Tóm tắt Luận án tiến sĩ Vật lí: Nghiên cứu và phát triển phương pháp đo liều bức xạ 2 gamma và nơtron dùng liều kế màng mỏng nhuộm màu

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là chế tạo được loại liều kế màng mỏng hữu cơ nhuộm màu đo được cả liều gamma và liều nơtron đồng thời xác định được độ nhạy, dải liều cũng như hàm đặc trưng liều của liều kế.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Vật lí: Nghiên cứu và phát triển phương pháp đo liều bức xạ 2 gamma và nơtron dùng liều kế màng mỏng nhuộm màu

Mở đầu 1. Lý do chọn đề tài Sự phát triển bền vững của Vật lý hạt nhân, Công nghệ hạt nhân, Công nghệ bức xạ và các lĩnh vực ứng dụng liên quan trong nền kinh tế quốc dân như công nghiệp, nông nghiệp, y tế, v.v… đều gắn liền với lĩnh vực liều lượng học. Lĩnh vực này với sự phát triển đa dạng và tính ứng dụng cao nhằm kiểm tra chính xác sự phân bố liều chiếu xạ trên vật phẩm được chiếu xạ. Kỹ thuật đo liều bức xạ nói chung đều dựa trên quá trình đánh giá năng lượng hấp thụ mà bức xạ truyền trực tiếp cho vật chất thông qua quá trình tăng nhiệt độ, hoặc đo năng lượng hấp thụ thông qua các quá trình thứ cấp diễn ra trong vật chất như ion hoá, biến đổi cấu trúc, các phản ứng hoá học, sinh học, sự biến màu của vật liệu, v.v… Các loại liều kế màng mỏng nhuộm màu Poly(vinyl alcohol) (PVA) sử dụng vật liệu hữu cơ là loại vật liệu tương đương mô, do đó chúng rất được ưa chuộng dùng làm liều kế trong phép đo liều gamma đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ bức xạ. Các loại liều kế màng mỏng cũng có thể dùng để đo liều nơtron và các loại bức xạ khác nhưng chúng ít được chú ý vì khó đánh giá độ nhạy trong dải liều nghiên cứu do chưa biết chính xác dạng hàm đặc trưng liều. Với quan điểm đo liều trong dải rộng và áp dụng các hàm toán học mô tả đường đặc trưng liều hợp lý, cũng như việc lựa chọn các chất nhuộm mà thích hợp luận án kỳ vọng giải quyết được vấn đề xác định hàm đặc trưng và độ nhạy của loại liều kế màng mỏng dùng để đo liều gamma và nơtron. Cùng với kế hoạch xây dựng và đưa vào hoạt động lò nghiên cứu mới để chế tạo đồng vị phóng xạ và phục vụ cho chương trình điện hạt nhân trong tương lai thì lĩnh vực đo liều lượng gamma và nơtron trong việc kiểm soát liều lượng phóng xạ, đảm bảo an toàn cho con người vận hành và sử dụng phóng xạ cũng như các sản phẩm công nghệ liên quan là vô cùng cần thiết. Chính vì vậy, luận án “NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIÊN PHƯƠNG PHÁP ĐO LIỀU BỨC XẠ 1
GAMMA VÀ NƠTRON DÙNG LIỀU KẾ MÀNG MỎNG NHUỘM MÀU” được xây dựng nhằm tạo ra một loại liều kế có khả năng kiểm soát được liều hấp thụ của bức xạ gamma và nơtron. 2. Mục đích của luận án Mục tiêu nghiên cứu của luận án là chế tạo được loại liều kế màng mỏng hữu cơ nhuộm màu đo được cả liều gamma và liều nơtron đồng thời xác định được độ nhạy, dải liều cũng như hàm đặc trưng liều của liều kế. