Nghiên Cứu Xác Định Suất Liều Phóng Xạ Môi Trường Sử Dụng Detector NalI(Tl)

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp vật lý xác định suất liều phóng xạ môi trường sử dụng detector nalt1 7 6cm x 7 6cm, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải pháp cụ

• Tác giả: Ngô Vũ Thiên Quang
• Người hướng dẫn: TS. Võ Hồng Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật Lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Định Suất Liều Phóng Xạ Môi Trường Sử Dụng Detector NalI(Tl)
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về phóng xạ môi trường tự nhiên
• 1.2. Các chuỗi đồng vị phóng xạ tự nhiên Actinium, Uranium, Thorium
• 1.3. Phóng xạ từ khí Radon và con cháu của Radon
• 1.4. Các đại lượng vật lý mô tả tương tác bức xạ với vật chất
• 1.5. Hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E)
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ TẢ THỰC NGHIỆM ĐO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG
• 2.1. Thí nghiệm đo phóng xạ môi trường sử dụng detector HPGe
• 2.2. Các thông số đo thí nghiệm - phổ năng lượng
• 2.3. Thí nghiệm đo phóng xạ môi trường sử dụng detector Nal(Tl) 7,6cm x 7,6cm
• 2.3.1. Detector Nal(Tl) 7,6cm x 7,6cm
• 2.3.2. Các thông số đo thí nghiệm - phổ năng lượng
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH SỐ LIỆU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 3.1. Phổ năng lượng gamma ghi nhận trên detector HPGe và Nal(Tl) 7,6cm x 7,6cm
• 3.2. Phân tích phổ năng lượng gamma HPGe và Nal(Tl) 7,6cm xác định các đồng vị phóng xạ có trong môi trường
• 3.2.1. Xác định các đồng vị phóng xạ của phổ năng lượng gamma HPGe
• 3.2.2. Xác định các đồng vị phóng xạ của phổ năng lượng gamma Nal(Tl)
• 3.3. Xác định suất liều chiếu dựa vào phổ năng lượng của detector Nal(Tl) 7,6cm x 7,6cm
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• A. Xác định các đồng vị phóng xạ từ phổ năng lượng ghi nhận bởi detector Nal(Tl) 7,6cm x 7,6cm bằng phần mềm Colegram

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Suất Liều Phóng Xạ Môi Trường

Nghiên cứu xác định suất liều phóng xạ môi trường là một lĩnh vực quan trọng trong khoa học vật lý. Việc đo lường và phân tích phóng xạ môi trường giúp đánh giá mức độ an toàn cho sức khỏe con người và môi trường. Sử dụng detector NalI(Tl) là một phương pháp hiệu quả để thực hiện các phép đo này. Bài viết này sẽ trình bày tổng quan về các khía cạnh liên quan đến nghiên cứu này.

1.1. Giới thiệu về phóng xạ môi trường tự nhiên

Phóng xạ môi trường tự nhiên là hiện tượng phổ biến, tồn tại xung quanh chúng ta. Nguồn gốc của phóng xạ này chủ yếu đến từ các đồng vị phóng xạ tự nhiên như Uranium, Thorium và Radon. Những nguồn này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người nếu không được kiểm soát.

1.2. Các nguồn phóng xạ nhân tạo và tác động của chúng

Ngoài phóng xạ tự nhiên, phóng xạ nhân tạo từ các hoạt động công nghiệp và y tế cũng đóng góp vào mức độ phóng xạ môi trường. Việc hiểu rõ các nguồn này là cần thiết để đánh giá đúng mức độ an toàn cho cộng đồng.

II. Vấn đề và Thách thức trong Nghiên Cứu Phóng Xạ

Mặc dù có nhiều phương pháp để đo lường phóng xạ, nhưng việc xác định suất liều chính xác vẫn gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như độ nhạy của detector, điều kiện môi trường và loại đồng vị phóng xạ đều ảnh hưởng đến kết quả đo. Việc tìm ra giải pháp cho những vấn đề này là rất quan trọng.

2.1. Độ nhạy của detector NalI Tl trong đo phóng xạ

Detector NalI(Tl) được biết đến với độ nhạy cao trong việc phát hiện bức xạ gamma. Tuy nhiên, việc hiệu chỉnh và tối ưu hóa thiết bị này để đạt được kết quả chính xác vẫn là một thách thức lớn.

