Máy đo phóng xạ đa năng: Thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm

Vật lý<br /> <br /> MÁY ĐO PHÓNG XẠ ĐA NĂNG: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO<br /> VÀ KIỂM NGHIỆM<br /> Vũ Thị Kim Duyên1*, Nguyễn Văn Sĩ2, Nguyễn Thanh Hùng2<br /> Tóm tắt: Nghiên cứu này trình bày quá trình thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm<br /> một máy đo phóng xạ đa năng (có thể đo được nhiều loại bức xạ khác nhau với dải<br /> đo liều phóng xạ gamma rộng, từ 0,15 µSv đến 20 Sv). Máy đo phóng xạ bao gồm 2<br /> phần cơ bản: đầu dò và hệ điện tử. Để đo được đa dạng các loại phóng xạ khác<br /> nhau (α, β,, và n) thì các loại đầu dò khác nhau (kết hợp giữa tinh thể CLYC<br /> (Cs2LiYCl6:Ce) ghi nhận và n với diode bán dẫn Silic PIN photodiode S3590-08;<br /> và kết hợp giữa tinh thể (Cs2LiYCl6:Ce)-BGO ghi nhận α, β với diode bán dẫn Silic<br /> PIN photodiode S3590-09) được sử dụng đồng thời trong một máy đo. Hệ điện tử<br /> với bộ phận chính là các vi điều khiển hiện đại (đang được nhiều phòng thí nghiệm<br /> trên thế giới sử dụng) và các cấu kiện khác được lựa chọn sao cho máy đo có thể<br /> chịu đựng được các điều kiện hoạt động khắc nghiệt khác nhau trong môi trường<br /> quân sự. Quá trình hiệu chuẩn, kiểm nghiệm máy đo phóng xạ đa năng (được chế<br /> tạo bởi nhóm nghiên cứu) được thực hiện tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành<br /> trong nước nhằm khẳng định khả năng hoạt động tương đương của máy tự chế tạo<br /> với thiết bị thương mại thành phẩm của quốc tế.<br /> Từ khóa: PIN Photodiode; Gamma; Alpha; Beta; Neutron; Vi điều khiển.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Hiện nay, với các mục tiêu hoạt động của các cơ sở quân đội, đòi hỏi các khí tài, trang<br /> thiết bị trong các cơ sở quân đội ngày càng hiện đại, vừa đáp ứng được tính cơ động, linh<br /> hoạt, hiện đại vừa phải đáp ứng được các yêu cầu hoạt động trong điều kiện môi trường<br /> khắc nghiệt. Với yêu cầu ngày càng cao trong việc áp dụng các loại máy đo phóng xạ vào<br /> trong yêu cầu hoạt động thực tiễn của môi trường quân đội thì vấn đề đánh giá, đảm bảo<br /> an toàn bức xạ cho các cán bộ quân nhân là một nhu cầu cấp bách, để thực hiện được điều<br /> này một cách hiệu quả, thì công tác thiết kế, chế tạo các máy đo phóng xạ là hết sức cần<br /> thiết nhằm giúp cho lực lượng quân đội chủ động về công nghệ, kỹ thuật trong quá trình<br /> từng bước tiến lên chính quy, hiện đại làm chủ được các công nghệ, khí tài của mình. Do<br /> đó, trong nghiên cứu này nhóm tác giả đề cập đến việc thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm<br /> tính năng hoạt động của máy đo phóng xạ đa năng dùng trong ứng phó các sự cố phóng<br /> xạ, đánh giá an toàn bức xạ ion hóa cho các đơn vị quân sự có ứng dụng phóng xạ trong<br /> quá trình nghiên cứu, ứng dụng tại đơn vị.