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu chế tạo liều kế màng mỏng nhuộm màu trong kiểm soát liều cao gamma tại cơ sở hoạt động công nghệ chiếu xạ, liều nơtron tại kênh số 2 lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt. 4. Nội dung luận án - Nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng một số liều kế màng mỏng nhuộm màu dùng đo liều chiếu gamma và nơtron; - Nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của liều kế màng mỏng nhuộm màu đo liều chiếu gamma và nơtron từ đó đưa ra biện pháp xử lý phù hợp; - Xác định các hàm đặc trưng liều cho các loại màng mỏng nhuộm màu - Lựa chọn loại liều kế có những đặc trưng tốt nhất Các thí nghiệm này đã được tiến hành thực hiện tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, Trung tấm Chiếu xạ Hà Nội, Viện nghiên cứu Hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam. 5. Bố cục của luận án Bản luận án được chia thành 3 chương bao gồm: Chương I. Tổng quan nghiên cứu; Chương II. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu; Chương III. Kết quả và thảo luận 6. Ý nghĩa khoa học và những đóng góp mới của luận án Luận án đã nghiên cứu và chế tạo thành công liều kế màng mỏng PVA nhuộm màu có khả năng kiểm soát liều chiếu của bức xạ gamma 2
trong khoảng liều rộng, có độ nhạy bức xạ tối ưu nhất có thể. Bên cạnh đó, luận án là công trình đầu tiên nghiên cứu tính chất của phim màng mỏng PVA khi chúng được chiếu trên chùm nơtron nhiệt tại kênh số 2 của lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt.Từ kết quả nghiên cứu, luận án đã đăng tải được 07 công trình khoa học. 7.Ý nghĩa thực tiễn của luận án Luận án đã góp phần phát triển một loại liều kế đo liều mới có khả năng kiểm soát đồng thời liều bức xạ gamma trong khoảng liều rộng và liều nơtron trên lò nghiên cứu. Chương I. Tổng quan nghiên cứu 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Việc nghiên cứu các loại liều kế màng mỏng nhuộm màu trong xác định liều chiếu gamma trên thế giới rất phát triển và còn tiếp tục nghiên cứu khai thác đưa vào sử dụng trong ngành công nghệ bức xạ, y tế và cả trong lò phản ứng. Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới dừng lại ở việc nghiên cứu khảo sát các hiệu ứng ghi nhận được của liều kế phim khi bị chiếu xạ gamma ở những dải liều khác nhau, chưa tìm được hàm đặc trưng liều cho từng dải liều nghiên cứu. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu liều nơtron bằng một số liều màng mỏng ít được quan tâm nghiên cứu trên thế giới. 1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam Những liều kế hoá học và liều kế thể rắn hầu như chỉ sử dụng trong kiểm soát liều gamma, hoặc dùng trong việc xác định liều phông môi trường. Việc nghiên cứu và chế tạo liều kế trong kiểm soát liều nơtron còn là lĩnh vực bỏ ngỏ. 1.2 Tổng quan về các loại liều kế 1.2.1 Phân loại liều lượng kế Theo cách cấu tạo và thành phần chất cũng như nguyên lý hoạt động người ta phân loại liều kế sơ cấp và thứ cấp. 3
Theo phẩm chất, cấp độ chính xác và mục đích sử dụng mà hệ liều kế chia thành 4 loại gồm hệ liều kế chuẩn cấp I, hệ liều kế chuẩn thứ cấp, hệ liều kế truyền chuẩn và hệ liều kế đo thường quy. 1.2.2 Một số tiêu chí lựa chọn liều kế cho các dải đo 1.2.2.1 Các tiêu chí lựa chọn Theo mục đích sử dụng, người ta thường dựa vào các tiêu chí để lựa chọn các liều lượng kế như đo giá trị liều tương đối hay tuyệt đối, độ chính xác hay độ lặp lại của các phép đo liều, đo liều tổng hay đo suất liều, đo trong khi chiếu online hay đo sau khi chiếu off-line, dải đo liều, loại bức xạ và năng lượng bức xạ, độ phân giải không gian, thiết bị đo liều sử dụng, giá thành của liều lượng kế, mật độ riêng của liều lượng kế, độ bền cơ học. 1.2.2.1 Dải liều sử dụng đối với các liều lượng kế Các đối tượng của quá trình xử lý bức xạ và công nghệ bức xạ được xếp vào dải liều cao từ vài trăm gray tới hàng trăm kilogray. 