Luận văn Đánh giá sai số của kỹ thuật quét gam-Ma phân đoạn bằng phương pháp ngẫu nhiên

LỜI CẢM ƠN.1

MỤC LỤC.2

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .4

DANH MỤC CÁC BẢNG .5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .6

MỞ ĐẦU .8

Chương 1: Tổng quan về các kỹ thuật gam-ma thụ động .12

1.1 Tổng quan về các kỹ thuật gam-ma thụ động .12

1.2 Kỹ thuật chụp cắt lớp gam-ma TGS.13

1.3 Kỹ thuật quét gam-ma phân đoạn SGS.16

Chương 2: Kỹ thuật quét gam-ma phân đoạn và đánh giá sai số theo mô

phỏng 18

2.1 Kỹ thuật quét gam-ma phân đoạn. .18

2.2 Đánh giá sai số hệ thống .20

2.3 Tính toán giá trị sai số bằng phương pháp ngẫu nhiên. .22

2.3.1 Gieo một nguồn ngẫu nhiên vào một phân đoạn. 22

2.3.2 Gieo nhiều nguồn ngẫu nhiên vào một phân đoạn. 22

2.3.3 Trường hợp tổng quát gieo nhiều nguồn vào thùng phóng xạ . 26

Chương 3: Xây dựng hệ đo thực nghiệm .30

3.1 Cơ sở thực nghiệm .30

3.2 Cấu tạo của thiết bị thí nghiệm .32

3.2.1 Máy đơn kênh Ludlum thế hệ 2200. 32

3.2.2 Đầu dò nhấp nháy thế hệ 44-10. 35

3.2.3 Giá đỡ và ống chuẩn trực chì . 36

3.2.4 Hệ nâng thùng rác thải phóng xạ . 37

3.2.5 Hệ quay và thùng rác thải . 39

3.2.6 Bộ nguồn sử dụng trong quá trình đo đạc . 42

Chương 4: Đánh giá kết quả đo đạc, sai số trong các thí nghiệm với hệ đo SGS

pdf72 trang | Chia sẻ: mimhthuy20 | Lượt xem: 460 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Đánh giá sai số của kỹ thuật quét gam-Ma phân đoạn bằng phương pháp ngẫu nhiên, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hép đo là hoạt độ của các loại đồng vị mà ta quan tâm [15]: 0,693. . . . d h t T TC eI t Y ε= (2.4) Trong đó: td: Thời gian phân rã tính từ lúc nguồn được sản xuất đến lúc đo. t: Thời gian đo. Th: chu kì bán rã của các đồng vị phóng xạ. Y: Hiệu suất tia gam-ma. ε: Hiệu suất ghi của đầu dò. Các phương trình trên đều dựa trên hai giả thuyết là khoảng cách từ mẫu trong phân đoạn đến đầu dò là vô hạn và mẫu là đồng nhất.  Hệ số hình học: Vì các nguồn phóng xạ trong thùng trải rộng và phân bố không đều nên số đếm Ci phụ thuộc vào vị trí của các mẫu trong thùng. Điều này có thể dẫn đến các sai số tiềm tàng, việc gia tăng khoảng cách từ đầu dò đến thùng có thể giảm thiểu sai số này nhưng phải trả giá bằng việc suy giảm số đếm. Do vậy thùng được xoay để giảm thiểu sai số gây ra bởi sự phân bố không đồng đều trong thùng. Sự lựa chọn khoảng cách từ thùng đến đầu dò sao cho có sự cân bằng giữa tối thiểu hóa sai số và 20 có được số đếm chính xác tối đa. Sự biến đổi số đếm tối đa theo vị trí là nhỏ hơn 10% nếu khoảng cách từ tâm thùng đến đầu dò là bằng hoặc lớn hơn ba lần độ lớn của bán kính thùng và mẫu được xoay [15]. 2.2 Đánh giá sai số hệ thống Dựa trên mô phỏng toán học của hệ thống SGS những thông số ảnh hưởng đến sai số sẽ được nghiên cứu: • Sự phân bố không đồng đều của chất thải phóng xạ trong thùng có chất độn đồng nhất. • Khoảng cách từ đầu dò đến tâm thùng liên quan đến việc điều chỉnh sai số của phép đo với sự suy giảm số đếm mà đầu dò ghi nhận. Mô hình thùng chất thải phóng xạ thường được sử dụng trong thực tế và mô phỏng với thể tích 220 lít, đường kính 58 cm và chiều cao 86 cm. Phép đo gam-ma được thực hiện ở năng