2.2. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến kết quả đo

Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và áp suất có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của các phép đo phóng xạ. Cần có các biện pháp kiểm soát và điều chỉnh để đảm bảo kết quả đáng tin cậy.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Xác Định Suất Liều Phóng Xạ

Phương pháp nghiên cứu xác định suất liều phóng xạ môi trường sử dụng detector NalI(Tl) bao gồm các bước từ thu thập dữ liệu đến phân tích kết quả. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại trong phân tích số liệu giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của nghiên cứu.

3.1. Quy trình thực hiện thí nghiệm đo phóng xạ

Quy trình thực hiện thí nghiệm bao gồm việc lắp đặt detector, thu thập dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định và xử lý số liệu thu được. Điều này giúp xác định suất liều phóng xạ một cách chính xác.

3.2. Phân tích số liệu và đánh giá kết quả

Sau khi thu thập dữ liệu, việc phân tích số liệu là bước quan trọng để xác định các đồng vị phóng xạ có trong môi trường. Sử dụng phần mềm chuyên dụng giúp tăng cường độ chính xác trong việc phân tích.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Nghiên Cứu Phóng Xạ

Nghiên cứu xác định suất liều phóng xạ môi trường có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như y tế, môi trường và công nghiệp. Việc hiểu rõ mức độ phóng xạ giúp đưa ra các biện pháp bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

4.1. Ứng dụng trong lĩnh vực y tế

Trong y tế, việc đo lường phóng xạ giúp đảm bảo an toàn cho bệnh nhân trong các liệu pháp điều trị bằng bức xạ. Điều này rất quan trọng để giảm thiểu rủi ro cho sức khỏe.

4.2. Ứng dụng trong bảo vệ môi trường

Nghiên cứu phóng xạ môi trường giúp phát hiện và kiểm soát các nguồn phóng xạ có thể gây hại cho môi trường. Điều này góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và duy trì sự cân bằng sinh thái.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Phóng Xạ

Nghiên cứu xác định suất liều phóng xạ môi trường sử dụng detector NalI(Tl) không chỉ giúp nâng cao hiểu biết về phóng xạ mà còn đóng góp vào việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ với sự phát triển của công nghệ.

5.1. Tương lai của công nghệ đo phóng xạ

Với sự phát triển của công nghệ, các thiết bị đo phóng xạ ngày càng trở nên chính xác và hiệu quả hơn. Điều này mở ra nhiều cơ hội mới cho nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện độ nhạy của detector và phát triển các phương pháp phân tích số liệu mới. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng và độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1, chúng tôi trình bày nguồn gốc vẻ các chuỗi phóng xạ có trong tự nhiên, các đại lượng mô tả tương tác bức xạ với vật chất cũng như trình bày đại lượng tính suất liễu cho detector Nal{Tl) 7,6 cm x 7.1 Giới thiệu về phóng xạ môi trường tự nhiên 1.1 Nguồn gốc phóng xạ môi trường tự nhiên Phóng xa môi trường luôn tổn tại xung quanh chúng ta, kể từ khi Trái Dat được hình thành và phát triển sự sông. Mọi cá thể sống trên Trái Đắt đều tiếp xúc với các nguồn phóng xạ. Phóng xạ môi trường có nguồn gốc từ các (1) nguồn phóng xạ tự nhiên như bức xạ vũ trụ. đồng vị phóng xa tổn tại trên Trái Dat, và (2) từ nguồn phóng xa nhân tạo như trong các lò phản ứng hạt nhân, các vụ thứ hạt nhân, nhà máy công nghiệp chiếu xạ, y tế (xa trị, chẩn đoán).

Nguồn phóng xa tự nhiên là các chat đồng vị phóng xa có trong đắt, nước và không khí, chúng hình thành nên nên phông phóng xa tự nhiên. Phóng xa tự nhiên là nhân tổ đóng góp chủ yeu trong phóng xa môi trường. Phông phóng xa tự nhiên phu thuộc vào hàm lượng chat phóng xa tự nhiên chứa trong dat và nước của từng vùng, vì vậy sẽ có vùng có phông phóng xa tu nhiên cao hoặc thắp khác nhau. Phóng xa tự nhiên có trong dat do sự tổn tại từ các chuỗi phóng xa Actinium (U-235), Uranium (U-238), Thorium (Th-232) cũng như các đồng vị phóng xa khác (K-40).