1.2.3 Đơn vị đo liều và định liều bức xạ a) Liều hấp thụ: Đơn vị Gray, viết tắt Gy trong đó 1Gy=1J/kg. b) Suất liều hấp thụ: đơn vị Gy/s trong đó 1Gy/s=1J/s.kg=1W/kg. c) Kerma và suất Kerma: Đơn vị đo của Kerma và suất Kerma tương ứng giống như đơn vị đo của liều và suất liều hấp thụ. d) Dòng rò năng lượng: Dòng rò năng lượng là năng lượng bị thất thoát khỏi bề mặt của một đơn vị thể tích xem xét và được xác định bằng biểu thức J /  , với J là vectơ mật độ dòng năng lượng và  là mật độ vật chất hấp thụ. e) Phương trình cân bằng liều Phương trình cân bằng liều được viết như sau: dE dEk J dEb    dm dm  dm dEk dEb J trong đó , và là lần lượt là tổng động năng ban đầu, dm dm  năng lượng tiêu hao cho quá trình hãm và dòng rò năng lượng của các hạt mang điện. 4
f) Liều chiếu: Đơn vị liều chiếu trong hệ SI là C/kg. Đơn vị ngoài hệ SI thường dùng là Roentgen R. Suất liều chiếu: Đơn vị suất liều chiếu trong hệ SI là C/kg/s. Đơn vị ngoài hệ SI là R/h hay mR/h. g) Liều tương đương: Liều hấp thụ tương đương hay liều tương đương H là đại lượng để đánh giá mức độ nguy hiểm của các loại bức xạ, bằng tích của liều hấp thụ D với trọng số bức xạ WR : H  D.WR h) Hiệu suất hóa bức xạ G và xác suất tạo phân tử kích hoạt: Giá trị G được đo bằng số các biến đổi hóa học tính cho 100 eV năng lượng hấp thụ của bức xạ ion hóa. 1.2.4 Một số loại liều kế đo liều cao 1.2.4.1 Nhiệt lượng kế Phương pháp đo nhiệt lượng là một phương pháp đo trực tiếp năng lượng hấp thụ của một chất đối với bức xạ. Liều lượng hấp thụ D (Gy) được xác định theo công thức: T .C D m Trong đó, T là nhiệt độ gia tăng tính theo đơn vị K, C là nhiệt dung của nhiệt lượng kế tính theo đơn vị [JK-1], m là khối lượng của vật hấp thụ bức xạ tính theo đơn vị [kg]. 1.2.4.1 Phương pháp đo liều dựa trên sự ion hóa chất khí Theo nguyên lý Bragg-Gray, liều hấp thụ trong một chất được xác định bằng công thức: Dm  W.Sm P Trong đó W là năng lượng tạo cặp ion trong chất khí (J/ion), Sm là tỉ số của năng lượng bị mất tính cho một đơn vị mật độ của vật liệu khảo sát và không khí, P là số cặp ion tạo ra trong một đơn vị khối lượng chất khí (cặp/kg). 1.2.4.2 Liều lượng kế hoá học 5
Liều lượng kế hoá học thuộc nhóm liều lượng kế thứ cấp, trong đó liều lượng hấp thụ D được xác định từ các biến đổi hoá học do bức xạ gây ra: Trong đó hiệu suất sản phẩm tính bằng [mol.kg-1], G là hiệu suất hóa bức xạ. Một số liều lượng kế hoá học tiêu biểu sau: Liều lượng kế pha khí, liều lượng kế chất lỏng, liều lượng kế Fricke, liều lượng kế xeri sulfate và liều lượng kế thể rắn. Kết luận Chương I Trong chương này luận án đã tổng quan tình hình nghiên cứu các phương pháp đo liều bức xạ gamma và nơtron dùng liều kế màng mỏng nhuộm màu. Các kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy liều kế nhuộm màu PVA đã được sử dụng như một loại liều kế thường quy. Bên cạnh đó, trong chương này chúng tôi đã liệt kê một số phương pháp đo liều thông dụng dùng trong ngành công nghệ bức xạ kiểm soát liều cao. Chương II. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu 2.1 Tương tác của bức xạ với vật liệu PVA 2.1.1 Hiệu ứng khâu mạch và ngắt mạch của polymer Hiệu ứng khâu mạch và ngắt mạch là những hiệu ứng không thuận nghịch, làm thay đổi đáng kể cấu trúc và tính chất của polymerr. 2.1.2 Hiệu ứng tách khí Trong quá trình chiếu xạ PVA bởi nguồn bức xạ gamma thì quá trình giải phóng sản phẩm ở thể khí thường diễn ra rất mạnh. Trong quá trình này các khí thường hay gặp là H2, CH4, CO2, CO. 2.1.3 Oxy hóa bức xạ và sau bức xạ của polymer Trong nhiều trường hợp oxy có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình phân tích bức xạ của polymer. Tốc độ oxy hoá bức xạ phụ thuộc vào nồng độ của oxy trong polymer, hiệu ứng suất liều, hiệu ứng nhiệt độ và hiệu ứng áp suất. 6
