Nâng Cao Độ Chính Xác và Ổn Định Cho Thiết Bị Quan Trắc Phóng Xạ Môi Trường

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nâng cao độ chính xác và ổn định cho thiết bị quan trắc phóng xạ môi trường, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

• Tác giả: Nguyễn Thị Minh
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Quang Thiệu
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
• Đề tài: Nâng Cao Độ Chính Xác và Ổn Định Cho Thiết Bị Quan Trắc Phóng Xạ Môi Trường
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Bị Quan Trắc Phóng Xạ Môi Trường Hiện Nay

Trong môi trường sống tồn tại nhiều tác nhân phóng xạ, từ nguồn gốc tự nhiên (Urani, Thori, Radi, Kali-40...) đến nhân tạo (ứng dụng y tế, công nghiệp hạt nhân). Các hạt nhân phóng xạ này tạo ra các tia phóng xạ ảnh hưởng đến sinh vật và con người. Liều lượng phóng xạ được đo bằng suất liều phóng xạ (Sv/h), và có thể gây ra các tác động từ không biểu hiện bệnh lý đến tử vong. Do đó, việc kiểm soát liều lượng phóng xạ trong môi trường là vô cùng quan trọng. Tiêu chuẩn an toàn bức xạ quy định suất liều giới hạn cho phép nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các thiết bị quan trắc phóng xạ môi trường đóng vai trò then chốt trong việc theo dõi và kiểm soát ô nhiễm phóng xạ, giúp đưa ra cảnh báo kịp thời khi có sự cố liên quan. Nhiều quốc gia đã xây dựng các trạm quan trắc, tuy nhiên, việc nâng cao độ chính xác và ổn định của thiết bị vẫn là một thách thức đang được quan tâm.

1.1. Sự Cần Thiết của Quan Trắc Phóng Xạ Môi Trường

Việc sử dụng năng lượng hạt nhân và các ứng dụng của phóng xạ ngày càng phổ biến, kéo theo nguy cơ nhiễm xạ. Do đó, việc quan trắc môi trường và cảnh báo phóng xạ là vô cùng quan trọng để bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Các trạm quan trắc giúp theo dõi liên tục mức độ phóng xạ môi trường, từ đó đưa ra các biện pháp ứng phó kịp thời khi có sự cố xảy ra.

1.2. Các Nguồn Gây Ô Nhiễm Phóng Xạ Môi Trường Phổ Biến

Các nguồn gây ô nhiễm phóng xạ có thể đến từ tự nhiên, như các nguyên tố phóng xạ có trong đất và nước, hoặc từ các hoạt động của con người, như các nhà máy điện hạt nhân, các cơ sở y tế sử dụng nguồn phóng xạ và các hoạt động khai thác khoáng sản. Quản lý chất thải phóng xạ cũng là một vấn đề quan trọng để ngăn ngừa ô nhiễm.

1.3. Vai Trò Của Thiết Bị Quan Trắc Phóng Xạ Trong Kiểm Soát

Thiết bị quan trắc phóng xạ không chỉ giúp đo đạc mức độ phóng xạ mà còn cung cấp dữ liệu để đánh giá mức độ ô nhiễm phóng xạ, dự báo các nguy cơ tiềm ẩn và đưa ra các khuyến cáo về an toàn. Các thiết bị này cần đảm bảo độ chính xác, độ ổn định và khả năng hoạt động liên tục trong các điều kiện môi trường khác nhau.

II. Thách Thức Về Độ Chính Xác Ổn Định Thiết Bị Đo Phóng Xạ

Các trạm quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường hiện nay còn bộc lộ nhiều hạn chế. Sự thiếu đồng bộ, khả năng thu thập và phân tích dữ liệu chưa đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế, và thiếu chức năng cảnh báo trực tuyến về sự cố rò rỉ là những vấn đề cần giải quyết. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo độ chính xác và độ ổn định của thiết bị trong các điều kiện môi trường khác nhau. Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và sự lão hóa của cảm biến phóng xạ có thể ảnh hưởng đến kết quả đo đạc, dẫn đến sai lệch và khó khăn trong việc đưa ra các quyết định chính xác.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Chính Xác Của Thiết Bị

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị quan trắc phóng xạ, bao gồm chất lượng của cảm biến phóng xạ, phương pháp hiệu chuẩn, điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất), và sự can nhiễu từ các nguồn phóng xạ khác.

