Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật chất: Phóng xạ tự nhiên trong một số VLXD phổ biến tại CHDCND Lào

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài tìm hiểu về tình hình nghiên cứu đề tài phân tích phóng xạ có trong các VLXD dùng phổ kế gamma trên thế giới và trong nước; tìm hiểu các kĩ thuật thực nghiệm dùng để phân tích phóng xạ trong các mẫu có thể tích lớn dùng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn và nhấp nháy.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật chất: Phóng xạ tự nhiên trong một số VLXD phổ biến tại CHDCND Lào

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- SONEXAY XAYHEUNGSY PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN TRONG MỘT SỐ VẬT LIỆU XÂY DỰNG PHỔ BIẾN TẠI CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO Chuyên ngành : Vật lý nguyên tử và hạt nhân Mã số : 9.440106 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Hà Nội- 2019
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Lê Hồng Khiêm Phản biện 1: ............................................................ Phản biện 2: ............................................................. Phản biện 3: ............................................................ Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201…. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 1. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem. Measurement of natural radioactivity in some cements of Lao PDR by using NaI(Tl) gamma-ray spectrometer, Advance in applied and engineering Physics IV, Publishing House for Science and Technology,2016, 231 2. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem, Phương pháp xác định hoạt độ của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên bằng phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl), Advance In Applied And Engineering Physics V, Publishing House for Science and Technology, 2018, 295 3. S. Xayheungsy, L.H. Khiem, L.D. Nam, Radiation dose estimation of cement samples used in Lao PDR, Communications in Physics, 27, No. 3, 2017,193-203. 4. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem, Le Dai Nam. Assessment Of The Natual Radioactivity And Radiological Hazards In Lao Cement Samples. Radiation Protection Dosimetry, 2018, Vol. 181, No. 3, 208–213. 5. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem. Natural Radioactivity In The Soil Of Thoulakhom District In Vietiane Province, LaoPDR, Tập Chí Phát Triển Khoa Học Và Công Nghệ- Đại Học Quốc Gia TP. HCM, ngày 21 tháng 3 năm 2018. 6. X.Sonexay, L.H.Khiem, L.D.Nam, Assessment of Natural Radioactivity Levels and Radiation Hazards of Building Materials of Lao PDR. International Journal Of Modern Engineering Research (IJMER), 14.04.2018 7. Sonexay Xayheungsy1,3, N.C.Thanh2, L.D.Nam2, V.H.Giang2 and L.H.Khiem2,3*, Measurement of natural radioactivity in some sand and brick in Vietiane province, Lao PDR. IJRDO - Journal of Applied Science, Volume-4, Issue, 11, Nov, 2018.
