Nguyễn thị viểN Đo liều bức xạ MÔi trưỜng bằng detector nhiệt huỳnh quang liF(Mg, Cu, P) luận văn thạc sĩ khoa họC


Tình hình nghiên cứu và vấn đề quan tâm của luận văn



tải về 374.44 Kb.
trang3/5
Chuyển đổi dữ liệu25.08.2017
Kích374.44 Kb.
1   2   3   4   5

1.5 Tình hình nghiên cứu và vấn đề quan tâm của luận văn

1.5.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước


Hiện nay, vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Cu,P đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều lượng bức xạ. Các nghiên cứu về vật liệu này đã đạt được nhiều sự tiến bộ ở nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới. Trong suốt 10 năm, từ năm 1978 đến năm 1988, đã có một số bài báo đã đưa ra các đặc tính của vật liệu LiF:Mg,Cu,P. Tuy nhiên, chỉ sau khi Hội nghị SSDC lần thứ 9, vật liệu này mới thu hút được sự chú ý nhiều hơn. Trong hội nghị lần thứ 9 tổ chức tại Viena (Áo), có 5 bài báo nghiên cứu về vật liệu LiF:Mg,Cu,P trình bày tại hội nghị. Trong hội nghị lần thứ 10 tại Washington DC, có 17 bài báo liên quan trình bày về vấn đề này. Trong hội nghị lần thứ 11 tại Budapest, hơn 30 bài báo nghiên cứu về vật liệu LiF:Mg,Cu,P. Điều này chứng tỏ đã có sự quan tâm rất lớn của các nhà khoa học trên khắp thế giới về loại vật liệu nhiệt huỳnh quang đầy tiềm năng này.

Năm 1978, một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản tại Viện Khoa học Bức xạ Quốc gia của Nhật Bản dẫn đầu bởi giáo sư Toshiyuki Nakajima đã chế tạo thành công một loại vật liệu nhiệt huỳnh quang mới, đó là LiF:Mg,Cu,P. Vào lúc đó, vật liệu này có dạng bột và độ nhạy nhiệt huỳnh quang tăng lên đến 23 lần so với LiF:Mg,Ti (TLD-100). Trong thí nghiệm của mình, Nakajima sử dụng lần lượt ba loại chất tạo ra các khuyết tật cho tinh thể (tạo ra các tâm bắt và tâm tái hợp) (dopant) bên cạnh Mg và Cu là Si, B và P. Cuối cùng thì nhóm nghiên cứu của giáo sư Nakajima cũng chọn được chất tạo khuyết tật thứ ba (ngoài Cu và Mg) là P vì độ nhạy nhiệt huỳnh quang của nó cao hơn hai chất còn lại. Để sử dụng lại bột nhiệt huỳnh quang này, Nakajima đề nghị nhiệt độ là 2500C và thời gian nung là 10 phút. Việc nung này có thể không phục hồi cấu trúc của đường cong nhiệt huỳnh quang một cách hiệu quả và thực ra sau khi đạt nhiệt độ 2500C với thời gian là 10 phút thì đường cong đã thay đổi đáng kể. Còn với nhiệt độ nung dưới 2400C, đường cong nhiệt huỳnh quang có thể giữ không đổi nhưng lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang còn dư là cao.

Năm 1984, tại phòng thí nghiệm Phương pháp và Detector liều lượng vật rắn của Viện nghiên cứu hạt nhân Bắc Kinh (Trung Quốc) đã chế tạo thành công vật liệu LiF(Mg,Cu,P) dạng rắn. Với kỹ thuật đặc biệt, độ nhạy của tín hiệu nhiệt huỳnh quang của vật liệu LiF(Mg,Cu,P) thậm chí còn cao hơn cả tín hiệu nhiệt huỳnh quang trong trường hợp dạng bột. Để xác định nhiệt độ nung vật liệu để có thể tái sử d ụng, người ta đã chọn nhiều điểm nhiệt độ trải dài từ 1500C đến 2700C để kiểm tra. Kết quả thực nghiệm đã cho thấy, chế độ nung thích hợp nhất để tái sử dụng loại vật liệu LiF(Mg,Cu,P) là nung ở 2400C trong thời gian 10 phút.

Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ rõ giới hạn dò cực tiểu của chip LiF(Mg,Cu,P) cũng vào khoảng 100nGy, thấp hơn nhiều so với TLD-100.


1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước


Đối với nước ta, vấn đề về nhiệt huỳnh quang là một vấn đề còn tương đối mới mẻ, tuy nhiên các nhà khoa học cũng rất quan tâm đến vấn đề này. Hiện nay, các phòng thí nghiệm hàng đầu trong nước về nghiên cứu nhiệt huỳnh quang là Viện Khoa học Vật liệu và Viện nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang đã thực hiện rất nhiều công trình về nghiên cứu tính chất nhiệt huỳnh quang. Các thiết bị quan sát bức xạ nhiệt huỳnh quang ở nước ta cũng rất phong phú, như hệ đo Harsaw 4500 ở Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, hệ đo Harsaw 3500 ở Viện Khoa học vật liệu, hệ đo RGD – 3A ở Viện Khảo cổ học...Các hệ đo này nói chung có sự khác biệt về cấu tạo buồng đốt khay đo. Để nâng cao hiệu quả của phương pháp, cần nghiên cứu chế độ nhiệt một cách cụ thể phù hợp với từng đối tượng đo và thiết bị đo.

Một số công trinh nghiên cứu liên quan được công bố tại hội nghị Quang phổ - Quang học hay Vật lý hạt nhân (Đặng Thanh Lương 1996 ; Nguyễn Quang Miên, Bùi Văn Loát 2004, Vũ Xuân Quang, MarcoMartini 2006, Nguyễn Quang Miên, Bùi Văn Loát, Thái Khắc Định 2009...). Những công trình này đã cho thấy tiềm năng ứng dụng to lớn và hiệu quả của kỹ thuật nhiệt huỳnh quang trong đo liều bức xạ môi trường, đo liều y tế...

Bên cạnh vấn đề này, các nhà khoa học trong nước còn đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu về loại vật liệu nhiệt huỳnh quang sao cho có độ ổn định và độ lặp lại cao. Chúng ta đã biết rằng, loại vật liệu nhiệt huỳnh quang mà Viện nghiên cứu hạt nhân Bắc Kinh (Trung Quốc) đã chế tạo thành công là LiF:Mg,Cu,P có độ ổn định khá tốt và độ lặp lại cũng rất cao. Ở trong nước tại Viện nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nha Trang cũng đã tiến hành chế tạo loại vật liệu này và kết quả đạt được là cũng giúp chúng ta mở ra hướng ứng dụng vào trong đo liều xạ trị cũng như trong đo liều cá nhân.

1.5.3 Những vấn đề quan tâm nghiên cứu của luận văn


Từ những nghiên cứu lý thuyết và tham khảo tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế trên, luận văn đề xuất một số vấn đề quan tâm nghiên cứu của mình như sau :

  • Nghiên cứu giải pháp gia công và chế tạo liều nhiệt huỳnh quang bằng vật liệu LiF(Mg,Cu,P).

  • Xây dựng cấu hình phép đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang trên hệ đo RGD-3A tại Phòng Thí nghiệm Viện Khảo cổ học

  • Xử lý tín hiệu, tính toán liều bức môi trường và đề xuất giải pháp nghiên cứu trong thời gian tới.