lượng của các đồng vị sản phẩm phân hạch, từ 140 KeV đến 1400 KeV. Với khoảng năng lượng gam-ma đã cho, các hệ số hấp thụ tuyến tính trung bình của chất độn đối sẽ trong khoảng 0,01 cm-1 đến 0,14 cm-1. Trong luận văn này, hệ số hấp thụ tuyến tính trung bình là từ 0,03 - 0,12 cm-1 và 0,0498 cm-1 ứng với chất độn là cát. Ta xét trường hợp các nguồn điểm trong chất độn là đồng nhất [15]. Giả thiết có một nguồn điểm hoạt độ thực là Id trong một phân đoạn. Thì số đếm thực của nguồn đó sẽ được tính như sau [15]: j- .Ln d 2 j=1 j I . eC = n H µα ∑ (2.5) Trong đó: Lj: độ dài quãng đường tia gam-ma trong thùng. Hj: khoảng cách từ nguồn đến đầu dò. Lj, Hj phụ thuộc vào góc θj, khoảng cách từ nguồn đến tâm thùng r, khoảng cách từ đầu dò đến tâm thùng K, và bán kính thùng R. n: số góc θj khác nhau cho mỗi số đếm 21 µ: hệ số hấp thụ tuyến tính α: hệ số phụ thuộc vào năng lượng của tia gam-ma và hiệu suất của đầu dò Hình 2.2. Mặt cắt ngang của một phân đoạn 2 2 j jH = K + r -2.K.r.cosθ (2.6) 2 2 2 2 2 j j j j j R .H -K .r .sin θ -(K.cosθ - r).r L = H (2.7) Ở đây Lj, Hj tính cho trường hợp phân đoạn được chia có bề dày rất nhỏ so với khoảng cách từ tâm thùng đến đầu dò, khi đó chúng ta có thể không tính tới bề dày của một phân đoạn. Kết quả sẽ chính xác hơn khi tính đến bề dày z của các phân đoạn, lúc này ta phải hiệu chỉnh lại Lj, Hj . Giả sử thùng với chiều cao 86 cm được chia làm 10 phân đoạn, với bề dày của mỗi phân đoạn là 8,6 cm, khi đó Lj, Hj sẽ được hiệu chỉnh là: ' 2 2 j jH = H + z (2.8) ' 2 2 j jL = L + z (2.9) Với 0< z < 8,6 cm [2]. Mối liên hệ giữa số đếm thực và hoạt độ Is của nguồn đo bởi kĩ thuật SGS được cho bởi công thức [15]: s i2 I .C = .CF K α (2.10) So sánh kết quả của Id và Is được tính toán từ các công thức (2.5) và (2.10) ta 22 có thể rút ra được sai số tương đối của phép đo SGS. 2.3 Tính toán giá trị sai số bằng phương pháp ngẫu nhiên. Để tính toán mô phỏng, phân bố ngẫu nhiên của một nguồn điểm và tổng quát hơn là nhiều nguồn điểm được cho vào một phân đoạn đã được giả thiết ở đây. Phần mềm Borland C là cơ sở cho việc lập trình để tính toán. 2.3.1 Trường hợp một nguồn điểm được gieo vào trong một phân đoạn Khi ta gieo biến ngẫu nhiên để mô phỏng tương tự cho thao tác cho nguồn vào thùng ở những toạ độ khác nhau một cách ngẫu nhiên. Vị trí r của nguồn khi được cho ngẫu nhiên vào thùng sẽ nằm trong khoảng 0 – 29 cm. Hệ số hấp thụ tuyến tính là 0,04987 cm-1 (thí nghiệm với hệ đo sử dụng cát làm chất độn) và K = 87; 116 cm. Do thùng được quay đều liên tục trong quá trình quét nên tôi không tính sai số theo góc quét θj. Như đã trình bày trong phần trên, ta có thể thấy được rõ ràng là vị trí của một nguồn điểm theo bán kính r sẽ ảnh hưởng đến sai số của hệ thống trong phép đo SGS. Chính vì thế trước tiên ta cần phải tính sai số hệ thống cho từng vị trí r sao cho sự biến đổi của sai số là không quá lớn. Bảng 2.1 trình bày kết quả thống kê tính toán theo bước nhảy của r là 0,5 cm. Với giả thiết tính toán: hệ số phụ thuộc vào năng lượng của tia gam-ma và hiệu suất của đầu dò α = 1 hoặc là hệ số này sẽ bị triệt tiêu khi ta tính toán bằng cách lập tỉ số. Kết quả sau khi đã thống kê: Bảng 2.1. Giá trị sai số theo phân