2.2. Vấn Đề Ổn Định Của Thiết Bị Quan Trắc Phóng Xạ

Độ ổn định của thiết bị quan trắc phóng xạ đề cập đến khả năng duy trì kết quả đo đạc chính xác trong một thời gian dài. Các yếu tố có thể làm giảm độ ổn định của thiết bị bao gồm sự lão hóa của linh kiện điện tử, sự thay đổi của điều kiện môi trường và sự tích tụ bụi bẩn trên cảm biến.

2.3. Sai Số Trong Đo Phóng Xạ và Cách Giảm Thiểu

Việc xác định và giảm thiểu sai số trong đo phóng xạ là vô cùng quan trọng để đảm bảo tính tin cậy của kết quả đo đạc. Các loại sai số thường gặp bao gồm sai số thống kê, sai số hệ thống và sai số do người sử dụng. Các phương pháp giảm thiểu sai số bao gồm sử dụng thiết bị có độ phân giải cao, hiệu chuẩn thiết bị định kỳ, kiểm soát chặt chẽ điều kiện môi trường và đào tạo kỹ lưỡng người sử dụng.

III. Phương Pháp Nâng Cao Độ Chính Xác Cho Thiết Bị Đo Phóng Xạ

Để nâng cao độ chính xác, luận văn này sử dụng phương pháp JAERI và phương pháp chuyển phổ thành liều dùng hàm G(E). Phương pháp JAERI giúp hiệu chỉnh các sai số hệ thống của thiết bị. Việc sử dụng hàm G(E) trong quá trình chuyển phổ thành liều giúp cải thiện độ chính xác của việc xác định liều lượng phóng xạ. Bằng cách kết hợp các phương pháp này, có thể giảm thiểu các yếu tố gây sai lệch trong quá trình đo đạc, từ đó nâng cao độ tin cậy của kết quả quan trắc phóng xạ.

3.1. Sử Dụng Phương Pháp JAERI Hiệu Chỉnh Thiết Bị

Phương pháp JAERI là một phương pháp hiệu chuẩn được phát triển bởi Viện Nghiên cứu Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản (JAERI). Phương pháp này sử dụng các mẫu chuẩn phóng xạ để xác định và hiệu chỉnh các sai số hệ thống của thiết bị.

3.2. Chuyển Phổ Thành Liều Sử Dụng Hàm G E Tối Ưu

Việc chuyển đổi phổ năng lượng gamma thành liều lượng là một bước quan trọng trong quá trình phân tích kết quả quan trắc. Hàm G(E) được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa năng lượng gamma và liều lượng, và việc tối ưu hóa hàm G(E) có thể cải thiện đáng kể độ chính xác của việc xác định liều lượng.

3.3. Ứng Dụng Phần Mềm Xử Lý Dữ Liệu Phóng Xạ Chuyên Dụng

Sử dụng phần mềm xử lý dữ liệu phóng xạ chuyên dụng giúp tự động hóa quá trình phân tích dữ liệu, giảm thiểu sai sót do con người và cải thiện độ chính xác của kết quả đo đạc. Phần mềm này có thể thực hiện các chức năng như hiệu chuẩn năng lượng, nhận dạng đỉnh phổ, và tính toán liều lượng.

IV. Giải Pháp Ổn Định Thiết Bị Quan Trắc Bằng Bù Nhiệt Độ

Để ổn định thiết bị, luận văn đề xuất phương pháp bù nhiệt độ và ghim đỉnh K-40. Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ ổn định của thiết bị đo liều. Bằng cách bù nhiệt độ, có thể giảm thiểu sự thay đổi của kết quả đo đạc do biến động nhiệt độ môi trường. Việc ghim đỉnh K-40, một đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong nhiều vật liệu, giúp kiểm soát và điều chỉnh sự trôi dạt của phổ năng lượng, từ đó duy trì độ ổn định của thiết bị trong thời gian dài.