2.1.4 Sự phá hủy của cấu trúc Sự phá huỷ cấu trúc được chia thành hai nhóm là nhóm các khuyết tật điểm và nhóm các khuyết tật có kích thước. Nhóm khuyết tật thứ nhất gồm các lỗ trống, các nguyên tử ngoài nút, các nguyên tử tạp và các tâm màu. Nhóm khuyết tật có kích thước gồm các biến vị, các dịch chuyển và các khoang trống. 2.1.5 Sự biến đổi tính chất vật lý của polymer sau khi chiếu xạ Chiếu xạ lên vật liệu polymer thường làm thay đổi các tính chất vật lý của vật liệu như biến đổi điện tích, biến đổi tính chất cơ học, hiệu ứng nhớ và vật liệu co nhiệt. 2.1.6 Sự bảo vệ bức xạ và sự tăng nhạy bức xạ a) Sự bảo vệ bức xạ đối với polymer: Độ bền bức xạ tăng lên nếu ta đưa vào polymer những chất đặc biệt và được gọi là các phụ gia bảo vệ. b) Sự tăng nhạy đối với các quá trình hóa bức xạ trong polymer: Việc đưa vào polymerr các chất tăng nhạy bức xạ nhằm thúc đẩy các quá trình biến đổi hóa bức xạ dẫn đến những hiệu ứng như mong muốn. 2.2 Quá trình truyền năng lượng của bức xạ cho vật chất 2.2.1 Hệ số truyền năng lượng tuyến tính Hệ số truyền năng lượng tuyến tính L-LET của hạt mang điện trong dE môi trường vật chất và được xác định bằng công thức: L  , trong dl đó dE là tổn hao năng lượng trung bình của hạt mang điện trên quãng đường dl. 2.2.2 Mô hình truyền năng lượng Mô hình truyền năng lượng là hàm đặc trưng của một liều lượng kế hay của vật liệu nghiên cứu trong đó có tính đến sự phụ thuộc vào suất liều, các hiệu ứng ảnh hưởng đến hàm đặc trưng cũng như vai trò của nền phông n0 trong quá trình chiếu xạ. Nó được coi là hàm đặc trưng liều của một liều kế bất kỳ hoặc của một vật liệu nhạy bức xạ bất kỳ: 7
D D   k0   k0 n D   n s 1  e D '   n 0 e D '   Các hệ số ns, k0, n0 được xác định như sau: pC , k0  p  q , ns   n  n0  n 0  pq 2.2.3 Các dẫn xuất của mô hình truyền năng lượng + Các dẫn xuất của mô hình truyền năng lượng gồm: Dạng hàm mũ bão hoà của lý thuyết lượng tử và lý thuyết cấu trúc vết; Dạng hàm mũ suy giảm; Dạng đa thức; Dạng tuyến tính; Hiệu ứng liều siêu cao + Hiệu ứng suất liều: Hiệu ứng suất liều có thể xuất hiện ở một số loại liều lượng kế. Thực nghiệm cho thấy ở cùng một dạng vật liệu nhưng hiệu ứng có thể thể hiện ở những mức độ khác nhau đối với bức xạ khác nhau và năng lượng khác nhau. + Tính lưỡng trị của đường đặc trưng liều và phép phân tích sự cố bức xạ: Tổng liều được xác định Dsum  Di  D hay D  Dsum  Di , trong đó Di là liều sự cố. Khi D  0 liều sự cố thuộc liều nhỏ, D  Ds và khi D  0 liều sự cố thuộc liều lớn, D  DL . 2.3 Phân tích đọc kết quả liều kế bằng phương pháp quang phổ kế hấp thụ 2.5.1 Phương pháp quang phổ kế hấp thụ Khi chiếu ánh sáng vào một chất nó sẽ xảy ra hiện tượng các phân tử vật chất hấp thụ năng lượng hay bức xạ năng lượng và được xác định bằng công thức: hc E  E1  E0  h   Trong đó E1 và E0 là mức năng lượng của phân tử ở trạng thái đầu và trạng thái cuối,  là tần số của bức xạ điện từ bị hấp thụ hay phát xạ ra, h là hằng số planck và h = 6,6262x10-34 J.s,  là bước sóng 2.5.2 Định luật Lambert-Beer I0 log   .C .d  I 8