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án - Phóng xạ có mặt ở khắp mọi nơi, đặc biệt trong đất, đá với các mức hàm lượng khác nhau. - Phóng xạ cao hơn ngưỡng an toàn là nguyên nhân gây ra nhiều loại bệnh trong đó có bệnh ung thư, gây nguy hiểm cho con người. - VLXD (xi măng, gạch, cát, đất, đá,…) chủ yếu được làm từ nguyên liệu thô là đất, đá → Luôn tồn tại phóng xạ trong vật liệu xây dựng. - Theo thống kê của LHQ, khoảng 70% thời gian sống của mỗi người là trong các ngôi nhà (nhà ở, công sở, các công trình công cộng,…). Nếu vật liệu cho các công trình xây dựng chứa phóng xạ cao sẽ rất nguy hiểm. - Ủy ban Khoa học của LHQ về các hiệu ứng của bức xạ (UNSCEAR) đã đưa ra ngưỡng an toàn về phương diện phóng xạ đối với VLXD. - Ở đa số các nước, việc kiểm tra phóng xạ trong VLXD tước khi sử dụng là bắt buộc. - Tại CHDCND Lào, việc kiểm tra này chưa được thực hiện (do không có nhân lực có chuyên môn). - Từ năm 2011, Lào đã chính thức trở thành thành viên của IAEA. - CP Lào yêu cầu Việt Nam giúp đào tạo cán bộ có trình độ cao về lĩnh vực kiểm soát phóng xạ trong VLXD. - Luận văn này nhằm mục đích học hỏi từ VN phương pháp đánh giá phóng xạ tự nhiên trong VLXD để triển khai công việc này tại Lào. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án Nghiên cứu phương pháp sử dụng hệ phổ kế gamma dùng các loại detector khác nhau bao gồm detector nhấp nháy NaI(Tl) và detector bán dẫn siêu tinh khiết loại HPGe để xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong các VLXD. Sử dụng các phương pháp đã nghiên cứu để xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong một số VLXD điển hình thường được sử dụng tại CHDCND Lào như: xi măng, đất, cát,… Các số liệu này cần cho việc đánh giá liều bức xạ đối với các cư dân, cảnh báo và đưa ra các kiến nghị cần thiết với các cơ sở sản xuất để họ có các điều chỉnh cần thiết nhằm đảm bảo tuyệt đối an toàn về phương diện phóng xạ cho các VLXD mà họ đưa ra thị trường 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án - Tìm hiểu về tình hình nghiên cứu đề tài phân tích phóng xạ có trong các VLXD dùng phổ kế gamma trên thế giới và trong nước. - Tìm hiểu các kĩ thuật thực nghiệm dùng để phân tích phóng xạ trong các mẫu có thể tích lớn dùng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn và nhấp nháy. - Nghiên cứu các đặc trưng của phổ kế gamma phông thấp dùng detector bán dẫn và phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl). - Nghiên cứu xây dựng các phương pháp phân tích số liệu thực nghiệm: phân tích phổ gamma, các phương pháp toán học dùng để tách đỉnh chập, làm tăng khả năng phân giải phổ. 1
- Nghiên cứu và đánh giá các nguồn sai số khả dĩ gây ra do các hiệu ứng:tự hấp thụ gamma trong mẫu, hình học đo, hình học mẫu, trùng phùng ngẫu nhiên, trùng phùng tổng,… - Xây dựng các phương pháp phân tích trên phổ kế gamma bán dẫn phông thấp nhằm nâng cao độ nhạy và tăng đọ chính xác của phép phân tích. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ CÓ TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1. Nguồn gốc của các đồng vị phóng xạ có trong VLXD 1.1.1. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên a) Chuỗi phân rã của đồng vị 238U Chuỗi phân rã của đồng vị 238U được đưa ra trong hình vẽ 1.1. 238 (1) U 4,468×109 y năm ↓α (2) 234Th 24,1 ngày ↓β 234 (3) Pa 1,17 phút ↓β 234 (4) U 2,455×105 năm ↓α 230 (5) Th 7,538 ×104 năm ↓α 226 (6) Ra 1600 năm ↓α 222 (7) Rn 3,8232 ngày ↓α 218 (8) Po 3,094 phút ↓α 214 (9) Pb 26,8 phút ↓β 214 (10) Bi 19,9 phút ↓β 214 (11) Po 162,3 giây ↓α 210 (12) Pb 22,3 năm ↓β 210 (13) Bi 5,013 ngày ↓β 210 (14) Po 138,4 ngày ↓α 206 Pb Hình 1.1. Chuỗi phân rã của đồng vị 238U. Những đồng vị được gạch dưới là các đồng vị có thể đo được bằng phổ kế gamma 2
b) Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235U Trong tự nhiên, đồng vị phóng xạ 235U chỉ chiếm 0,72% trong tổng số uran. Tuy tỉ lệ của đồng vị này có trong tự nhiên không nhiều, nhưng do nó có chu kỳ bán rã ngắn nên nếu xét về phương diện bức xạ gamma, nó cũng đóng vai trò quan trọng không kém so với tầm đồng vị 238U. Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235U được trình bày trong hình vẽ 1.2. 235 (1) U 1,7×108 năm ↓α 231 (2) Th 25,52 giờ ↓β 231 (3) Pa 3,276 ×104 năm ↓α 227 (4) Ac 21,772 năm ↓β 227 (5) Th 18,718 ngày + α (1,38 %) to 223Fr 22 phút then β ↓α 223 (6) Ra 11,43 ngày ↓α 219 (7) Rn 3,96 giây ↓α 215 (8) Po 1,781 giay ↓α 211 (9) Pb 36,1 phút ↓β 211 (10) Bi 2,14 phút ↓α 207 (11) Tl 4,77 phút + β (0,273%) 211Po 516 giây then α ↓β 207 Pb Hình 1.2: Chuỗi phân rã của 235U. Chỉ có gamma do đồng vị 235U phát ra là có thể đo được bằng phổ kế gamma c) Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 232Th Đồng vị 232Th chiếm 100% trong tự nhiên. Chuỗi phân rã của đồng vị phóng xạ này được trình bày trong hình vẽ 1.3. 3
232 (1) Th 1,405 ×109 năm ↓α 228 (2) Ra 5,75 giờ ↓β 228 (3) Ac 6,15 giờ ↓β 228 (4) Th 1,9127 năm ↓α 224 (5) Ra 3,627 ngày ↓α 220 (6) Rn 55,8 giây ↓α 216 (7) Po 150 giây ↓α 212 (8) Pb 10,64 giờ ↓β 212 (9) Bi 60,54 phút ↓ β (64,06%) ↓ α (35,94%) 212 (10) Po 0,3 giây 208Tl 3,06 phúg ↓α ↓β 206 Pb Hình 1.3: Chuỗi phân rã của 232Th. Các đồng vị có gạch dưới có thể đo bằng phổ kế gamma 1.1.2. Hiện tượng thất thoát radon 1.1.3. Xáo trộn tự nhiên của các chuỗi phân rã 1.2. Ảnh hưởng của phóng xạ có trong các VLXD đến sức khỏe của con người 1.3. Hiện trạng nghiên cứu về phóng xạ trong VLXD trên thế giới Ở hầu hết các nước trên thế giới, việc kiểm tra, đánh giá mức độ phóng xạ có trong các VLXD là công việc bắt buộc. Để minh họa, chúng tôi liệt kê một số công trình gần đây nghiên cứu về phóng xạ tự nhiên trong các loại VLXD khác nhau đã tiến hành bởi các nhà khoa học ở một số nước trên thế giới Bảng 1.1. Phóng xạ tự nhiên trong xi măng Portland ở một số nước. Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) Quốc gia 226 232 40 Ra Th K Hy Lạp [12] 92 31 310 Áo [13] 26,7 14,2 210 Bangladesh [14] 60,5 64,7 952,2 Trung Quốc [15] 56,50 36,50 173,2 Ai Cập [16] 134 88 416 Pakistan [17] 31,3 26,8 51,3 Thổ Nhĩ Kỳ [18] 40,5 26,1 267,1 Ghana [19] 61,63 25,96 451,30 Ấn Độ [20] 37,0 24,1 432,2 Malaysia [21] 34,7 32,9 190,6 Brazil [22] 61,7 58,5 564,0 4
