ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂN
KHOA VAÄT LYÙ
---------------------------------
CHUYEÂN NGAØNH VAÄT LYÙ HAÏT NHAÂN
KHOÙA LUAÄN TOÁT NGHIEÄP ÑAÏI HOÏC
Ñeà Taøi:
XAÙC ÑÒNH HOAÏT ÑOÄ PHOÙNG XAÏ TRONG
MAÃU MOÂI TRÖÔØNG BAÈNG
PHÖÔNG PHAÙP FSA
SVTH : Leâ Thò Hoå
CBHD : ThS. Tröông Thò Hoàng Loan
CN . Ñaëng Nguyeân Phöông
CBPB : ThS. Nguyeãn Ñình Gaãm
TP.HOÀ CHÍ MINH – 2008
LÔØI CAÛM ÔN
Trong quaù trình hoïc taäp taïi tröôøng Ñaïi hoïc Khoa hoïc Töï nhieân, em ñaõ
ñöôïc söï höôùng daãn taän tình cuûa caùc thaày coâ giaûng daïy, vaø ñaëc bieät laø trong thôøi
gian thöïc hieän khoùa luaän toát nghieäp taïi boä moân Vaät lyù Haït nhaân.
Em xin chaân thaønh caûm ôn ThS. Tröông Thò Hoàng Loan, ngöôøi ñaõ theo
doõi suoát quaù trình thöïc hieän luaän vaên cuûa em. Coâ laø ngöôøi ñaõ taän tình giaûng
daïy, höôùng daãn em nhöõng kieán thöùc boå ích vaø caàn thieát ñeå giuùp em hoaøn thaønh
khoùa luaän naøy.
Em xin caûm ôn CN. Ñaëng Nguyeân Phöông ñaõ giuùp ñôõ vaø ñoäng vieân em
raát nhieàu trong thôøi gian qua. Anh luoân hoã trôï vaø cuøng giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà
khoù khaên trong suoát thôøi gian thöïc hieän luaän vaên.
Caùc thaày coâ trong Khoa Vaät lyù, ñaëc bieät caùc thaày coâ trong Boä moân Vaät
lyù Haït nhaân ñaõ truyeàn ñaït cho em nhöõng kieán thöùc quyù baùu giuùp em hoaøn thaønh
khoùa luaän naøy.
Em xin göûi lôøi bieát ôn ñeán gia ñình, baïn beø ñaõ uûng hoä, giuùp ñôõ ñeå em coù
theå hoaøn thaønh khoùa luaän naøy.
Cuoái cuøng, toâi xin caûm ôn taát caû caùc baïn lôùp 04VLHN ñaõ luoân giuùp ñôõ
mình trong thôøi gian qua.
Leâ Thò Hoå
1
MUÏC LUÏC
Muc luïc ................................................................................................................... 1
Danh muïc caùc baûng ................................................................................................ 4
Danh muïc caùc hình veõ vaø ñoà thò ............................................................................. 5
Lôøi môû ñaàu ............................................................................................................. 7
CHÖÔNG 1 - TOÅNG QUAN VEÀ PHOÙNG XAÏ TRONG MOÂI TRÖÔØNG .......... 8
1.1. Phoùng xaï moâi tröôøng ......................................................................... 8
1.1.1. Phoùng xaï nguyeân thuûy............................................................ 8
1.1.2. Phoùng xaï vuõ truï ...................................................................... 8
1.1.3. Phoùng xaï nhaân taïo .................................................................. 9
1.2. Moät soá ñoàng vò phoùng xaï töï nhieân trong ñaát ................................ 10
1.2.1. Uranium ................................................................................ 10
1.2.2. Thorium ................................................................................ 11
1.2.3. Kali ....................................................................................... 11
1.3. Chuoãi phaân raõ cuûa caùc ñoàng vò phoùng xaï ....................................... 12
1.3.1. Chuoãi Uranium ..................................................................... 12
1.3.2. Chuoãi Thorium ..................................................................... 12
1.3.3. Chuoãi Actinium .................................................................... 13
1.3.4. Kali ....................................................................................... 15
CHÖÔNG 2 - DETECTOR GERMANIUM SIEÂU TINH KHIEÁT HPGE .... 16
2.1. Toång quan veà detector HPGe ......................................................... 16
2.2. Nhöõng ñaëc tröng cuûa detector HPGe ............................................ 17
2.2.1. Hieäu suaát .............................................................................. 17
2.2.2. Ñoä phaân giaûi naêng löôïng ...................................................... 18
2
2.2.3. Tæ soá ñænh / Compton ............................................................ 20
2.2.4. Daïng cuûa ñænh ...................................................................... 21
2.3. Heä phoå keá gamma taïi phoøng thí nghieäm boä moân .......................... 22
2.3.1. Sô löôïc veà heä phoå keá gamma ............................................... 22
2.3.2. Chöùc naêng chính cuûa moät soá thaønh phaàn trong heä ño .......... 23
CHÖÔNG 3 - GIÔÙI THIEÄU PHÖÔNG PHAÙP XAÙC ÑÒNH HOAÏT ÑOÄ VAØ
XAÂY DÖÏNG CHÖÔNG TRÌNH FSA ................................................................ 25
3.1. Phöông phaùp WA ............................................................................. 25
3.1.1. Phöông phaùp töông ñoái ......................................................... 25
3.1.2. Phöông phaùp tuyeät ñoái ......................................................... 26
3.2. Phöông phaùp FSA............................................................................. 28
3.2.1. Phöông phaùp ......................................................................... 28
3.2.2. Sai soá .................................................................................... 31
3.3. Xaây döïng chöông trình phaân tích maãu moâi tröôøng baèng phöông
phaùp FSA ........................................................................................ 32
CHÖÔNG 4 – XAÙC ÑÒNH HOAÏT ÑOÄ TRONG MAÃU MOÂI TRÖÔØNG BAÈNG
PHÖÔNG PHAÙP FSA ......................................................................................... 35
4.1. Chuaån bò maãu ................................................................................... 35
4.1.1. Duïng cuï chöùa maãu ............................................................... 35
4.1.2. Chuaån bò maãu ño .................................................................. 36
4.1.2.1. Maãu chuaån .............................................................. 36
4.1.2.2. Maãu ñaù bazan ......................................................... 36
4.1.2.3. Maãu ñaù traéng........................................................... 37
4.1.2.4. Phoâng ...................................................................... 38
4.2. Daïng phoå thu ñöôïc ........................................................................... 39
3
4.2.1. Phoå maãu chuaån ..................................................................... 39
4.2.2. Phoå phoâng............................................................................. 41
4.2.3. Phoå maãu caàn phaân tích ......................................................... 41
4.3. Keát quaû ............................................................................................. 43
4.3.1. Phöông phaùp WA ................................................................. 43
4.3.1.1. Maãu chuaån .............................................................. 43
4.3.1.2. Maãu ñaù bazan ......................................................... 44
4.3.1.3. Maãu ñaù traéng........................................................... 45
4.3.2. Phöông phaùp FSA ................................................................. 45
4.3.2.1. Maãu ñaù bazan ......................................................... 45
4.3.2.2. Maãu ñaù traéng........................................................... 47
4.3.3. Nhaän xeùt ............................................................................... 48
KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ ............................................................................ 50
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO .................................................................................. 52
PHUÏ LUÏC ............................................................................................................ 53
4
DANH MUÏC CAÙC BAÛNG
Baûng 4.1. Kích thöôùc hoäp ñöïng maãu .............................................................. 35
Baûng 4.2. Hoaït ñoä cuûa caùc ñoàng vò coù trong 3 maãu chuaån .................................. 37
Baûng 4.3. Hoaït ñoä cuûa maãu chuaån ....................................................................... 44
Baûng 4.4. Hoaït ñoä cuûa maãu ñaù bazan .................................................................. 44
Baûng 4.5. Hoaït ñoä cuûa maãu ñaù traéng ................................................................... 45
Baûng 4.6. Hoaït ñoä cuûa maãu ñaù bazan tính baèng FSA .......................................... 47
Baûng 4.7. Hoaït ñoä cuûa maãu ñaù traéng tính baèng FSA ........................................... 48
Baûng 4.8. So saùnh hoaït ñoä töø 2 phöông phaùp phaân tích ....................................... 49
5
DANH MUÏC CAÙC HÌNH VEÕ VAØ ÑOÀ THÒ
Hình 1.1. Chuoãi Uranium A = 4n+2 ..................................................................... 12
Hình 1.2. Chuoãi Thorium A = 4n. ......................................................................... 13
Hình 1.3. Chuoãi Actinium A = 4n+3 ..................................................................... 14
Hình 1.4. K40 phaân raõ vaø baét electron taïo Ar40 vaø phaân raõ taïo Ca40 ........... 15
Hình 2.1. Phoå cuûa nguoàn phoùng xaï Co60 .............................................................. 19
Hình 2.2. Caùc daïng cuûa ñænh theo thöïc nghieäm vaø moâ phoûng. ............................ 21
Hình 2.3. Heä ño gamma taïi Phoøng Thí Nghieäm Boä Moân Vaät Lyù Haït Nhaân ....... 23
Hình 3.1. Xaùc ñònh hoaït ñoä Th232 baèng phöông phaùp WA................................... 28
Hình 3.2. Xaùc ñònh hoaït ñoä Th232 baèng phöông phaùp FSA .................................. 29
Hình 3.3. Giao dieän môû chöông trình phaân tích phoå gamma................................ 32
Hình 3.4. Giao dieän môû phoå ................................................................................. 33
Hình 3.5. Giao dieän môû FSA ................................................................................ 33
Hình 3.6. Giao dieän xuaát ra keát quaû ..................................................................... 34
Hình 4.1. Hoäp chöùa maãu .................................................................................. 35
Hình 4.2. Hoäp maãu ñaù bazan ................................................................................ 37
Hình 4.3. Hoäp maãu ñaù traéng ................................................................................. 38
Hình 4.4. Phoå maãu chuaån Uranium ...................................................................... 39
Hình 4.5. Phoå maãu chuaån Thorium ...................................................................... 40
Hình 4.6. Phoå maãu chuaån Kali ............................................................................. 40
Hình 4.7. Phoå phoâng ............................................................................................. 41
Hình 4.8. Phoå maãu ñaù bazan................................................................................. 41
Hình 4.9. Phoå maãu ñaù bazan sau khi ñaõ tröø phoâng. .............................................. 42
Hình 4.10. Phoå maãu ñaù traéng ................................................................................ 42
6
Hình 4.11. Phoå maãu ñaù traéng sau khi ñaõ tröø phoâng .............................................. 43
Hình 4.12. Phoå maãu ñaù bazan treân chöông trình FSA .......................................... 46
Hình 4.13. Hoaït ñoä cuûa U238, Th232 vaø K40 trong maãu ñaù bazan ........................... 46
Hình 4.14. Phoå maãu ñaù traéng treân chöông trình FSA ........................................... 47
Hình 4.15. Hoaït ñoä cuûa U238, Th232 vaø K40 trong maãu ñaù traéng ............................ 48
7
LÔØI MÔÛ ÑAÀU
Ngaøy nay, cuøng vôùi söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa khoa hoïc kyõ thuaät noùi
chung vaø ngaønh Vaät lyù Haït nhaân noùi rieâng ñaõ voâ tình thaûi vaøo moâi tröôøng soáng
cuûa chuùng ta moät löôïng chaát phoùng xaï ñaùng keå. Maëc duø löôïng phoùng xaï naøy
khaùc nhau ôû nhieàu nôi treân Traùi Ñaát, nhöng noù cuõng coù aûnh höôûng ít nhieàu tôùi
sinh vaät vaø ñaëc bieät laø söùc khoûe cuûa con ngöôøi. Vì vaäy, vieäc nghieân cöùu vaø ñaùnh
giaù möùc ñoä aûnh höôûng cuûa chaát phoùng xaï coù trong maãu moâi tröôøng laø heát söùc caàn
thieát.