4.1. Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Đến Đầu Dò Nhấp Nháy NaI Tl

Đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) là một loại cảm biến phóng xạ phổ biến, nhưng độ nhạy và độ phân giải của nó có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Nhiệt độ cao có thể làm giảm hiệu suất của đầu dò và làm thay đổi vị trí đỉnh phổ.

4.2. Phương Pháp Bù Nhiệt Độ Cho Thiết Bị Đo Phóng Xạ

Phương pháp bù nhiệt độ sử dụng một cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ của đầu dò và sử dụng một thuật toán để hiệu chỉnh kết quả đo đạc dựa trên nhiệt độ. Phương pháp này giúp giảm thiểu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chính xác của thiết bị.

4.3. Ghim Đỉnh K 40 Kỹ Thuật Ổn Định Phổ Năng Lượng

Đỉnh K-40 là một đỉnh phổ đặc trưng của đồng vị Kali-40, một đồng vị phóng xạ tự nhiên có mặt trong nhiều vật liệu. Việc ghim đỉnh K-40 giúp ổn định phổ năng lượng bằng cách sử dụng vị trí đỉnh K-40 làm điểm tham chiếu và điều chỉnh các thông số của thiết bị để duy trì vị trí đỉnh K-40 ổn định.

V. Kiểm Định Thiết Bị Quan Trắc Phóng Xạ và Phân Tích Kết Quả

Việc kiểm định thiết bị quan trắc phóng xạ là bước không thể thiếu sau khi thực hiện các cải tiến. So sánh kết quả đo đạc của thiết bị sau khi nâng cấp với các tiêu chuẩn đo lường phóng xạ quốc tế giúp đánh giá hiệu quả của các phương pháp đã áp dụng. Quá trình phân tích kết quả quan trắc cũng cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo tính chính xác và tin cậy của dữ liệu. Các kết quả này sẽ là cơ sở để đưa ra các quyết định về an toàn phóng xạ và bảo vệ môi trường.

5.1. Quy Trình Kiểm Định Thiết Bị Quan Trắc Phóng Xạ

Quy trình kiểm định thiết bị quan trắc phóng xạ bao gồm các bước như kiểm tra chức năng, hiệu chuẩn năng lượng, xác định độ nhạy và độ phân giải, và đánh giá độ ổn định. Quy trình này cần được thực hiện định kỳ và tuân thủ các tiêu chuẩn đo lường phóng xạ quốc tế.

5.2. Phương Pháp Phân Tích Kết Quả Quan Trắc Phóng Xạ

Các phương pháp phân tích kết quả quan trắc phóng xạ bao gồm việc xác định nồng độ các đồng vị phóng xạ, tính toán liều lượng phóng xạ và so sánh kết quả với các giới hạn cho phép. Việc phân tích cần được thực hiện bởi các chuyên gia có kinh nghiệm và sử dụng các phần mềm chuyên dụng.

5.3. Đảm Bảo An Toàn Phóng Xạ Trong Quá Trình Quan Trắc

Trong quá trình quan trắc phóng xạ, cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc về an toàn phóng xạ để bảo vệ sức khỏe của người thực hiện và ngăn ngừa ô nhiễm môi trường. Các biện pháp an toàn bao gồm sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân, kiểm soát thời gian tiếp xúc với nguồn phóng xạ và tuân thủ các quy trình xử lý chất thải phóng xạ.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Cho Thiết Bị Đo Phóng Xạ

Việc nâng cao độ chính xác và độ ổn định cho thiết bị quan trắc phóng xạ môi trường là vô cùng quan trọng để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Luận văn đã đề xuất một số phương pháp cải tiến, bao gồm sử dụng phương pháp JAERI, chuyển phổ thành liều bằng hàm G(E), và bù nhiệt độ. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để nâng cao hơn nữa hiệu quả của thiết bị, đồng thời xây dựng một mạng lưới quan trắc phóng xạ môi trường đồng bộ và hiện đại.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu Chính Đạt Được

Luận văn đã trình bày các phương pháp nâng cao độ chính xác và ổn định cho thiết bị quan trắc phóng xạ, bao gồm phương pháp JAERI, chuyển phổ thành liều bằng hàm G(E), và bù nhiệt độ. Các phương pháp này đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc giảm thiểu sai số và cải thiện độ tin cậy của kết quả đo đạc.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Trong Lĩnh Vực Quan Trắc

Các hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực quan trắc phóng xạ bao gồm phát triển các cảm biến phóng xạ mới có độ nhạy và độ phân giải cao hơn, xây dựng các mô hình dự báo ô nhiễm phóng xạ chính xác hơn, và tích hợp các thiết bị quan trắc vào một mạng lưới thông minh để thu thập và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả.