Bảng 1.2. Phóng xạ tự nhiên trong một số loại VLXD khác bao gồm gạch, đất và cát ở một số nước Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq kg-1) Raeq TT Quốc gia Lọai mẫu 226 Ra 232 Th 40 K (Bq kg-1) Gạch 41 89 681 220,707 Úc [24] Đất 62,9 162,8 403,3 326,758 1 Cát 3,7 40 44,4 64,3188 Trung Quốc Gạch 124,7 28,9 390,2 196,07 [15], [25], Đất 44,6 86,7 352,8 195,75 2 [26] Cát 40,7 21,5 302,6 96,4 Ai Cập Gạch 24 24,1 258 78,329 [27], [28], Đất 13 6 433 54,921 3 [29] Cát 9,2 3.3 47,3 17,5611 Gạch 16,2 70 76 122,15 Brazil Đất 30 67 112 134,43 4 [30], [31] Cát 35,3 74 315 165,38 Pakistan Gạch 43.2 53,7 631,2 168,59 [17] Đất 42.4 56,2 565,3 166,29 5 Cát 21,5 31,9 519,6 107,13 Gạch 63,74 38,6 313,71 143,09 6 Ấn Độ [32] Đất 116,1 43,51 300,07 201,44 Cát 90,27 101,67 280,71 257,27 Gạch 35 30 400 Thế giới 7 Đất 35 30 400 [33] Cát 35 30 400 Bảng 1.3. Hoạt độ phóng xạ của một số vật liệu ở Hà Nội Hoạt độ phóng xạ TT Loại mẫu K-40 Ra-226 Th-232 1 Cát đen 515 ± 23 24,4 ± 1,4 36,2 ± 1.0 2 Cát khuyến lương 483 ± 15 53,5 ± 3,7 46 ± 3,6 3 Cát vàng 651 ± 21 25,5 ± 0,9 32,3 ± 0.6 4 Cát vàng bãi Bùng Hà Bắc 357 ± 2 12,4 ± 2,5 20 ± 2,4 5 Xi măng Hải Phòng 73 ± 9 28,6 ± 2,5 32,3 ± 2,8 6 Xi măng Hoàng Thạch 196 ± 2 65,9 ± 3,7 27,8 ± 2,8 7 Xi măng X77 205 ± 2 69,6 ± 3,7 32,2 ± 2,8 8 Sỏi 389 ± 8 23,5 ± 5 23 ± 4 9 Đá 46 ± 21 25,5 ± 5 19 ± 4 10 Gạch xây 665 ± 0 84,0 ± 15 85 ± 4 11 Gạch lát 385 ± 5 39 ± 8 34 ± 4 12 Vữa trát tường 525 ± 5 44 ± 4 37 ± 4 13 Bột đá < 10 12,4 ± 2,5 6,8 ± 2,4 14 Tro xỉ hồ chứa 626 ± 3 122 ± 9 100 ± 15 Tro bay 788 ± 7 164 ± 13 126± 1 5
1,4. Hiện trạng nghiên cứu phóng xạ trong các vật liệu xây dựng tại CHDCND Lào CHDCND Lào là nước đang phát triển. Trong những năm gần đây, kinh tế Lào không ngừng tăng trưởng và phát triển ổn định, với GDP tăng bình quân 7,6%; thu nhập bình quân đầu người đạt gần 1.700 USD giai đoạn 2013-2014. Những thành tựu đó tạo thuận lợi để Chính phủ Lào thực hiện thành công kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội năm năm lần thứ 7 trong năm nay cũng như các mục tiêu phát triển Thiên niên kỷ. Cùng với phát triển về kinh tế, nhu cầu xây dựng ngày càng tăng. Nhiều công ty sản xuất VLXD ra đời. Tuy nhiên, do trình độ khoa học của CHDCND Lào còn đang ở mức rất khiêm tốn nên việc kiểm tra phóng xạ tự nhiên trong các loại VLXD cho đến nay chưa được triển khai. Nguyên nhân chính là do chưa có nhân lực đảm nhận được nhiệm vụ này. Bản thân nghiên cứu sinh cũng đã được định hướng chọn đề tài về khảo sát phóng xạ tự nhiên trong VLXD cũng nhằm mục đích triển khai hướng nghiên cứu này rộng rãi tại CHDCND Lào. CHƢƠNG 2 PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG CÁC DETECTOR BÁN DẪN HPGe VÀ NHẤP NHÁY NaI(Tl) 2.1. Cơ sở vật Lý ghi nhận bức xạ gamma bằng các detector nhấp nháy và bán dẫn 2.1.1. Những đặc điểm chung về tương tác của bức xạ gamma với vật chất 2.1.2. Hiệu ứng quang điện 2.1.3. Tán xạ Compton 2.1.4. Hiệu ứng tạo cặp electron-positron 2.1.5. Hấp thụ gamma trong vật chất 2.2. Cấu trúc