm, cũng tiến hành lần lượt trong hai trường hợp là không có chất độn và chất độn là cát.
Hình 3.10. Đồ thị so sánh phổ thực nghiệm và mô phỏng trong không khí của 60Co và 137Cs
Nhận xét: các đồ thị trong hình 3.10, 3.11 cũng xuất hiện tia X, nền Compton và các đỉnh năng lương đặc trưng tương đối trùng khớp. Kết quả này cho thấy mô hình của hệ đo thực nghiệm có độ tin cậy nhất định.
Với kết quả thu được ở trên cho phép xây dựng đường chuẩn hiệu suất theo năng lượng hoặc theo vị trí bằng chương trình mô phỏng PENELOPE. Do quỹ thời gian và điều kiện thiết bị không cho phép, nên trong luận văn này chỉ xây dựng đường chuẩn hiệu suất theo năng lượng tại vị trí ống 6 và đường chuẩn hiệu suất của hai đồng vị 60Co và 137Cs tại 12 vị trí ống. Từ đó xác định được hoạt độ của đồng vị phóng xạ trong thùng thải.
3.3.Xây dựng đƣờng chuẩn hiệu suất bằng chƣơng trình PENELOPE
Các bước mô phỏng và xử lý số liệu tương tự như mục 3.2 đã trình bày ở trên. Đường chuẩn hiệu suất tại vị trí ống 6 theo năng lượng
Sử dụng chương trình PENELOPE để tiến hành xây dựng đường chuẩn hiệu suất trong dãy năng lượng từ 320,08 keV đến 1836,05 keV cho thùng thải không có chất độn, trong thùng có nguồn đặt tại vị trí ống số 6 được quay trực diện với đầu dò, khoảng cách tính từ bề mặt thùng đến bề mặt ống chuẩn trực là 6,3cm.
Bảng 3.5. Bảng hiệu suất các nguồn tại ống 6 trong thùng không có chất độn
STT Nguồn E (keV) Xác suất phát (%) Hiệu suất
1 51Cr 320,08 9,87 2,28E-06 2 113Sn 391,70 64.97 1,78E-05 3 85Sr 514,00 98,50 1,03E-04 4 137Cs 661,66 84,99 2,35E-04 5 54Mn 834,84 99,97 3,37E-04 6 88Y 898,04 93,9 1,75E-04 1836,05 99,32 2,10E-04 7 60Co 1173,23 99,85 2,20E-04 1332,49 99,98 2,23E-04
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn hiệu suất ghi nhận theo năng lượng tại vị trí ống 6
Nhận xét: Bảng 3.5 và hình 3.12 cho thấy: tại cùng một vị trí, hiệu suất ghi nhận phụ thuộc vào năng lượng và xác suất phát các đỉnh năng lượng đặc trưng.
Đường chuẩn hiệu suất tại 12 ống
Sử dụng chương trình PENELOPE mô phỏng lần lượt hiệu suất của nguồn 60Co có 2 đỉnh năng lượng đặc trưng là 1173,23 keVvà 1332,49 keV và nguồn 137Cs có 1 đỉnh năng lượng 661,66 keV, đặt lần lượt tại 12 ống trong thùng thải có chất độn cát. Trong đó ống 6 được quay trực diện với đầu dò, khoảng cách tính từ bề mặt thùng đến bề mặt ống chuẩn trực cũng là 6,3 cm.
Bảng 3.6. Bảng hiệu suất của nguồn 60Co tại 12 ống trong thùng có chất độn cát
Ống Hiệu suất Ống Hiệu suất
Đỉnh 1 Đỉnh 2 Đỉnh 1 Đỉnh 2
1 1,72E-06 1,66E-06 7 1,91E-05 2,22E-05
2 4,02E-06 4,88E-06 8 1,77E-05 1,96E-05
3 1,27E-05 1,47E-05 9 2,50E-06 2,87E-06
4 2,12E-05 2,31E-05 10 3,00E-08 5,00E-08
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn hiệu suất của 60
Co tại 12 ống và chất độn là cát
Bảng 3.7. Bảng hiệu suất của nguồn 137Cs tại 12 ống trong thùng có chất độn cát
Ống Hiệu suất Ống Hiệu suất Ống Hiệu suất
1 6,80E-07 5 6,71E-05 9 1,04E-06
2 1,96E-06 6 8,10E-05 10 4,40E-07
3 7,95E-06 7 1,30E-05 11 3,49E-05
Nhận xét: Bảng 3.6, 3.7 và hình 3.13, 3.14 cho thấy: mỗi vị trí ống tương ứng với một hiệu suất ghi nhận, trong đó ống 6 có hiệu suất lớn nhất và ống 10 nhỏ nhất. Nguyên nhân là do vị trí ống so với đầu dò, ống nào càng xa thì hiệu suất càng nhỏ và ngược lại. Ngoài ra, hiệu suất còn phụ thuộc vào chất độn trong thùng, trường hợp có chất độn là cát suy giảm nhiều hơn trường hợp không có chất độn, cụ thể là nguồn 60Co giảm 2 lần, nguồn 137Cs giảm 3 lần.
Với đường chuẩn hiệu suất của 14 đỉnh năng lượng và đường chuẩn hiệu suất của nguồn 60Co tại 12 ống đã xây dựng, tôi thực hiện công việc cuối cùng là tính hoạt độ của một nguồn được thả ngẫu nhiên vào một trong các ống trong thùng.
3.4. Xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ
Sử dụng 2 nguồn chuẩn đặt trong khoảng phân đoạn 5 và tại hai vị trí khác nhau trong thùng, quay thùng cho ống 6 trực diện với đầu dò, thiết lập khoảng cách từ bề mặt thùng đến bề mặt ống chuẩn trực là 6,3 cm và tiến hành cụ thể như sau:
Cho nguồn 60Co có hoạt độ thực 0,35 µCi vào ống số 6 và nguồn 137Cs có hoạt độ thực 1,01 µCi vào ống số 12, không có chất độn trong thùng.
Sau đó, cho cát vào thùng, cũng đưa hai nguồn trên đặt vào vị trí tương tự. Số đếm thu được từ hệ đo kết hợp với hiệu suất mô phỏng tương ứng với các vị trí đo và chương trình Excel xử lý, ta tính được hoạt độ và so sánh với hoạt độ thực. Kết quả tính toán được trình bày trong các bảng 3.8, 3.9, 3.10.
Bảng 3.8. Số liệu thu được trong trường hợp không có chất độn trong thùng
E (keV) Xác suất
phát Ống Số đếm Hiệu suất ghi Thời gian
đo (s)
661,66 8,50E-1 12 198375 ± 445 8,46E-5 82000
1173,23 9,98E-1 6 256360 ± 506 2,20E-4 82000
Bảng 3.9. Số liệu thu được trong trường hợp chất độn trong thùng là cát
E (keV) Xác suất
phát Ống Số đếm Hiệu suất ghi Thời gian
đo (s)
661,66 8,50E-1 12 18734 ± 137 7,49E-6 82000
1173,23 9,98E-1 6 100176 ± 317 9,47E-5 82000
1332,49 9,99E-1 6 134101± 366 1,09E-4 82000
Bảng 3.10. Kết quả xác định hoạt độ của đồng vị phóng xạ phân bố trong thùng thải
Nguồn Ống Chất độn Hoạt độ thực (µCi) Hoạt độ tính toán (µCi) Độ sai biệt (%) 60 Co(1) 6 Không khí 0,35± 0,01 0,39± 0,01 9,65 137Cs 12 Không khí 1,01± 0,03 0,91±0,03 9,98 60 Co(1) 6 Cát 0,35± 0,01 0,38± 0,02 6,77 137Cs 12 Cát 1,01± 0,03 0,97±0,11 3,99
Nhận xét: với kết quả tính toán thu được cho thấy độ sai biệt giữa hoạt độ thực với hoạt độ tính toán dao động từ 3,99 % đến 9,65 %, nguyên nhân có thể giải thích như sau:
Khoảng cách từ bề mặt ống chuẩn trực đến bề mặt thùng được thiết lập trong hệ đo thực nghiệm bị chênh lệch với khoảng cách đã đặt ra là 6,3 cm. Bên cạnh đó, khe chuẩn trực chưa nằm trong khoảng giữa mỗi cung tròn khi quay thùng mà bị lệch đi một góc nhỏ.
Mật độ chất độn có sự chênh lệch giữa thực tế và mô phỏng.
Kết quả này một lần nữa cho thấy độ tin tin cậy của mô hình hệ đo thực nghiệm cải tiến này.
3.5. Nhận xét chƣơng 3
Trong chương 3, luận văn đã xác định vị trí và nhận diện đồng vị phóng xạ được thả ngẫu nhiên vào thùng trong trường hợp một nguồn và hai nguồn bằng phương pháp quét gamma phân đoạn. Sau đó tiến hành kiểm tra mức độ tin cậy của mô hình hệ đo thùng thải bằng cách so sánh phổ của thực nghiệm và phổ mô phỏng của chương trình PENELOPE, từ đó xây dựng đường chuẩn hiệu suất theo năng lượng tại vị trí ống 6 và đường chuẩn hiểu suất của 2 nguồn 60Co và 137Cs tại 12 vị trí ống, làm cơ sở để xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ.