Coù raát nhieàu phöông phaùp khaùc nhau duøng xaùc ñònh hoaït ñoä phoùng xaï
trong maãu moâi tröôøng nhö: phöông phaùp kích hoaït haït nhaân, phöông phaùp phaân
tích huyønh quang tia X, phöông phaùp ño phoùng xaï töï nhieân… Moãi phöông phaùp
ñeàu coù nhöõng öu ñieåm vaø haïn cheá rieâng, tuøy theo muïc ñích maø löïa choïn phöông
phaùp naøo cho phuø hôïp ñeå coù theå cho keát quaû chính xaùc nhaát.
Vôùi ñieàu kieän thöïc teá cuûa phoøng thí ngheäm boä moân vaø muïc ñích laø xaùc
ñònh hoaït ñoä phoùng xaï trong maãu moâi tröôøng, ñaëc bieät laø caùc maãu raén, taùc giaû
thöïc hieän luaän vaên toát nghieäp vôùi ñeà taøi:” Xaùc ñònh hoaït ñoä phoùng xaï trong maãu
moâi tröôøng baèng phöông phaùp FSA (Full Spectrum Analysis)”. Ñaây laø moät
phöông phaùp töông ñoái môùi, duøng heä phoå keá gamma phoâng thaáp ñeå xaùc ñònh
hoaït ñoä phoùng xaï coù trong maãu phaân tích. Beân caïnh vieäc söû duïng phöông phaùp
chuû yeáu laø FSA, taùc giaû coøn duøng phöông phaùp khaù phoå bieán trong vieäc xaùc ñònh
hoaït ñoä phoùng xaï ñoù laø phöông phaùp WA (Window Analysis) ñeå kieåm chöùng laïi
keát quaû phaân tích.
8
CHÖÔNG 1
TOÅNG QUAN VEÀ PHOÙNG XAÏ TRONG
MOÂI TRÖÔØNG
1.1. Phoùng xaï moâi tröôøng [4]
Phoùng xaï treân traùi ñaát coù theå chia laøm 3 loaïi khaùc nhau
Phoùng xaï nguyeân thuûy.
Phoùng xaï vuõ truï.
Phoùng xaï nhaân taïo.
1.1.1. Phoùng xaï nguyeân thuûy
Caùc nhaân phoùng xaï nguyeân thuûy coù chu kyø baùn raõ ít nhaát khoaûng vaøi trieäu
naêm, toàn taïi töø khi traùi ñaát ñöôïc hình thaønh. Töø phaân raõ phoùng xaï cuûa nhöõng
nhaân phoùng xaï nguyeân thuûy seõ taïo ra nhöõng nhaân phoùng xaï thöù caáp. Moät soá
nhaân phoùng xaï nguyeân thuûy toàn taïi tôùi baây giôø coù chu kì baùn raõ gaàn vôùi tuoåi cuûa
traùi ñaát.
Ví duï:
U238 coù chu kyø baùn huûy 4,47.109 naêm.
Th232 coù chu kyø baùn huûy 1,41.1010 naêm.
K40 coù chu kyø baùn huûy 1,28.109 naêm.
1.1.2. Phoùng xaï vuõ truï
Laø nhöõng böùc xaï ñeán töø vuõ truï, tia phoùng xaï chuû yeáu laø proton vaø nhöõng
haït nhaân naëng khaùc, ñaàu tieân töø beà maët vuõ truï goïi laø böùc xaï vuõ truï, lieân tuïc baén
phaù nhöõng nguyeân töû beàn trong khí quyeån vaø taïo ra nhöõng nhaân phoùng xaï nhö:
Na22, Be7 vaø C14.
9
Caùc nhaân phoùng xaï vuõ truï khi ñi vaøo traùi ñaát, moät phaàn töông taùc vôùi vaät
chaát trong baàu khí quyeån, moät phaàn xuyeân xuoáng beà maët traùi ñaát.
Coù 2 loaïi tia böùc xaï: tia vuõ truï sô caáp vaø tia vuõ truï thöù caáp.
Böùc xaï vuõ truï sô caáp: Ñöôïc taïo neân bôûi caùc haït coù naêng löôïng cöïc
kyø cao (leân ñeán 108 eV), ña phaàn laø proton cuøng vôùi moät soá haït naëng khaùc. Phaàn
lôùn caùc tia vuõ truï sô caáp ñeán töø beân ngoaøi heä maët trôøi vaø chuùng cuõng ñaõ ñöôïc tìm
thaáy trong khoâng gian vuõ truï. Moät soá ít baét nguoàn töø maët trôøi do quaù trình chaùy
saùng cuûa heä maët trôøi.
Böùc xaï vuõ truï thöù caáp: Laø caùc böùc xaï taïo ra khi tia sô caáp töông taùc
vôùi caùc nguyeân töû cuûa baàu khí quyeån, ñoàng thôøi sinh ra böùc xaï naêng löôïng thaáp,
aùnh saùng thaáy ñöôïc, electron, nôtron. Nhöõng phaûn öùng naøy laøm sinh ra caùc böùc
xaï coù naêng löôïng thaáp hôn. Lôùp khí quyeån vaø töø tröôøng traùi ñaát coù taùc duïng nhö
moät lôùp voû boïc che chaén caùc tia vuõ truï, laøm giaûm soá löôïng cuûa chuùng coù theå ñeán
ñöôïc beà maët traùi ñaát.
1.1.3. Phoùng xaï nhaân taïo
Naêm 1934, Irene vaø Frederic Joliot Curie taïo ra vaø coâ laäp ñöôïc nguyeân toá
phoùng xaï ñaàu tieân, ñoù laø P30 coù ñöôïc baèng caùch baén tia vaøo moät laù nhoâm.
15P31
15P30
+ 13Al27 15P30 +0n1
14Si30 + e+
Ngoaøi ra, caùc nhaân phoùng xaï nhaân taïo coøn tìm thaáy trong:
Caùc vuï kieåm tra vuõ khí haït nhaân: Toång löôïng phoùng xaï ñaõ ñöa vaøo
khí quyeån qua caùc vuï thöû vuõ khí haït nhaân laø 3,107 Sv/ngöôøi vôùi 70% laø C14, caùc
ñoàng vò khaùc nhö Cs137, Sr90 , Zr95 vaø Ru106 chieám phaàn coøn laïi.
Ñieän haït nhaân: Cho ñeán cuoái naêm 2002, theo thoáng keâ cuûa IAEA,
ñieän haït nhaân ñaõ chieám 16% saûn löôïng ñieän toaøn theá giôùi vaø ñang coù chieàu
höôùng gia taêng. Caùc ñoàng vò phoùng xaï thaûi vaøo moâi tröôøng ñeàu töø caùc chu trình
10
nhieân lieäu haït nhaân nhö khai thaùc moû, nghieàn Uran, saûn xuaát vaø taùi cheá caùc
thanh nhieân lieäu. Vieäc thaûi caùc chaát phoùng xaï töø caùc nhaø maùy ñieän coù theå leân
ñeán côõ TBq/naêm hoaëc nhoû hôn.
Tai naïn haït nhaân: Khoaûng 150 tai naïn lôùn nhoû cuûa ngaønh haït nhaân
ñaõ xaûy ra, lôùn nhaát laø tai naïn Chernoboyl xaûy ra ôû Ucraina 1986 gaây neân söï
nhieãm baån phoùng xaï bôûi caùc chaát thaûi raén vaø loûng, laø hoãn hôïp caùc hôïp chaát hoùa
hoïc vaø caùc ñoàng vò phoùng xaï.
Moät soá nhaân phoùng xaï nhaân taïo coøn ñöôïc taïo thaønh töø caùc khu chöùa chaát
thaûi phoùng xaï, caùc chaát thaûi raén hay ñoàng vò phoùng xaï ñaùnh daáu.
Con ngöôøi ñaõ bò chieáu xaï bôûi nhieàu nguoàn nhaân taïo khaùc nhau nhö: tia X
trong chaån ñoaùn y khoa, caùc öùng duïng kyõ thuaät haït nhaân trong coâng nghieäp vaø
noâng nghieäp, caùc tia phoùng xaï phaùt ra töø tro buïi phoùng xaï do caùc vuï noå haït nhaân
gaây ra.
Caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi laøm phaùt ra nhöõng nhaân phoùng xaï töï nhieân
vaøo moâi tröôøng döôùi daïng chaát thaûi hoaëc nhöõng saûn phaåm phuï. Ñoù laø söï khai moû
vaø nghieàn quaëng Uranium. Nhöõng hoaït ñoäng khaùc bao goàm vieäc ñoát chaùy nhöõng
nhieân lieäu hoùa thaïch, saûn xuaát ra phoát phaùt töø ñaù phoát phaùt, khai thaùc moû vaø
nghieàn ñaù voâ cô.
1.2. Moät soá ñoàng vò phoùng xaï töï nhieân trong ñaát
Phaàn lôùn nhaân phoùng xaï töï nhieân thuoäc 3 hoï phoùng xaï khôûi ñaàu töø caùc
nhaân meï soáng laâu nhö: U238, U235 vaø Th232.
1.2.1. Uranium
Uranium laø nhaân phoùng xaï coù maët khaép nôi. Noù coù haàu heát trong moâi
tröôøng vaät chaát vaø ñöôïc nghieân cöùu roäng raõi trong ñaù vaø ñaát. Trong töï nhieân
Uranium coù 3 ñoàng vò laø U238, U235 vaø U234 vôùi ñoä phoå caäp töông öùng laø
99,28%; 0,72% vaø 0,0057%.
11
Uranium phaân taùn roäng khaép trong töï nhieân, coù nhieàu trong ñaù, muoái
Uranium coù theå hoøa tan vaøo nöôùc bieån. Ngöôøi ta öôùc tính haøm löôïng Uranium
trong nöôùc bieån khoaûng 10-6gam/lit vaø haøm löôïng trung bình trong voû Traùi Ñaát
khoaûng 4 10-4%.
1.2.2. Thorium
Thorium phaân taùn roäng treân voû Traùi Ñaát, haøm löôïng trung bình cuûa
Thorium trong lôùp treân cuøng khoaûng 1,2 10-5%. Trong khi ñoù haøm löôïng trung
bình cuûa chì khoaûng 1,6 10-5% neân ñoä giaøu cuûa Thorium töông ñöông vôùi chì, do
vaäy Thorium khoâng ñöôïc xem laø moät nguyeân toá hieám.
Thorium coù 6 ñoàng vò trong töï nhieân nhöng Th232 phaân taùn roäng hôn caû.
1.2.3. Kali
Kali laø kim loaïi kieàm coù 3 ñoàng vò, nhöng chæ coù K40 laø coù tính phoùng xaï
vôùi ñoä phoå caäp 0,0117% vaø thôøi gian baùn raõ T1/2=1,28 109 naêm, phaùt ra tia
gamma coù naêng löôïng 1,46 Mev.
Trong lôùp beà maët cuûa voû traùi ñaát, kali coù haøm löôïng cao trong magma,
haøm löôïng trong ñaát seùt vaø ñaù phieán côõ 6,5%.