<br /> Việc chế tạo các loại thiết bị đo phóng xạ đã được nhiều tập đoàn, công ty công nghiệp<br /> lớn trên thế giới thực hiện với các công nghệ hiện đại tiên tiến như Bruker, Ortec (Đức),<br /> Canbera (Mỹ). Tại Việt Nam, nhiều nhà khoa học, cơ sở nghiên cứu đã chế tạo các máy đo<br /> phóng xạ. Tuy nhiên, các loại máy phóng xạ được chế tạo tại Việt Nam, tính đến nay, đều<br /> thường chỉ nhằm vào mục đích đo đạc một loại bức xạ cụ thể nào đó (không đo được<br /> nhiều loại bức xạ khác nhau). Do đó, khi có sự cố bức xạ, hạt nhân xảy ra cần sử dụng<br /> nhiều các loại máy đo phóng xạ khác nhau, điều này gây ra không ít khó khăn trong quá<br /> trình thực hiện nhiệm vụ. Với những thực tại như trên, nhóm nghiên cứu đã thiết kế chế<br /> tạo một máy đo phóng xạ tích hợp khả năng đo đạc nhiều loại phóng xạ khác nhau (các<br /> loại phóng xạ α, β,, và n) đáp ứng được tính linh hoạt trong di chuyển, thỏa mãn được<br /> các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của một máy đo phóng xạ đang tồn tại trên thị trường.<br /> Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả trình bày thiết kế hệ điện tử, chế tạo các cấu kiện<br /> trong quá trình chế tạo một máy đo phóng xạ đa năng, tích hợp khả năng đo các loại phóng<br /> <br /> <br /> 162 V. T. K. Duyên, N. V. Sĩ, N. T. Hùng, “Máy đo phóng xạ đa năng: thiết kế … kiểm nghiệm.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> xạ α, β,, và n. Các đầu dò nhạy các loại phóng xạ khác nhau được sử dụng trong quá<br /> trình thiết kế, khối vi xử lý trung tâm sử dụng chip điều khiển STM 32F407 để thiết kế,<br /> chế tạo bộ phận điện tử của máy. Các cấu kiện khác của máy (vỏ máy, màn hình máy,…)<br /> cũng được nhóm nghiên cứu lựa chọn kiểu dáng, có tính đến điều kiện hoạt động trong<br /> môi trường khắc nghiệt. Quá trình kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật của máy cũng được<br /> thực hiện theo các tiêu chuẩn TCVN, MIL-STD 810G (Mỹ) tại các phòng thí nghiệm<br /> chuyên ngành trong nước để khẳng định tính năng hoạt động của thiết bị.<br /> 2. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ĐO PHÓNG XẠ<br /> 2.1. Hệ ghi nhận phóng xạ alpha, beta, gamma và neutron<br /> Để ghi nhận phóng xạ alpha (α) và beta (β), gamma () và neutron (n), nhóm tác giả sử<br /> dụng kết hợp tinh thể nhấp nháy nhạy phóng xạ và PIN photodiode (PD) bán dẫn nhạy<br /> quang. Tinh thể nhấp nháy CLYC (Cs2LiYCl6: Ce), sản xuất bởi hãng Kinheng, được sử<br /> dụng trong thiết kế hệ ghi nhận phóng xạ. Thông số cơ bản của tinh thể nhấp nháy này<br /> được mô tả trong bảng 1. PIN photodiode (PD) bán dẫn Silic nhạy quang loại 3590 (ký<br /> hiệu PIN PD S3590), sản xuất bởi hãng Hamamatsu, được sử dụng để ghi nhận ánh sáng<br /> tạo ra sau khi bức xạ α, β, và n tương tác với tinh thể nhấp nháy. Tính chất của PIN PD<br /> S3590 được mô tả trong bảng 2.<br /> Bảng 1. Thông số kỹ thuật của tinh thể CLYC (Cs2LiYCl6: Ce) [1, 2].<br /> TT Thông số Đặc trưng - Dải đo<br /> 1 Nhiệt độ nóng chảy 6400C<br /> 2 Hàm lượng 6Li làm giàu 96%<br /> 3 Khối lượng riêng 3,31 g/cm3<br /> 4 Chiết suất 1,81 (400nm)<br /> 5 Dải bước sóng phát xạ 275 - 450 nm<br /> 6 Bước sóng phát xạ có cường độ lớn nhất 370 nm<br /> 7 Hằng số thời gian phân rã 1 ns, 50 ns, 1000 ns<br /> 8 Năng suất phát sáng 20.000 photon/MeV<br /> 9 Phân biệt xung Phân biệt được gamma và neutron<br /> Bảng 2. Thông số kỹ thuật của PIN PD S3590 tại 25oC, VR=70V [3, 4].