Trong đó  được gọi là hệ số hấp thụ, C được tính bằng mol/l, d tính bằng cm và D là mật độ quang. Phương trình trên chỉ đúng với tia đơn sắc. 2.5.3 Cấu tạo thiết bị Hệ thiết bị đo gồm có các phần sau: Nguồn sáng, bộ phận đơn sắc, bộ phận chứa mẫu, detector và bộ phận ghi phổ. Kết luận Chương 2 Những nội dung chính đã trình bày trong chương 2 gồm: + Quá trình tương tác với bức xạ đã gây ra hiện tượng thay đổi cấu trúc của polymer, dẫn tới những biến đổi hóa-lý trong vật liệu này. + Sự biến đổi của polymer khi tương tác với bức xạ thông qua quá trình truyền bức xạ cho vật chất dựa trên lý thuyết hệ số truyền năng lượng tuyến tính và mô hình truyền năng lượng. + Và phân tích đọc kết quả liều kế bằng phương pháp quang phổ kế hấp thụ. Chương III. Kết quả và thảo luận 3.1 Nghiên cứu đo liều bức xạ gamma dùng liều kế màng mỏng PVA được nhuộm màu 3.1.1 Nguồn chiếu xạ gamma 60Co Nguồn phóng xạ 60Co được chế tạo dưới dạng thanh nguồn và bọc trong một lớp kim loại mỏng nhằm loại bỏ các tia bức xạ  phát ra từ sản phẩm 60Co. Hoạt độ của nguồn 60Co được sử dụng trong các cơ sở công nghệ bức xạ tại thời điểm nghiên cứu là 173,30 kCi ở khoảng cách 45 cm. 3.1.2 Chế tạo phim màng mỏng 3.1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu và hoá chất Gồm bột PVA; thuốc nhuộm methylene blue, methyl red, methyl orange và crystal violet; các chất phụ gia sulfate cadmium, lithium hydroxide monohydrate, axit boric, natri borat decahidrat và lithium fluoride. 3.1.2.2 Các bước gia công chế tạo a) Chuẩn bị chất nhuộm màu 9
Các thuốc nhuộm được chuẩn bị dạng dung dịch với nồng độ methylene blue 10-3M, methyl red 0,4x10-3M, methyl orange 10-3M và crystal violet 10-3M b) Chuẩn bị phim nhuộm màu Chuẩn bị các loại phim có một số đặc điểm sau: Các phim được nhuộm với các màu khác nhau; Các phim có % PVA tương ứng trong dung dịch là 1,47%, 2,94%, 5,88% và 7,35%; Các phim có chứa các chất phụ gia khác nhau; Các phim có chứa khối lượng axit boric khác nhau. 3.1.3 Sự biến đổi màu và phổ hấp thụ của các phim màng mỏng được nhuộm các màu khác nhau Từ các hình 3.4 đến hình 3.7 cho thấy, giá trị cường độ mật độ quang của phim nhuộm các màu khác nhau đều suy giảm dần theo chiều tăng của liều chiếu. Hình 3.4: Phổ hấp thụ của phim MB/PVA khi được chiếu xạ với các liều khác nhau ở khoảng bước sóng từ 500nm đến 750nm Hình 3.5: Phổ hấp thụ của phim MO/PVA khi được chiếu xạ với các liều khác nhau ở bước sóng từ 300nm đến 600nm 10
Hình 3.6: Phổ hấp thụ của phim MR/PVA được chiếu xạ khoảng liều khác nhau ở dải bước sóng từ 400nm đến 600nm Hình 3.7: Phổ hấp thụ của phim CV/PVA được chiếu xạ khoảng liều khác nhau ở dải bước sóng từ 550nm đến 650nm 3.1.4 Xác định đường đặc trưng liều của liều kế nhuộm màu PVA Hình 3.8 và bảng 3.1 dưới đây mô tả kết quả làm khớp đối với từng loại phim mỏng PVA được nhuộm các màu khác nhau với mô hình truyền năng lượng: Hình 3.8: Mô tả đường đặc trương liều của phim mỏng PVA nhuộm các màu khác nhau tại các bước sóng đỉnh hấp thụ đặc trưng Bảng 3.1: Giá trị hệ số được làm khớp theo mô hình truyền năng lượng 11