CHƯƠNG 2: 

THỰC NGHIỆM ĐO LIỀU BỨC XẠ MÔI TRƯỜNG BẰNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG LiF(Mg,Cu,P)


Thực nghiệm đo liều bức xạ môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang LiF(Mg,Cu,P) gồm 3 phần chính sau:

  • Gia công, chế tạo mẫu đo

  • Xây dựng cấu hình phép đo nhiệt huỳnh quang

  • Xử lý số liệu và minh giải các kết quả

2.1.Gia công chế tạo mẫu đo

2.1.1. Chuẩn bị bột mẫu LiF(Mg,Cu,P)


Như đã biết, độ đồng đều về kích thước hạt của mẫu giữ vai trò quyết định đến quá trình hấp thụ năng lượng khi chiếu xạ và cường độ nhiệt huỳnh quang đo được. Để giảm thiểu sai số thực nghiệm, mẫu bột LiF(Mg,Cu,P) trong nghiên cứu này được lựa chọn loại có kích thước hạt dưới 1μm. Mẫu được gói trong túi polyetylen dày, màu đen và được bảo quản trong bóng tối.

Lượng bột mẫu LiF(Mg,Cu,P) cần thiết cho mỗi phép đo là 0,2mg, số lần đo lặp cần thiết cho mỗi phép đo là 5 kết quả sẽ được lấy trung bình và sai số sẽ được tính qua sự thăng giáng ở 5 lần đo lặp này.



2.1.2. Tạo capsule đựng bột LiF(Cu,Mg,P)

Liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều môi trường trong nghiên cứu của luận văn được chế tạo dưới dạng các capsule chuyên dụng. Đó là một ống hình trụ tròn, bằng nhựa PVC, bên trong rỗng để chứa bột mẫu nhiệt huỳnh quang. Capsule sau khi đã chứa bột LiF(Mg,Cu,P) sẽ được làm kín tránh hơi ẩm và không khí (Hình 2.1).


Kích thước capsule gồm:

Đường kính ngoài 3,0mm

Đường kính trong 1,0mm

Dày thành ống: 1,0mm

Chiều dài: 20,0mm





Hình 2.1. Mô hình capsule đựng bột mẫu LiF(Mg,Cu,P)

Với kích thước như trên, dung lượng chứa bột mẫu nhiệt huỳnh quang LiF(Mg,Cu,P) trong mỗi capsule sẽ vào khoảng 16mm3. Chúng tôi cũng đã tiến hành cân kiểm tra lượng mẫu bột LiF(Mg,Cu,P) được nạp đầy trong mỗi capsule bằng cân kỹ thuật SA-250. Kết quả cho biết là khoảng 1,5mg, đủ để có thể thực hiện các phép đo lặp (ít nhất 5 lần) đối với mỗi liều kế (capsule).

Ngoài ra, để đảm bảo sự đồng đều về lượng mẫu LiF(Mg,Cu,P) cho mỗi lần đo bức xạ nhiệt huỳnh quang, bột mẫu sẽ được đong và đưa vào khay đốt bằng dụng cụ chuyên dụng.

2.1.3. Xử lý nhiệt độ và chuẩn liều chiếu xạ.

Mặc dù bột mẫu nhiệt huỳnh quang chưa được sử dụng để đo liều, nhưng trong quá trình bảo quản chúng vẫn thường xuyên bị tác động của các tia phóng xạ từ môi trường bên ngoài nên trong chúng vẫn tồn tại một lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang nào đó. Do vậy, trước khi sử dụng các bột mẫu nhiệt huỳnh quang này, chúng ta phải nung nóng chúng nhằm loại bỏ các tín hiệu dư không mong muốn đã tích luỹ trước đó.

Theo khuyến cáo của nhà sản xuất cũng như tham khảo các kết quả nghiên cứu trước đây. Chúng tôi đã lựa chọn chế độ xử lý nhiệt độ mẫu bột LiF(Mg,Cu,P) bằng lò nung TL-2000A với nhiệt độ nung là 240OC ± 20C, thời gian nung 2 phút. Sau chế độ nung này lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang được tích lũy trước đó đã hầu như được loại bỏ hoàn toàn. Lò nung mẫu nhiệt huỳnh quang LiF(Mg,Cu,P) được chỉ trong Hình 2.2.