<br /> Thông số Đặc trưng<br /> Kích thước bề mặt nhạy photon ánh sáng 10 mm × 10 mm<br /> Điện áp ngược (cực đại) 100 V<br /> Độ dầy lớp suy giảm 0,3 mm<br /> Dải phổ bước sóng đáp ứng từ 340 nm đến 1100 nm<br /> Đỉnh nhạy tại bước sóng 960 nm<br /> Dòng tối (cực đại) 6 nA<br /> Điện dung nội tại 40 pF<br /> Để đo phóng xạ  và n, tinh thể nhấp nháy CLYC (Cs2LiYCl6: Ce) được pha với Li6<br /> (làm giàu 96%) có kích thước 12 mm x 10 mm x 10 mm của hãng Kinheng được lựa chọn<br /> sử dụng kết hợp với PIN PD S3590, mã số 08 (ký hiệu PIN PD S3590-08) do hãng<br /> Hamamatsu sản xuất. Sau khi  và n tương tác với tinh thể nhấp nháy sẽ sinh ra chớp sáng,<br /> chớp sáng này được ghi nhận bởi PIN PD S3590-08. Từ cường độ ánh sáng ghi nhận<br /> được, thành phần phóng xạ  và n sẽ được tính toán.<br /> Để ghi nhận phóng xạ α và β, tinh thể nhấp nháy CLYC (Cs2LiYCl6: Ce) có kích thước 12<br /> mm x 10 mm x 10 mm được sử dụng kết hợp với PIN PD S3590, mã số 09 (ký hiệu PIN PD<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, 4 - 2020 163<br />  Vật<br /> ật lý<br /> <br /> S3590 09) có cửa<br /> S3590-09) cửa sổ trần. Quá trình nhận<br /> trình ghi nhận bức xạ α và β tương ttự như được<br /> ự như nêu ra ở tr<br /> được nêu trên.<br /> ên.<br /> 2.2. Vi điều<br /> điều khiển ARM<br /> Trong nghiên cứu cứu nnày,<br /> ày, đểđể chế tạo bộ điều khiển trung tâm cho máy đo phóng xạ, nhóm<br /> tác giả<br /> giả đã<br /> đ lựa<br /> ựa chọn vi đi<br /> điều<br /> ều khiển ARM có cấu trúc 32bit. Vi điều khiển ARM llàà lo loại<br /> ại mới,<br /> có ttốc<br /> ốc độ xử lý nhanh, với bộ nhớ lớn, sử dụng tiết kiệm năng llư ợng, hiện đang đđư<br /> ượng, ược<br /> ợc sử<br /> dụng<br /> ụng nhiều trong các thiết bị điện thoại vvàà máy tính bảng bảng thông minh, máy nghe nhạc đa<br /> phương tiện…[6<br /> tiện…[6].<br /> ện…[6].<br /> Chip xửxử lý số liệu của vi điều khiển đđư ược<br /> ợc lựa chọn sử dụng llàà loại<br /> loại STM32 F407VET6<br /> thuộc dòng<br /> thuộc dòng ARM Cortex M4 của hãng STMicroelectronic vvới<br /> của hãng ới các thông số kỹ thuật đđư ược<br /> ợc<br /> mô ttảả như bảng 3:<br /> như trong bảng<br /> Bảng 3.3 Thông ssố ố kỹ thuật của chip STM32 F407VET6 (d (dòng<br /> òng ARM Cor<br /> Cortex<br /> tex M4) [5].<br /> Thông sốsố Đặcặc tr<br /> trưng<br /> ưng<br /> Đường truyền/tần số<br /> Đường 32 bit/ 168 MHz<br /> cổng Vào/Ra GPIO<br /> ổng Vào/Ra 82/100 Pin<br /> Bộộ nhớ Flash 512 kB<br /> Bộộ nhớ RAM 192x8 kB<br /> ADC 12bit x 16 kênh<br /> DAC 12bit x 2 kênh<br /> Bộộ đếm/ loại bộ/ 16 bit vvàà 32 bit<br /> 14 bộ/<br /> Kết<br /> ết nối hỗ trợ CAN, USB, USART, SPI, I2C, Ethernet, DCMI<br /> Công cụ cụ lập trình<br /> trình STM32 CubeMX và Keil<br /> 2.3. Sơ đồđồ khối điện tử của máy đo phóng xạ<br /> Thiết bị đo phóng xạ đa năng bao gồm thân máy chính chứa đầu đo ,, n bên trong và<br /> Thiết<br /> một<br /> ột đầu đo bên<br /> bên ngoài có thể thể kết nối với máy chính để đo bức xạ ,   và . Sơ đđồồ khối của<br /> thiết bị đo phóng xạ đa năng được<br /> thiết được mô tả trong hình 1. Thân máy chính chứa chứa vi điều khiển<br /> nhiệm vụ điều khiển toàn<br /> làm nhiệm toàn bộ<br /> bộ hoạt động của thiết bị nh ư: đi<br /> như: điều<br /> ều khiển quá tr<br /> trình<br /> ình truyền,<br /> truyền,<br /> nhận số liệu, lưu<br /> nhận trữ,<br /> lưu trữ, hiển thị kết quả đo, ccài ài đặt,<br /> đặt, thi ết lập các tham số cấu hhình<br /> thiết hệ<br /> ình hệ<br /> thống<br /> ống … Sơ đồ<br /> ống,… đồ khối của thân máy chính đư được<br /> ợc mô tả trong hình 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ<br /> đồ khối của thiết bị đo phóng xạ đa năng.