bố r (cm) khi cho một nguồn ngẫu nhiên vào một phân đoạn r (cm) K = 87 cm K = 116 cm Is/Id Sai số (%) Is/Id Sai số (%) 0,50 0,617 -38,3 0,617 -38,3 1,00 0,617 -38,3 0,617 -38,3 1,50 0,619 -38,1 0,618 -38,2 23 2,00 0,620 -38 0,62 -38 2,50 0,622 -37,8 0,622 -37,8 3,00 0,625 -37,5 0,624 -37,6 3,50 0,628 -37,2 0,627 -37,3 4,00 0,631 -36,9 0,63 -37 4,50 0,635 -36,5 0,634 -36,6 5,50 0,645 -35,5 0,642 -35,8 6,00 0,650 -35 0,647 -35,3 6,50 0,656 -34,4 0,652 -34,8 7,00 0,662 -33,8 0,658 -34,2 7,50 0,669 -33,1 0,665 -33,5 8,00 0,677 -32,3 0,671 -32,9 8,50 0,685 -31,5 0,679 -32,1 9,50 0,703 -29,7 0,695 -30,5 10,00 0,713 -28,7 0,704 -29,6 11,00 0,734 -26,6 0,723 -27,7 12,00 0,759 -24,1 0,745 -25,5 12,50 0,772 -22,8 0,757 -24,3 13,00 0,786 -21,4 0,77 -23 13,50 0,801 -19,9 0,783 -21,7 14,00 0,816 -18,4 0,797 -20,3 15,00 0,850 -15 0,827 -17,3 16,00 0,887 -11,3 0,86 -14 16,50 0,907 -9,3 0,878 -12,2 17,00 0,928 -7,2 0,897 -10,3 17,50 0,951 -4,9 0,917 -8,3 18,00 0,974 -2,6 0,938 -6,2 19,00 1,025 2,5 0,982 -1,8 24 19,50 1,052 5,2 1,006 0,6 20,00 1,081 8,1 1,032 3,2 20,50 1,111 11,1 1,058 5,8 21,00 1,143 14,3 1,087 8,7 22,00 1,212 21,2 1,147 14,7 22,50 1,250 25 1,18 18 23,00 1,289 28,9 1,215 21,5 23,50 1,332 33,2 1,252 25,2 24,00 1,376 37,6 1,291 29,1 25,00 1,475 47,5 1,377 37,7 25,50 1,529 52,9 1,424 42,4 26,50 1,651 65,1 1,53 53 27,00 1,720 72 1,59 59 27,50 1,795 79,5 1,656 65,6 So với kết quả hoạt độ thực của nguồn, kết quả tính toán cho thấy khi nguồn ở gần tâm của phân đoạn hình tròn thì giá trị đo được có xu hướng bị đánh giá thấp đi, còn khi nguồn ở gần mép thùng thì giá trị đo được sẽ có xu hướng bị đánh giá cao hơn. 2.3.2 Trường hợp gieo nhiều nguồn ngẫu nhiên vào một phân đoạn Từ những giá trị trên Bảng 2.1 dẫn đến việc phải trả lời câu hỏi là nếu có nhiều nguồn phân bố ngẫu nhiên trong một phân đoạn thì kết quả sẽ như thế nào? Để trả lời câu hỏi này, các tính toán cho một lượng nguồn từ một đến 1000 được cho là phân bố đều trong một phân đoạn đã được tiến hành, kết quả thống kê được đưa ra trong Bảng 2.2. Các nguồn ở đây được coi là có hoạt độ như nhau. Kết quả sau khi đã thống kê: Bảng 2.2. Giá trị Itb và sai số khi cho nhiều nguồn giống nhau vào một phân đoạn 25 K = 87 cm µ = 0,03 cm-1 K = 87 cm µ = 0,0498 cm-1 K = 87 cm µ = 0,12 cm-1 Số nguồn Itb Sai số (%) Itb Sai số(%) Itb Sai số(%) 1 1,63 63 1,86 86 2,22 122 2 1,22 22 1,53 53 2,21 121 3 1,27 27 1,49 49 2,22 122 4 1,15 15 1,41 41 1,72 72 5 1,18 18 1,33 33 1,75 75 6 1,12 12 1,30 30 1,50 50 7 1,07 7 1,21 21 1,31 31 8 1,04 4 1,15 15 1,17 17 9 1,06 6 1,09 9 1,22 22 10 1,10 10 1,19 19 1,37 37 20 1,03 3 1,01 1 1,01 1 30 0,98 -2 0,93 -7 0,81 -19 40 0,99 -1 0,92 -8 0,83 -17 50 1,01 1 0,95 -5 0,87 -13 60 1,01 1 0,96 -4 0,87 -13 70 1,02 2 0,96 -4 0,90 -10 80 1,03 3 1,00 0 0,95 -5 90 1,03 3 1,01 1 0,94 -6 100 1,02 2 0,98 -2 0,93 -7 200 1,00 0 0,95 -5 0,82 -18 300 1,01 1 0,96 -4 0,84 -16 400 1,00 0 0,94 -6 0,83 -17 500 1,00 0 0,95 -5 0,83 -17 600 1,01 1 0,94 -6 0,83 -17 700 1,01 1 0,95 -5 0,85 -15 800 1,00 0 0,94 -6 0,83 -17 900 1,00 0 0,96 -4 0,81 -19 26 1000 1,00 0 0,96 -4 0,81 -19 Nhận xét: Trong những phép tính toán trên tôi sử dụng số lượng nguồn khác nhau và khoảng cách từ thùng đến đầu dò không đổi để khảo sát sai số của phương pháp mô phỏng theo hệ số hấp thụ tuyến tính µ và số nguồn gieo vào thùng rác thải. - Với cùng một số nguồn, khi hệ số hấp thụ tuyến tính trung bình µ tăng lên thì sai số trong phép đo sẽ tăng lên. Hệ số hấp thụ tuyến tính càng lớn thì phép đo sẽ có sai số càng lớn. - Số nguồn càng tăng lên thì sai số của phương pháp có xu hướng sẽ giảm đi. Qua đó cho thấy rằng số lượng nguồn và sự phân bố của nguồn và chất độn ảnh hưởng rất lớn đến sai số của phép đo. Số nguồn càng nhiều và phân bố đều với chất độn có hệ số hấp thụ tuyến tính thấp thì phép đo càng chính xác. 2.3.3 Trường hợp tổng quát gieo nhiều nguồn vào thùng phóng xạ Tổng quát hơn nữa: một lượng nguồn từ 10 đến 1000 được cho vào thùng với nhiều phân đoạn. Các nguồn này được giả thiết là phân bố ngẫu nhiên đều trong thùng để tính toán. Các kết quả được đưa ra trong Bảng 2.3. Nhận xét: Số nguồn cho vào thùng càng lớn thì sai số sẽ có xu hướng giảm xuống rất nhỏ. Khi ta cho 10 nguồn vào thùng, sai số của phép đo trên từng phân đoạn có thể rất lớn, có thể lớn hơn 100%. Sai số này do sự phân bố rời rạc của nguồn và nó giảm đi khi ta tăng số nguồn lên. Điều này có nghĩa là nếu nguồn nhiều và được phân bố đồng đều thì sai số của phương pháp sẽ giảm đi đáng kể so với một số ít nguồn phân bố rời rạc, không đều trong thùng. Khoảng cách K thay đổi ảnh hưởng rất nhỏ đến sai số trong các trường hợp K = 87 cm hay K = 116 cm. Hệ số hấp thụ tuyến tính càng lớn dẫn đến sai số của phép đo càng lớn, sai số lớn nhất khi µ = 0,12 cm-1. 27 Bảng 2.3. Giá trị sai số khi cho nhiều nguồn vào thùng với 10 phân đoạn, với µ = 0,03; 0,06; và 0,12 cm-1 và K = 87 cm; K = 116 cm • Cho 10 nguồn vào thùng Phân đoạn Số nguồn/ phân đoạn µ =0,03; K= 87 µ =0,03; K=116 µ =0,06; K= 87 µ =0,06; K=116 µ =0,12; K= 87 µ =0,12; K= 116 Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) 1 1 0,8108 -18,92 0,5703 -42,97 0,5703 -42,97 0,5674 -43,26 0,2138 -78,62 0,2121 -78,79 2 0 0,0000 -100 0,0000 -100 0,0000 -100 0,0000 -100 0,0000 -100 0,0000 -100 3 1 0,7917 -20,83 0,5414 -45,86 0,5414 -45,86 0,5406 -45,94 0,1875 -81,25 0,1870 -81,3 4 1 0,8796 -12,04 0,6886 -31,14 0,6886 -31,14 0,6757 -32,43 0,3464 -65,36 0,3376 -66,24 5 0 -0,0000 -100 -0,0000 -100 -0,0000 -100 -0,0000 -100 -0,0000 -100 -0,000 -100 6 0 0,0000 -100 0,0000 -100 0,0000 -100 0,0000 -100 0,0000 -100 0,0000 -100 7 2 1,2858 28,58 1,5065 50,65 1,5065 50,65 1,4025 40,25 1,7911 79,11 1,6523 65,23 8 1 0,8005 -19,95 0,5545 -44,55 0,5545 -44,55 0,5527 -44,73 0,1992 -80,08 0,1982 -80,18 9 2 0,7836 -21,64 0,5277 -47,23 0,5277 -47,23 0,5280 -47,2 0,1740 -82,6 0,1741 -82,59 10 2 1,0656 6,56 1,0762 7,62 1,0762 7,62 1,0198 1,98 1,0740 7,4 0,9987 -0,13 • Cho 50 nguồn vào thùng: Phân đoạn Số nguồn / phân đoạn µ =0,03; K= 87 µ =0,03; K=116 µ =0,06; K= 87 µ =0,06; K=116 µ =0,12; K= 87 µ =0,12; K= 116 Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) 28 1 5 0,9508 -4,92 0,9281 -7,19 0,8242 -17,58 0,5300 -47 0,5500 -45 0,5257 -47,43 2 4 1,2113 21,13 1,1482 14,82 1,3868 38,68 1,4050 40,5 1,5070 50,7 1,5714 57,14 3 2 1,2729 27,29 1,2007 20,07 1,2301 23,01 1,164 16,4 1,2684 26,84 1,6960 69,6 4 3 0,9302 -6,98 0,9102 -8,98 0,7881 -21,19 0,6068 -39,32 0,5068 -49,32 0,4852 -51,48 5 3 1,0031 0,31 0,9724 -2,76 0,9361 -6,39 0,8625 -14,75 0,7725 -22,75 0,7270 -27,3 6 6 0,9445 -5,55 0,9224 -7,76 0,8150 -18,5 0,6540 -34,6 0,5490 -45,1 0,5239 -47,61 7 11 0,9719 -2,81 0,9451 -5,49 0,8842 -11,58 0,842 -15,8 0,7246 -27,54 0,6805 -31,95 8 6 1,1375 13,75 1,0863 8,63 1,2010 20,1 1,2211 22,11 1,2211 22,11 1,1366 13,66 9 6 0,9337 -6,63 0,9130 -8,7 0,8021 -19,79 0,756 -24,4 0,5556 -44,44 0,5281 -47,19 10 4 1,1024 10,24 1,0560 5,6 1,1578 15,78 1,213 21,3 1,2583 25,83 1,1641 16,41 • Cho 200 nguồn vào thùng Phân đoạn Số nguồn /phân đoạn µ =0,03; K= 87 µ =0,03; K=116 µ =0,06; K= 87 µ =0,06; K=116 µ =0,12; K= 87 µ =0,12; K= 116 Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) 1 19 1,0309 3,09 0,9954 -0,46 0,9976 -0,24 0,9504 -4,96 0,9078 -9,22 0,8485 -15,15 2 20 0,9168 -8,32 0,8983 -10,17 0,7774 -22,26 0,7532 -24,68 0,6511 -34,89 0,6217 -37,83 3 27 0,9948 -0,52 0,9649 -3,51 0,9271 -7,29 0,8875 -11,25 0,7871 -21,29 0,7385 -26,15 4 19 1,0695 6,95 1,0285 2,85 1,0729 7,29 1,0180 1,8 1,0312 3,12 0,9617 -3,83 5 25 0,9666 -3,34 0,9411 -5,89 0,8622 -13,78 0,8304 -16,96 0,6412 -35,88 0,6072 -39,28 6 20 0,9708 -2,92 0,9444 -5,56 0,8798 -12,02 0,8451 -15,49 0,7090 -29,1 0,6669 -33,31 29 7 18 0,9633 -3,67 0,9381 -6,19 0,8634 -13,66 0,8307 -16,93 0,6735 -32,65 0,6350 -36,5 8 17 0,9654 -3,46 0,9399 -6,01 0,8620 -13,8 0,8300 -17 0,6484 -35,16 0,6135 -38,65 9 20 1,0495 4,95 1,0112 1,12 1,0387 3,87 0,9867 -1,33 0,9907 -0,93 0,9235 -7,65 10 15 0,9904 -0,96 0,9609 -3,91 0,9206 -7,94 0,8812 -11,88 0,7910 -20,9 0,7408 -25,92 • Cho 1000 nguồn vào thùng Phân đoạn Số nguồn/ phân đoạn µ =0,03; K= 87 µ =0,03; K=116 µ =0,06; K= 87 µ =0,06; K=116 µ =0,12; K= 87 µ =0,12; K= 116 Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) Itb Sai số (%) 1 106 0,9752 -2,48 0,9594 -4,06 0,8951 -10,49 0,8739 -12,61 0,7271 -27,29 0,7042 -29,58 2 109 0,9951 -0,49 0,9652 -3,48 0,9228 -7,72 0,8841 -11,59 0,7602 -23,98 0,7151 -28,49 3 110 0,9685 -3,15 0,9425 -5,75 0,8742 -12,58 0,8402 -15,98 0,6953 -30,47 0,6546 -34,54 4 84 0,9981 -0,19 0,9677 -3,23 0,9331 -6,69 0,8930 -10,7 0,7955 -20,45 0,7463 -25,37 5 99 1,0060 0,6 0,9743 -2,57 0,9506 -4,94 0,9083 -9,17 0,8364 -16,36 0,7829 -21,71 6 108 0,9729 -2,71 0,9463 -5,37 0,8789 -12,11 0,8449 -15,51 0,6868 -31,32 0,6480 -35,2 7 106 1,0024 0,24 0,9714 -2,86 0,9379 -6,21 0,8975 -10,25 0,7880 -21,2 0,7402 -25,98 8 106 0,9932 -0,68 0,9637 -3,63 0,9195 -8,05 0,8813 -11,87 0,7581 -24,19 0,7130 -28,7 9 102 0,9807 -1,93 0,9531 -4,69 0,8930 -10,7 0,8578 -14,22 0,7037 -29,63 0,6639 -33,61 10 70 0,9764 -2,36 0,9492 -5,08 0,8900 -11 0,8543 -14,57 0,7231 -27,69 0,6799 -29,58 30 Chương 3: Xây dựng hệ đo thực nghiệm 3.1 Cơ sở thực nghiệm Các kết quả tính toán ở Chương 2 cho thấy nếu nguồn phóng xạ trong một phân đoạn tập trung vào một vùng hẹp ở tâm hoặc mép thùng sẽ dẫn đến sai số rất lớn. Để chứng minh điều này bằng thực nghiệm, một hệ đo dựa trên cơ sở nguyên lý của phép đo SGS đã được nghiên cứu và thiết lập. Hệ đo này cũng có thể là cơ sở để xây dựng một hệ đo SGS nếu được tiếp tục hoàn thiện. Hệ đo sử dụng một đầu dò NaI có gắn ống chuẩn trực (colimator) hình trụ để phân tích một phân đoạn đã cho trước của thùng rác thải. Nhiều đoạn có thể được đo nếu ta đồng thời sử dụng nhiều máy dò để giảm thời gian đo lường. Số phân đoạn được chia ra phân tích càng nhiều thì độ chính xác của phép đo càng cao, tuy nhiên điều này khó có thể thực hiện được trong thực nghiệm do hạn chế về mặt kỹ thuật. Hệ đo được thiết kế sao cho thoả mãn các yêu cầu đo đạc mà vẫn có thể chiếm một thể tích nhỏ nhất và có thể dễ dàng lắp đặt và di chuyển nhất. Bởi vì hệ SGS sử dụng một nguồn ngoài để tính hệ số hấp thụ cho sự suy giảm tia gam-ma nên sai số của phép đo có thể nhỏ nếu các nguồn là đồng nhất giống như nguồn ngoài mà ta đã sử dụng. Đối với những mẫu tương đối đồng nhất kể cả nguồn và chất độn, với sự suy giảm tương đối thấp do chất độn hấp thụ, sai số nằm trong khoảng từ 10% đến 30% (sai số trong trường hợp lý tưởng với chất độn và nguồn đồng nhất). Sai số thực nghiệm rất lớn, có thể lớn hơn 500% xảy ra nếu thùng chất thải thể hiện tính không đồng nhất về nguồn và chất độn [10]. 31  Phương pháp tính hệ số hấp thụ tuyến tính trung bình của chất độn Ta sử dụng nguồn ngoài để tính hệ số truyền qua: Hình 3.1. Sử dụng nguồn ngoài để tính hệ số hấp thụ tuyến tính trung bình [7] Xác định hệ số hấp thụ tuyến tính trung bình bằng một nguồn truyền dẫn gắn ngoài 0 t IT I= (3.1) Với : I0: là cường độ nguồn ngoài khi không có chất độn ở giữa. I: là cường độ khi có chất độn đặt giữa đầu dò và nguồn. Tt: là hệ số truyền qua, nói lên cường độ của bức xạ xác định được sau khi đi qua bề dày chất độn của thùng rác thải. T: là năng lượng phân tích, là phần năng lượng của bức xạ được xác định khi năng lượng từ nguồn được truyền trực tiếp đến thiết bị đo mà không phải đi qua lớp vật chất hấp thụ nào trừ không khí. Mối quan hệ giữa hệ số truyền qua trong năng lượng truyền qua và năng lượng phân tích cho bởi: t tT T µ µ= (3.2) Trong đó µ và µt là hệ số hấp thụ tuyến tính tương ứng với năng lượng truyền qua và năng lượng phân tích. Cách này được sử dụng rộng rãi để xác định CFi ở phân đoạn thứ i trong 32 phương pháp SGS, vì hệ số hấp thụ tuyến tính có thể thay đổi giữa các vùng trên một phân đoạn hoặc từ phân đoạn này sang phân đoạn khác. Từ đó ta tính được hệ số suy giảm do chất độn CFi [15]: 0,8231 0.823.lni TCF T −= − (3.3) 3.2 Cấu tạo của thiết bị thí nghiệm: 3.2.1 Máy đơn kênh Ludlum thế hệ 2200 Máy đơn kênh Ludlum th ế h ệ 2200 là thiết bị được dùng cho việc phân tích năng lượng gam-ma cùng với đầu dò nhấp nháy, ống đếm Geiger Muller và ống đếm tỷ lệ. Số đếm được hiển thị trên đèn Led và máy có thể kết nối với máy vi tính thông qua cổng RS-232 và có phần mềm xử lý kết quả đo. - Đèn đếm (Count Lamp): số đếm hiện thị bằng đèn Led gồm có 6 số. - Công tắc đếm (Count Switch): để xóa và khởi động đếm, quá trình đếm sẽ tự động tắt khi kết thúc thời gian đã đặt trước. - Thời gian đếm (Count Time): thời gian sử dụng để đo với đơn vị là phút từ 0-999 với công tắc chỉnh X0.1 và X1. - Số phút (Minutes): cài đặt thời gian có thể điều chỉnh bằng tay có núm 3 số thập phân dùng để đặt trước thời gian đếm. - Công tắc chọn chức năng (Ratemeter Function Selector): có 3 vị trí được cài đặt sẵn Rate, HV, Bat. Chức năng của công tắc này (Rate) là cho phép điều khiển tốc độ đếm của đồng hồ, HV là cài đặt điện thế và Bat là kiểm tra tình trạng làm việc của pin trên đồng hồ. 33 Hình 3.2. Máy đơn kênh Ludlum thế hệ 2200 - Ngưỡng (Threshold): Là một nút được chia ra làm 10 vạch nhỏ với 10 vòng dùng đề lựa chọn xung phù hợp với thang đo. Thiết bị điều khiển này thì có giá trị tăng từ thế từ 1.00 đến 10.00. Nếu dưới 1.00 thì sẽ bị ảnh hưởng của tiếng ồn hay nhiễu do đó sẽ không ghi nhận được xung một cách chính xác. - Cửa sổ (Window): là một nút gồm có 10 vạch giống như Threshold được sử dụng để điều chỉnh độ rộng cửa sổ. Nó được điều chỉnh ngưỡng sao cho một vòng quay của việc điều chỉnh cửa sổ tương đương với một vòng quay điều chỉnh ngưỡng. - Tắt mở (On-Off): là công tắc bằng nút, mở hoặc đóng cửa sổ. - Đầu nối vào đầu dò: đầu nối đồng trục nối tiếp “C”. Nó là đầu điều chỉnh không có chỉ số chỉ thị, cho phép chọn điểm làm việc mà không vượt ra khỏi mạch tuyến tính của mạch Threshold/ Window. - Công tắc chọn khoảng (Range Selector Switch): có 4 vị trí công tắc sắp xếp theo hệ số nhân của 10 là X1, X10, X100, X1K ứng với thang đo của số đếm từ 0-500 counts-per-minute (cpm); 0-5000; 0-50000; 0-500.000 cpm. - Công tắc Zero: khi ấn vào nút công tắc thì tụ điện tích hợp phóng điện để đưa đồng hồ đo về mức 0. 34 - Nút Fast- Slow: công tắc với 2 vị trí chỉ thị để điều chỉnh ở mức độ nhanh ở vị trí “F” đồng hồ sẽ chỉ từ 0 đến 90% toàn bộ thang đo trong 4 giây, còn ở vị trí “S” đồng hồ thang đo sẽ chỉ từ 0 đến 90% toàn bộ thang đo trong 22 giây. - HV (Cao thế): nút chỉnh gồm có 10 vòng được chia làm 10 vạch điều chỉnh cao thế từ 200 V đến 2500 V. Việc tiến hành đo của đầu dò và thiết bị được quyết định bởi cao thế HV và ngưỡng cài đặt Threshold, ta phải điều chỉnh ngưỡng đo sao cho thích hợp để sự ảnh hưởng có phông tự nhiên và nhiễu là nhỏ nhất. • Đặc trưng kỹ thuật - Nguồn nuôi: 85-265V sử dụng dòng điện xoay chiều, tần số 50-60 Hz. - Pin: 4 pin với thời gian làm việc là 120 giờ được đặt trong thiết bị. - Độ nhạy của thiết bị: độ nhạy điện thế cho các đầu dò . - Cao thế: điều chỉnh bằng núm xoay 10 vòng từ 0V đến 1400 V. - Bộ tốc độ đo: máy đếm với 4 tốc độ đếm là: 0-500 cpm, 0-5000 cpm, 0-50000 cpm, 0-500000 cpm (cpm: số đếm trên phút). - Thời gian đếm là từ 0 đến 999 phút với các thang nhân X0.1 và X1. - Độ chính xác thời gian: được quyết định bằng tinh thể với độ chính xác là: 0.2 % số đếm đọc trên núm điều chỉnh. - Độ chính xác của tốc độ đếm: 10 % giá trị tham chiếu. • Cách vận hành - Nguồn nuôi: Có thể sử dụng nguồn nuôi bằng cách sử dụng lưới điện hoặc dùng pin bằng công tắc nguồn. - Vận hành bằng nguồn điện lưới (line operation): nối thiết bị với nguồn lưới 85- 265 V, 50-60 Hz, bật công tắc về Line. - Vận hành bằng nguồn pin: các ổ pin nằm ở mặt sau của thiết bị. Đặt 4 pin loại “D” vào với cực dương hướng ra ngoài. Bật công tắc về Bat, kiểm tra tình trạng pin bằng cách chọn Bat trên đồng hồ Rate-HV-Bat. - Kiểm tra hoạt động của thiết bị bằng cách ấn vào nút Count lúc này đèn đếm sẽ phát sáng, máy bắt đầu đếm. 35 3.2.2 Đầu dò nhấp nháy thế hệ 44-10 Đầu dò là thành phần quan trọng nhất trong các thiết bị bức xạ. Nguyên tắc hoạt động chung của đầu dò ghi