6.3. Ứng Dụng Của Thiết Bị Trong An Toàn và Bảo Vệ Môi Trường

Thiết bị quan trắc phóng xạ có nhiều ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực an toàn phóng xạ và bảo vệ môi trường. Các ứng dụng này bao gồm giám sát ô nhiễm phóng xạ trong môi trường, kiểm soát an toàn tại các cơ sở sử dụng nguồn phóng xạ, và ứng phó với các sự cố rò rỉ phóng xạ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG 1. Nhu cầu thực tiễn Trong môi trường sống của chúng ta tồn tại rất nhiều các tác nhân phóng xạ. Các chất này có thể được hình thành từ nguồn gốc tự nhiên trong quá trình hình thành trái đất hoặc do tương tác của các tia vũ trụ với vật chất trên trái đất. Ngoài ra còn có những tác nhân có nguồn gốc nhân tạo được sinh ra khi con người bắt đầu sử dụng các phản ứng hạt nhân, tia phóng xạ để phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống như y tế, nghiên cứu, năng lượng,… Theo thống kê, có khoảng hơn 60 các nhân phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên.

Các hạt nhân phóng xạ này chủ yếu nằm trong chuỗi phản ứng hạt nhân của các nhân tố chính như: Urani, Thori, Radi, Kali-40… Trong đó, các hạt nhân phóng xạ phổ biến là: Radi-226, Thori-232, Kali-40… Các hạt nhân phóng xạ này thường tồn tại trong môi trường và tạo ra các tia phóng xạ tác động lên các sinh vật sống cũng như cơ thể con người gây ra những ảnh hưởng từ bên ngoài với cơ thể con người. Ngoài ra, một số hạt nhân có thể đi vào cơ thể sinh vật sống thông qua đường thức ăn, nước uống, không khí và do đó tạo ra các tia phóng xạ từ bên trong, ảnh hưởng trực tiếp đến các bộ phận bên trong của cơ thể sinh vật cũng như con người [8]. Các tia phóng xạ này với liều lượng khác nhau có ảnh hưởng với mức độ khác nhau. Ngoài ra, các loại bức xạ khác nhau (α, β, γ) do có độ xuyên sâu khác nhau nên cũng có mức độ ảnh hưởng khác nhau.

Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các tia phóng xạ lên cơ thể con người, người ta đưa ra khái niệm suất liều phóng xạ (đơn vị là Sv/h) là liều bức xạ ion hóa (Sv) trên một đơn vị thời gian.06 Nguyễn Thị Minh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.06 Luận văn tốt nghiệp Xét trong một khoảng thời gian ngắn, khi ta bỏ qua yếu tố thời gian, thì cơ thể con người sẽ có những biểu hiện khác nhau với các mức độ nhiễm xạ khác nhau như sau: -Khoảng 0.2 Sv: Không có biểu hiện bệnh lý gì -Khoảng 0.5 Sv: Giảm cầu lympho trong máu -Khoảng 3 Sv: Rụng tóc -Khoảng 10 Sv: Gần như 100% tử vong Mặc dù, với các mức độ nhiễm xạ nhỏ không gây ra những biểu hiện bệnh lý ngay, nhưng do các tia phóng xạ có thể gây ra những biến đổi trong tế bào, dẫn đến đột biến gen là nguyên nhân gây ra ung thư ở tất cả các bộ phận trong cơ thể. Vì thế, các tia phóng xạ có ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe và tính mạng của con người. Điều này càng trở nên nghiêm trọng hơn khi các tế bào sinh sản bị tác động vào. Vì vậy, người ta đặt ra tiêu chuẩn an toàn bức xạ suất liều giới hạn cho phép để đảm bảo an toàn cho sức khỏe của người dân.