và nguyên Lý làm việc của phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy và bán dẫn 2.3. Detector bán dẫn và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector bán dẫn 2.3.1. Nguyên lý hoạt động của detector bán dẫn 2.3.2. Cấu hình của detector HPGe 2.3.3. Phổ năng lượng của bức xạ gamma đo bằng detector bán dẫn HPGe 2.4. Detector nhấp nháy NaI(Tl) và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector nhấp NaI(Tl) 2.4.1. Cấu tạo của detector nhấp nháy NaI(Tl) 2.4.2. Phổ năng lượng gamma đo bằng detector nhấp nháy NaI(Tl) 6
CHƢƠNG 3 PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 3.1. Các khu vực lấy mẫu Trong khuôn khổ của luận án, chúng tôi chỉ chọn 4 loại vật liệu sau đây để nghiên cứu. Đó là các vật liệu: xi măng, cát, gạch và đất 3.1.1. Thu thập cácmẫu xi măng Hình 3.1. Vị trí trên bản đồ của các nhà máy xi măng tại CHDCND Lào mà chúng tôi đã lấy mẫu để phân tích. Bảng 3.1. Thông tin về địa điểm lấy mẫu ở 4 nhà máy xi măng Ký hiệu Ký hiệu vị Địa điểm Loại xi măng TT mẫu (Viết tắt) trí trên bản Vĩ độ Kính độ đồ 1 1V1 2 1V2 3 1V3 Porland 4 1V4 cement 5 1V5 (1V) 6 1V6 7 1V7 A 18°56'7.6"N 102°27'7.0"E 8 2V1 9 2V2 10 2V3 11 2V4 hỗn hợp (2V) 12 2V5 13 2V6 14 2V7 15 1VT1 hỗn hợp 16 1VT2 B 18°6'27.3"N 102°47'7.9"E (1VT) 17 1VT3 7
18 2VT1 19 2VT2 Porland 20 2VT3 cement (2VT) 21 2VT4 22 1K1 Porland 23 1K2 cement 24 1K3 (1K) 25 1K4 C 17°24'19.8"N 105°12'58.2"E 26 2K1 27 2K2 hỗn hợp (2K) 28 2K3 29 2K4 30 1SV1 Porland 31 1SV2 cement 32 1SV3 (1SV) 33 1SV4 D 15°50'39.1"N 106°23'16.4"E 34 2SV1 35 2SV2 hỗn hợp 36 2SV3 (2SV) 37 2SV4 3.1.2. Thu thập các mẫu đất Hình 3.2. Bản đổ vị trí lấy mẫu đất tại Huyện Thoulakhom thuộc tỉnh Viêng Chăn. 8
Bảng 3.2. Vi trí lấy đất và cát Sông NamNgeum Tại Huyện Thoulakhom. vị trí TT Ký hiệu mẫu Tên làng (viết tắt) Vĩ độ Kính độ 1 1P1 2 1P2 Ban Dong (P1) 18°16'52.5" N 102°40'51.5"E 3 1P3 4 2P1 5 2P2 Ban PhaThao (P2) 18°19'40.5" N 102°39'56.5"E 6 2P3 7 3P1 8 3P2 Ban Nam Ang (P3) 18°22'23.9" N 102°36'5.4"E 9 3P3 10 4P1 Ban Nanokkhoum 11 4P2 18°17'18.2" N 102°41'35.8"E (P4) 12 4P3 13 5P1 Ban Phonmouang 14 5P2 18°20'15.7" N 102°40'51.4"E (P5) 15 5P3 16 6P1 17 6P2 Ban NaKang (P6) 18°20'42.0" N 102°39'40.4"E 18 6P3 19 7P1 20 7P2 Ban Naxanglek (P7) 18°21'54.5" N 102°37'48.8"E 21 7P3 22 8P1 23 8P2 Ban Keun (P8) 18°21'51.2" N 102°35'13.3"E 24 8P3 25 9P1 26 9P2 Ban Hatnoi (P9) 18°22'58.6" N 102°33'52.5"E 27 9P3 28 10P1 Ban Boungphao 29 10P2 18°20'49.3" N 102°33'59.6" (P10) 30 10P3 9
3.1.3. Thu thập các mẫu cát Thủ đô Viêng Chăn Thái lan Bản đồ Lào Vị trí lấy mẫu Ki lô mét Sông Mê Kông Hình 3.3. Bản đồ các vị trí lấy mẫu cát bên bờ sông Mê Kông tại khu vực thủ đô Viêng Chăn. Hình 3.4. Ảnh chụp các bãi cát Sông Mê Kông khu vực thủ đô Viêng Chăn. Hình 3.5. Bờ bãi cát Sông Nam Nguem khu vực Huyện Thoulakhom, Tỉnh Viêng chăn. Bảng 3.3. Vị trí lấy cát Sông Mê Kông Tại thủ đô Viêng Chăn TT ký hiệu mẫu Địa Điểm Tên làng (Viết tất) Vĩ độ Kính độ 1 1NK1 Ban 18°56'7.6"N 102°27'7.0"E 2 1NK2 HuayYai(NK1) 10