Hình 2.2. Lò nung rửa nhiệt TLD-2000A

Mẫu bột nhiệt huỳnh quang LiF(Mg,Cu,P) sau khi đã được loại bỏ tín hiệu dư sẽ được đóng đầy vào các capsule như đã nêu trên và hàn kín lại. Số lượng các capsule được chuẩn bị cho thí nghiệm là 10 chiếc.



2.1.4 Xây dựng đường chuẩn liều.

Xây dựng đường chuẩn liều là một nội dung quan trọng của công tác đo liều bức xạ môi trường. Đó thực chất là sự xác định mối tương quan giữa các tín hiệu nhiệt huỳnh quang và các mức liều chiếu khác nhau. Theo đó, 5 capsule nêu trên đã được sử dụng làm liều kế ghi bức xạ ion hóa từ nguồn phóng xạ chuẩn Cs-137 với các mức liều khác nhau.

Tham khảo các công trình nghiên cứu trước đây (Nguyễn Quang Miên, Lê Hồng Khiêm, Bùi Văn Loát 2004; Đặng Thanh Lương 1996, Hoàng Đức Tâm 2009) về mức liều bức xạ môi trường khu vực Hà Nội cũng như đặc tính nhiệt huỳnh quang của vật liệu LiF(Mg,Cu,P). Chúng tối đã lựa chọn các mức liều chiếu chuẩn là : 0mGy (không chiếu, dùng để hiệu chỉnh phông) ; 5mGy ; 10mGy ; 15mGy và 25mGy . Danh sách các liều kế làm mẫu chuẩn được chỉ trong Bảng 2.1

Bảng 2.2: Danh sách các liều kế làm mẫu chuẩn với các mức liều chiếu khác nhau


STT

Tên mẫu

Liêu chiếu (mGy)

1

M1

5

2

M2

10

3

M3

15

4

M4

25

5

M0

0

Sau khi chiếu xong, toàn bộ các capsule được để trong thời gian 72 giờ nhằm loại bỏ tạp nhiễu (gây ra do quá trình chiếu xạ) và các tín hiệu nhiệt huỳnh quang không bền vũng. Sau đó, sẽ tiến hành đo lượng bức xạ nhiệt huỳnh quang từng mẫu trên hệ đo RGD-3A



2.1.5 Đặt liều kế nhiệt huỳnh quang đo liều bức xạ môi trường

Để thử nghiệm đo liều bức xạ môi trường, chúng tôi đã sử dụng 5 capsul có chứa bột LiF(Mg,Cu,P) còn lại làm liều kế nhiệt huỳnh quang và bố trí đặt chúng ở một số vị trí khác nhau như được chỉ trong Bảng 2.2 Thời gian đặt là khoảng 5 tháng (từ ngày 15/11/2011 đến ngày 15/04/2012).


Bảng 2.2: Danh sách các liều kế nhiệt huỳnh quang được bố trí để đo liều bức xạ môi trường

STT

Tên liều kế

Vị trí đặt liều kế

1

MT.1

Mái hiên nhà để xe của Viện khảo cổ học. Mái hiên bằng tôn cao thoáng cách mặt đất chừng 2,5m

2

MT.2

Phòng xử lý hoá học, nhà bê tông tầng 4 sáng, ẩm

3

MT.3

Phòng đặt máy đo C14, nhà bê tông tầng 4, hơi tối

4

MT.4

Nhà kho của Viện khảo cổ học, nhà bê tông tầng 1

5

MT.5

Phòng đọc của thư viện, nhà tầng 1 cao, sáng sủa

Các mẫu đều được cách xa tường nhà chừng 50cm và ở nơi khô ráo tránh ẩn sẽ là hỏng bột mẫu đo.


