ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Minh NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC, ỔN ĐỊNH CHO THIẾT BỊ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2014 Tóm tắt luận văn thạc sỹ Luân văn hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: TS Đặng Quang Thiệu Phản biện 1: PGS.TS Bùi Văn Loát (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên) Phản biện 2: TS Trần Ngọc Toàn (Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam) Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Họp tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Vào hồi: 15h ngày 10 tháng 04 năm 2014 Có thể tìm hiểu luận văn thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội Tóm tắt luận văn thạc sỹ MỞ ĐẦU Ngày nay, lượng nguyên tử dần trở thành nguồn lượng thay cho nguồn lượng hóa thạch dần cạn kiệt Không vậy, việc sử dụng nguồn lượng hạt nhân cách để giảm thiểu lượng khí thải CO2, nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính nóng lên trái đất Không vậy, xạ hạt nhân sử dụng rộng dãi nhiều lĩnh vực khác y tế, khoa học, quân sự… đem lại lợi ích to lớn đời sống Tuy nhiên, lượng nguyên tử tiềm ẩn nguy hiểm người Thực tế, chứng kiến ảnh hưởng nghiêm trọng chúng vụ nổ bom nguyên tử Tokyo Hirosima, vụ nổ nhà máy điện hạt nhân Chernobyl gần nhà máy điện hạt nhân Fukushima Chính vậy, yêu cầu đặt nhà môi trường nhà quản lý phải kiểm soát liều lượng phóng xạ môi trường để có biện pháp ứng phó kịp thời với cố liên quan tới phóng xạ hạt nhân Các thiết bị quan trắc môi trường cảnh báo phóng xạ công cụ để nhà quản lý nhà môi trường theo dõi kiểm soát ô nhiễm phóng xạ Vì hầu quan tâm tới việc xây dựng trạm quan trắc cảnh báo phóng xạ môi trường Hiện nay, Nhật Bản có 37 trạm quan trắc, Hàn Quốc có 13 trạm, Ấn Độ có 16 trạm,… Tại Việt Nam, có trạm quan trắc phóng xạ môi trường Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, Viện Nghiên cứu hạt nhân thuộc Viện Năng lượng nguyên tử, Trung tâm Công nghệ xử lý môi trường (Bộ Quốc phòng) Qua thực tế hoạt động, trạm quan trắc cảnh báo phóng xạ môi trường nước ta bộc lộ nhiều hạn chế như: chưa đồng bộ, khả thu thập phân tích chưa đáp ứng đầy đủ tiêu tính liên tục, độ nhạy theo tiêu chuẩn quốc tế Ngoài trạm chưa có chức cảnh báo trực tuyến cố rò rỉ để phục vụ cho việc ứng phó với trường hợp khẩn cấp Tóm tắt luận văn thạc sỹ Nắm vai trò quan trọng trạm quan trắc cảnh báo phóng xạ môi trường, Viện Năng lượng nguyên tử giao cho Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân nghiên cứu xây dựng thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ môi trường Qua trình nghiên cứu triển khai đo đạc thực nghiệm, toán đặt cho nhà nghiên cứu làm để nâng cao độ xác ổn định cho thiết bị đo đạc điều kiện môi trường khác Luận văn thực với mục tiêu nâng cao độ xác, tính ổn định thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ môi trường Trong sử dụng phương pháp JAERI, phương pháp chuyển phổ thành liều dùng hàm G(E), ổn định phổ phương pháp bù nhiệt độ ghim đỉnh K-40 Luận văn gồm chương với nội dung sau: Chương trình bày tổng quan vai trò, nguyên lý cấu tạo thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ môi trường Chương nghiên cứu đầu dò nhấp nháy phương pháp đo số liệu sử dụng loại đầu dò Chương đề xuất phương pháp nâng cao độ xác tính ổn định cho thiết bị Tóm tắt luận văn thạc sỹ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG 1.1 Nhu cầu thực tiễn Trong môi trường sống tồn nhiều tác nhân phóng xạ Các chất hình thành từ nguồn gốc tự nhiên trình hình thành trái đất tương tác tia vũ trụ với vật chất trái đất Ngoài có tác nhân có nguồn gốc nhân tạo sinh người bắt đầu sử dụng phản ứng hạt nhân, tia phóng xạ để phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác sống y tế, nghiên cứu, lượng,… Các hạt nhân phóng xạ tồn môi trường tạo