Chương 1, khóa luận đã trình bày cơ sở lý thuyết về phân rã bức xạ alpha của các đồng vị 238 U, 234 U ; phân rã bức xạ beta của đồng vị 234 Th, 234 Pa ; tương tác của hạt mang điện với vật chất. 8 CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. Hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC Hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC là thiết bị có thể đo tổng hoạt độ alpha, beta của hạt nhân phóng xạ trong các mẫu như thực phẩm, mẫu đất, nước, phin lọc không khí.
Các thông số kỹ thuật của hệ đếm được nhà sản xuất cung cấp như sau: o Đầu dò: bán kính 5 cm, đầu dò phát hiện tốt alpha và beta. o Khay chứa nguồn: đường kính 51,6 mm, bề dày tối đa 9,6 mm. Bề dày khay chứa nguồn có thể được điều chỉnh từ 3,2 mm đến 7,9 mm. o Đơn vị ghi nhận số đếm: số đếm/ phút (cpm), số đếm/ giây (cps), Becquerel, Becquerel/ cm², … o Thời gian đếm: tùy chọn thời gian đếm từ 1 giây đến vài giờ.
o Hiệu chuẩn: qua chương trình máy tính. o Phần mềm máy tính: tiêu chuẩn RadEye.Exe, phiên bản 1. o Nguồn cung cấp: điện thế 100-240 V xoay chiều, tần số 50-60 Hz. o Nhiệt độ: thiết bị có thể chịu nhiệt độ từ 0 đến 50°C.
o Âm thanh: âm thanh RadEye HEC báo hiệu khi thiết bị đã hoàn thành ghi nhận số đếm. o Kích thước của hệ đếm: 38,1 x 12,1 x 30,5 cm. o Khối lượng của hệ đếm: 4,1 kg. o Báo động: giới hạn cảnh báo do người dùng xác định trên các mẫu.
o Pin: cho phép thiết bị hoạt động trong khoảng 800 giờ [7]. Hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC 9 Bảng 2. Chức năng các menu trong hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC [7] Menu chính Menu con Mô tả chức năng Switch off Tắt máy Start measure ment Bắt đầu đo phông Cài đặt các thông số (mặc định) Background Set parameter trước các phép đo Scaler netto Đo với phép đo trừ phông Chuyển đổi giữa các cài đặt định Application trước Khi thao tác trên máy, đèn nền luôn Backlight luôn sáng. Nếu không thao tác đèn nền sẽ tắt sau 10s Chọn đơn vị ghi nhận số đếm cps cps (số đếm/ giây) Chọn đơn vị ghi nhận số đếm cpm cpm (số đếm/ phút) Chọn đơn vị ghi nhận số đếm Measuring unit Bq Becquerel Chọn đơn vị ghi nhận số đếm dps dps (phân rã/ giây) Chọn đơn vị ghi nhận số đếm 2 Bq/ cm Becquerel / cm 2 10 Bảng 2.
Chức năng các menu trong hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC (tt) [7] Menu chính Menu con Mô tả chức năng PresetTimeMode Cài đặt thời gian mặc định Scaler PreseCountMode Cài đặt số đếm mặc định parameter Set time/count Cài đặt thời gian và số đếm Auto restart Tự khởi động lại các phép đo Alarm Cài đặt báo động cho tốc độ đếm Khi máy ghi nhận số đếm mỗi xung Alpha LED cho một tín hiệu ánh sáng Khi máy ghi nhận số đếm mỗi xung Alpha Sound cho một tín hiệu âm thanh Set Time/ Date Cài đặt thời gian và ngày Set HV Cài đặt cao thế cho máy Settings Display Cho phép hiển thị đồng thời số đếm , hay chỉ hiển thị số đếm Display Source check Thực hiện kiểm tra nguồn Contrast Cài đặt tương phản màn hình LCD Cho phép cài đặt ngôn ngữ (tiếng Language Pháp, Anh, Đức) 11 2. Thao tác vận hành hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC Các bước tiến hành đo không nguồn, được thực hiện để khảo sát vùng plateau của đầu dò. Các bước tiến hành đo này tương tự các bước thực hiện đo có nguồn. Sơ đồ quá trình đo không nguồn Hình 2.2 trình bày sơ lược các bước đo không nguồn.