<br /> năng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> đồ khối ch<br /> Hình 2. Sơ đồ chức<br /> ức năng của thân máy chính.<br /> Nguyên lý hoạt<br /> hoạt động: Thiết bị đo phóng xạ đa năng có khkhảả năng đo đư<br /> được<br /> ợc các loại bức<br /> xạạ alpha, beta, gamma vvàà neutron. Các đđầu<br /> ầu đo sẽ đảm nhận việc ghi nhận các loại bức xạ<br /> chuyển chúng thành<br /> và chuyển thành tín hiệu<br /> hiệu điện thông qua mạch tiền khuếch đại. Sau đó,<br /> đó, các tín hiệu<br /> hiệu<br /> sẽ được<br /> này sẽ đưa qua bbộ<br /> đ ợc khuếch đại tới một biện độ cần thiết đưa ộ phân biệt xung để tạo ra tín<br /> hiệu<br /> ệu xung logic.<br /> <br /> <br /> 164 V. T. K. Duyên, Sĩĩ, N. T. Hùng<br /> Duyên N. V. S Hùng, ““Máy<br /> Máy đo phóng xạ<br /> xạ đa năng: thiết kế … ki<br /> kiểm<br /> ểm nghiệm.”<br /> nghiệm.”<br /> Nghiên cứu<br /> cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Mỗi bức xạ tương<br /> Mỗi tương tác với<br /> với đầu đo sẽ tạo th thành<br /> ành một<br /> một xung điện tương<br /> tương ứng ở lối ra mạch<br /> khuếch<br /> khu và theo đó ssẽẽ tạo ra một xung logic, tần số tín hiệu xung logic nnày<br /> ếch đại và ày ssẽẽ tỷ lệ<br /> thuận với suất liều bức xạ ttương<br /> thuận ương tác ttới<br /> ới đầu đo. Một bộ đếm xung sẽ thực hiện việc đếm<br /> xung logic này trong chu kkỳ ỳ thời gian nhất định, các số đếm thu đượcđ ợc sẽ được<br /> đ ợc hiệu chuẩn<br /> đểể tính ra suất liều bức xạ.<br /> 2.4. Thân máy<br /> Thiết bị dùng<br /> Thiết dùng trong m mụcục đích quân sự, có tính cơ cơ động,<br /> động, chống rung, chống<br /> chống sóc, chống<br /> ẩm vvàà chống mòn, đđồng<br /> chống ăn mòn, ồng thời phải đảm bảo độ bền, chắc của thiết bị. Với đặc tính cứng,<br /> nhẹ và<br /> nhẹ và dễ<br /> dễ thao tác, nhôm là vật liệu đđược<br /> là vật ợc chọn để thiết kế thân, vỏ máy và phụ<br /> và các ph ụ kiện<br /> kèm theo. Nhóm nghiên ccứu ứu đã<br /> đã ch<br /> chọn<br /> ọn vật liệu làlà nhôm ch ất llượng<br /> chất ợng cao A 6061 ccủa Hàn<br /> ủa Hàn<br /> Quốc (đã<br /> Quốc (đ được<br /> được anot hóa) để làm làm thân máy. Quá trình kiểm<br /> kiểm tra các đặc tính lý, hóa của vật<br /> liệu đ ợc thực hiện tại Phòng<br /> ệu được nghiệm<br /> Phòng thí nghi ệm của “Viện độ bền nhiệt đới” thuộc “Trung tâm<br /> nhiệt đới Việt-Nga”<br /> nhiệt Việt Nga” theo tiêu chuẩn<br /> chuẩn “MIL STD 810G Method 509.5” 509.5” của<br /> của quân đội Mỹ.<br /> Tổng<br /> ổng thời gian thử nghiệm llàà 2 chu kkỳ ỳ (mỗi chu kỳ gồm: 48 giờ phun mù mù muối<br /> muối (ở nhiệt độ<br /> buồng thử là<br /> buồng là 350C); 48 gi ờ sấy khô (ở nhiệt độ 250C và đđộ<br /> giờ ộ ẩm 45%). Kết quả, mẫu nhôm<br /> A 6061 sau khi đã đã anot hóa không bbịị ăn m mòn,<br /> òn, phù hợp àm vvật liệu<br /> hợp để llàm liệu chế tạo thân, vỏ máy<br /> và các phụ<br /> phụ kiện kèmkèm theo.