3 1NK3 4 1NK4 5 1NK4 6 2Nk1 7 2NK2 Ban 18°6'27.3"N 102°47'7.9"E 8 2Nk3 HuayHom(NK2) 9 2Nk4 10 3NK1 11 3NK2 Ban 17°58'22.7"N 102°30'8.9"E 12 3NK3 NongDa(NK3) 13 3NK4 14 4N1 15 4NK2 Ban Don 17°57'57.0"N 102°35'47.3" 16 4NK3 Chan(NK4) 17 4NK4 18 5NK1 19 5NK2 Ban Hom1(NK5) 17°50'10.8"N 102°35'58.8" 20 5NK3 21 5NK4 22 6NK1 23 6NK2 Ban Hom2(NK6) 17°51'16.5"N 102°35'37.8" 24 6NK3 25 6NK4 26 1NG1 27 1NG2 Ban Keun (P11) 18°21'30.7"N 102°34'19.3"E 28 1NG3 29 NG4 30 2NG1 31 2NG2 Ban Pakchan (P12) 18°22'15.1"N 102°32'10.7"E 32 2NG3 33 2NG4 11
Hình 3.6. Khung hình vuông có chiều dài mỗi cạnh 100 cm. 3.1.4. Thu thập các mẫu gạch 3.2. Xử lý và chế tạo các mẫu để phân tích Hình 3.6. Sơ đồ quy trình xử lý mẫu Hình 3.7. Cối, chày và rây 0,2 mm để nghiền và sàng mẫu. Hình 3.8. Ảnh chụp các mẫu xi măng đã được chế tạo dùng để đo hoạt độ của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên. 12
3.3. Các mẫu chuẩn Hình 3.9. Ảnh chụp các mẫu chuẩn phóng xạ tự nhiên của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA: RGU-1, RGTh-1 và RGK-1. Bảng 3.4. Thông tin của các mẫu chuẩn IAEA được sử dụng để xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mẫu phân tích. Mật độ khối Hoạt độ phóng xạ Tên mẫu Khối lượng mẫu (g) lượng (g/cm3) riêng (Bq/kg) IAEA-RGK-1 340,91 1,8 14000±400 IAEA-RGU-1 378,82 1,94 4940±30 IAEA-RGTh-1 309,01 1,736 3250±90 3.4. Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector nhấp nháy NaI(Tl) Hình 3.10. Ảnh chụp hệ phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl) tại Trung tâm Hạt nhân, Viện Vật Lý. Bảng 3.5. Cửa sổ năng lượng trong phổ gamma dùng để phân tích các đồng vị phóng xạ tự nhiên [65], [66]. Đồng vị Đồng Năng lượng Cường độ tương Cửa sổ năng TT mẹ vị con gamma (keV) đối (%) lượng (keV) 238 214 1 U Bi 1764,49 15,36 1632 – 1897 232 208 2 Th Tl 2614,53 35,86 2418 – 2811 40 40 3 K K 1460,8 100 1351 -1570 13
Hình 3.11. (a) Phổ phông đo trong thời gian 52700 giây. (b) Phổ chuẩn IAEA RGU- 1 đo trong thời gian 13942 giây. (c) Phổ chuẩn IAEA RGTh-1 đo trong thời gian giây 18190 giây.(d) Phổ chuẩn IAEA RGK-1 đo trong thời gian 17215 giây. Tốc độ đếm sẽ tỉ lệ với hoạt độ của đồng vị thứ n cần phân tích (n=1, 2 và 3 tương ứng với 40K, 238U và 232Th) theo công thức sau: ∑ (3.1) Trong đó là các hiệu suất đếm trong vùng đỉnh thứ i cho đồng vị thứ n. Tốc độ đếm sau khi đã trừ phông được xác định bằng công thức sau: N    Ri , b i, j i, j t (3.2) j xác định được các hoạt độ AK, ATh và AU của các đồng vị K, U và Th từ hệ phương trình sau:  e A e A e A K 1,1 K 1, 2 U 1, 3 Th  e A e A U 2, 2 U 2, 3 Th (3.3)  Th  e3,2 AU  e3,3 ATh từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGK-1 ta có:   1,1 e 1,1 (3.4) A 1,1 Còn từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGU-1 ta có:   1, 2 e 1, 2 A 2, 2 (3.5)  e  2, 2 2, 2 A 2, 2 Và cuối cùng, từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGTh-1 ta có:   1, 3  A 1, 2 A 2,3 (3.6) e1, 3  2, 2 A 3, 3 14