2.2. Xây dựng cấu hình phép đo nhiệt huỳnh quang

2.2.1. Giới thiệu hệ đo nhiệt huỳnh quang RGD – 3A


Trong thí nghiệm này, chúng tôi sử dụng thiết bị đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang RGD-3Acủa Phòng thí nghiệm và Xác định niên đại, Viện khảo cổ học Việt Nam. Với thiết bị này, chúng ta có thể sử dụng để đo liều cá nhân, đo liều bức xạ tích lũy trong môi trường với những hình dạng khác nhau của detector nhiệt huỳnh quang. Bên cạnh đó, thiết bị này còn được sử dụng để nghiên cứu các tính chất của vật liệu nhiệt huỳnh quang.

Để cải thiện độ chính xác của phép đo, người ta đã sử dụng các chip vi xử lí để điều khiển hệ thống cấp nhiệt và xử lí số liệu. Các photon từ detector nhiệt huỳnh quang được đưa đến ống nhân quang điện với hệ thống quang học và chuyển đổi thành dòng điện. Độ nhạy quang của thiết bị có thể chuẩn hóa theo nguồn sáng chuẩn có cường độ không đổi trong thiết bị. Dòng tín hiệu ánh sáng khi đó được biến đổi thành tín hiệu xung qua bộ biến đổi 1-F và được đếm bởi điều khiển bộ xử lí. Tín hiệu xuất ra ngoài được hiển thị bởi 4 đèn LED và qua hệ dẫn truyền tín hiệu được đưa vào máy vi tính có cài đặt các phần mềm xử lí phổ thích hợp. Cường độ nhiệt huỳnh quang, hay tần số của xung, được hiển thị trên màn hình với cả tín hiệu số và tín hiệu tương tự.



Ngoài ra để làm mát thiết bị đo, trong hệ thống này người ta sử dụng thiết bị làm lạnh bán dẫn để giữ nhiệt độ của ống nhân quang điện không đổi, đồng thời để tránh những nhiễu loạn do nhiệt sinh ra và giữ sự ổn định hiệu xuất đo ghi tín hiệu nhiệt huỳnh quang. Sơ đồ thiết kế hệ đo được chỉ trong Hình 2.3.




Hình 2.3: Sơ đồ khối của hệ đo RGD-3A

2.2.2. Các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của hệ đo RGD-3A


  • Hiệu suất ghi của hệ đo RGD-3A được tuân theo tiêu chuẩn quốc gia GB10264-88 ;

  • Hệ thống gồm nhiều bộ lọc quang học và khay nhiệt khác nhau phù hợp với nhiều loại Detector nhiệt huỳnh quang khác nhau ;

  • Hệ thống quang học được gắn cố định trong buồng đo và có tkhả năng làm việc tốt trong dải rộng nhiệt độ môi trường ;

  • Chế độ nhiệt, đã có hai chế độ đo tối ưu M1 và M2 được thiết kế mặc định bởi nhà sản xuất, ngoài ra còn có hệ thống bàn phím giao diện để người đo có thể tự cài đặt theo yêu cầu nghiên cứu của mình.

  • Các tham số nhiệt và mã hiệu của liều kế nhiệt huỳnh quang có thể được đặt với 16 kí tự và được lưu trong bộ nhớ ;

  • Khi đo, giá trị của phông được trừ tự động ;

Ngoài ra, để giảm nhiễu khi đo, thiết bị còn được thiết kế kết nối với một hệ thống cung cấp khí ni tơ. Nhờ đó, khi đo ở chế độ có sử dụng khí ni tơ thì các sai số gây ra do tạp nhiễu sẽ giảm xuống đáng kể. Mô tả máy đo được chỉ trên Hình 2.3.



Hình 2.4: Hệ đo RGD-3A tại Phòng thí nghiệm, Viện khảo cổ học

2.2.3. Phần mềm điều khiển và xử lý tín hiệu đo


Hệ đo sử dụng phần mềm RGD3.EXE để điều khiển hệ đo, thu nhận và xử lí phổ. Phần mềm do nhà sản xuất cung cấp. Phần mềm này được chạy trên nền DOS (Hình 2.5).