tia phóng xạ tác động lên sinh vật sống thể người gây ảnh hưởng từ bên với thể người Ngoài ra, số hạt nhân vào thể sinh vật sống thông qua đường thức ăn, nước uống, không khí tạo tia phóng xạ từ bên trong, ảnh hưởng trực tiếp đến phận bên thể sinh vật người [8] Các tia phóng xạ với liều lượng khác có ảnh hưởng với mức độ khác Ngoài ra, loại xạ khác (α, β, γ) có độ xuyên sâu khác nên có mức độ ảnh hưởng khác Để đánh giá mức độ ảnh hưởng tia phóng xạ lên thể người, người ta đưa khái niệm suất liều phóng xạ (đơn vị Sv/h) bao gồm mức độ hấp thụ inon hóa (Sv) đơn vị thời gian Mặc dù, với mức độ nhiễm xạ nhỏ không gây biểu bệnh lý ngay, tia phóng xạ gây biến đổi tế bào, dẫn đến đột biến gen nguyên nhân gây ung thư tất phận thể Vì thế, tia phóng xạ có ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe tính mạng người Điều trở nên nghiêm trọng tế bào sinh sản bị tác động vào Vì vậy, người ta đặt tiêu chuẩn an toàn xạ suất liều giới hạn cho phép để đảm bảo an toàn cho sức khỏe người dân Theo tiêu chuẩn suất liều cho Tóm tắt luận văn thạc sỹ phép với dân chúng 1mSv/năm; suất liều cho phép nhân viên làm việc với xạ 20mSv/năm (lấy trung bình năm) 1.2 Cơ sở lý thuyết Để hiểu rõ nguyên tắc hoạt động thiết bị quan trắc cảnh báo phóng xạ môi trường, ta cần phải hiểu tương tác tia phóng xạ với vật chất Từ ta đưa phương pháp khác để xác định suất liều phóng xạ môi trường Nếu bỏ qua tương tác hạt nhân tia gamma tương tác với vật chất qua hiệu ứng sau: hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton, hiệu ứng tạo cặp electron positron 1.2.1 Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện trình tương tác lượng tử gamma điện tử liên kết với hạt nhân, trình toàn lượng lượng tử gamma truyền cho điện tử Te = Eγ – Ii (1.1) Trong đó: Te động electron phát photo electron Eγ lượng lượng tử gamma Ii lượng liên kết điện tử lớp thứ i hạt nhân Do lượng liên kết thay đổi theo số nguyên tử Z nên tiết diện quang điện phụ thuộc vào Z Như tiết diện quang điện: σ photon = Z5 (Khi ≥ EK) E 7/2 (1.2) σ photon = 5 Z (Khi E >> EK) E Tóm tắt luận văn thạc sỹ 1.2.2 Hiệu ứng Compton Hình 1.1: Mô hình tán xạ Compton Trong hiệu ứng Compton, lượng tử gamma tán xạ đàn hồi lên electron quỹ đạo nguyên tử Lượng tử gamma thay đổi phương bay bị phần lượng, electron giải phóng khỏi nguyên tử Quá trình tán xạ Compton coi trình tán xạ đàn hồi gamma lên electron tự Công thức tính lượng lượng tử gamma bị tán xạ với góc θ sau [2]: hv   hv, = hv / 1 + − cosθ )  (  mec  (1.3) Tiết diện trình tán xạ Compton tỉ lệ thuận với điện tích Z nguyên tử tỷ lệ nghịch với lượng lượng tử gamma, vậy: σ compton = Z E (1.4) 1.2.3 Hiệu ứng tạo cặp electron - positron Khi tia gamma có lượng cao (Eγ> E0) với hiệu ứng quang điện hiệu ứng Compton, trình tương tác gamma với vật chất xảy tượng tạo cặp electron-positron [2] Tóm tắt luận văn thạc sỹ Hình 1.2: Mô hình tạo cặp electron - positron Năng lượng ngưỡng E0 để xảy tượng tạo cặp lượng tử gamma cần lớn hai lần khối lượng nghỉ electron: E0 ≥ 2me c (1.5) Khi đó: hv = Te+ + Te− + 2mec (1.6) Khi tượng tạo cặp xảy trường Coulomb electron, lượng ngưỡng lượng tử gamma là: E0 ≈ 4me.c2= 2.04MeV Tiết diện tạo cặp electron - positron trường Coulomb điện tử bé tiết diện hình thành cặp trường hạt nhân cỡ 103 lần Biểu thức cho tiết diện tạo cặp trường hạt nhân phức tạp Trong miền lượng 5mec2< E [...]