<br /> 3. KẾT<br /> KẾT QUẢ NGHIÊN<br /> NGHIÊN C ỨU<br /> CỨU<br /> Khối đo gamma vvà<br /> 3.1. Khối à neutron gắn<br /> gắn liền<br /> đồ khối và<br /> Sơ đồ và mạch<br /> mạch điện tử (thiết kế bởi nhóm nghiên<br /> nghiên ccứu)<br /> ứu) của bộ phận đo đạc neutron<br /> và gamma (gắn(gắn liền với thân máy) đđược l ợt trong hình 3 và hình 4. Khi bbức<br /> ợc mô tả lần lượt ức xạ<br /> tương tác vào tinh th thểể CLYC sẽ tạo ra các chớp sáng, PIN PD S3590- S3590-0808 đưđược<br /> ợc cung cấp<br /> điện<br /> ện áp phân cực ng ngưược<br /> ợc sẽ biến đổi các chớp sáng nàynày thành tín hiệuhiệu điện thông qua mạch<br /> tiền<br /> ền khuếch đại nhạy điện tích. Các tín hiệu xung điện áp sau tiền tiền khuếch đại sẽ đđư ược<br /> ợc<br /> khuếch đại tới biên<br /> khuếch biên đđộộ vvài<br /> ài vôn và đưa ttới<br /> ới bộ phân tích bi ên đđộộ đđơn<br /> biên ơn kênh tạotạo ra hai cửa sổ<br /> biệt hai tín hiệu xung bức xạ  và n.<br /> phân biệt<br /> Tần<br /> ần số xung logic đđư ược<br /> ợc tạo ra sẽ tỷ lệ với suất liều bức xạ ttương<br /> ương tác tớitới đầu đo, do đó,<br /> đó,<br /> các xung logic đượcđược tạo ra sau mạch phân tích biên biên độ<br /> độ đđơn<br /> ơn kênh này đượcđược đưađưa ttới<br /> ới hai bộ<br /> đếm<br /> ếm khác nhau để đếm số xung trong một đđơn vị thời gian nhất định. Bằng ph<br /> ơn vị phương<br /> ương pháp<br /> hiệu<br /> ệu chuẩn số đếm với suất liều sẽ xác định đđược tương tác ttới đầu<br /> ợc giá trị suất liều bức xạ tương đầu<br /> Đặc trưng<br /> đo. Đặc kỹ thuật của khối đo gamma vvàà phát hiện<br /> trưng kỹ hiện neutron đđư ược kê trong bảng<br /> ợc liệt kê ảng 4.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> đồ khối mạch đo bức xạ gamma vvà<br /> Hình 33. Sơ đồ à neutron.<br /> neutron<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 44.. Hình ảnh khối ghi nhận bức xạ gamma vvà<br /> à neutron.<br /> neutron<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghiên<br /> Nghiên cứu<br /> cứu KH&CN quân sự, Số 66, 4 - 2020<br /> uân sự, 2020 165<br />  Vật<br /> ật lý<br /> <br /> Bảng 4.4 Đặc<br /> ặc tr ưng kkỹỹ thuật khối đo liều gamma và<br /> trưng v phát hi<br /> hiện<br /> ện neutron.<br /> neutron.<br /> Thông ssốố Đặc<br /> ặc trưng<br /> trưng<br /> thể đo phóng xạ<br /> Tinh thể CLYC (Cs2LiYCl6: Ce)<br /> thước<br /> kích thư ớc 12 mm x 10 mm x 10 mm<br /> Diode bán dẫndẫn Silic PIN PD S3950-08<br /> S3950 08<br /> Dải lượng<br /> ải năng lư ợng 70 keV - 2,2 MeV<br /> Dải<br /> ải suất liều 0,15 µSv/h ÷ 20 Sv/h<br /> Điện áp phân cực<br /> Điện 41,8 V<br /> Điện áp nguồn<br /> Điện nguồn nuôi 3 V - 5 V, 24 mA<br /> Kích thước<br /> thước (dài rộng)<br /> (dài x rộng) 112 mm x 39 mm<br /> 3.2. Khối<br /> 3.2. Khối đo alpha, beta và và gamma n nối<br /> ối ngo<br /> ngoài<br /> đồ khối và<br /> Sơ đồ và mạch<br /> mạch điện tử (thiết kế bởi nhóm nghiênnghiên ccứu)<br /> ứu) của bộ phận đo đạc alpha,<br /> beta, và gamma (nối(nối ngo<br /> ngoài) được mô tả lần llượt<br /> ài) được ợt trong hình 5 và hình 6. Khi bbức ức xạ ttương<br /> ương<br /> thể CLYC sẽ tạo ra các chớp sáng, Diode PIN PD S3590<br /> tác vào tinh thể S3590--09<br /> 09 đư<br /> được<br /> ợc cung cấp<br /> điện<br /> ện áp phân cực ngngưược<br /> ợc sẽ biến đổi các chớp sáng này này thành tín hiệu<br /> hiệu điện thông qua mạch<br /> tiền<br /> ền khuếch đại nhạy điện tích. Tiếp theo, các xung điệ điệnn đư<br /> được<br /> ợc khuếch đại vvàà đưa ttớiới bộ<br /> biệt xung để tạo th<br /> phân biệt thành<br /> ành các xung logic đưa tới tới bộ đếm, số đếm của xung điện nnày sẽ<br /> ày sẽ<br /> tỷ<br /> ỷ lệ với số đếm bức xạ ttương<br /> ương ứng đi tới đầu dò. dò. Đặc<br /> ặc tr ưng kkỹ<br /> trưng ỹ thuật của khối đo alpha,<br /> beta, và gamma (nối(nối ngo<br /> ngoài) được liệt kkêê trong bảng<br /> ài) được ảng 5.