Hoạt độ của các đồng vị phóng xạ này trong đất đá có thể thay đổi khác nhau, mức phóng xa trong dat phụ thuộc vào loại đất, sự tạo thành khoáng sản và mật độ khoáng sản. Mức chiéu xa này có liễu trung bình trong mét năm khoảng 0,45 mSv [3]. Nước biến trong các đại dương có chứa Kali, Rubidi, Urani, Thori và Radi do tách ra từ dat, đá rồi trôi theo dòng nước, hàm lượng của chúng trong nước nhỏ hơn trong đất 10 đến 100 lần. Chất phóng xa trong nước chủ yếu là do K-40 vì nông độ của nó cao hơn nhiều so với các đồng vị khác, chúng gây chiều xạ lên cơ thể với suat liều trung bình trong một năm dat 0,25 mSyv [3].

Trong vật liệu xây dung cũng chứa các đồng vị phóng xa, thông thường phan lớn là các đồng vi phóng xa tự nhiên. Thành phan phổ biến trong bê tông là K-40 và các sản phẩm của chuỗi phân ra Uranium, Thorium. Một số vật liệu xây dung, ví du: xi măng, bê tông, đá hoa cương, đá cẩm thạch đều có chứa một lượng Radon nhất định. Các vật liệu được gia công từ phế liệu công nghiệp như xi lò cao, bột tro từ nhà máy nhiệt điện đều có chứa Radi, sau khi Radi phân rã sẽ sinh ra khí Radon.2 Các chuỗi đồng vị phóng xạ tự nhiên Actinium, Uranium, Tho- rium Khoảng 76 đồng vị phóng xa tự nhiên khác nhau được biết đến ngày nay, phan lớn nằm trong 4 chuỗi phân ra tự nhiên [4], đó là chuỗi Thorium (Th-232 với chu kỳ bán rã là 1,405 x 10'° năm), chuỗi Uranium (U-238 với chu kỳ bán rã là 4,468 x 10” năm), chuỗi Actinium (U- 235 với chu kỳ bán rã là 7,038 x 108 năm), chuỗi Neptunium (Np-237 với chu kỳ bán rã là 2,14 x 10° năm).

Chuỗi Np-237 có thời gian sông ngắn hơn rat nhiều so với tuổi của Trái Dat, nên dén nay chuỗi Np-237 không còn tỏn tại nữa. Trong quá trình phân rã phóng xa, các đồng vị phóng xa nói trên (đồng vị mẹ) phat ra (một hoặc đồng thời) 3 loại tia phóng xạ: alpha, beta và gamma, tạo ra các đồng vị phóng xạ con cháu. Một số sản phẩm phân rã trung gian trong chuỗi là nguồn phat tia gamma. Các thành phan chính thể hiện trang thái cân bằng cường đô bức xạ của tia gamma cho mỗi phân rã của hạt nhân me [5].

Trong đất và thực vật, một số đồng vị phóng xạ khác có mặt với thời gian bán rã rat dài và không có trong các chuỗi phân rã. Đồng vị quan trọng nhất là đồng vị phóng xa K-40 trong đất và cây cối. Tỷ lệ 45° = 0,012% là hang số. Sự phân bố của đồng vi này khá đồng nhất.