Phim no ns no/ ns k R2 Methyl red 0,8140,011 0,2760,021 2,9500,227 0,0360,005 0,98664 Crystal violet 1,0520,014 0,2140,030 4,9160,689 0,0230,005 0,99426 Methyl orange 0,1590,007 0,0510,006 3,1180,404 0,0240,005 0,96574 Melthylene blue 1,3990,031 0,1900,020 7,3630,788 0,0300,002 0,99435 3.1.5 Đánh giá khả năng nhạy bức xạ của các màu chỉ thị Độ nhạy bức xạ cho từng loại phim nhuộm các màu khác nhau n được xác định bằng công thức: s  0 , trong đó ns là giá trị mật độ ns quang tại giá trị hấp thụ đặc trưng màu tại liều vô cùng lớn (D = ∞); n0 là giá trị mật độ quang tại đỉnh hấp thụ đặc trưng tại liều D = 0. Kết quả mô tả trên Bảng 3.1 cho thấy độ nhạy màu với bức xạ của phim MB/PVA là tốt nhất. 3.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch PVA lên khả năng làm việc của phim Độ suy giảm mật độ quang trên một đơn vị bề dày của phim sau chiếu được xác định bằng công thức: A / d  ( A0  A) / d trong đó A0 và A lần lượt là giá trị mật độ quang của phim PVA được nhuộm màu trước và sau khi được chiếu xạ bởi nguồn gamma tại bước sóng 668nm, d là bề dày của phim. Sai số phép đo giá trị mật độ quang của phim trên hệ thiết bị đạt ±2%. Kết quả cho thấy loại phim mỏng nhuộm màu PVA đạt khả năng làm việc tốt nhất khi đạt giá trị 2,94%PVA so với các phim khác (Bảng 3.2, hình 3.9 và hình 3.10). Bảng 3.2: Giá trị mật độ quang của phim trước và sau khi chiếu xạ với %PVA khác nhau. Giá trị mật độ quang %PVA d [mm] Trước chiếu Sau chiếu 1,47 0,01 1,458 1,211 2,94 0,02 1,574 0,741 5,88 0,05 1,698 0,576 7,35 0,06 1,711 0,442 12
Hình 3.9: Sự thay đổi giá trị mật độ quang trên các phim nhuộm màu có chứa %PVA khác nhau trước khi được chiếu xạ gamma tại bước sóng 668nm. Hình 3.10: Sự thay đổi giá trị A/d trên các phim mỏng có %PVA khác nhau tại bước sóng 668nm 3.1.7 Khảo sát sự ảnh hưởng của các chất phụ gia lên giá trị mật độ quang của phim trước và sau khi chiếu xạ gamma Đánh giá độ đồng đều màu và độ dày của phim sau khi được chế tạo bằng phương pháp đúc tráng. Kết quả cho thấy phương pháp làm mẫu đã đảm bảo độ đồng đều màu của mẫu là cao (Bảng 3.3). Bảng 3.3: Khảo sát độ đồng đều của các phim trên mỗi loại phim có chứa chất phụ giá khác nhau. Giá trị mật độ quang TT BMB0 BMB2 LMB1 LMB2 CMB NMB 1 1,561 1,812 1,345 1,119 1,301 2,026 2 1,585 1,725 1,349 1,122 1,3 2,083 3 1,639 1,851 1,352 1,178 1,353 2,141 4 1,591 1,858 1,334 1,102 1,311 2,009 5 1,534 1,791 1,399 1,077 1,311 2,144 6 1,592 1,754 1,348 1,12 1,301 2,061 7 1,585 1,807 1,394 1,096 1,3 2,141 8 1,529 1,780 1,399 1,101 1,338 2,063 9 1,566 1,771 1,316 1,129 1,31 2,025 10 1,555 1,756 1,403 1,124 1,353 2,062 TB 1,574 1,791 1,364 1,115 1,318 2,076 Stdev 0,032 0,042 0,032 0,022 0,022 0,051 % 2% 2% 2% 2% 2% 2% d(mm) 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 13
Các kết quả trình bày trên Bảng 3.3 và Hình 3.11 cho thấy rằng phim NMB có giá trị mật độ quang trước chiếu là cao nhất rồi đến phim BMB2. Như vậy việc đưa thêm Natri Borat decahidrat và axit boric vào phim mỏng PVA nhuộm màu đã làm tăng màu của phim không có chứa chất phụ gia (BMB0) lên rõ rệt. Ngược lại, việc đưa thêm Sulfate Cadmium và Lithium hydroxide monohydrate đã làm giảm màu của phim so với trước khi được cho thêm. Hình 3.11: Giá trị mật độ quang trung bình của các loại phim trước và sau khi được chiếu xạ gamma tại đỉnh hấp thụ có bước sóng 668nm Hình 3.12 đã mô tả mức độ thay đổi của giá trị mật độ quang trước và sau khi chiếu gamma tại bước sóng hấp thụ đặc trưng của phim PVA được nhuộm màu với chất phụ gia khác nhau. Hình 3.12: Sự thăng giáng giá trị mật độ quang của các phim tại bước sóng 668 nm sau khi được chiếu trên nguồn gamma ở liều 25 kGy. Các kết quả A trên Hình 3.9 cho thấy rằng việc đưa thêm chất phụ gia vào phim PVA nhuộm màu đã cải thiện độ nhạy bức xạ của phim so với phim PVA không chứa chất phụ gia. Chỉ riêng phim có cho thêm chất phụ gia LiOH.H2O đã làm giảm độ nhạy bức xạ của phim. Trong đó việc đưa axit boric vào phim đã làm tăng độ nhạy của phim tốt nhất so với các chất khác. 14