Theo tiêu chuẩn này thì mỗi suất liều cho phép với dân chúng là 1mSv/năm; suất liều cho phép đối với nhân viên làm việc với bức xạ là 20mSv/năm (lấy trung bình trong 5 năm). Hiện nay, ở nước ta cũng như trên thế giới, các bức xạ hạt nhân được sử dụng khá phổ biến trong y tế (chủ yếu là dưới dạng X quang) và trong các ứng dụng kỹ thuật hạt nhân khác. Ngoài ra, chúng ta còn sử dụng năng lượng hạt nhân như là một nguồn năng lượng chính để thay thế cho các nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt. Do đó, nhu cầu đặt ra là phải có các thiết bị đo suất liều phóng xạ để theo dõi, kiểm soát mức độ phóng xạ trong môi trường và đưa ra những cảnh báo để chúng ta có thể kịp thời xử lý các sự cố 9 (LUAN.06 Nguyễn Thị Minh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.06 Luận văn tốt nghiệp liên quan tới rò rỉ bức xạ hạt nhân.

Thiết bị này còn được gọi là thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường. Các thiết bị này đã được các nước tiên tiến trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, … nghiên cứu, chế tạo và sử dụng trong các cơ sở sử dụng bức xạ hạt nhân của họ từ lâu. Tuy nhiên, bài toán nâng cao độ chính xác và ổn định cho thiết bị vẫn là một vấn đề được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Cơ sở lý thuyết Để hiểu rõ về nguyên tắc hoạt động của các thiết bị quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường, ta cần phải hiểu về tương tác của các tia phóng xạ với vật chất.

Từ đó ta có thể đưa ra các phương pháp khác nhau để xác định được suất liều phóng xạ trong môi trường. Nếu bỏ qua các tương tác hạt nhân thì tia gamma tương tác với vật chất qua các hiệu ứng chính sau: hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton, hiệu ứng tạo cặp electron - positron. Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện là quá trình tương tác của lượng tử gamma và điện tử liên kết với hạt nhân, trong quá trình này toàn bộ năng lượng của lượng tử gamma được truyền cho điện tử.1) Trong đó: Te là động năng của electron phát ra photo electron. Eγ là năng lượng của lượng tử gamma.

Ii là năng lượng liên kết của điện tử ở lớp thứ i trong hạt nhân.06 Nguyễn Thị Minh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.06 Luận văn tốt nghiệp Khi Eγ< IK thì hiệu ứng quang điện chỉ có thể xảy ra trên lớp L, M. và không thể xảy ra trên lớp vỏ K, khi Eγ< IL hiệu ứng quang điện chỉ có thể xảy ra trên lớp vỏ M, N. và không thể xảy ra trên lớp K, L, … Hiệu ứng quang điện không thể xảy ra với các điện tử tự do - các điện tử không liên kết với hạt nhân. Năng lượng liên kết của điện tử với nguyên tử càng nhỏ so với năng lượng của lượng tử gamma thì xác suất hiệu ứng quang điện càng nhỏ.

Tương tác xảy ra với xác suất lớn nhất khi năng lượng gamma vừa vượt quá năng lượng liên kết, đặc biệt là đối với các lớp vỏ trong cùng. Khi năng lượng tăng, xác suất tương tác giảm dần theo hàm E-3. Xác suất tổng cộng của hiệu ứng quang điện đối với tất cả các electron quỹ đạo khi E ≥ EK với EK là năng lượng liên kết của electron trên lớp K, tuân theo quy luật E-7/2. Nhưng khi E >> EK thì xác suất tổng cộng lại tuân theo quy luật E-1 [2] Do năng lượng liên kết thay đổi theo số nguyên tử Z nên tiết diện quang điện phụ thuộc vào Z theo qui luật Z5.