Các bước tiến hành này được trình bày cụ thể như sau: Bước 1: Mở máy o Nhấn vào phím mũi tên chính giữa trên giao diện máy, giữ trong khoảng 2s. o Sau khi buông tay, máy phát ra tiếng “bíp” báo hiệu máy đã được khởi động. Sau đó ta sẽ tiến hành các bước tiếp theo (các thao tác thực hiện xem phụ lục PA.1) Bước 2: Cài đặt đơn vị ghi nhận số đếm o Để chọn đơn vị đo thích hợp ta nhấn vào phím “Menu” trên máy. o Nhấn phím mũi tên lên xuống trên máy, chọn “Measuring unit”.
Sau khi chọn, giao diện RadEye HEC sẽ hiện lên các đơn vị: cps (số đếm/ giây), cpm (số đếm/phút),…. o Để chọn giá trị nhấn phím “Select”, để xác nhận thao tác vừa chọn nhấn “Yes”. (các thao tác thực hiện xem phụ lục PA.2) 12 Bước 3: Cài đặt điện thế o Để chọn điện thế cần đo ta nhấn vào phím “Menu” trên máy. o Tiếp tục vào menu chính chọn “Setting” chọn “Set HV”.
Điều chỉnh điện thế bằng cách nhấn mũi tên lên xuống, đến giá trị cần đo. o Để xác nhận giá trị vừa cài đặt ta nhấn “Yes”. (các thao tác thực hiện xem hình phụ lục PA.3) Bước 4: Chọn thời gian đo mặc định (tất cả các phép đo có thời gian đo là như nhau) o Vào menu chọn “Scaler Parameter” chọn “Set Time/Count” Chọn thời gian đo thích hợp. o Xác nhận lựa chọn bằng cách nhấn “Yes”.
(các thao tác thực hiện xem hình phụ lục PA.4) Bước 5: Tiến hành đo phông Vào giao diện chính của máy o Nhấn vào phím “Info” để tiến hành đo, sau khi nhấn giao diện sẽ hiện “STOP” và thời gian bắt đầu đếm có nghĩa là máy đang ghi nhận số liệu. o Nếu muốn dừng lại, nhấn vào phím “Info” để máy dừng đo, sau khi nhấn giao diện sẽ hiện “START” và thời gian dừng đếm có nghĩa là máy đã dừng ghi nhận số liệu. Giao diện RadEye HEC khi bắt đầu đo 13 Hình 2. Giao diện RadEye HEC khi kết thúc quá trình đo Đối với các phép đo có nguồn, tiến hành các bước tương tự với các phép đo không nguồn chỉ bổ sung thao tác đặt nguồn vào khay cụ thể như sau: o Điều chỉnh vị trí nguồn bằng cách dùng cờ-lê lục giác nới lỏng khay nguồn.
Điều chỉnh độ sâu của khay đựng nguồn bằng cách xoay đáy của khay đến độ cao thích hợp (dùng thước kẹp để xác định chính xác vị trí, hạn chế sai số khoảng cách sẽ hạn chế được sai số của số đếm). o Đặt nguồn vào khay và cố định vị trí. Nguồn và sau khi cố định nguồn vào khay 14 2. Nguyên lý ghi nhận bức xạ của hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC Cấu tạo đầu dò hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC là một tổ hợp gồm tinh thể nhấp nháy và ống nhân quang điện.