a Chuỗi phóng xa Actinium (U-235) Xuất phat từ đồng vị U-235, trải qua 11 lần phân rã để cudi cùng thành đồng vị chì bén vững Pb-207 (có đô phổ cập là 22, 1%).1 trình bày về sơ đỗ phân rã của chuỗi U-235. Trong chuỗi U-235 có quá trình phân rã tao ra khí tro Rn-219 có chu kỳ bán rã 3,96 giây quá ngắn để vào trong khí quyến và cũng là lí do không khảo sát đồng vị này trong môi trường không khí xung quanh.1 trình bày về các sản phẩm phân rã, cũng như thời gian bán rã của chuỗi U-235.1: Chuối phân rã phóng xa Actinium [6]. Đồng vi Thời gian Năng lượng Phan rã San pham phong xa bán rã (MeV) U-235 a 7,038 x 10° năm 4,679 Th-231 B~ (99,999999%) 0,389 Pa-231 Th-231 25,52 giờ a (0, 000001 %) 0,389 Ra-227 Pa-231 a 32760 nam 5,149 Ac-227 Ra-227 a 42,2 phút 1,325 Rn-223 B~ (98, 62%) 0,045 Ac-227 21,773 năm @(1,38%) 5,042 Th-227 a 18.96 giây 6,946 Po-215 B- Bi-215 3,96 giây 6,946 Po-215 a (99, 999977%) 7,526 Pb-211 Po-215 1,781 x 107% giây ổ~ (0,000023%) 0,721 A215 At-215 a 0.1 x 103 giây 8,178 Bi-211 B- Pb-211 36, 1 phút 1,373 Bi-211 a (99, 72%) 0,579 TI-207 Bi-211 2,14 phút B- (0,28%) 6,751 Po-211 xem trang tiếp theo Bảng 1.1: Chuỗi phân rã phóng xạ Actinium [6]. Thời gian Năng lượng Sia phân phóng xạ bán rã (MeV) Po-211 a 0,516 giây 7,595 Pb-207 TI-207 Bo 4,77 phút 14,230 Pb-207 Pb-207 ben b Chuỗi phóng xa Uranium (U-238) Lta L Hình 1.2: Day phân rã phóng xa Uranium [6].

Đồng vi phóng xạ U-238 được tim thay trong hau hết các loại đá, đắt và vật liệu xây dung, trai qua 14 lan dich chuyển, thành đồng vị chì bén vững Pb-206 (có đô phố cập là 24, I %).2 là sơ dé phân rã của chuỗi U-238. Ngày nay tỉ lệ =3 ~ 0.2 trình bày các sản phẩm phan rã cũng như chu ky bán rã có trong chuỗi U-238. 7 Chuỗi phóng xa Uranium đáng chú ý nhất là đồng vị Ra-226 và khí Rn-222 được sinh ra. Nguyên tố Ra-226 trong môi trường không tổn tại đưới dạng khoáng cht riêng lẻ mà tổn tại ở dang muối clorua, bromua, nitrat dé hòa tan trong nước hoặc một số mudi ít tan kết hợp với các khoáng chất khác như canxicacbonat, oxit sắt ngậm nước.

Đồng vị Ra-226, phát ra nhiều bức xa gamma, chiếm 85, 5% bức xa gamma của cả dãy. Trong dãy này có khí Rn-222, khi U-238 phân rã trong đất khí Rn-222 được sinh ra ngưng đọng thành chất lỏng dưới bẻ mặt đất, khi chất lỏng ở bẻ mặt đất bắc hơi vào khí quyển, Rn-222 sẽ khuếch tán vào bau khí quyển, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.2: Chuỗi phân rã phóng xa Uranium [6]. Đồng vị Thời gian Năng lư nạ Phân rã ⁄ “ee Sản phẩm phóng xạ bán rã (MeV) U-238 a 4,468 x 10° năm 4,270 Th-234 Th-234 8- 24, 10 ngày 0.273 Pa-234 Pa-234 B 6,7 giờ 2,197 U-234 U-234 a 245500 nam 4,859 Th-230 Th-230 a 75380 nam 4,770 Ra-226 Ra-226 a 1602 năm 4.871 Rn-222 Rn-222 a 3, 8235 ngày 5,590 Po-218 0 (99, 98%) 6,615 Pb-214 Po-218 3,1 phut B~ (0,02%) 0,265 At-218 ơ (99.874 Bi-214 At218 1,5 giây B~ (0, 10%) 2,883 Rn-218 Rn-218 a 35 x 107? giây 7,263 Po-214 Pb-214 po 26,8 phút 1,024 Bi-214 xem trang tiép theo Bảng 1.2: Chuỗi phân rã phóng xạ Uranium [6]. Dong vi Thời gian Năng lượn ” Phan ra ° Cống Sản phẩm phóng xạ bán rã (MeV) B- (99,98%) 3,272 Po-214 Bi-214 19,9 giây a (0.883 Pb-210 TI-210 B 1,3 phút 5,484 Pb-210 Pb-210 B 22.426 Po-210 Bi-210 §,013 ngày @ (0,00013%)} 3,982 T1-206 Po-210 a 138.376 ngay 5,407 Pb-206 TI-206 Bo 4,199 phút 1,533 Pb-206 Pb-206 ben ¢ Chuỗi phóng xa Thorium (Th-232) Xuất phát là hạt nhân Th-232 (có độ phổ cập là 100%) trong tư nhiên, trải qua 10 lan dịch chuyển, trở thành đồng vị bén vững Pb-208 (có đô phổ cập là 52.3 là sơ đỗ chuỗi phân rã của Th-232.

Thori phân tan rộng trên vỏ Trái Dat, hàm lượng trung bình của Thori lớp trên cùng của vỏ Trái Dat khoảng 1,2 x 107%. Hàm lượng Thori có xu hướng tăng dan trong các lớp bề mặt. Đó là do các khoáng chất chứa Thori có độ hòa tan cực kỳ thấp. Do đó, kết quả theo sau các quá trình phong hóa là các thành phần khác nhau của đất bị phân hủy ở mức đô rất lớn trong khi các khoáng chat Thori phân hủy ở mức độ thắp hơn, vì vậy mà Thori ở các lớp bể mặt được làm giàu.

Nên Thori được tim thấy trong hau hết các loại dat, đá, vật liệu xây dung, bê tông và gạch.3 trình bày vẻ các sản phẩm phân rã cũng như thời gian bán rã có trong chuỗi Th-232.3: Chuỗi phân rã phóng xạ Thorium [6]. Đồnggv! vị Phân rã Thời gian Năng& lượn lượng Sản phẩm phóng xạ bán rã (MeV) Th-232 a 1.7 năm 1,325 Ac-228 Ac-228 = B- 6,15 giờ 2,127 Th-228 Th-228 a 1.9131 năm 5,520 Ra-224 Ra-224 a 3,66 ngày 5,789 Rn-220 Rn-220 a 55,6 giây 6,405 Po-216 Po-216 a 0.906 Pb-212 Pb212 B> 10,64 giờ 1,263 Bi-212 xem trang tiếp theo 10 Bảng 1.3: Chuỗi phân rã phóng xạ Thorium [6]. Dong vi Thời gian Năng lượn 28 Phân rã ⁄ oe San pham phong xa ban ra (MeV) B 2,254 Po-212 Bi-212 60,55 phut a 6,207 TI-208 Po-212 a 2.99x 10"? gify — §,954 Pb-208 TI-208 8 3,083 phút 5,001 Pb-208 Pb-208 bên 1.3 Phóng xa từ khí Radon và con chau của Radon Khí Radon (khí trd) là sản phẩm của các chuỗi phân rã cùng với các đồng vị con cháu của nó là thành phan đóng góp vào phông nén. Các thành phan đó bao gồm Rn-222 (7) ;; = 3.8 ngày) trong day phân rã phóng xa Uranium, Rn-219 (7; ;; = 3.96 giây) wong day phan rã phóng xa Actinium và Rn-220 (7) ».

= 54,5 giây) trong day phân ra phóng xa Thorium. Trong không khí gân mặt dit, hoạt độ của Radon thay đổi theo gió và thời tiết, hoạt đô thay đổi trong khoảng từ 0, 1 + 10Bq/m? [7] (hoạt độ trung bình là 3,7 Bg/m*) trong phòng thông hơi kém nhưng chủ yếu là Rn-222 do có chu kỳ bán rã đài. Bức xa gamma từ phân rã của Rn-222 chủ yếu đến từ đồng vị con cháu Pb-214 (0,45 giờ), Bi-214 (0,33 gid) và Pb-210 (22,3 năm). Khí Radon khuéch tán từ dắt, vật liệu xây dựng vào không khí, con chau của Radon phóng xa thường ở dang rắn ở các điều kiện thông thường và bám vào các hat bụi khí quyển, khi con người hít bụi sẽ gây ra sự chiều trong cơ thể rat có hai.