Hoaït ñoäng cuûa nöôùc vaø cacbon dioxide laøm cho kali trong ñaù ngaàm daàn
daàn bò hoøa tan vaø ñöôïc caùc doøng nöôùc mang ra bieån, moät phaàn khaùc löu laïi trong
ñaát. Phaàn lôùn kali trong ñaát toàn taïi döôùi daïng muoái tan coù trong silicate vaø
aluminosilicate. Caùc muoái naøy phaân bieät thaønh 2 loaïi laø kali ñaõ qua quaù trình
trao ñoåi chaát giöõa thöïc vaät vôùi ñaát vaø kali khoâng trao ñoåi chaát.
Kali coù chuû yeáu trong sinh vaät, vì vaäy vieäc phaùt xaï K40 laø taát yeáu nhöng
coù söï bieán thieân veà ñoä tuoåi vaø giôùi tính trong vaïch phoå vôùi nhöõng thay ñoåi töông
öùng trong noàng ñoä kali. Söï coù maët cuûa K40 trong ñaù vaø trong ñaát taïo ra nguoàn
phaùt xaï ngoaøi.
12
1.3. Chuoãi phaân raõ cuûa caùc ñoàng vò phoùng xaï [3] [6]
1.3.1. Chuoãi Uranium (A = 4n+2)
Trong töï nhieân noù baét ñaàu bôûi ñoàng vò phoùng xaï naëng nhaát laø U238,
Uranium naøy traûi qua quaù trình phaân raõ ñeå trôû thaønh U234. Sau ñoù traûi qua nhieàu
laàn phoùng xaï lieân tieáp vaø keát thuùc bôûi ñoàng vò Pb206.
Hình 1.1. Chuoãi Uranium A = 4n+2
1.3.2. Chuoãi Thorium (A = 4n)
Caùc nhaân trong chuoãi Thorium coù soá khoái A = 4n. Chuoãi naøy mang teân
cuûa ñoàng vò soáng laâu nhaát coøn trong töï nhieân laø 90Th232 coù T1/2=13,9 109 naêm
(gaáp 5 laàn tuoåi cuûa traùi ñaát).
13
Vì thôøi gian soáng laâu nhö vaäy neân 90Th232 coøn toàn taïi trong töï nhieân cuøng
caùc saûn phaåm phaân raõ cuûa noù taïo neân chuoãi Thorium.
Hình 1.2. Chuoãi Thorium A = 4n.
Thöïc ra nhaân meï cuûa Th232 laø U236 phaùt vôùi T1/2 =2,4 107 naêm, khoaûng
1/100 tuoåi traùi ñaát vaø do ñoù khoâng coøn tìm thaáy trong töï nhieân.
Theo nhöõng chöùng côù ñòa vaät lyù tìm thaáy ñöôïc chöùng toû raèng U236 laø moät
trong nhöõng ñoàng vò cuûa Uranium khi vuõ truï coøn raát treû.
1.3.3. Chuoãi Actinium (A = 4n+3)
Chuoãi naøy ñöôïc nghieân cöùu töø naêm 1902, khi Giesel khaùm phaù ra söï
phoùng xaï cuûa Actinium. Nhöng maõi cho tôùi 1935, khi ñoàng vò U235 ñöôïc nhaän
dieän tröïc tieáp baèng khoái phoå keá vaø chöùng toû laø thuûy toå cuûa chuoãi Actinium thì noù
môùi ñöôïc hieåu ñaày ñuû, bôûi vì laø ñoàng vò coøn trong töï nhieân duy nhaát phaân haïch
bôûi nôtron nhieät.
14
Hình 1.3. Chuoãi Actinium A = 4n+3
Actinium (Ac227) töï noù coù theå ñöôïc taùch ra töø khoaùng chaát Uranium baèng
caùch keát tuûa vôùi ñaát hieám Lanthanium vaø laø nguoàn cho chuoãi Actinium laâu daøi ôû
phoøng thí nghieäm.
Phoå cuûa Ac227 coù naêng löôïng cöïc ñaïi khoaûng 0.04 Mev. Nhaùnh phaân raõ
coù ñoä phoå caäp raát thaáp, nhöng raát quan troïng vì noù daãn tôùi Francium (Fr223) laø
ñoàng vò coù trong töï nhieân duy nhaát. Francium (Fr223 ) chuû yeáu bieán ñoåi baèng phaân
raõ thaønh Ra223, nhöng cuõng coù 0.004% Francium bieán ñoåi baèng caùch phaân raõ
thaønh Astatine (At215).
Do ñoù, chuoãi Actinium chöùa trong nhaùnh phuï cuûa noù 2 ñoàng vò töï nhieân
cuûa nguyeân toá Astatine (Z=85) vaø Francium (Z=87).
15
1.3.4. Kali
Kali coù chu kì baùn raõ 1,28.109 naêm. Kali coù 2 kieåu phaân raõ caïnh tranh
nhau vaø ñöôïc theå hieän ôû Hình 1.4.
T1/2 = 1,28.109 naêm
K40 89,28% 10,32% EC
1,46 MeV
0,001%
Ca40
Ar40 Hình 1.4. K40 phaân raõ vaø baét electron taïo Ar40
vaø phaân raõ taïo Ca40.
Hình 1.4 cho thaáy 2 kieåu phaân raõ caïnh tranh nhau, phaân raõ vôùi xaùc suaát
phaùt laø 0,001% vaø baét EC vôùi xaùc suaát phaùt laø 10,32% ñeå taïo thaønh haït nhaân beàn
Ar40. Trong khi ñoù, coù tôùi 89,28% phaân raõ ñeå taïo thaønh Ca40.
16
CHÖÔNG 2
DETECTOR GERMANIUM SIEÂU
TINH KHIEÁT HPGE
2.1. Toång quan veà detector HPGe [4]
Detector HPGe laø loaïi detector ño tia gamma coù coù ñoä nhaïy vaø ñoä phaân
giaûi cao nhaát hieän nay, vaø chuùng ñöôïc söû duïng roäng raõi cho caû nghieân cöùu cô baûn
laãn vaät lyù öùng duïng. Naêng löôïng cuûa tia gamma hoaëc beta coù theå ñöôïc ño vôùi ñoä
phaân giaûi leân tôùi 0,1%.
Trong caùc detector sieâu tinh khieát, ñoäng naêng cuûa moät electron ñöôïc ño
bôûi taäp hôïp caùc ñieän tích ñöôïc taïo bôûi söï ion hoaù doïc theo quaõng ñöôøng cuûa
electron.
Naêng löôïng caàn ñeå taïo ra moät caëp electron – loã troáng trong germanium coù
giaù trò trung bình vaøo khoaûng 3 eV.
Ví duï: Moät haït electron 1 MeV khi vaøo trong detector seõ taïo ra khoaûng
38105 caëp electron – loã troáng. Chuùng ta coù theå taäp hôïp gaàn nhö taát caû nhöõng
ñieän tích naøy trong detector germanium neáu nhö caùc taïp chaát trong germanium
ñöôïc loaïi boû ñeán moät möùc ñoä naøo ñoù. Tuy nhieân phöông sai thoáng keâ cuûa 38105
caëp laø quaù nhoû cho neân noù coù theå bò nhieãu loaïn töø caùc caëp electron – loã troáng
kích thích nhieät ngaãu nhieân.
Ñeå khaéc phuïc vaø giaûm thieåu ñöôïc ñieàu naøy ngöôøi ta phaûi laøm laïnh tinh
theå germanium vaø chaát laøm laïnh ñöôïc söû duïng chuû yeáu laø nitô loûng vôùi nhieät ñoä
laøm laïnh laø 770K. Tuy tín hieäu ñöôïc taïo ra laø do söï ion hoaù cuûa caùc electron coù
ñoäng naêng, naêng löôïng cuûa tia gamma coù theå ñöôïc ño baèng detector germanium
bôûi vì naêng löôïng cuûa moät photon coù theå ñöôïc chuyeån sang cho caùc electron. Caùc
17
tia gamma naêng löôïng thaáp coù theå bò haáp thuï hoaøn toaøn bôûi hieäu öùng quang ñieän
taïo ra moät electron ñôn vôùi haàu heát naêng löôïng cuûa photon tôùi.
Ñoái vôùi caùc photon coù naêng löôïng töø khoaûng 100 keV ñeán döôùi 1 MeV,
hieäu öùng Compton chieám vai troø chuû ñaïo, vì vaäy ñeå chuyeån toaøn boä naêng löôïng
photon cho caùc electron ñoøi hoûi phaûi coù moät hay nhieàu hôn caùc taùn xaï Compton
vaø ñöôïc keát thuùc baèng söï haáp thuï quang ñieän.
Söï taïo thaønh caùc caëp electron – positron ñoùng moät vai troø quan troïng ôû caùc
möùc naêng löôïng treân (hay 1,022 MeV).
2.2. Nhöõng ñaëc tröng cuûa detector HPGe [1]
2.2.1. Hieäu suaát
Hieäu suaát cuûa detector laø xaùc suaát ghi nhaän böùc xaï, laø tæ soá giöõa böùc xaï
ghi nhaän ñöôïc treân soá böùc xaï ñi vaøo detector. Chuùng ta coù theå chia hieäu suaát
ñeám cuûa detector thaønh hai loaïi: hieäu suaát tuyeät ñoái vaø hieäu suaát thöïc.
Hieäu suaát tuyeät ñoái: Laø tæ soá giöõa soá caùc xung ghi nhaän ñöôïc vaø soá caùc
löôïng töû böùc xaï phaùt ra bôûi nguoàn.
Hieäu suaát thöïc: Laø tæ soá giöõa soá caùc xung ghi nhaän ñöôïc vaø soá caùc löôïng töû
böùc xaï ñeán detector.
Caùc nhaân toá aûnh höôûng ñeán hieäu suaát ghi cuûa detector
Kích thöôùc vaø daïng ñaàu doø.
Khoaûng caùch töø nguoàn tôùi ñaàu doø.
Naêng löôïng cuûa tia gamma tôùi.
Loaïi ñoàng vò phoùng xaï vaø kieåu böùc xaï ñöôïc ño (anpha, beta,
gamma vaø naêng löôïng cuûa chuùng).
Taùn xaï ngöôïc cuûa böùc xaï tôùi ñaàu doø. Söï haáp thuï böùc xaï tröôùc khi
noù ñeán ñöôïc ñaàu doø (bôûi khoâng khí vaø lôùp voû boïc ñaàu doø).
18
2.2.2. Ñoä phaân giaûi naêng löôïng
Ñoä phaân giaûi naêng löôïng FWHM (Full Width at Haft Maximum) laø beà
roäng taïi ñoä cao phaân nöûa cuûa ñænh phoå ñôn naêng.
Ngöôøi ta xeùt ñoä phaân giaûi naêng löôïng khoâng phaûi chæ xeùt ôû giaù trò cuûa noù
maø phaûi xem detector ñang ghi böùc xaï gì, naêng löôïng bao nhieâu vaø möùc ñoä ñôn
naêng cuûa nguoàn ñoù.
Detector coù ñoä phaân giaûi toát giuùp nhaän bieát caùc ñænh keà nhau, ghi nhaän
ñöôïc caùc nguoàn yeáu coù naêng löôïng rieâng bieät khi noù naèm choàng leân mieàn lieân
tuïc.