Hình 2.5. Màn hình điều khiển hệ đo nhiệt hình quang RGD-3A

Các chức năng chính của phần mềm

frame3

Hình 2.6: Menu chính của chương trình khi khởi động

  • Comunication: Chức năng truyền thông tin

  • Dose data: chức năng thông báo số liệu

  • Parameter: Chức năng tham số hoạt động

  • Image: Chức năng biểu diễn hình ảnh

  • Save data: chức năng lưu dữ liệu

  • Read data: chức năng đọc dữ liệu

  • Quit: chức năng thoát khỏi chương trình.

Thực tế thì hệ đo RGD – 3A có thể tính toán trực tiếp được giá trị liều dựa trên lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang mà máy thu nhận được. Tuy nhiên, để đảm bảo độ chính xác cao, luận văn đã sử dụng tập tin dữ liệu mà máy xuất ra để xử lí bằng phần mềm Excel. Bộ số liệu mà máy ghi nhận được chuyển sang định dạng với phần mở rộng là *.IMG, với định dạng này chương trình Microsoft Excel mới có thể đọc được. Chương trình dùng để thực hiện việc chuyển đổi là GLOW.EXE. Đây là chương trình đi kèm với hệ đo RGD–3A. Sau khi chuyển đổi định dạng có thể dùng chương trình Excel để xử lí bộ số liệu này, tuy nhiên cần lưu ý là phần mềm ghi nhận tín hiệu nhiệt huỳnh quang lưu số liệu đo được ở hệ đếm thập lục phân, do vậy để thuận tiện cần phải chuyển sang hệ đo đếm thập phân trước khi tính toán.

2.2.4. Xây dựng cấu hình phép đo trên hệ đo RGD-3A


Việc thiết lập chế độ đo là một khâu rất quan trọng trong khi đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang phát ra từ các vật liệu. Thông thường, chế độ đo được thiết lập dựa trên các khuyến cáo của nhà sản xuất và tùy vào từng loại vật liệu. Trong phạm vi của luận văn này, loại vật liệu được sử dụng là LiF với các chất pha tạp là Cu, Mg, P, chế độ đo được thiết lập với các thông số như sau:

  • Nhiệt độ nung đầu : 130oC.

  • Thời gian nung đầu: 6 giây.

  • Nhiệt độ nung cuối: 250oC.

  • Thời gian nung cuối: 6 giây.

  • Tốc độ gia nhiệt: Thay đổi theo từng lần đo.

Bốn thông số đầu tiên được giữ không thay đổi trong suốt quá trình đo. Nhưng đối với thông số cuối cùng – tốc độ gia nhiệt – ảnh hưởng rất lớn đến độ nhạy của tín hiệu nhiệt huỳnh quang. Do vậy, chúng tôi cũng sẽ tiến hành khảo sát tốc độ gia nhiệt để tìm ra được tốc độ gia nhiệt tối ưu sao cho ở tốc độ gia nhiệt đó thì độ nhạy nhiệt huỳnh quang là lớn nhất.

: files -> ChuaChuyenDoi
ChuaChuyenDoi -> ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Thị Hương XÂy dựng quy trình quản lý CÁc công trìNH
ChuaChuyenDoi -> TS. NguyÔn Lai Thµnh
ChuaChuyenDoi -> Luận văn Cao học Người hướng dẫn: ts. Nguyễn Thị Hồng Vân
ChuaChuyenDoi -> 1 Một số vấn đề cơ bản về đất đai và sử dụng đất 05 1 Đất đai 05
ChuaChuyenDoi -> Lê Thị Phương XÂy dựng cơ SỞ DỮ liệu sinh học phân tử trong nhận dạng các loàI ĐỘng vật hoang dã phục vụ thực thi pháp luật và nghiên cứU
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Hà Linh
ChuaChuyenDoi -> ĐÁnh giá Đa dạng di truyền một số MẪu giống lúa thu thập tại làO
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Văn Cường


1   2   3   4   5


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương