Hoạt độ phóng xạ của Thori và Uran đƣợc xác định dựa vào các vạch gamma của các đồng vị phóng xạ trong dãy. Với mẫu đất đá các vạch gamma xuất hiện với cƣờng độ lớn: 295,22 keV và 351,93 keV của 214
Pb; các vạch 609,31 keV; 1120,22 keV của 214Bi vạch 238 keV của 212Pb ; vạch 583,19 keV của 208Tl và vạch 1,46 MeV của 40K. Luận văn đã tiến hành phân tích thử nghiệm 02 mẫu đất đá môi trƣờng do Khoa Môi trƣờng trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên cung cấp.
Các mẫu đất đá sau khi gia công nghiền nhỏ đƣợc nhốt trong 20 ngày để thiết lập trạng thái cân bằng phóng xạ giữa Rađi và sản phẩm con cháu của Rađi. Sau khi nhốt, mẫu đƣợc đo trên hệ phổ kế gamma bán dẫn siêu tinh khiết dải rộng BEGe-
100 1000 1E-3 0.01 0.1 1 H ie u s u a t g h i
Nang luong gamma E(keV) Diem thuc nghiem
Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 46
BE 5030 do hãng Canberra cung cấp với cấu hình đo giống nhƣ đo mẫu chuẩn RGU. Sử dung phần mềm Genie 2000- 3.0 để phân tích phổ gamma. Việc tính toán hoạt độ của các đồng vị phóng xạ đƣợc thực hiện bằng phần mềm đi kèm với hệ đo. Kết quả phân tích
Phổ gamma của 02 mẫu phân tích đƣợc đƣa ra trên Hình 3.12a và Hình 3.12b
Hình3.12a. Phổ gamma của mẫu đất đá BN được đo trên hệ phổ kế gamma bán dẫn BE5030 thuộc Bộ môn Vật lý hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên,ĐHQGHN thời gian đo 55253s.
Căn cứ vào tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông, và đƣờng cong hiệu suất ghi đã xác định đƣợc hoạt độ phóng xạ của một số đồng vị phóng xạ Uran, Thori và Kali. Kết quả đƣợc cho ở Bảng số 3.8a
Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 47
Bảng 3.8.a. Hoạt độ phóng xạ riêng của một số đồng vị phóng xạ tự nhiên trong dãy Uran, Thori và kali trong mẫu đất đá BN
Đồng vị phóng xạ Hoạt độ riêng (Bq/Kg) Ghi chú
214 Pb 10.28±1,26 Dãy 238U 214 Bi 10.64±1,38 Dãy 238U 228 Ac 21.05±2,53 Dãy 232Th 212 Pb 21.82±2,62 Dãy 232Th 208 Tl 23.87±2,86 Dãy 232Th 40 K 15,2±1,2 40K
Hình 3.12b. Phổ gamma của mẫu đất đá BT được đo trên hệ phổ kế gamma bán dẫn BE5030 thuộc Bộ môn Vật lý hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên, thời gian đo 230031s.
Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 48
Trên Hình 3.12b đƣa ra phổ gamma mẫu đất đá có ký hiệu BT, hoạt độ riêng của một số đồng vị phát bức xạ gamma cƣờng độ mạnh trong dãy 238U, 232Th và vạch gamma của 40K. Bảng số 3.8b là kết quả xác định hoạt độ phóng xạ riêng của một số đồng vị phóng xạ trong hai dãy phóng xạ tự nhiên và Kali.
Bảng 3.8b. Hoạt độ phóng xạ riêng của một số đồng vị phóng xạ tự nhiên trong dãy Uran, Thori và kali trong mẫu đất đá BT
Đồng vị phóng xạ Hoạt độ riêng (Bq/Kg) Ghi chú
214 Pb 8,68±1,16 Dãy 238U 214 Bi 6,05±1,73 Dãy 238U 228 Ac 11,25± 1,58 Dãy 232Th 212 Pb 10,97±1,54 Dãy 232Th 208 Tl 10,0±1,41 Dãy 232Th 40 K 10,9 ± 1,5 40K
Trong phạm vi sai số các đồng vị trong dãy 238
U và 232Th ở trạng thái cân bằng phóng xạ. Kết quả này phù hợp với kết quả lý thuyết đƣợc chỉ ra[5]. Các dãy phóng xạ tự nhiên trong đất đá nằm ở trạng thái cân bằng phóng xạ. Sử dụng hoạt độ phóng xạ của các đồng vị trong 2 bảng trên tiến hành xác định hàm lƣợng của Uran, Thori và kali trong 2 mẫu trên. Kết quả cho trong bảng số 3.8c
Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 49
Bảng 3.8c. Hàm lượng U,Th,K trong 02 mẫu đất đá phân tích
STT Tên mẫu Màu đất đá U (ppm) Th (ppm) K (%)
1 BN Màu vàng 0,85 5,46 0,055
4 BT Màu vàng 0,60 2,64 0,040
Kết quả phân tích đối chứng mẫu BN tại phòng thí nghiệm VILAB của Trung tâm phân tích môi trƣờng Viện Hóa học Quân sự là 0,92 ppm, 5,80 ppm và 0,12 % tƣơng ứng với Uran, Thori và Kali. Kết quả phân tích đối chứng cho thấy với U, Th kết quả thu đƣợc từ Luận văn phù hợp với số liệu phân tích của phòng thí nghiệm VILAB của Trung tâm phân tích môi trƣờng Viện Hóa học Quân sự. Tuy nhiên với Kali số liệu sai lệch nhiều là do đối với mẫu BN hàm lƣợng Kali thấp, nằm trong ngƣỡng pháp hiện vì vậy để có số liệu chính xác cần phải tăng thời gian đo lên nhiều lần.
Trong cả 02 mẫu không thấy các đồng vị phóng xạ nhân tạo nhƣ 137
Cs, 7Be. Theo Ủy ban Khoa học Quốc tế về tác động của bức xạ nguyên tử đến cộng đồng UNSCEAR( United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Asembly) liều hiệu dụng trung bình hàng năm do phông gamma tự nhiên gây ra là 0,5 mSV. Theo tiêu chuẩn của Việt Nam TCVN 6866:2001 đối với dân chúng giới hạn liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm là 1mSv. Liều hiệu dụng hàng năm tại 05 khu vực lấy mẫu tƣơng ứng biến thiên trong khoảng từ 0,09 mSv/năm đối với mẫu đất đá BT đến 0,26 mSv/năm đối với mẫu đất đá BQ nhỏ hơn giá trị liều hiệu dụng trung bình hàng năm do phông bức xạ gamma gây ra (0,5mSv/năm).
Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 50
KẾT LUẬN
Bản luận văn đã đạt đƣợc yêu cầu đặt ra :
Vê mặt lý thuyết đã tổng quan về các dạng đêtectơ bán dẫn Ge. Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý của hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe-Canberra đƣợc làm lạnh bằng điện. Thông qua việc ghi nhận phổ việc ghi nhận phổ của các nguồn chuẩn trên hệ đo đã hiểu rõ hơn quá trình tƣơng tác của bức xạ gamma với vật liệu đêtectơ và nguyên tắc làm việc của hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe-Canberra nói riêng và hệ phổ kế gamma nói chung.
Về mặt thực nghiệm đã tiến hành đánh giá một số thông số đặc trƣng của hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe - Canberra.
Đã tiến hành xác định sự phụ thuộc của độ phân giải năng lƣợng (FWHM) vào thời gian hình thành xung, kết quả nhận đƣợc với thời gian hình thành xung là 4μs độ phân giải năng lƣợng là tốt nhất.
Tiến hành tìm hiểu quá trình vận hành hệ phổ kế gamma chọn chế độ làm việc thích hợp kết quả chỉ ra rằng chế độ làm việc thích hợp của hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe- Canberra: thế nuôi là 4000V, hệ số khuếch đại với chỉnh thô là 20, chỉnh tinh là 0,9, thời gian hình thành xung là 4μs.
Khảo sát sự phụ thuộc của độ phân giải năng lƣợng vào năng lƣợng của bức xạ gamma.
Khảo sát sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào khoảng cách từ nguồn tới đetectơ.
Đã xây dựng đƣợc đƣờng cong hiệu suất ghi đối với cấu hình đo mẫu đất đá, áp dụng để xác định hàm lƣợng Uran, Thori, Kali trong 02 mẫu đất đá. Kết quả chỉ ra rằng: Trong phạm vi sai số các đồng vị phóng xạ trong dãy 238
U và 232Th ở trạng thái cân bằng.
Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]. Đinh Sỹ Hiền (2005), Điện tử hạt nhân đầu dò bán dẫn và xử lý tín hiệu, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh.
[2]. Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa học và kỹ thuật, TP Hồ Chí Minh.
[3]. Bùi Văn Loát (2009), Địa vật lý hạt nhân, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội.
[4]. Nguyễn Triệu Tú ( 2007 ), Ghi nhận và đo lường bức xạ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
[5]. Đặng Huy Uyên (2004), Vật lý hạt nhân đại cương, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
Tiếng Anh
[6]. Canberra industries Inc (1999), Germanium detector, User’s Manual 12th
Edition, New York.
[7]. Canberra industries Inc (1999), Model 2026 spectroscopy Amplifier, User’s Manual 12th Edition, New York .
[8]. Canberra industries Inc (1999), Model 3106D HV Power supply, User’s Manual 12th Edition, New York.
[9]. Canberra industries Inc (1999), Genie 2000 spectroscopy System Operations, New York.
[10]. Glenn F. Knoll (2010), Radiation Detection and Measurement, John Wiley & Sons, New York.
[11]. Klaus Debertin, Richard G. Helmer (1988), Gamma-And X-Ray Spectrometry With Semiconductor Detectors, North-Holland, USA.
Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân 52
PHỤ LỤC
Hình P1.Buồng chì vỏ ngoài bằng thép cacbon phông thấp dày 9,5 mm.