KẾT LUẬN
Trong luận văn này chúng tôi đã tiến hành cải tiến một số chi tiết trong mô hình hệ đo thùng thải phóng xạ, đó là sử dụng hệ nâng đầu dò điều khiện bằng mô- tơ điện, đặt 12 ống vào thùng thải và cố định bằng 2 tấm xốp ở trên và dưới đáy thùng.
Với hệ đo này, chúng tôi sử dụng phương pháp quét gamma phân đoạn đã nhận diện và xác định vị trí của nguồn đồng vị phóng xạ được cho ngẫu nhiên vào thùng trong hai trường hợp: nguồn 60Co nằm ở phân đoạn thứ 8 và góc quay thứ 6 tại phân đoạn này; hai nguồn 241Am và 226Ra nằm ở phân đoạn thứ 8 và góc quay thứ 1 tại phân đoạn này. Tuy nhiên, độ cao của đế đặt đầu đò cao, chưa thể khảo sát phân đoạn 1 và 2.
Công việc tiếp theo là tiến hành đo thực nghiệm và khai báo tương tự thực nghiệm vào chương trình PENELOPE. Phổ thực nghiệm và phổ mô phỏng thu được đều xuất hiện tia X, nền Compton và các đỉnh năng lương đặc trưng tương đối trùng khớp. Kết quả này đã cho phép chúng tôi kiểm tra được độ tin cậy của mô hình hệ đo thực nghiệm.
Kết quả trên cho phép chúng tôi tiếp tục sử dụng chương trình PENELOPE để xây dựng các đường chuẩn hiệu suất, bao gồm: đường chuẩn hiệu suất trong dãy năng lượng từ 320,08 keV đến 1836,05 keV tại vị trí ống số 6, không có chất độn trong thùng; đường chuẩn hiệu suất tại 12 vị trí ống của nguồn 60Co và nguồn 137Cs, chất độn trong thùng là cát.
Với các đường chuẩn hiệu suất đã xây dựng kết hợp với số liệu thực nghiệm, chúng tôi thực hiện việc tính toán hoạt độ của đồng vị phóng xạ bên trong thùng thải với sai số trong khoảng từ 3,99 % đến 9,98 %.
KIẾN NGHỊ
Do thời gian và điều kiện thiết bị còn hạn chế nên luận văn chỉ dừng lại ở các công việc: nhận diện và xác định vị trí của một và hai nguồn phóng xạ; xây dựng đường chuẩn hiệu suất theo năng lương tại một vị trí và đường chuẩn hiệu suất của hai nguồn tại 12 vị trí bằng chương trình mô phỏng; thực hiện tính toán hoạt độ đối với hai nguồn chuẩn. Trong tương lai, với các trang thiết bị cho phép, có thể nghiên cứu thêm một số vấn đề như:
Tăng số lượng ống nhựa đặt trong thùng để có thể khảo sát tại nhiều vị trí hơn.
Chia nhỏ các phân đoạn theo chiều cao thùng và góc quay để xác định vị trí đồng vị chính xác hơn.
Tiến hành thí nghiệm trên nhiều loại chất độn và các nguồn khác nhau, giúp đánh giá chính xác về hệ đo.
Xây dựng đường chuẩn hiệu suất ở các vị trí khác nhau bằng thực nghiệm và mô phỏng để so sánh.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Lê Văn Đức (2012), Đánh giá sai số của kỹ thuật quét gamma phân đoạn bằng
phương pháp ngẫu nhiên, Luận văn Thạc sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư phạm
TP. Hồ Chí Minh.
[2] Huỳnh Thị Yến Hồng, Huỳnh Đình Chương, Vũ Ngọc Ba, Bùi Tuấn Khải, Trần Kim Tuyết, Lê Thị Ngọc Trang, Vũ Tiến Bảo Đăng, Trương Nhật Huy, Hoàng Đức Tâm, Trần Thiện Thanh (2013), Áp dụng kỹ thuật quét gamma phân đoạn
xác định vị trí một nguồn bất kỳ trong thúng thải phóng xạ, Hội nghị Toàn quốc
lần thứ III về Vật lý Kỹ thuật và Ứng dụng (chấp nhận đăng).
[3] Trương Nhật Huy (2013), Nghiên cứu và thiết kế hệ đo thùng thải phóng xạ, luận văn Thạc sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh.
[4] Trương Thị Hồng Loan (2006), Các phương pháp thống kê đánh giá số liệu
thực nghiệm hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP Hồ Chí Minh.
[5] Châu Văn Tạo (2004), An toàn bức xạ ion hóa, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
[6] Trần Thiện Thanh (2013), “Hiệu chỉnh phổ gamma bằng phương pháp Monte
Carlo”, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại Học KHTN, Đại học Quốc Gia Tp.HCM.
[7] Nguyễn Thị Thu Thủy (2014), Phát triển hệ kiểm tra chất thải phóng xạ, luận