... NaI(Tl) - Nghiên cứu về phương pháp xác định đỉnh bằng phương pháp fit Gauss và sử dụng thuật toán chuyển phổ thành liều để nâng cao độ chính xác cho thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường - Nghiên cứu sự phụ thuộc của vị trí đỉnh phổ vào nhiệt độ, đề xuất sử dụng bù nhiệt độ để nâng cao tính ổn định cho thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường Kết quả như vậy, đã hoàn toàn phù... pháp ổn định bù nhiệt độ này cũng đã góp phần vào kết quả thực nghiệm đo được trong Bảng 3.1 24 Tóm tắt luận văn thạc sỹ KẾT LUẬN Trong thời gian nghiên cứu, thực hiện đề tài: nâng cao độ chính xác, ổn định cho thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường , tác giả đã thực hiện được các nội dung sau: - Nghiên cứu, tìm hiểu về nguyên lý, cấu tạo của thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường. .. pháp chuyển phổ thành liều để nâng cao độ chính xác Quá trình này bao gồm các bước được mô tả trong sơ đồ sau (Hình 3.1): 16 Tóm tắt luận văn thạc sỹ Hình 3.1: Sơ đồ quá trình nâng cao độ chính xác cho thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường Từ sơ đồ (Hình 3.1) ta thấy rằng để áp dụng được phương pháp chuyển phổ thành liều để nâng cao độ chính xác của thiết bị thì ta phải thực hiện qua một... có độ chính xác tương đối tốt 3.2.3 Chuyển phổ thành liều Quá trình chuyển phổ thành liều được thực hiện một cách tự động dựa vào đỉnh tính được sử dụng phương pháp Fit Gauss trình bày ở trên và áp dụng vào công thức (2.4) Tóm lại, bằng việc kết hợp xác định đỉnh bằng fit hàm Gauss và sử dụng phương pháp chuyển phổ thành liều ta có thể tăng độ chính xác của thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi. .. môi trường lên tương đối cao, đáp ứng được yêu cầu đối với các thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường sử dụng ngoài thực địa Điều này được chứng minh thông qua số liệu thực nghiệm trong Bảng 3.1 Bảng 3.1: Kết quả đo suất liều của thiết bị tại các vị trí có suất liều chuẩn khác nhau STT Suất liều chuẩn (uSv/hr) Suất liều thiết bị ghi nhận (uSv/hr) 1 2 3 4 5 Suất liều trung bình (uSv/hr) Độ. .. đỉnh ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của kết quả suất liều phóng xạ 3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ có ảnh hưởng rất phức tạp tới kết quả đo đạc sử dụng đầu dò NaI(Tl) [12, 7] Giải pháp đơn giản nhất để hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ lên thiết bị cũng như kết quả đo là xây dựng hệ thống ổn định nhiệt độ cho thiết bị Tuy nhiên giải pháp này là không khả thi khi thiết bị được chế tạo với mục đích... ∆kênh là giá trị bù tương ứng với nhiệt độ T, T0 là nhiệt độ mà ta đã xác định vị trí đỉnh K-40 và chuẩn thiết bị và K là hệ số bù được xác định bằng độ dịch của đỉnh K-40 theo nhiệt độ (1.3 kênh/oC) 23 Tóm tắt luận văn thạc sỹ Bằng cách bù nhiệt độ như vậy, ta hoàn toàn có thể hạn chế được ảnh hưởng của nhiệt độ tới kết quả đo Ngoài ra, để góp phần nâng cao độ chính xác, ta có thể kết hợp kiểm tra đỉnh... nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng sự phụ thuộc vào nhiệt độ ở đây là không tuyến tính, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa thống nhất được mô hình phụ thuộc nhiệt độ của đầu dò NaI(Tl) Tuy nhiên trong phạm vi thiết bị sử dụng ở ngoài môi trường với độ chính xác tương đối thì ta hoàn toàn có thể áp dụng mô hình phụ thuộc tuyến tính vào trong thiết bị 3.2 Nâng cao độ chính xác Như đã trình bày trong chương 2,... của đỉnh K-40 vào nhiệt độ Từ Hình 3.8, ta thấy rằng, vị trí của đỉnh K-40 phụ thuộc vào nhiệt độ là tương đối tuyến tính với mức độ lệch khoảng 1.3 kênh/oC 3.3.2 Bù nhiệt độ cho thiết bị Ta thấy rằng khi nhiệt độ ảnh hưởng tương đối tuyến tính lên các giá trị đo được Do đó, ta hoàn toàn có thể thêm một giá trị xác định vào kết quả đo để bù lại sự thay đổi do nhiệt độ Giá trị bù được xác định như sau:... cường độ và năng lượng của bức xạ đi vào, chớp sáng này đi vào trong ống nhân quang điện tạo ra một xung dòng lớn ở anot của ống Chất nhấp nháy đóng vai trò quan trọng quyết định khả năng thu nhận các bức xạ khác nhau Các chất nhấp nháy phổ biến là: NaI(Tl) để đo bức xạ có mật độ cao; ZnS(Ag) để đo α, β, … 9 Tóm tắt luận văn thạc sỹ CHƯƠNG 2: ĐẦU DÒ NHẤP NHÁY NaI(Tl) 2.1 Đầu dò nhấp nháy Khi bức xạ hạt