đo bức xạ là khi bức xạ đi qua môi trường vật chất của nó, chúng tương tác với các nguyên tử và gây nên ion hoá và kích thích nguyên tử. Đầu dò NaI nhấp nháy thế hệ 44-10 sử dụng cho việc đo bức xạ gam-ma có năng lượng trong khoảng 60 KeV - 2 MeV. Đầu dò bao gồm: tinh thể NaI đường kính 2 inch (5,1cm); bề dày 2 inch (5,1cm) được nối với ống nhân quang điện và được bao bọc bằng một lớp nhôm mỏng 0,062 inch. Hình 3.3. Đầu dò nhấp nháy NaI thế hệ 44-10 và giá đỡ  Đặc trưng kỹ thuật - Chất nhấp nháy: tinh thể NaI. - Độ nhạy : 900 cpm ( đối với nguồn 1 37Cs ). - Dụng cụ tương thích với mọi thiết bị. - Điện thế hoạt động : 500-1200 V. - Kết nối cổng “C”. - Nhiệt độ là từ 200 C-500 C. - Kích thước: đường kính 2,6 inch (6,6 cm); chiều dài là 11 inch (27,94 cm).  Cách vận hành và bảo quản đầu dò - Kết nối đầu dò với máy đếm bằng cáp. - Kiểm tra đầu dò. 36 - Bảo đảm cao thế (HV) phù hợp với đầu dò . - Sau khi kiểm tra an toàn thì có thể tiến hành đo - Đặt nơi khô ráo. - Nhiệt độ trong khoảng từ 200 C đến 500 C. Do chỉ giới hạn mục đích kiểm nghiệm kết quả tính toán với kết quả từ mô phỏng lý thuyết, nên luận văn này tôi chỉ quan tâm đến số đếm và sử dụng đầu dò NaI. Trong trường hợp chúng ta quan tâm nhiều hơn đến các đồng vị trong thùng rác thải ta phải sử dụng đầu dò HPGe cùng với hệ phân tích đa kênh để thu được phổ năng lượng ứng với gam-ma đặc trưng của các đồng vị phóng xạ. 3.2.3 Giá đỡ và ống chuẩn trực chì Hình 3.4. Ống chuẩn trực được chế tạo riêng cho đầu dò nhấp nháy NaI Ống chuẩn trực được đúc và tiện bằng chì theo đúng kích cỡ cần thiết ứng với kích cỡ của giá đỡ, đầu dò và bề dày của một phân đoạn. Sử dụng hai ống ghép lại với nhau: ống lớn có đường kính trong là 7 cm, đường kính ngoài là 9 cm, chiều dài 7 cm ôm trọn lấy đầu tinh thể NaI, ống nhỏ có chiều dài là 5 cm, đường kính trong 0,5 cm ứng với góc nhìn (độ mở tầm nhìn) trên từng phân đoạn của đầu dò. Các ống chuẩn trực được gắn đồng trục trên cùng một giá đỡ với đầu dò. Khi gắn ống chuẩn trực vào đầu dò thì nó làm cho góc nhìn của đầu dò bị hạn chế lại, góc nhìn của đầu dò bây giờ sẽ tương ứng với bề dày của mỗi phân đoạn đã phân chia trên thùng rác thải. Ứng với khoảng cách từ tâm thùng đến đầu dò là K = 87 cm thì đường kính của ống chuẩn trực sẽ là: 37 Hình 3.5. Tỉ lệ đường kính ống chuẩn trực và bề dày phân đoạn . 8,6.5 0,5 87 d L z Ld z K K = ⇒ = = ≈ Với: d: là đường kính trong của ống chuẩn trực z: là chiều cao của một phân đoạn L: là chiều dài của ống chuẩn trực K: là khoảng cách từ tâm thùng đến đầu dò. Hình 3.6. Ống chuẩn trực gắn với đầu dò trên giá đỡ + máy LUDLUM 2200 3.2.4 Hệ nâng thùng rác thải phóng xạ gồm có: - Giá đỡ: được làm bằng bốn trục kim loại gắn lại với nhau, thước dây được gắn liền với các trục này để ta có thể biết được chính xác vị trí của từng phân đoạn của thùng rác thải. - Một mô tơ có công suất lớn, có thể nâng được 200 kg, được gắn hệ giảm tốc và hệ phanh để có thể nâng thùng lên hoặc hạ thùng xuống theo đúng độ cao ta cần có. Hệ phanh có thể giúp giữ thùng tại một độ cao nào đó để ta có thể thực hiện các ph

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftvefile_2013_01_19_4218762816_6105_1869265.pdf
Tài liệu liên quan