Như vậy tiết diện quang điện: Z5 σ photon = (Khi ≥ EK) E 7/2 5 (1.2) Z σ photon = (Khi E >> EK) E Hiệu ứng quang điện có tiết diện lớn đối với các nguyên tử nặng ngay cả ở vùng năng lượng cao còn đối với các nguyên tử nhẹ hiệu ứng quang điện chủ yếu chỉ xảy ra ở vùng năng lượng thấp. Khi hiệu ứng quang điện xảy ra, một electron bị bứt ra khỏi một lớp nào đó của nguyên tử sẽ để lại một lỗ trống. Lỗ trống này sẽ được một electron từ các lớp ngoài của nguyên tử chuyển xuống chiếm chỗ. Quá trình này dẫn tới làm phát các tia X đặc trưng hay các electron Auger.06 Nguyễn Thị Minh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.06 Luận văn tốt nghiệp 1.

Hiệu ứng Compton Hình 1.1: Mô hình tán xạ Compton Trong hiệu ứng Compton, lượng tử gamma tán xạ đàn hồi lên một electron quỹ đạo ngoài của nguyên tử. Lượng tử gamma thay đổi phương bay và bị mất một phần năng lượng, còn electron được giải phóng ra khỏi nguyên tử. Quá trình tán xạ Compton có thể coi như quá trình tán xạ đàn hồi của gamma lên electron tự do. Công thức tính năng lượng của lượng tử gamma bị tán xạ với góc θ như sau [2]:  hv  2 ( hv, = hv / 1 + 1 − cosθ )  (1.3)  mec  Từ công thức (1.3), góc bay của gamma sau tán xạ càng lớn thì hν’ càng bé, nghĩa là gamma càng mất nhiều năng lượng.

Gamma chuyển năng lượng lớn nhất cho electron khi bay ra ở góc 1800, tương ứng với tán xạ ngược. Góc bay ra của gamma tán xạ có thể thay đổi từ 00 đến 1800, trong lúc electron chủ yếu bay về phía trước, nghĩa là góc bay của nó thay đổi từ 00 đến 900. Tiết diện của quá trình tán xạ Compton tỉ lệ thuận với điện tích Z của nguyên tử và tỷ lệ nghịch với năng lượng của lượng tử gamma, như vậy: Z σ compton = (1.06 Nguyễn Thị Minh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.06 Luận văn tốt nghiệp Trong tán xạ thì electron sau tán xạ tiêu tán động năng của nó theo cơ chế kích thích, ion hoá môi trường một cách trực tiếp như hạt beta. Hiệu ứng tạo cặp electron - positron Khi tia gamma có năng lượng rất cao (Eγ> E0) cùng với hiệu ứng quang điện và hiệu ứng Compton, trong quá trình tương tác của gamma với vật chất còn xảy ra hiện tượng tạo cặp electron-positron [2].

Quá trình tạo cặp không thể xảy ra trong chân không, mà đòi hỏi phải ở lân cận hạt nhân hoặc điện tử, khi không có mặt của hạt nhân hoặc electron, quá trình tạo cặp của lượng tử gamma không thể xảy ra.2: Mô hình sự tạo cặp electron - positron Khi hiện tượng tạo cặp xảy ra trong trường Coulomb của hạt nhân hoặc proton, động năng giật lùi của hạt nhân là nhỏ. Như vậy, năng lượng ngưỡng E0 để xảy ra hiện tượng tạo cặp của lượng tử gamma cần lớn hơn hai lần khối lượng nghỉ của electron: E0 ≥ 2me c 2 (1.5) Khi đó: hv = Te+ + Te− + 2mec 2 (1.6) Khi hiện tượng tạo cặp xảy ra trong trường Coulomb của electron, năng lượng ngưỡng của lượng tử gamma là: E0 ≈ 4me.06 Nguyễn Thị Minh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.06 Luận văn tốt nghiệp Tiết diện tạo cặp electron - positron trong trường Coulomb của điện tử bé hơn tiết diện hình thành cặp trong trường của hạt nhân cỡ 103 lần. Biểu thức cho tiết diện tạo cặp trong trường hạt nhân khá phức tạp. Trong miền năng lượng 5mec2< E <50mec2, tiết diện tạo cặp có dạng: σpair ~ Z2.

Theo công thức, tiết diện tạo cặp electron - positron gần như tỉ lệ với Z2 nên có giá trị lớn đối với chất hấp thụ có số nguyên tử lớn.