 A A  2,3  2, 2 2,3 e2 , 3  2,3 A 3, 3 Có thể xác định các hệ số chuẩn còn lại nếu kết hợp cả đóng góp của U và Th trong vùng phổ thứ ba:   3, 2 e 3, 2 A 2, 2  (3.7)  3, 3  A 3, 2 A 2,3 e 3, 3  2, 2 A 3, 3 Giá trị của các hoạt độ trong các mẫu chuẩn của IAEA là: A11=9869 Bq, A12=129.55 Bq, A13=0.07 Bq, A22=3527 Bq, A23=18 Bq và A33=2298 Bq. Bảng 3.6. Giá trị của các hệ số chuẩn xác định từ các phổ chuẩn của IAEA. e11 e12 e13 e22 e23 e32 e33 7,22 ×10-4 1,03×10-4 -2,41 ×10-4 7,93×10-4 -4,42 ×10-4 - 2,43×10-5 1,29×10-3 Chung ta xác định được hoạt độ của các đồng vị phóng xạ tự nhiên uran, thori và kali theo các công thức sau:   U Th e e ATh  2, 2 3, 2 (3.8) e e 2,3 3, 3 e e 2, 2 3, 2  e2 , 3 AU  U  ATh (3.9) e2 , 2 e2 , 2  e A   A A K e 1, 2 1, 3 (3.10) K U Th e e 1,1 e 1,1 1,1 Sai số của hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có thể tính bằng các công thức sau:  A  e N  1 1/2 1  t R1,b K 1,1t  A  e N  1  t R 2, b 1/ 2 U 2 2, 2 t (3.11)  A  e N  1  t R3,b 1/ 2 Th 3 3, 3t Phần mềm được viết bằng ngôn ngữ QB64 và sơ đồ khối của phần mềm này được đưa ra trong hình 3.12 15
Hình 3.12. Lưu đồ thuật toán xác định tự động hàm lượng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mẫu xi măng bằng phổ kế gamma dung detector NaI(Tl). 3.5. Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe Có hai kỹ thuật đo: kỹ thuật đo tuyệt đối và kỹ thuật đo tương đối. Trước khi đo hoạt độ của của các đông vị phóng xạ trong mẫu, cần tiến hành các phép đo chuẩn như:  Đường cong chuẩn năng lượng  Đường cong chuẩn dạng đỉnh (FWHM)  Đường cong chuẩn hiệu suất ghi. 3.5.1. Phân tích số liệu khi dùng phương pháp tuyệt đối để xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên 3.5.2. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên bằng phương pháp tương đối . Khi đó hoạt độ riêng của đồng vị trong mẫu đo được xác định bởi công thức[72]: 0,693t /T C M 1 e m 1/2,i A m  m  S  AS  0,693t s /T1/2,i (3.20) Cs M m 1 e Công thức tính sai số tương đối của hoạt độ có dạng: Am   A    M    M   C   C  2 2 2 2 2   s   m   s   m   s  (3.21) Am  A s   M m   M s   C m   Cs  16
3.6. Đánh giá mức độ nguy hiểm của phóng xạ tự nhiên trong các mẫu VLXD 3.6.1. Hoạt độ tƣơng đƣơng radium  10   10  Raeq  ARa    ATh    AK (3.2) 7  130  3.6.2. Các chỉ số nguy hiểm do chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong A A A Hex  Ra + Th + K  1 (3.23) 370 259 4810 A A A Hin  Ra + Th + K  1 (3.24) 185 259 4810 3.6.3. Suất liều hấp thụ ở độ cao 1m D  0,462 A  0,604 A  0,0417 A  80nGy.h1 R Ra Th K (3.25) 3.6.4. Liều hiệu dụng năm AED(mSv. y 1 )  D(nGy.h1 )  8760(h)  0,8  0,7(Sv.Gy 1 ) 106 (3.26) CHƢƠNG 4 CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 4.1. Chuẩn năng lƣợng . Để chuẩn năng lượng, người ta dùng các mẫu chuẩn phát ra gamma có năng lượng đã biết. Thường các nguồn chuẩn đơn nguyên tố như 22Na, 137Cs, 60Co, 152Eu,... chúng tôi dễ dàng xây dựng được đường chuẩn năng lượng bằng công thức: (4.1) Hình 4.1. Phổ và chuẩn năng lượng của phổ kế gamma: (a), (b) Phổ và đường chuẩn năng lượng với detector nhấp nháy NaI(Tl) dùng nguồn 137Cs và 60CO. (c), (d) Phổ và đường chuẩn năng lượng với detector HPGe dùng nguồn 152Eu. 17