Tinh thể nhấp nháy trong đầu dò là một tinh thể kép gồm một lớp ZnS(Ag) dùng để phát hiện bức xạ alpha và một lớp nhựa POP hoặc POPOP dùng để phát hiện bức xạ beta.6 mô tả cấu tạo tinh thể nhấp nháy của đầu dò gồm hai lớp để phát hiện đồng thời bức xạ alpha và beta. Cấu tạo tinh thể nhấp nháy đầu dò hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC [10] Trong Hình 2.7 khi bức xạ đập vào bản nhấp nháy của đầu dò nó sẽ ion hóa và kích thích nguyên tử hay phân tử của chất nhấp nháy. Sau khoảng thời gian từ 10 10 s các phân tử này chuyển về trạng thái cơ bản, chúng sẽ phát ra một ánh 6 9 sáng nhấp nháy (các photon ánh sáng). Ánh sáng phát ra đi vào ống nhân quang điện, từ đó biến thành dòng điện, tín hiệu đầu ra của đầu dò nhấp nháy được lấy ra bằng mạch RC [1].
Minh họa nguyên lý ghi nhận bức xạ alpha và beta của hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC [10] 15 2. Quy luật phân bố thống kê số đếm theo phân bố Poisson và phân bố Gauss Trong đo đạc thực nghiệm và phân tích hạt nhân, mẫu nghiên cứu thường chứa nhiều hạt nhân phóng xạ nhưng hệ đo chỉ ghi nhận được một phần nhỏ các hạt phóng xạ. Gọi P là xác suất để hạt nhân phóng xạ phát ra từ nguồn và được ghi nhận bởi đầu dò, n là số hạt nhân phóng xạ phát ra từ nguồn. Với P 1 và n lớn, sự phân bố số đếm được tuân theo quy luật thống kê Poisson [1], [4], [5], [6], [9]: n .1) n! Số đếm trung bình trong k lần đo được tính theo công thức [1], [4], [5], [6]: k n i n i 1 (2.2) k Xác suất đo được số đếm n i trong một lần đo tuân theo quy luật phân bố Poisson (đường biểu diễn phân bố Poisson không đối xứng) [1], [4], [5], [6], [9]: n .3) ni ! Tần số lý thuyết ứng với phân bố Poisson tính theo công thức [1], [4], [5], [6]: Plt P k.4) Khi tốc độ đếm tăng, xác suất để có tốc độ đếm ni trong 1 lần đo tuân theo phân bố Gauss được tính theo công thức [1], [4], [5], [6], [9]: n n 2 1 i PGauss n i e 2n (2.5) 2 n Tần số lý thuyết ứng với phân bố Gauss được tính theo công thức [1], [4], [5] [6], [9]: Plt G k.6) 16 Trong đó: o k: là số lần đo; o n i : là số đếm ghi nhận được ở lần đo thứ i; o n : là số đếm trung bình.
Tóm tắt chương II Trong chương 2, khóa luận đã trình bày về đối tượng và phương pháp nghiên cứu bao gồm: các thông số kỹ thuật của thiết bị, chức năng các menu, các thao tác vận hành hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC; nguyên lý ghi nhận bức xạ của hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC; quy luật phân bố thống kê số đếm alpha-beta theo phân bố Poisson và phân bố Gauss. 17 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3. Xác định vùng plateau của đầu dò hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC Theo kiến nghị của nhà sản xuất, đầu dò của hệ đếm alpha-beta tổng RadEye HEC có điện thế hoạt động ổn định là 790 V.
Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn và không có sai sót trong quá trình thực nghiệm, vùng điện thế hoạt động của đầu dò hệ đếm cần được khảo sát lại. Trong khóa luận, mỗi phép đo được thực hiện trong 30 giây, sự phụ thuộc của số đếm vào điện thế được khảo sát từ 500 V đến 1200 V. Thông tin nguồn, ngày đo, thời gian đo khảo sát plateau Ngày đo Nguồn Loại bức xạ Thời gian đo Số đếm 20/10/2020 Phông môi trường beta Xem PB.1 27/10/2020 Lu 2 O3 beta Xem PB.2 30 giây Xem PB.3, 03/11/2020 817 UMF-2000 alpha + beta PB. Biểu đồ phân bố số đếm beta theo điện thế 18 Hình 3.
Biều đồ phân bố số đếm alpha theo điện thế Từ đồ thị Hình 3.