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> đồ khối mạch ghi nhận bức xạ alpha, beta, gamma.<br /> Hình 55. Sơ đồ gamma<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 66. Hình ảnh khối ghi nhận bức xạ alpha, beta, gamma.<br /> gamma.<br /> Bảng 55. Đặc<br /> Đặc trưng<br /> trưng kỹ<br /> kỹ thuật khối đo alpha, beta, gamma.<br /> gamma.<br /> Thông ssố<br /> ố Đặc<br /> ặc trưng<br /> trưng<br /> thể đo phóng xạ<br /> Tinh thể CLYC (Cs2LiYCl6: Ce), BGO<br /> thước<br /> kích thước 12 mm x 10 mm x 10 mm<br /> Diode bán dẫn<br /> dẫn Silic PIN PD S3950-09<br /> S3950 09<br /> Dải lượng<br /> ải năng lư ợng gamma 70 keV - 2,2 MeV<br /> Dải<br /> ải suất liều gamma 0,15 µSv/h ÷ 20 Sv/h<br /> Dải<br /> ải số đếm alpha, beta 0 - 300.000 cps<br /> Điện áp phân cực<br /> Điện 41,8 V<br /> Điện áp nguồn nuôi<br /> Điện 3 V - 5 V, 24 mA<br /> Kích thước<br /> thước (dài rộng)<br /> (dài x rộng) 102 mm x 60 mm<br /> <br /> <br /> 166 V. T. K. Duyên, Sĩĩ, N. T. Hùng<br /> Duyên N. V. S Hùng, ““Máy<br /> Máy đo phóng xạ<br /> xạ đa năng: thiết kế … ki<br /> kiểm<br /> ểm nghiệm.”<br /> nghiệm.”<br /> Nghiên cứu<br /> cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Khối vi xử lý trung tâm<br /> 3.3. Khối<br /> Khối vi xử lý của máy đo phóng xạ đa năng có chức năng ghi nhận, llưu<br /> Khối ưu giữ<br /> giữ số liệu. Các<br /> hiệu xung logic ghi nhận được<br /> tín hiệu đ ợc từ các loại bức xạ khác nhau được đưa vào các bbộ<br /> ợc đưa ộ đếm<br /> khác nhau tương ứng của ủa vi điều khiển để đếm xung và cường độ, liều llượng<br /> và tính toán cường ợng bức<br /> xạ.<br /> ạ. Các số liệu về liều llượng<br /> ợng bức xạ đđượcợc llưu trữ tự động vvào<br /> ưu trữ ào bộ<br /> bộ nhớ thiết bị vvàà hi<br /> hiển<br /> ển thị<br /> trên màn hình LCD. Ng Người ời sử dụng có thể giao tiếp với máy đo phóng xạ thông qua bbàn àn<br /> phím và phần<br /> phần mềm ềm đđược<br /> ợc xây dựng cho máy đo. Do đó, các tính năng ccơ ơ bản như:<br /> bản nh đặt<br /> ư: cài đặt<br /> ngưỡng cảnh báo phóng xạ, phát tín hiệu cảnh báo, cảnh báo thông qua ánh sang đđèn,<br /> các ngưỡng èn,<br /> tạo<br /> ạo âm thanh cảnh báo, kết nối tai nghe không dây, …có thể thực hiện đđư ược.<br /> ợc.<br /> đồ khối bộ vi xử lý trung tâm vvàà bbộ<br /> Sơ đồ ộ vi xử lý trung tâm ththành<br /> ành phẩm<br /> phẩm đư<br /> được<br /> ợc mô tả trong<br /> hình 7,7 hình 8.. bảng<br /> ảng 6 li<br /> liệt kê một<br /> ệt kê một số đặc tính kỹ thuật của bộ vi xử lý trung tâm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 7 Sơ đđồ<br /> Hình 7. tâm.<br /> ồ khối vi xử lý trung tâm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> tâm..<br /> Hình 8. Hình ảnh khối vi xử lý trung tâm<br /> Bảng 66. Đặc<br /> ặc trưng<br /> trưng kkỹỹ thuật khối vi xử lý trung tâm.<br /> tâm.