Khaû naêng phaân giaûi naêng löôïng khoâng chæ phuï thuoäc vaøo baûn thaân
detector maø coøn phuï thuoäc vaøo caùc thieát bò ñieän töû ñi keøm, chuû yeáu laø boä tieàn
khueách ñaïi. Neáu taïp aâm lôùn, ñieän dung loái vaøo tieàn khueách ñaïi lôùn seõ daãn ñeán
ñoä phaân giaûi cuûa heä thoáng keùm. Ñoái vôùi vieäc ño phoå gamma phoâng thaáp thì söï
choïn löïa detector coù ñoä phaân giaûi cao laø caàn thieát.
Caùc ñaàu doø germanium coù öu ñieåm roõ nhaát trong phaân tích caùc phoå
gamma coù nhieàu ñænh. Ñaëc tröng quan troïng nhaát cuûa detector germanium chính
laø ñoä phaân giaûi cuûa noù. Coù theå noùi ñoù laø loaïi detector ño tia gamma coù ñoä phaân
giaûi naêng löôïng cao nhaát hieän nay. Hình 2.1 seõ cho chuùng ta thaáy roõ raøng hôn
tính öu vieät naøy cuûa detector germanium.
19
Hình 2.1. Phoå cuûa nguoàn phoùng xaï Co60 ñöôïc ño bôûi:
a) Detector nhaáp nhaùy NaI (Tl)
b) Detector baùn daãn germanium
Caùc phoå so saùnh ñöôïc ñöa ra ôû Hình 2.1 minh hoaï raát roõ veà tính öu vieät
cuûa detector germanium trong caùc tröôøng hôïp maø coù raát nhieàu ñænh naêng löôïng
gamma gaàn nhau caàn phaûi ñöôïc taùch ra. Caùc heä thoáng germanium toát seõ coù moät
ñoä phaân giaûi naêng löôïng tieâu bieåu khoaûng möôøi maáy phaàn traêm so vôùi 5-10%
cuûa NaI. Tuy nhieân, ñoä phaân giaûi naêng löôïng naøy khoâng theå töï nhieân maø coù.
Chính nhôø söï keát hôïp cuûa kích thöôùc nhoû vaø nguyeân töû soá thaáp hôn cuûa
germanium ñaõ taïo neân caùc hieäu suaát quang ñænh vaø baäc cuûa bieân ñoä thaáp hôn
trong tröôøng hôïp naøy.
Khoâng chæ laø ñoä phaân giaûi toát giuùp nhaän bieát caùc ñænh keà nhau, maø coøn
giuùp ghi nhaän ñöôïc caùc nguoàn yeáu coù naêng löôïng rieâng bieät khi noù naèm choàng
leân mieàn lieân tuïc. Caùc detector coù hieäu suaát baèng nhau seõ coù keát quaû laø caùc dieän
tích ñænh baèng nhau, nhöng vôùi nhöõng detector coù ñoä phaân giaûi naêng löôïng toát thì
seõ taïo neân caùc ñænh naêng löôïng heïp vaø cao maø noù coù theå nhoâ leân cao treân vuøng
20
nhieãu thoáng keâ cuûa mieàn lieân tuïc. Caùc detector germanium thích hôïp roõ nhaát laø
ñeå phaân tích caùc phoå gamma phöùc coù nhieàu ñænh.
2.2.3. Tæ soá ñænh / Compton
Taùn xaï Compton xuaát hieän khi naêng löôïng toaøn phaàn cuûa photon tôùi
khoâng ñöôïc haáp thuï hoaøn toaøn trong detector HPGe vaø thoaùt ra khoûi detector vôùi
chæ moät phaàn naêng löôïng cuûa noù ñöôïc ghi. Caùc ñænh naêng löôïng rieâng phaàn naøy
xuaát hieän trong phoå gamma nhö laø caùc hieän töôïng ngaãu nhieân tröôùc ñænh naêng
löôïng toaøn phaàn vaø ñöôïc goïi laø löng Compton.
Tæ soá cuûa ñænh naêng löôïng toaøn phaàn treân löng Compton ñöôïc goïi laø tæ soá
ñænh / Compton ( peak-to-Compton hay P/C ratio).
Ñoái vôùi moät detector HPGe tieâu bieåu, tæ soá ñænh / Compton thöôøng naèm
trong khoaûng giöõa 40:1 vaø 60:1 öùng vôùi ñænh naêng löôïng 1,33 MeV cuûa Co60. Caùc
detector coù kích thöôùc lôùn coù theå ñaït ñöôïc tæ soá ñænh / Compton gaàn 100:1.
Trong caùc heä ño phoâng thaáp tieâu bieåu, nhöõng noã löïc lôùn ñöôïc ñöa ra ñeå
giaûm caùc hoaït ñoä voán coù trong caùc thaønh phaàn ñeám cuûa heä: Detector, buoàng chì
vaø khoâng khí beân trong khoaûng giöõa detector vaø vaät lieäu che chaén. Nhöõng heä
phoâng thaáp naøy thöôøng höôùng tôùi vieäc laøm giaûm caùc tia vuõ truï vaø caùc nguoàn töï
nhieân cuûa phoâng trong heä ño germanium.
Ñeå laøm taêng tæ soá ñænh / Compton, ngöôøi ta ñaõ xaây döïng caùc heä thoáng khöû
nhieãu Compton. Bôûi vì naêng löôïng thoaùt ra döôùi daïng tia gamma, cho neân ta coù
theå thu laïi naêng löôïng thaát thoaùt ñoù baèng moät detector khaùc. Ñieàu naøy thöôøng
ñöôïc laøm vôùi moät tinh theå coù kích thöôùc lôùn laøm baèng moät vaät lieäu reû tieàn hôn
chaúng haïn nhö NaI, vaø thöôøng ñöôïc goïi laø detector chaén.
Baèng caùch thieát laäp moái töông quan giöõa caùc hieän töôïng trong detector
HPGe vaø detector chaén vôùi caùc thieát bò ñieän töû ño thôøi gian, caùc hieän töôïng ñöôïc
ñeám trong detector chaén coù theå ñöôïc söû duïng ñeå loaïi boû ñoàng thôøi caùc hieän
21
töôïng trong detector HPGe. Keát quaû seõ laø moät söï trieät tieâu cuûa vuøng löng
Compton.
Trong moät heä thoáng khöû nhieãu Compton, tæ soá ñænh / Compton coù theå ñaït
tôùi 800:1. Caùc keát quaû naøy coù theå laøm giaûm phoâng ñaùng keå ñeán thöøa soá 10.
2.2.4. Daïng cuûa ñænh (peak shape)
Daïng chi tieát cuûa caùc ñænh quan saùt ñöôïc trong phoå germanium laø quan
troïng neáu dieän tích döôùi ñænh ñöôïc ño moät caùch chính xaùc. Moät vaøi chi tieát cuûa
nhöõng ñaëc tröng cuûa daïng ñænh döôïc chæ ra ôû Hình 2.2.
Hình 2.2. Caùc daïng cuûa ñænh theo thöïc nghieäm vaø moâ phoûng.
Haàu heát caùc söï laøm khôùp thöïc cuûa daïng ñænh söû duïng daïng söûa ñoåi cuûa
phaân boá Gauss cho pheùp theå hieän phaàn ñuoâi ôû phía naêng löôïng thaáp cuûa phaân boá.
Phaàn ñuoâi coù theå xuaát hieän do nhieàu hieäu öùng vaät lyù, bao goàm söï thu gom ñieän
tích khoâng hoaøn haûo trong moät soá vuøng cuûa detector, hay do caùc electron thöù caáp
vaø böùc xaï bremstrahlung trong vuøng theå tích hoaït ñoäng. Söï khaùc bieät giöõa ñuoâi
22
ngaén vaø ñuoâi daøi trong caáu hình laø ñuoâi ngaén coù nhieàu hieäu öùng quan troïng hôn
treân daïng cuûa ñænh gaàn ñaùy cuûa noù, trong khi ñuoâi daøi thöôøng coù theå ñöôïc xem
nhö laø phaàn ñoùng goùp theâm vaøo cuûa phoâng neàn.
Moät phöông phaùp ñeå chæ ra ñaëc tröng cuûa phaàn ñuoâi cuûa moät detector ñaëc
tröng laø ñöa ra beà roäng toaøn phaàn ôû moät phaàn möôøi chieàu cao (Full Width at
One-tenth Maxium – FW.1M) cuûa ñænh naêng löôïng toaøn phaàn, beân caïnh ñaïi
löôïng thöôøng ñuôïc söû duïng laø beà roäng toaøn phaàn ôû moät nöûa chieàu cao (Full
Width at Half Maximum – FWHM). Ñoái vôùi caùc detector coù chaát löôïng toát vôùi
ñuoâi nhoû, FW.1M seõ nhoû hôn hai laàn FWHM (Tæ leä FW.1M / FWHM ñoái vôùi
ñænh daïng Gauss thuaàn tuyù laø 1,823). Moät chæ soá khaùc cuõng thöôøng ñöôïc söû duïng
laø tæ leä cuûa beà roäng toaøn phaàn ôû 1/50 chieàu cao (FWFM) treân FWHM, thoâng
thöôøng ñöôïc ño ôû 1,333 MeV. Caùc detector germanium toát coù giaù trò cuûa tæ leä naøy
naèm giöõa 2,5 vaø 3,0 ( tæ leä naøy laø 2,376 cuûa daïng Gauss thuaàn tuyù).
2.3. Heä phoå keá gamma taïi phoøng thí nghieäm boä moân
2.3.1. Sô löôïc veà heä phoå keá gamma
Heä phoå keá gamma ñöôïc söû duïng trong luaän vaên naøy bao goàm caùc thaønh
phaàn chính nhö sau: Detector HPGe GC2018 vôùi caùc thieát bò keøm theo goàm
nguoàn nuoâi, cao theá cho detector, tieàn khueách ñaïi, boä bieán ñoåi töông töï thaønh soá
vaø khoái phaân tích ña keânh, nguoàn phoùng xaï, buoàng chì che chaén phoâng bao
quanh detector vaø nguoàn.
23
Hình 2.3. Heä ño gamma taïi Phoøng Thí Nghieäm Boä Moân Vaät Lyù Haït Nhaân.
Buoàng chì coù theå ñoùng môû naép, detector ñöôïc che chaén bôûi buoàng chì,
bình dewar ñöôïc ñaët phía döôùi chöùa khí loûng (LN2). Nhieät ñoä thoâng thöôøng cuûa
Phoøng thí nghieäm khoaûng töø 17oC – 20oC ñeå baûo quaûn caùc thieát bò ñöôïc toát.
2.3.2. Chöùc naêng chính cuûa moät soá thaønh phaàn trong heä ño [6]
Cao theá: Coù chöùc naêng cung caáp ñieän theá cho hai cöïc cuûa tinh theå
Germanium ñeå huùt caùc ñieän töû veà hai ñaàu ñieän cöïc.
Tieàn khueách ñaïi: Chöùc naêng chính cuûa tieàn khueách ñaïi laø ñeå khueách
ñaïi tín hieäu yeáu vaø göûi qua daây caùp keát noái tieàn khueách ñaïi vôùi thieát bò phía sau.
Tieàn khueách ñaïi ñöôïc laép vaøo caøng gaàn vôùi ñaàu doø caøng toát ñeå laøm giaûm ñeán
möùc toái thieåu chieàu daøi cuûa sôïi daây vaø tín hieäu ñöa vaøo raát nhoû.
Khueách ñaïi: Khueách ñaïi xung töø tieàn khueách ñaïi thaønh bieân ñoä lôùn.
Xung caàn ñöôïc taïo thaønh daïng phuø hôïp hôn. Vì vaäy, keát quaû thoâng thöôøng cuûa
khueách ñaïi ñöôïc thieát laäp bôûi haèng soá thôøi gian .
24
Maùy phaân tích ña keânh (MCA): Hoaït ñoäng cuûa maùy phaân tích ña keânh
döïa treân nguyeân lyù chuyeån ñoåi tín hieäu töông töï, chuû yeáu laø chuyeån xung thaønh
tín hieäu soá töông ñöông vôùi keânh. Sau ñoù tín hieäu soá seõ ñöôïc ñöa vaøo boä nhôù vaø
hieån thò treân maøn hình. Veà nguyeân taéc, hoaït ñoäng naøy ñöôïc thöïc hieän bôûi boä bieán
ñoåi töông töï - số (ADC). Nhöõng xung ñöôïc thu nhaän, phaân loaïi theo chieàu cao
xung ôû ADC vaø phoå tia gamma ñöôïc hieån thò. Vì vaäy, chöùc naêng cuûa MCA cô
baûn phuï thuoäc vaøo ADC .
Boä phaân tích bieân ñoä xung vaø chia xung: Phaân tích bieân ñoä cuûa tín hieäu
xung vaø chia caùc tín hieäu vaøo caùc keânh töông öùng, soá keânh coù theå thay ñoåi trong
caùc heä phoå keá hieän ñaïi ngaøy nay baèng phaàn meàm hay phaàn cöùng. Soá keânh
thöôøng laø boäi cuûa 2 chaúng haïn nhö 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384.
Boä nhôù: Döõ lieäu ñaàu ra cuûa MCA ñöôïc göûi ñeán vaø chöùa taïi boä nhôù
(thöôøng laø maùy tính) ñeå xuaát ra hoaëc phaân tích.
Thieát bò xuaát: Thöôøng ñöôïc hieån thò leân maøn hình maùy tính.
25
CHÖÔNG 3
GIÔÙI THIEÄU PHÖÔNG PHAÙP XAÙC ÑÒNH HOAÏT ÑOÄ
VAØ XAÂY DÖÏNG CHÖÔNG TRÌNH FSA
3.1. Phöông phaùp WA [5]
3.1.1. Phöông phaùp töông ñoái
Hoaït ñoä rieâng cuûa ñoàng vò phoùng xaï caàn phaân tích ñöôïc xaùc ñònh thoâng
qua vieäc so saùnh maãu caàn phaân tích vôùi maãu chuaån. ÔÛ phöông phaùp naøy, maãu
caàn phaân tích vaø maãu chuaån phaûi ño trong cuøng ñieàu kieän.
Hoaït ñoä rieâng cuûa ñoàng vò phoùng xaï caàn phaân tích taïi thôøi ñieåm ño maãu
ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:
(3.1)
Trong ñoù
: hoaït ñoä rieâng cuûa maãu chuaån vaø maãu phaân tích (Bq/kg).
: thôøi gian ño cuûa maãu chuaån vaø maãu phaân tích (giaây).
: dieän tích ñænh cuûa maãu chuaån vaø maãu phaân tích.
:khoái löôïng cuûa maãu chuaån vaø maãu phaân tích (kg).
ÔÛ ñaây, dieän tích ñænh S ñöôïc xaùc ñònh nhôø phaàn meàm Genie-2K.
Vaán ñeà quan troïng trong phöông phaùp naøy laø vieäc chuaån bò maãu chuaån.
Coù raát nhieàu phöông phaùp chuaån bò maãu chuaån khaùc nhau nhö phöông phaùp hoùa
hoïc, phöông phaùp cô hoïc… Ñeå tieän lôïi chuùng ta neân söû duïng caùc maãu chuaån do
nhaø saûn xuaát maãu chuaån cung caáp.
26
Sai soá töông ñoái ñöôïc xaùc ñònh nhö sau:
(3.2)
Trong ñoù :
: sai soá hoaït ñoä cuûa maãu chuaån.
: sai soá hoaït ñoä cuûa maãu phaân tích.
: sai soá khoái löôïng cuûa maãu chuaån.
: sai soá khoái löôïng cuûa maãu phaân tích.
: sai soá dieän tích ñænh cuûa maãu phaân tích.
: sai soá dieän tích ñænh cuûa maãu chuaån.
Phöông phaùp naøy khaù ñôn giaûn vì khoâng caàn söû duïng quaù nhieàu caùc soá
lieäu thöïc nghieäm. Sai soá cuûa phöông phaùp naøy phuï thuoäc chuû yeáu vaøo sai soá cuûa
haøm löôïng maãu chuaån vaø thaønh phaàn matrix giöõa maãu chuaån vaø maãu phaân tích.
Do vaäy, coù theå loaïi boû ñöôïc nhieàu sai soá trong thöïc nghieäm vaø sai soá heä thoáng do
thieát bò.
Tuy nhieân, phöông phaùp naøy cuõng khaù toán keùm do phaûi chuaån bò nhieàu
maãu chuaån.
3.1.2. Phöông phaùp tuyeät ñoái [5]
Hoaït ñoä rieâng cuûa ñoàng vò phoùng xaï caàn phaân tích ñöôïc xaùc ñònh chuû yeáu
döïa vaøo hieäu suaát ghi cuûa detector.
Phöông phaùp naøy khaù phöùc taïp hôn so vôùi phöông phaùp töông ñoái vì chuùng
ta phaûi söû duïng caùc soá lieäu haït nhaân vaø caû soá lieäu thöïc nghieäm.
27
Hoaït ñoä rieâng cuûa ñoàng vò phoùng xaï caàn phaân tích taïi thôøi ñieåm ño maãu
ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc
(3.3)
Trong ñoù :
m: khoái löôïng maãu caàn phaân tích (kg).
S: dieän tích ñænh cuûa tia gamma ôû naêng löôïng E (toång soá xung trong
thôøi gian ño).
: hieäu suaát ghi tuyeät ñoái.
f : xaùc suaát phaùt cuûa tia gamma taïi naêng löôïng ñænh ñang xeùt.
t : thôøi gian ño maãu (giaây).
Trong khoùa luaän naøy, dieän tích ñænh S ñöôïc xaùc ñònh nhôø phaàn meàm
Genie-2K, hieäu suaát ghi tuyeät ñoái ñöôïc xaùc ñònh nhôø phaàn meàm CalEff vôùi caùc
ñænh naêng löôïng töông öùng.
Sai soá tuyeät ñoái ñöôïc xaùc ñònh nhö sau:
(3.4)
Trong ñoù:
: Sai soá hoaït ñoä rieâng cuûa ñoàng vò phoùng xaï.
: Sai soá dieän tích ñænh taïi ñænh naêng löôïng töông öùng.
:Sai soá xaùc suaát phaùt cuûa tia gamma.
: Sai soá thôøi gian ño.
: Sai soá khoái löôïng cuûa ñoàng vò phoùng xaï.
: Sai soá cuûa hieäu suaát.
Sai soá cuûa keát quaû phaân tích baèng phöông phaùp naøy khaù lôùn do phaûi söû
duïng quaù nhieàu caùc soá lieäu thöïc nghieäm. Tuy nhieân, trong tröôøng hôïp caàn phaân
28
tích hoaït ñoä phoùng xaï nhöng khoâng coù nhieàu maãu chuaån coù thaønh phaàn matrix
gaàn gioáng vôùi maãu phaân tích thì söû duïng phöông phaùp naøy laø moät lôïi theá.
Nhìn chung, coù nhieàu phöông phaùp khaùc nhau duøng ñeå xaùc ñònh hoaït ñoä
nhaân phoùng xaï moâi tröôøngï, caùc phöông phaùp treân laø nhöõng phöông phaùp thoâng
duïng vaø thöôøng hay söû duïng. Coù theå goïi chung caùc phöông phaùp naøy laø phöông
phaùp WA.
ÔÛ phöông phaùp naøy, dieän tích ñænh ñöôïc xaùc ñònh rieâng leû cho töøng ñænh
vaø ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh hoaït ñoä nhaân phoùng xaï.
Hoaït ñoä Th232
238 keV
582 keV
910 keV
Hình 3.1. Xaùc ñònh hoaït ñoä Th232 baèng phöông phaùp WA
3.2. Phöông phaùp FSA [6]
3.2.1. Phöông phaùp
Ñaây laø moät phöông phaùp töông ñoái môùi duøng ñeå xaùc ñònh hoaït ñoä cuûa caùc
ñoàng vò phoùng xaï. Khaùc vôùi phöông phaùp WA, ôû phöông phaùp naøy hoaït ñoä
phoùng xaï ñöôïc xaùc ñònh nhôø daïng phoå cuûa caùc phoå chuaån. Toång phoå seõ bao goàm
29
phoå cuûa phoâng vaø phoå cuûa nhaân phoùng xaï. Kyõ thuaät FSA ñöôïc söû duïng laàn ñaàu
tieân trong moät döï aùn vôùi detector MEDUSA ôû Boä moân Ñòa Vaät lyù Haït nhaân KVI,
Vieän Kernfysisch Versneller, Haø Lan.
FSA lieân quan ñeán vieäc laøm khôùp phoå gamma ño ñöôïc (khoaûng 200 keV
ñeán 3 MeV) baèng caùch keát hôïp tuyeán tính cuûa ba phoå chuaån (U238, Th232, K40) vaø
moät phoâng neàn. Moãi phoå chuaån töông öùng vôùi söï ñaùp öùng cuûa detector vôùi moät
caáu hình cuï theå cho moät maãu chöùa 1Bq/kg cuûa moät ñoàng vò cuï theå (U238, Th232,
K40). Nhöõng phoå chuaån naøy thu ñöôïc baèng caùch ño ñaïc hoaëc moâ phoûng Monte
Carlo.
Goïi S laø soá ñeám ño ñöôïc cuûa maãu ño treân toaøn phoå vôùi soá keânh laø i, SU,
STh, SK, SB laø soá ñeám ño ñöôïc cuûa Uran, Thori, Kali vaø phoâng treân toaøn phoå, thì S
coù theå ñöôïc dieãn taû nhö sau:
(3.5) S(i) = CU SU(i) + CTh STh(i) + CK SK(i) + SB(i)
Hình 3.2. Xaùc ñònh hoaït ñoä Th232 baèng phöông phaùp FSA
30
Phoå ño S ñöôïc xem nhö söï keát hôïp coù troïng soá cuûa caùc phoå chuaån, vôùi caùc
heä soá CU, CTh, CK laø hoaït ñoä cuûa caùc ñoàng vò coù trong maãu (tính treân 1Bq/kg).
ÔÛ ñaây, caùc heä soá CU, CTh, CK thu ñöôïc töø phöông phaùp laøm khôùp bình
phöông toái thieåu söû duïng kyõ thuaät ma traän. Baèng vieäc laøm khôùp phoå tia gamma
ñöôïc ño, keát hôïp vôùi caùc phoå chuaån, chuùng ta xaùc ñònh ñöïôc hoaït ñoä phoùng xaï
cuûa maãu caàn phaân tích.
Trong khoùa luaän naøy taùc giaû söû duïng phöông phaùp khôùp bình phöông toái
thieåu daïng ña thöùc vôùi vieäc giaûi heä phöông trình tuyeán tính tìm caùc tham soá baèng
phöông phaùp ma traän [2] ñeå khôùp, bôûi vì phöông phaùp naøy thuaän lôïi cho vieäc keát
hôïp tuyeán tính 3 phoå chuaån vaø phoå cuûa maãu caàn phaân tích.
ÔÛ ñaây, chuùng ta caàn phaûi xaùc ñònh caùc ma traän sau:
Ma traän laø ma traän doøng:
(3.6)
Coù yeáu toá
(k=1,2,3) (3.7)
Ma traän vuoâng :
(3.8)
Coù yeáu toá
(l=1,2,3) (3.9)
Ma traän tham soá a laø ma traän doøng:
(3.10)
31
Vôùi laø caùc heä soá hoaït ñoä maãu caàn xaùc ñònh
Giöõa , a vaø coù moái quan heä sau:
(3.11)
Ñeå giaûi ma traän tham soá a ta nhaân 2 veá cuûa phöông trình (3.11) cho ma
traän nghòch ñaûo .
Ta coù: (3.12)
Vaäy: (3.13)
Ñaây chính laø ma traän tham soá caàn phaûi xaùc ñònh. Töø ma traän tham soá naøy,
chuùng ta seõ xaùc ñònh ñöôïc hoaït ñoä phoùng xaï cuûa maãu caàn phaân tích.
3.2.2. Sai soá cuûa vieäc xaùc ñònh hoaït ñoä
Phöông phaùp FSA xaùc ñònh hoaït ñoä cuûa caùc nhaân phoùng xaï coù trong maãu
thoâng qua vieäc phaân tích toaøn phoå, vì vaäy hoaït ñoä ñöôïc xaùc ñònh töông ñoái chính
xaùc. Vôùi kyõ thuaät khôùp phoå baèng phöông phaùp ma traän thì ma traän chính laø ma
traän phöông sai cuûa caùc tham soá hoaït ñoä.
Trong tröôøng hôïp treân, ta coù ma traän phöông sai cuûa caùc tham soá nhö sau:
(3.14)
Vaø xaùc ñònh ñöôïc ma traän tham soá töø (3.10), thu ñöôïc sai soá cuûa caùc tham
soá nhö sau:
(3.15)
32
Moät caùch toång quaùt:
(3.16)
3.3. Xaây döïng chöông trình phaân tích maãu moâi tröôøng baèng phöông phaùp
FSA
Trong khoùa luaän naøy chuùng toâi söû duïng phöông phaùp FSA ñeå xaùc ñònh
hoaït ñoä cuûa maãu moâi tröôøng. Moät chöông trình tính toaùn töï ñoäng ñöôïc xaây döïng
döïa treân ngoân ngöõ laäp trình C++ Builder mang teân FSA.
Giao dieän cuûa chöông trình naøy nhö hình 3.3
Hình 3.3. Giao dieän môû chöông trình phaân tích phoå gamma
Trong phaïm vi luaän vaên naøy chuùng toâi chæ môùi trieån khai moät soá menu
chính goàm: File, Plot, FSA. Trong ñoù:
File: môû phoå caàn phaân tích (xem hình 3.4)
Plot: choïn daïng theå hieän cuûa phoå treân maøn hình (xem hình 3.5) vôùi daïng
theå hieän phoå laø Line).
33
FSA: menu chuû yeáu duøng xaùc ñònh hoaït ñoä cuûa maãu caàn phaân tích (xem
hình 3.6)
Hình 3.4. Giao dieän môû phoå
Hình 3.5. Giao dieän môû FSA
34
Töø giao dieän hình 3.5, choïn Start seõ cho keát quaû hoaït ñoä töông öùng cuûa
Uran, Thori vaø Kali coù trong maãu caàn phaân tích.
Giao dieân naøy ñöôïc theå hieän ôû hình 3.6
Hình 3.6. Giao dieän xuaát ra keát quaû
35
CHÖÔNG 4
XAÙC ÑÒNH HOAÏT ÑOÄ TRONG MAÃU MOÂI TRÖÔØNG
BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP FSA
4.1. Chuaån bò maãu
4.1.1. Duïng cuï chöùa maãu
Hieän nay, coù nhieàu loaïi hoäp chöùa maãu khaùc nhau. ÔÛ ñaây, chuùng ta söû
duïng hoäp maãu vôùi kích thöôùc ñöôïc trình baøy trong baûng 4.1.
Baûng 4.1. Kích thöôùc hoäp ñöïng maãu
Chieàu cao hoäp 12,3 cm
Ñöôøng kính hoäp 11,6 cm
Chieàu cao gieáng 6,25 cm
Ñöôøng kính gieáng 7,85 cm
Hình 4.1. Hoäp chöùa maãu
36
4.1.2. Chuaån bò maãu ño
4.1.2.1. Maãu chuaån
Trong khoùa luaän naøy ñoái töôïng maãu moâi tröôøng ñöôïc choïn ñeå kieåm tra
phöông phaùp FSA ñang nghieân cöùu laø maãu ñaát. ÔÛ ñaây, 2 loaïi maãu ñaát seõ ñöôïc ño
ñeå xaùc ñònh hoaït ñoä U, Th vaø K laø maãu ñaù bazan vaø maãu ñaù traéng.
Maãu chuaån thích hôïp ñöôïc choïn ôû ñaây do ñoù laø 3 maãu RGU-1 (chuaån
Uran), RGTh-1 (chuaån Thorium) vaø RGK-1 (chuaån Kali) cuûa IAEA.
Baûng 4.2. Hoaït ñoä cuûa caùc ñoàng vò coù trong 3 maãu chuaån (Bq/kg) [7]
RGU-1 RGTh-1 RGK-1
U238 4940 78 raát nhoû
Th232 < 4,0 3250 raát nhoû
K40 < 0,63 200 14000
Maãu chuaån Uran, Thorium vaø Kali ñöôïc chöùa trong caùc hoäp maãu 3 vôùi
chieàu cao laø 8,25 cm vaø coù khoái löôïng töông öùng laø 740 gam, 690 gam, 825 gam.
Hai maãu chuaån Uran, Thorium ñeàu ñöôïc nhoát trong khoaûng thôøi gian 4
tuaàn, sau ñoù môùi tieán haønh ño. Coøn laïi laø maãu Kali ñöôïc ño tröïc tieáp khoâng caàn
phaûi nhoát maãu.
4.1.2.2. Maãu ñaù bazan
Maãu ñaù bazan ñöôïc laáy töø röøng Caùt Tieân. Ñaù sau khi laáy veà röûa saïch ñeå
traùnh nhieãm baån. Sau ñoù mang ñi nghieàn taïi Lieân Ñoaøn Ñòa Chaát 6 ñeå coù kích côõ
haït laø 76 .
Boät ñaù bazan ñöôïc saáy khoâ baèng ñeøn hoàng ngoaïi trong thôøi gian 1,5 giôø
taïi phoøng thí nghieäm boä moân ñeå traùnh sai soá do ñoä aåm lôùn. Sau khi saáy khoâ chôø
khoaûng 30 phuùt ñeå cho boät ñaù bazan nguoäi.
37
Cho töø töø boät ñaù bazan vaøo hoäp ñöïng maãu cho tôùi khi chieàu cao maãu
trong hoäp laø 8,25 cm, caân ñöôïc khoái löôïng maãu laø 789 gam. Tieáp theo, laøm nhaün
beà maët maãu trong hoäp ñeå traùnh sai soá do hình hoïc. Sau khi laøm nhaün ñoùng hoäp
ñeå chuaån bò nhoát maãu.
Maãu ñöôïc nhoát trong thôøi gian khoaûng 4 tuaàn ñeå laëp traïng thaùi caân baèng
giöõa caùc ñoàng vò phoùng xaï coù trong maãu. Sau ñoù, tieán haønh ño maãu trong khoaûng
thôøi gian 3 ngaøy taïi Phoøng Thí Nghieäm Boä Moân.
Hình 4.2. Hoäp maãu ñaù bazan
4.1.2.3. Maãu ñaù traéng
Maãu ñaù traéng do Trung taâm Haït nhaân TP. Hoà Chí Minh cung caáp. Töông
töï nhö maãu ñaù bazan, maãu ñaù traéng cuõng ñöôïc chöùa trong hoäp maãu 3 vôùi chieàu
cao maãu coù trong hoäp laø 8,25 cm, khoái löôïng maãu laø 770 gam.
Sau khi ñoùng hoäp xong nhoát maãu trong thôøi gian hôn 4 tuaàn ñeå laäp laïi
traïng thaùi caân baèng giöõa caùc ñoàng vò phoùng xaï coù trong maãu.
Sau khoaûng thôøi gian nhoát maãu nhö treân, ta baét ñaàu ño maãu trong khoaûng
thôøi gian 2 ngaøy duøng heä phoá keá gamma taïi Phoøng Thí nghieäm Boä moân.
38
Hình 4.3. Hoäp maãu ñaù traéng
4.1.2.4. Phoâng
Ñeå ñaûm baûo möùc ñoä chính xaùc cho keát quaû phaân tích, maãu phaân tích caàn
phaûi ñöôïc tröø phoâng. Bôûi vì keát quaû ño khoâng phaûi laø keát quaû cuûa maãu maø coøn
coù söï ñoùng goùp cuûa phoâng do nhieàu yeáu toá chi phoái.
Khi ño maãu coù daïng Marinelli, coù hieäu öùng che chaén cuûa maãu ñoái vôùi caùc
böùc xaï phoâng neàn. Do ñoù, khi tröø phoâng khoâng coù che chaén seõ daãn ñeán keát quaû
bò sai leäch.
Ñeå thu ñöôïc phoâng gaàn gioáng vôùi phoâng thöïc söï coù tính ñeán hieäu öùng che
chaén, chuùng toâi ñaõ duøng maãu nöôùc caát coù caáu hình gioáng vôùi maãu caàn phaân tích.
Gioáng nhö 2 maãu treân, nöôùc caát ñöôïc ñoå vaøo hoäp chöùa maãu cho tôùi khi
chieàu cao nöôùc trong hoäp laø 8,25 cm. Sau ñoù caân ta thu ñöôïc khoái löôïng nöôùc caát
laø 530 gam.
Ñoái vôùi maãu nöôùc, ta khoâng caàn phaûi nhoát maãu, sau khi chuaån bò xong, ta
coù theå tieán haønh ño maãu. Maãu ñöôïc ño trong thôøi gian khoaûng 3 ngaøy.
39
4.2. Daïng phoå thu ñöôïc
4.2.1. Phoå maãu chuaån
Maãu chuaån Uranium vaø Thorium ñöôïc ño trong thôøi gian 12 giôø, thu ñöôïc
phoå ôû hình 4.4 vaø hình 4.5.
Hình 4.4. Phoå maãu chuaån Uranium
40
Hình 4.5. Phoå maãu chuaån Thorium
Maãu chuaån Kali ñöôïc ño trong thôøi gian 10 giôø.
Hình 4.6. Phoå maãu chuaån Kali
41
4.2.2. Phoå phoâng
Maãu nöôùc caát ñöôïc ño trong thôøi gian 3 ngaøy.
Hình 4.7. Phoå phoâng
4.2.3. Phoå maãu caàn phaân tích
Maãu ñaù bazan ñöôïc ño trong thôøi gian 3 ngaøy.
Hình 4.8. Phoå maãu ñaù bazan
42
Hình 4.9. Phoå maãu ñaù bazan sau khi ñaõ tröø phoâng.
Maãu ñaù traéng ñöôïc ño trong thôøi gian 2 ngaøy.
Hình 4.10. Phoå maãu ñaù traéng
43
Hình 4.11. Phoå maãu ñaù traéng sau khi ñaõ tröø phoâng.
4.3. Keát quaû
4.3.1. Phöông phaùp WA
4.3.1.1. Maãu chuaån
Maãu chuaån ñöôïc söû duïng laø 3 maãu U238, Th232, K40 ñaõ bieát tröôùc hoaït ñoä.
Sau khi ño ñöôïc phoå cuûa töøng maãu chuaån, ta söû duïng chöông trình Genie-2K ñeå
tính dieän tích ñænh taïi caùc ñænh naêng löôïng töông öùng.
44
Baûng 4.3. Hoaït ñoä cuûa maãu chuaån
Thôøi Naêng Ñoàng Hoaït ñoä löôïng Dieän tích ñænh gian ño Khoái löôïng (kg) vò (Bq/kg) (giaây) (keV)
295 710932 924 U238 0,7400 0,0001 4940 30 352 1200649 1200 43200
Th232 238 1090455 1199 0,6900 0,0001 3250 90
K40 1460 282965 537 36000 0,8250 0,0001 14000 400
4.3.1.2. Maãu ñaù bazan
Sau khi ño ñöôïc phoå cuûa maãu ñaù bazan, söû duïng phaàn meàm Genie-2K tính
ñöôïc dieän tích ñænh cuûa U238, Th232 vaø K40 taïi caùc ñænh naêng löôïng töông öùng.
Söû duïng coâng thöùc (3.1), tính ñöôïc hoaït ñoä töông öùng cuûa U238, Th232 vaø
K40 coù trong maãu ñaù bazan.
Söû duïng coâng thöùc (3.2), tính ñöôïc sai soá cuûa hoaït ñoä cuûa U238, Th232 vaø
K40 töông öùng coù trong maãu ñaù bazan.
Baûng 4.4. Hoaït ñoä cuûa maãu ñaù bazan
Naêng Thôøi Ñoàng Dieän tích löôïng gian ño Khoái löôïng (kg) Hoaït ñoä (Bq/kg) vò ñænh (keV) (giaây)
U238 295 11640 142 12,6602 0,0810 352 19711 169 259200 0,7890 0,0001 Th232 238 29098 212 12,6404 0,3538
K40 1460 36556 193 262,6627 7,5701
45
4.3.1.3. Maãu ñaù traéng
Caùc böôùc tính töông töï nhö trong maãu ñaù bazan, ta xaùc ñònh ñöôïc hoaït ñoä
töông öùng cuûa U238, Th232 vaø K40 coù trong maãu ñaù traéng.
Baûng 4.5. Hoaït ñoä cuûa maãu ñaù traéng
Naêng Thôøi Ñoàng Dieän tích löôïng gian ño Khoái löôïng (kg) Hoaït ñoä (Bq/kg) vò ñænh (keV) (giaây)
295 39804 274 U238 67,0639 0,4258 352 68461 321 172800 0,7700 0,0001 Th232 238 137637 454 91,8987 2,5711
K40 1460 118080 354 1304,0482 37,5901
Nhaän xeùt: Hoaït ñoä cuûa U238, Th232 vaø K40 coù trong maãu ñaù traéng töông ñoái
cao hôn so vôùi maãu ñaù bazan.
4.3.2. Phöông phaùp FSA
4.3.2.1. Maãu ñaù bazan
Phöông phaùp naøy khaù ñôn giaûn vaø xaùc ñònh hoaït ñoä töông ñoái nhanh hôn
so vôùi phöông phaùp WA.
Tröôùc tieân, môû file chöông trình xöû lyù phoå, choïn file chöùa maãu ñaù bazan
chuùng ta seõ thaáy ñöôïc phoå cuûa maãu.
Tieáp tuïc choïn vaøo FSA, seõ hieän tieáp cöûa soå FSA treân neàn cuûa phoå vöøa môû
nhö hình 4.12.
Töø cöûa soå naøy, choïn tieáp vaøo Start, chöông trình seõ töï ñoäng tính hoaït ñoä
cuûa U238, Th232 vaø K40 coù trong maãu ñaù bazan (xem hình 4.13).
46
Hình 4.12. Phoå maãu ñaù bazan treân chöông trình FSA
Hình 4.13. Hoaït ñoä cuûa U238, Th232 vaø K40 trong maãu ñaù bazan
47
Chuùng ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc sai soá cuûa hoaït ñoä nhôø vaøo file sai soá töông
ñoái ñaõ ñöôïc laäp trình saün sau khi chaïy keát quaû xong.
Baûng 4.6. Hoaït ñoä cuûa maãu ñaù bazan tính baèng FSA
Ñoàng vò Hoaït ñoä (Bq/kg)
U238 17,1134 0,0015
Th232 17,6028 0,0014
K40 300,1915 0,0323
4.3.2.2. Maãu ñaù traéng
Caùc böôùc söû duïng chöông trình FSA ñeå xaùc ñònh hoaït ñoä cuûa caùc ñoàng vò
U238, Th232 vaø K40 coù trong maãu ñaù traéng töông töï nhö maãu ñaù bazan. Caùc böôùc
naøy ñöôïc theå hieän roõ trong hình 4.14 vaø 4.15.
Hình 4.14. Phoå maãu ñaù traéng treân chöông trình FSA
48
Hình 4.15. Hoaït ñoä cuûa U238, Th232 vaø K40 trong maãu ñaù traéng
Baûng 4.7. Hoaït ñoä cuûa maãu ñaù traéng tính baèng FSA
Ñoàng vò Hoaït ñoä (Bq/kg)
U238 68,2958 0,0040
Th232 104,7477 0,0080
K40 978,0064 0,0294
4.3.3. Nhaän xeùt
Nhìn chung, phöông phaùp FSA coù theå xaùc ñònh ñöôïc hoaït ñoä cuûa caùc ñoàng
vò phoùng xaï coù trong maãu töông ñoái nhanh vaø khoâng caàn phaûi xaùc ñònh hieäu suaát
ghi cuûa detector nhö trong phöông phaùp WA.
Vieäc so saùnh keát quaû töø 2 phöông phaùp FSA vaø WA trong baûng 4.8 cho
thaáy sai leäch hoaït ñoä cuûa U238 trong maãu ñaù traéng töông ñoái thaáp, trong khi ñoù sai
leäch hoaït ñoä cuûa Th232 trong maãu ñaù bazan laø hôi cao so vôùi caùc maãu coøn laïi.
49
Baûng 4.8. So saùnh hoaït ñoä töø 2 phöông phaùp phaân tích
Hoaït ñoä (Bq/kg) Ñoàng Sai leäch Maãu vò Phöông phaùp WA Phöông phaùp FSA
12,6602 U238 17,1134 26% Maãu
12,6404 ñaù Th232 17,6028 28%
bazan 262,6627 K40 300,1915 13%
67,0639 U238 68,2958 2% Maãu
91,8987 ñaù Th232 104,7477 12%
traéng 1304,0482 K40 978,0064 25%
50
KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ
Vôùi muïc tieâu cuûa ñeà taøi laø xaùc ñònh hoaït ñoä phoùng xaï coù trong maãu moâi
tröôøng baèng phöông phaùp FSA, duøng heä phoå keá gamma phoâng thaáp coù ôû Phoøng
Thí nghieäm Boä moân ñeå ño. Trong phaàn lyù thuyeát, taùc giaû ñaõ naém ñöôïc nhöõng
kieán thöùc cô baûn veà caùc loaïi phoùng xaï töï nhieân, nguoàn goác phaùt sinh caùc nguoàn
phoùng xaï, nhöõng ñaëc tröng cuûa heä phoå keá gamma vaø caùc phöông phaùp xaùc ñònh
hoaït ñoä cuûa caùc ñoàng vò phoùng xaï töï nhieân vaø ñaëc bieät laø phöông phaùp FSA, moät
phöông phaùp töông ñoái môùi.
Trong phaàn thöïc nghieäm, taùc giaû ñaõ thu ñöôïc caùc keát quaû sau:
Naém vöõng ñöôïc quy trình chuaån bò maãu ñeå phaân tích vaø ño maãu taïi
Phoøng Thí Nghieäm Boä Moân.
Xaây döïng ñöôïc chöông trình phaân tích phoå FSA duøng xaùc ñònh hoaït
ñoä cuûa 3 ñoàng vò phoùng xaï U238, Th232 vaø K40 coù trong maãu moâi tröôøng ñaëc bieät laø
caùc maãu raén.
Keát quaû thu ñöôïc töø phöông phaùp FSA sai leäch töông ñoái cao so vôùi
keát quaû tính töø phöông phaùp WA ñoái vôùi maãu bazan, nhöng sai leäch nhoû ñoái vôùi
maãu ñaù traéng.
Vì ñieàu kieän phoøng thí nghieäm khoâng coù nhieàu maãu chuaån ñaát ñeå chuùng
toâi coù theå kieåm tra tính chính xaùc cuûa 2 phöông phaùp naøy neân chöa theå keát luaän
phöông phaùp naøo cho keát quaû toát hôn.
Öu ñieåm cuûa phöông phaùp FSA laø xaùc ñònh hoaït ñoä töông ñoái nhanh nhôø
vaøo chöông trình FSA ñöôïc xaây döïng trong luaän vaên. Ngoaøi ra, caùc phoå maãu
chuaån coù theå ñöôïc thay theá baèng caùc phoå moâ phoûng trong ñieàu kieän phoøng thí
nghieäm khoâng coù maãu chuaån.
51
Do haïn cheá veà thôøi gian thöïc hieän khoùa luaän neân taùc giaû chöa khai thaùc
ñöôïc heát nhöõng öu ñieåm naøy cuûa phöông phaùp FSA. Do vaäy, taùc giaû coù nhöõng
kieán nghò cho höôùng nghieân cöùu sau naøy:
Môû roäng vieäc xaùc ñònh hoaït ñoä cho caùc ñoàng vò khaùc ngoaøi 3 ñoàng
vò U238, Th232 vaø K40.
Söû duïng caùc thuaät toaùn laøm khôùp khaùc coù hieäu quaûø cao hôn.
Söû duïng moâ phoûng Monte Carlo ñeå taïo ra caùc phoå chuaån thay vì
phaûi ño ñaïc caùc phoå naøy.
52
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
Tieáng Vieät
[1] Traàn AÙi Khanh (2007), Khaûo saùt hieäu suaát cuûa Detector HPGe vôùi hình hoïc
maãu lôùn baèng phöông phaùp Monte carlo, Luaän vaên Thaïc Só, Thaønh Phoá Hoà
Chí Minh.
[2] Tröông Thò Hoàng Loan (2006), Giaùo trình Caùc phöông phaùp thoáng keâ ñaùnh
giaù soá lieäu thöïc nghieäm haït nhaân.
[3] Tröông Thò Hoàng Loan (2006), Giaùo trình Vaät lyù phoùng xaï.
[4] Nguyeãn Thò Hoaøng Oanh (2008), Xaây döïng quy trình cheá taïo maãu chuaån
Uran vaø Kali ñeå xaùc ñònh hoaït ñoä phoùng xaï baèng tia gamma trong maãu ñaát,
Khoùa luaän toát nghieäp tröôøng Ñaïi Hoïc Khoa Hoïc Töï Nhieân, Thaønh Phoá Hoà
Chí Minh.
[5] Ñoã Vuõ Ngoïc Trung (2008), Xaùc ñònh hoaït ñoä phoùng xaï töï nhieân trong maãu
ñaát xung quanh trung taâm chieáu xaï ViNa-Gamma, Khoùa luaän toát nghieäp
tröôøng Ñaïi Hoïc Khoa Hoïc Töï Nhieân, Thaønh Phoá Hoà Chí Minh.