3.1.8 Đánh giá sự ảnh hưởng của axit boric lên phim PVA được nhuộm màu Trong nghiên cứu này sử dụng phim MB/PVA 2,94%PVA được chiếu nguồn gamma ở mức liều 25 kGy. Hình 3.13 mô tả giá trị mật độ quang của phim MB/PVA với lượng axit boric khác nhau ở bước sóng 668nm trước khi được chiếu xạ gamma và kết quả cho thấy khi lượng axit boric đưa vào tăng lên đến 150mg thì giá trị mật độ quang của phim trước chiếu cũng tăng lên. Giá trị mật độ quang của phim giảm nhanh khi lượng axit boric đưa vào dung dịch là lớn hơn 150mg. Hình 3.13: Sự thay đổi giá trị mật độ quang trên các phim nhuộm màu với lượng axit boric khác nhau trước chiếu xạ gamma tại bước sóng 668nm. Các kết quả đo đạc và khảo sát trên Hình 3.14 cho thấy giá trị biến đổi mật độ quang có xu hướng tăng khi lượng axit boric đưa vào tăng lên đến 100mg và giảm nhanh chóng khi lượng axit boric đưa vào lớn hơn 100mg. Hình 3.14: Sự thay đổi giá trị A/d trên các phim mỏng có chứa lượng axit boric khác nhau tại bước sóng 668nm 15
3.1.9 Đánh giá sai số của liều kế màng mỏng PVA nhuộm màu kiểm soát liều gamma dùng trong phép đo thường quy Các sai số mà liều kế màng mỏng PVA nhuộm màu có thể có là 2,40% với khoảng tin cậy bằng 68% hoặc tương ứng với 4,8% với khoảng tin cậy 95%. Sai số này nằm trong giới hạn cho phép đối với các phép đo liều thường quy tại các thiết bị chiếu xạ công nghiệp là nhỏ hơn 10% 3.2 Nghiên cứu một số tính chất của phim PVA nhuộm màu khi chiếu trên chùm nơtron nhiệt tại kênh số 2 của lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt. 3.2.1 Nguồn nơtron nhiệt tại kênh số 2, Lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Thông lượng nơtron nhiệt tại vị trí chiếu mẫu là 1,6x106 nơtron/cm2.s. Phương pháp thực nghiệm để xác định liều tại vị trí chiếu mẫu được thực hiện bằng phương pháp kích hoạt nơtron sử dụng lá dò vàng và sử dụng hệ số chuyển đổi trên cơ sở các tiêu chuẩn quốc tế về hệ số chuyển đổi thông lượng neutron thành suất liều. Đánh giá suất liều gamma thông qua phương pháp đo thực nghiệm bằng liều kế TLD là 0,0027199 Gy/h, sai số phép đo
Để khảo sát trạng thái làm việc của các phim PVA nhuộm methylene có chứa các chất phụ gia khác nhau khi chiếu trên nguồn nơtron nhiệt, các phim này được đưa vào chiếu nơtron nhiệt trên lò nghiên cứu Đà Lạt trong khoảng thời gian 10 giờ liên tục và tiến hành xác định sự thăng giáng giá trị mật độ quang của phim. Các kết quả khảo sát độ thăng giáng giá trị mật độ quang của phim A sau chiếu được trình bày trên Hình 3.17. Kết quả cho thấy loại phim BMB0 không có chứa chất phụ gia có giá trị thay đổi mật độ quang trước và sau khi chiếu xạ là cao nhất. Hình 3.17: Sự thăng giáng giá trị mật độ quang của các phim tại bước sóng 668nm sau khi được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt 10 giờ. 3.2.4 Khảo sát trạng thái của phim sau khi chiếu Các phim PVA được nhuộm màu sau khi được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt thì được bảo quản trong bình hút ẩm chuyên dụng và để ở điều kiện nhiệt độ phòng thí nghiệm. Kết quả khảo sát sự biến đổi giá trị mật độ quang của các phim được nhuộm Methylene blue được minh hoạ trên các hình dưới đây: Hình 3.18: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue và không có axit boric, được chiếu trong 10 giờ 17
Hình 3.19: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue với 100mg axit boric và được chiếu trong 10 giờ Hình 3.20: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue có LiF và được chiếu trong 10 giờ Hình 3.21: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue có LiOH.H2O và được chiếu trong 10 giờ Hình 3.22: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue có Sulfat cadmium và được chiếu trong 10 giờ 18
Hình 3.23: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene blue có Natri borat decahodrat và được chiếu trong 10 giờ Để có thể xác định được hệ số hiệu chỉnh phù hợp với thời điểm đo mật độ quang sau chiếu, chúng tôi sử dụng hàm e mũ có dạng như sau: abs  axe  bxday  c trong đó abs là giá trị mật độ quang ghi nhận được sau số ngày lưu giữ day (ngày), Bảng 3.4 tổng hợp kết quả làm khớp công thức của các phim PVA nhuộm màu được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt trong 10 giờ có chứa các chất phụ gia khác nhau: Bảng 3.5: Kết quả làm khớp sự biến đổi mật độ quang của phim sau khi được chiếu xạ và được lưu giữ trong phòng thí nghiệm Ký hiệu a b c R2 BMB0 -0,336±0,216 0,680±0,317 1,560±0,003 0,9179 BMB2 -0,298±0,078 0,604±0,127 1,748±0,002 0,9778 LMB1 -0,307±0,040 0,221±0,042 1,481±0,008 0,9526 LMB2 -0,260±0,034 0,231±0,043 1,334±0,006 0,9581 CMB -0,372±0,114 0,239±0,101 1,488±0,020 0,7908 NMB -0,185±0,034 0,248±0,062 2,234±0,006 0,9154 Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng phim mỏng PVA nhuộm màu Methylene blue có chứa axit boric sử dụng như một loại liều kế màng mỏng trong chiếu xạ nơtron nhiệt có độ bền và độ ổn định cao hơn so với các loại phim sử dụng chất phụ gia khác, điều đó đảm bảo cho kết quả ghi nhận được có độ chính xác cao hơn. 3.2.5 Khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng axit boric lên chất lượng phim sau khi được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt 19
Các kết quả nghiên cứu cho thấy khi lượng axit boric đưa vào càng tăng thì giá trị biến đổi mật độ quang sau khi chiếu trên nguồn nơtron càng giảm và được minh họa trên Hình 3.19. Hình 3.24: Sự thay đổi giá trị A/d trên các phim mỏng có chứa lượng axit boric khác nhau tại bước sóng 668nm 3.2.6 Đường đặc trưng liều Để xác định được đường đặc trưng liều của từng loại phim, chúng tôi tiến hành đưa các phim vào chiếu trong các khoảng thời gian 1 giờ, 2 giờ, 4 giờ, 8 giờ, 10 giờ, 12 giờ và 24 giờ. Bảng 3.6: Sự thăng giáng giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm màu Methylene blue có chứa hàm lượng acid boric khác nhau Độ thăng giáng giá trị mật độ quang A Thời gian (giờ) BMB0 BMB1 BMB2 BMB3 1 0,209 0,048 0,047 0,039 2 0,203 0,065 0,038 0,060 4 0,234 0,131 0,118 0,081 8 0,296 0,152 0,137 0,066 10 0,347 0,189 0,142 0,088 12 0,356 0,251 0,142 0,134 24 0,360 0,299 0,147 0,170 Xác định đường đặc trưng liều từ giá trị độ thăng giáng mật độ quang của phim theo hàm mũ bão hoà của mô hình truyền năng lượng và kết quả được trình bày trong Bảng 3.6 và Hình 3.25. 20