<br /> Thông ssố<br /> ố Đ<br /> Đặc trưng<br /> ặc trưng<br /> Bộ<br /> ộ vi xử lý trung tâm Cortex M4 32 bit, tốc tốc độ 168 MHz<br /> Bộ<br /> ộ nhớ chương trình/<br /> chương tr Bộ nhớ RAM<br /> ình/ Bộ 512 kB, 192 x 8 kB<br /> Bộ<br /> ộ nhớ dữ liệu 128 MB (có th thểể llưu<br /> ưu được<br /> được 13000 bộ số liệu)<br /> Số lượng<br /> ố lư ợng bộ đếm 5 bộ<br /> ộ 16 bit<br /> Màn hình LCD TFT 4 inch<br /> Báo động<br /> động Âm thanh, ánh sáng, hi hiển<br /> ển thị<br /> Cổng<br /> ổng kết nối USB<br /> Kích thước (dài<br /> thước mạch (d rộng)<br /> ài x rộng) 150 mm x 106 mm<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghiên<br /> Nghiên cứu<br /> cứu KH&CN quân sự, Số 66, 4 - 2020<br /> uân sự, 2020 167<br />  Vật<br /> ật lý<br /> <br /> 3.4. Máy đo phóng xxạ ạ đa năng thành phẩm<br /> thành ph ẩm<br /> Thân vỏ<br /> vỏ máy vàvà các chi tiết<br /> tiết cơ<br /> cơ khí sau khi gia công đưđược<br /> ợc anot hóa để đảm bảo chịu<br /> được điều kiện môi tr<br /> được trư<br /> ường<br /> ờng khắc nghiệt. Khối xử lý trung tâm vvàà các khối<br /> khối chức năng sau<br /> được thiết kết, lắp đặt và<br /> khi được hiệu chỉnh ccùng<br /> và hiệu với các hệ ccơ<br /> ùng với ơ khí đã<br /> đã chế ược<br /> chế tạo sẽ đđư ợc nhóm<br /> cứu lắp ráp đồng bộ. Máy đo sau khi đđãã đồng<br /> nghiên cứu ồng bộ có dạng như<br /> như hình<br /> hình 9,<br /> 9, ccấu<br /> ấu tạo chính<br /> gồm<br /> ồm thân máy, đầu đo ngongoài,<br /> ài, cán cầm,<br /> cầm, giắc nối.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 9.9 Hình ảnh máy SVG- SVG-2M phẩm<br /> 2M thành ph ẩm.<br /> Ghi chú:<br /> chú 1-- Thân máy 4- Màn hình chỉchỉ thị 7 Phím chức<br /> 7- chức năng<br /> 2 Đèn báo<br /> 2- 5- Đ ầu đo ngo<br /> Đầu ngoàiài 8 Giắc<br /> 8- Giắc nối<br /> 3 Ống pin<br /> 3- 6- Cán ccầm<br /> ầm 9 Cáp nối<br /> 9- nối<br /> Kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật đo liều của máy đo phóng xạ đa năng<br /> 3.5. Kiểm<br /> Máy đo phóng xạxạ đa năng, sau khi đđượcợc chế tạo, đãđ đư<br /> được<br /> ợc hiệu chuẩn tại Trung tâm An<br /> bức xạ (thuộc Viện Khoa học<br /> toàn bức học kỹ thuật hạt nhân, phòng chuẩn<br /> phòng chu ẩn liều bức xạ ion hóa cấp<br /> II nnằm<br /> ằm trong mạng llưưới<br /> ới các phòng chuẩn<br /> phòng chu ẩn cấp II của Cơ<br /> Cơ quan Năng lượng<br /> lượng Nguy ên ttử<br /> Nguyên ử Quốc<br /> tế,<br /> ế, IAEA và Tổ<br /> và cơ quan T ổ chức Y tế Thế giới, WHO) sử dụng nngu guồn chuẩn gamma 137Cs,,<br /> ồn chuẩn<br /> hooạt<br /> ạt độ 37MBq (18/08/2001).<br /> (18/08/2001). Kết<br /> Kết qquảả hiệu chuẩn đư được<br /> ợc tóm tắt trong bảng<br /> bảng 7. TTừ<br /> ừ các giá<br /> trịị hệ số chuẩn cho thấy, máy đo liều phóng xạ đa năng (đ (được<br /> ợc chế tạo bởi nhóm nghiên<br /> nghiên<br /> cứu) hoàn toàn đáp ứng đđư<br /> ứu) hoàn ược<br /> ợc tiêu<br /> tiêu chu<br /> chuẩn<br /> ẩn đo đạc chính xác liều phóng xạ gamma.<br /> 7 K<br /> Bảng 7. Kết<br /> ết quả hiệu chuẩn máy đo phóng xạ SVG-2M<br /> xạ đa năng SVG 2M.