Tieáng Anh
[6] Katse Piet Maphoto (2004), Determination of Natural Radioactivity
Concentrations in Soil: a comparative study of Windows and Full Spectrum
Analysis ,University of Western Cape.
[7] www.iaea.org/programmes/aqcs/reports.shtml.
53
PHUÏ LUÏC
#include
Chöông trình xaùc ñònh hoaït ñoä trong maãu moâi tröôøng baèng phöông phaùp FSA
#include
#include
#pragma hdrstop
#include "Unit1.h"
#include "Unit2.h"
#include "Unit3.h"
#include "Unit4.h"
#include "Unit5.cpp"
#include "Unit6.cpp"
#include "Unit7.h"
#include "Unit8.h"
//-----------------------------------------------------
#pragma resource "*.dfm"
TfrmMain *frmMain;
//------------------------------------------------------
__fastcall TfrmMain::TfrmMain(TComponent* Owner)
: TForm(Owner)
{
frmMain->Top=0;
frmMain->Left=0;
frmMain->Height=Screen->Height;
frmMain->Width=Screen->Width;
//////////
Panel1->Height = frmMain->Height-200;
Panel1->Width = frmMain->Width-160;
54
Image1->Height = Panel1->Height;
Image1->Width = Panel1->Width;
/////////
Label1->Top = Panel1->Top + Panel1->Height + 10;
lblChannel->Top = Label1->Top;
Label3->Top = Label1->Top;
lblCount->Top = Label1->Top;
Label4->Top = Label1->Top;
lblEnergy->Top = Label1->Top;
Label1->Left = Panel1->Left + 130;
lblChannel->Left = Label1->Left + Label1->Width + 5;
Label3->Left = lblChannel->Left + lblChannel->Width
+ 40;
lblCount->Left = Label3->Left + Label3->Width + 5;
Label4->Left = lblCount->Left + lblCount->Width +
40;
lblEnergy->Left = Label4->Left + Label4->Width + 5;
////////
Xmax=Image1->Width;
Ymax=Image1->Height-10;
}
//------------------------------------------------------
void __fastcall TfrmMain::mnuOpenClick(TObject *Sender)
{
FILE *FOpen;
int i=0;
MAX_COUNT=0;
//DoubleBuffer = new Graphics::TBitmap;
if(cmdOpen->Execute())
{ FOpen = fopen(cmdOpen->FileName.c_str(),"r+");
55
if(FOpen == NULL)
{ ShowMessage("The file could not be opened");
return;
}
Refresh();
//Panel1->Refresh();
while (!feof(FOpen))
{ fscanf(FOpen, "%lf", &data[++i]);
if(data[i]>MAX_COUNT)
MAX_COUNT=data[i];
}
strcat(spectrum_name,cmdOpen->FileName.c_str());
CHANNEL=i;
fclose(FOpen);
MIN_CHANNEL=1; MAX_CHANNEL=CHANNEL;
DoubleBuffer = new Graphics::TBitmap;
plot_background();
plot(pointer);
frmMain->txtLeftROI->Text="";
frmMain->txtRightROI->Text="";
frmMain->Label8->Visible=False;
frmMain->Label9->Visible=False;
frmMain->Label10->Visible=False;
frmMain->lblCentroid->Visible=False;
frmMain->lblSigma->Visible=False;
}
//------------------------------------------------------
void __fastcall TfrmMain::mnuSaveAsClick(TObject
*Sender)
{
56
FILE *FSave;
int i=0;
if(cmdSave->Execute())
{ FSave = fopen(cmdSave->FileName.c_str(),"wt");
if(FSave == NULL)
{ ShowMessage("The file could not be saved");
return;
}
for(i=1;i<=CHANNEL;i++)
fprintf(FSave, "%d\n", int(data[i]));
fclose(FSave);
}
}
//------------------------------------------------------
void __fastcall TfrmMain::mnuExitClick(TObject *Sender)
{
exit(0);
}
//------------------------------------------------------
void __fastcall TfrmMain::mnuFSAClick(TObject *Sender)
{
FILE *fp;
int i;
fp=fopen("pho.TKA","w+");
for(i=1;i<=CHANNEL;i++)
fprintf(fp,"%lf\n",data[i]);
fclose(fp);
/*for (i=1;i<=10;i++)
xuatfile[i]=1; */
frmFSA->Show();
57
}
//------------------------------------------------------
#include
#pragma hdrstop
#include "Unit8.h"
#include "Unit9.h"
//------------------------------------------------------
#pragma resource "*.dfm"
TfrmFSA *frmFSA;
//------------------------------------------------------
__fastcall TfrmFSA::TfrmFSA(TComponent* Owner)
: TForm(Owner)
{
}
//------------------------------------------------------
void __fastcall TfrmFSA::cmdStartClick(TObject *Sender)
{
frmFSA_result->Show();
}
//------------------------------------------------------
void __fastcall TfrmFSA::cmdExitClick(TObject *Sender)
{
//remove("pho.TKA");
frmFSA->Close();
}
//------------------------------------------------------
#include
#include
#pragma hdrstop
58
#include "Unit9.h"
//------------------------------------------------------
#pragma resource "*.dfm"
TfrmFSA_result *frmFSA_result;
void Tinh();
void matran();
double xuatfile[9000],phochuan[3][9000];
double anpha[30][30],epsilon[30][30],beta[30],a[30];
int CHANNEL=8192;
FILE *in;
//------------------------------------------------------
__fastcall TfrmFSA_result::TfrmFSA_result(TComponent*
Owner)
: TForm(Owner)
{
FILE *in;
int i,j;
double MU=0.74,MTh=0.69,MK=0.825,Md=0.77;
double AU=4940,ATh=3250,AK=14000;
double Tc=36000,Td=172800;
in = fopen("pho.TKA", "r+");
if (in == NULL)
fprintf(stderr, "Cannot open input file.\n"); {
return;
}
for (i=1;i { fscanf(in,"%lf",&xuatfile[i]); //xuatfile[i]/=(Md); } fclose(in); 59 in = fopen("U-740.TKA", "rt"); for (i=1;i { fscanf(in,"%lf",&phochuan[0][i]); //phochuan[0][i]/=(MU); } fclose(in); in=fopen("Th-690.TKA", "rt"); for (i=1;i { fscanf(in,"%lf",&phochuan[1][i]); //phochuan[1][i]/=(MTh); } fclose(in); in= fopen("K-825.TKA", "rt"); for (i=1;i { fscanf(in,"%lf",&phochuan[2][i]); //phochuan[2][i]/=(MU); } fclose(in); Tinh(); lblU->Caption=a[0]*Tc/Td*AU; lblTh->Caption=a[1]*Tc/Td*ATh; lblK->Caption=a[2]*Tc/Td*AK; } //------------------------------------------------------ void __fastcall TfrmFSA_result::cmdCloseClick(TObject *Sender) { frmFSA_result->Close(); } //------------------------------------------------------ 60 void Tinh() { int i,j,k; if(CHANNEL<=1) return; for (i=0;i<3;i++) { beta[i]=0; a[i]=0; for(j=0;j<3;j++) anpha[i][j]=0; } for (k=1;k { beta[0]+=xuatfile[k]*phochuan[0][k]; beta[1]+=xuatfile[k]*phochuan[1][k]; beta[2]+=xuatfile[k]*phochuan[2][k]; } for (i=0;i<3;i++) for (j=0;j<3;j++) for(k=1;k anpha[i][j]+=phochuan[i][k]*phochuan[j][k]; matran(); for(i=0;i<3;i++) for(j=0;j<3;j++) a[j]+=beta[i]*epsilon[i][j]; in=fopen("saisotuongdoi.txt", "wt"); for(i=0;i<3;i++) fprintf(in,"%.12lf\t",epsilon[i][i]); fclose(in); } //------------------------------------------------------ 61 void matran() { double B[3][3];//the transpose of a matrix anpha double C[3][3];//the adjunct matrix of transpose of a matrix A not adjunct of anpha int i,j; double n=0;//n is the determinant of anpha for(i=0,j=0;j<3;j++) { if(j==2) n+=anpha[i][j]*anpha[i+1][0]*anpha[i+2][1]; else if(j==1) n+=anpha[i][j]*anpha[i+1][j+1]*anpha[i+2][0]; else n+=anpha[i][j]*anpha[i+1][j+1]*anpha[i+2][j+2]; } for(i=2,j=0;j<3;j++) { if(j==2) n-=anpha[i][j]*anpha[i-1][0]*anpha[i-2][1]; else if(j==1) n-=anpha[i][j]*anpha[i-1][j+1]*anpha[i-2][0]; else n-=anpha[i][j]*anpha[i-1][j+1]*anpha[i-2][j+2]; } for(i=0;i<3;i++) for(j=0;j<3;j++) B[i][j]=anpha[j][i]; C[0][0]=B[1][1]*B[2][2]-(B[2][1]*B[1][2]); C[0][1]=(-1)*(B[1][0]*B[2][2]-(B[2][0]*B[1][2])); C[0][2]=B[1][0]*B[2][1]-(B[2][0]*B[1][1]); C[1][0]=(-1)*(B[0][1]*B[2][2]-B[2][1]*B[0][2]); 62 C[1][1]=B[0][0]*B[2][2]-B[2][0]*B[0][2]; C[1][2]=(-1)*(B[0][0]*B[2][1]-B[2][0]*B[0][1]); C[2][0]=B[0][1]*B[1][2]-B[1][1]*B[0][2]; C[2][1]=(-1)*(B[0][0]*B[1][2]-B[1][0]*B[0][2]); C[2][2]=B[0][0]*B[1][1]-B[1][0]*B[0][1]; for(i=0;i<3;i++) for(j=0;j<3;j++) epsilon[i][j]=C[i][j]/n; } //------------------------------------------------------ [1] Traàn AÙi Khanh (2007), Khaûo saùt hieäu suaát cuûa Detector HPGe vôùi hình hoïc maãu lôùn baèng phöông phaùp Monte carlo, Luaän vaên Thaïc Só, Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. [2] Tröông Thò Hoàng Loan (2006), Caùc phöông phaùp thoáng keâ ñaùnh giaù soá lieäu thöïc nghieäm haït nhaân. [3] Tröông Thò Hoàng Loan, Giaùo trình vaät lyù phoùng xaï. [4] Nguyeãn Thò Hoaøng Oanh (2008), Xaây döïng quy trình cheá taïo maãu chuaån Uran vaø Kali ñeå xaùc ñònh hoaït ñoä phoùng xaï baèng tia gamma trong maãu ñaát, Khoùa luaän toát nghieäp tröôøng Ñaïi Hoïc Khoa Hoïc Töï Nhieân, Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. [5] Ñoã Vuõ Ngoïc Trung (2008), Xaùc ñònh hoaït ñoä phoùng xaï töï nhieân trong maãu ñaát xung quanh trung taâm chieáu xaï ViNa-Gamma, Khoùa luaän toát nghieäp tröôøng Ñaïi Hoïc Khoa Hoïc Töï Nhieân, Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. [6] Preparation of Gamma – ray Spectrometry Reference Materials RGU-1, RGUTh-1, RGK-1, Report – IAEA/RL/148, Viena, 1987 [7] Katse Piet Maphoto (2004), Determination of Natural Radioactivity Concentrations in Soil: a comparative study of Windows and Full Spectrum Analysis ,University of Western Cape.TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