<br /> Hệệ số chuẩn<br /> Suất<br /> Suất liều Sốố đọc của máy<br /> Nguồn phóng xạ<br /> Nguồn (Suất liều chuẩn/Số đọc<br /> (Suất<br /> chuẩn (µSv/h)<br /> chuẩn (µSv/h)<br /> của<br /> ủa máy)<br /> 15 16,4 0,91<br /> 60 66,3 0,90<br /> 137 150 148,0 1,01<br /> Cs (662 keV)<br /> 600 594,0 1,01<br /> 1500 1514,0 0,99<br /> 6000 5870,0 1,02<br /> Việc kiểm chứng khả năng phát hiện <br /> Việc ,  và n của nghiên<br /> của máy chế tạo bởi nhóm nghi cứu,<br /> ên cứu,<br /> thực<br /> ực hiện bằng cách so sánh tốc độ đếm của máy đo phóng xạ tự chế tạo với tốc độ đếm<br /> máy đo cùng loại (SVG<br /> SVG-2,<br /> loại (SVG 2, được<br /> được chế tạo bởi Đức) được chiếu với ccùng<br /> Đức) khi chúng được một<br /> ùng một<br /> nguồn phóng<br /> nguồn phóng xạ<br /> xạ như nghiệm<br /> như nhau. Trong thí nghi ệm nnày,<br /> ày, các lo<br /> loại<br /> ại nguồn phóng xạ đđược<br /> ợc sử dụng<br /> như sau: nguồn<br /> nguồn phóng xạ alpha, bêta (hoạt<br /> bêta (hoạt độ ban đầu vào<br /> vào 300Bq, khoảng<br /> khoảng cách đo đạc làlà 5<br /> nguồn neutron 241Am-Be<br /> mm) và nguồn Am Be (cư ờng độ ban đầu llàà 1,299E+07 s--1 vào ngày<br /> (cường<br /> 23/01/2015, hình học<br /> học chiếu là thời<br /> là như nhau, th ời gian đo 300 giây). Kết quả đư<br /> được<br /> ợc chỉ ra trong<br /> bảng<br /> ảng 8 cho thấy,<br /> thấy, máy SVG-2M<br /> SVG 2M tự đ ợc các bức xạ ,,  và n<br /> tự chế tạo có khả năng phát hiện được<br /> tương đương với<br /> với máy SVG2 của hãnghãng Bruker ssản<br /> ản xuất.<br /> <br /> <br /> 168 V. T. K. Duyên, Sĩĩ, N. T. Hùng<br /> Duyên N. V. S Hùng, ““Máy<br /> Máy đo phóng xạ<br /> xạ đa năng: thiết kế … ki<br /> kiểm<br /> ểm nghiệm.”<br /> nghiệm.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Bảng 8. Kết quả đo bức xạ ,  và n của máy SVG-2M và SVG-2.<br /> Số đếm của máy Số đếm của máy Tỷ số<br /> Nguồn phóng xạ<br /> SVG-2M (A) SVG-2 (B) (A/B)<br /> Nguồn alpha 25,55 29,31 0,87<br /> Nguồn bêta 15,69 15,89 0,99<br /> Nguồn neutron không làm<br /> 33 (phát hiện được)<br /> chậm<br /> Nguồn neutron làm chậm 28 (phát hiện được)<br /> 3.6. So sánh chức năng cơ bản của máy đo phóng xạ SVG-2M và SVG-2.<br /> Tính năng tương đương của máy đo phóng xạ (tự chế tạo) và máy đo thương mại tương<br /> ứng (SVG-2, Đức chế tạo) được so sánh thông qua các chức năng cơ bản liệt kê trong<br /> bảng 9, 10. Từ bảng 9, 10 cho thấy, tính năng của máy đo phóng xạ đa năng tự chế tạo dựa<br /> trên sản phẩm thương mại của máy đo phóng xạ SVG-2 (Đức chế tạo) có các tính năng<br /> tương tự nhau.<br /> Bảng 9. Bảng so sánh kết quả đo suất liều gamma của máy SVG-2M và SVG-2.<br /> Suất liều gamma Suất liều gamma Tỷ số suất liều của<br /> Nguồn phóng xạ<br /> SVG2M (µSv/h) SVG-2 (µSv/h) máy SVG2M/SVG2<br /> 49,2 48,9 1,01<br /> Gamma 47,5 51,4 0,92<br /> 137<br /> Cs-10µCi 50,0 47,7 1,05<br /> (Sản xuất 1/6/2013) 44,9 45,2 0,99<br /> 46,7 50,2 0,93<br /> TB 47,7 48,7 0,98<br /> Bảng 10. So sánh các chức năng kỹ thuật cơ bản<br /> của máy đo phóng xạ đa năng SVG2M và máy đo phóng xạ thương mại SVG-2.<br /> SVG2 SVG-2M<br /> TT Thông số ĐVT<br /> (Bruker, Đức) (Máy tự chế tạo)<br /> 1 Dải đo suất liều gamma 0,50 µSv/h ÷ 20 Sv/h 0,15 µSv/h ÷ 20 Sv/h<br /> 2 Đo tổng liều gamma 0,50 µSv ÷ 20 Sv 0,15 µSv ÷ 20 Sv<br /> 3 Năng lượng gamma keV 70 – 2200 70 – 2200<br /> 4 Dải tốc độ đếm beta cps 0 ÷ 300.000 0 ÷ 300.000<br /> 5 Dải tốc độ đếm alpha cps 0 ÷ 300.000 0 ÷ 300.000<br /> 6 Phát hiện neutron Có Có<br /> 7 Nguồn pin V 3 x 1,5 3 x 1,5<br /> 8 Đổi đơn vị đo Có Có<br /> 9 Kết nối với máy tính Có Có<br /> Báo động bằng âm thanh,<br /> 10 Có Có<br /> ánh sáng<br /> 11 Hiện thị kết quả Bằng số Bằng số<br /> 0<br /> 12 Nhiệt độ hoạt động C 0 - 50 0 - 50<br /> 13 Độ ẩm %