Luận văn Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang (tld) để đo liều bức xạ gamma trong môi trường

c, bỏng, hoại tử, loét, đối với tuyến sinh dục gây vô sinh tạm thời . -Hiệu ứng lâu dài: Chiếu xạ bằng các bức xạ ion hóa với liều lượng cao hay thấp đều có thể gây nên các hiệu ứng lâu dài dưới dạng các bệnh ung thư, bệnh máu trắng, ung thư xương, ung thư phổi, đục thủy tinh thể, giảm thọ, rối loạn di truyền... Bức xạ từ tia α khi đi vào cơ thể mô sống, chúng sẽ bị hãm lại một cách nhanh chóng và truyền năng lượng của chúng ngay tại chỗ. Vì vậy với cùng một liều lượng như nhau, nhưng tia α nguy hiểm hơn so với các tia β, γ là các bức xạ đi sâu vào sâu bên trong cơ thể và truyền từng phần năng lượng trên đường đi [2]. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Trên thế giới: Hiện nay, liều kế nhiệt huỳnh quang Thermoluminescence Dosimeter – TLD đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều bức xạ phổ biến nhất là sử dụng để đo liều cá nhân đối với các nhân viên bức xạ trong y tế, công nghiệp, nghiên cứu hạt nhân, đo liều môi trường ... Một số nước như Braxin, Ấn Độ , Banglades cũng có các nghiên cứu về việc sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều phóng xạ môi trường [8], [10], [15]. Tùy vào các phương pháp nghiên cứu khác nhau mà các vật liệu nhiệt huỳnh quang được sử dụng để nghiên cứu cũng khác nhau như LiF:Mg:Ti (ký hiệu thương phẩm là TLD-100), CaF2:Dy, CaSO4 : Dy. Các nghiên cứu ở Braxin, Banglades, Malaysia, Ấn Độ cho thấy liều bức xạ gamma môi trường tự nhiên thay đổi theo từng nước, từng vùng. Giá trị suất liều bức xạ gamma tự nhiên ở vị trí 1m so với mặt đất trung bình trên thế giới ở trong khoảng 57nGy/h [17]. Ở Malaysia liều gamma môi trường bên ngoài ( outdoor) đo được tại vùng Selama vào khoảng 273±133 nGy/h. Ở khu vực dân cư sinh sống, liều gamma môi trường (bao gồm cả trong nhà và ngoài trời) tương ứng vào khoảng 205±59 nGy/h và 212±64 nGy/h [8]. Từ năm 1993, các nước Bắc Âu gồm Đan Mạch, Phần Lan, Na Uy, Ireland và Thụy Điển đã công bố kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự nhiên trung bình hàng năm lên dân chúng được đưa ra trong Bảng 1.8. Bảng 1. 8 Kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự nhiên trung bình hàng năm lên cộng đồng ở một số nước Bắc Âu Loại nguồn Phần Lan Thụy Điển Đan Mạch Na Uy Ireland -Bức xạ gamma từ đất, vật liệu xây dựng (mSv) 0.5 0.5 0.3 0.5 0.2 Hàm lượng radon trong nhà và nơi làm việc(mSv) 2.0 1.9 1.0 1.7 0.2 Các nguyên tố phóng xa trong cơ thể (mSv) 0.3 0.3 0.3 0.35 0.3 Bức xạ vũ trụ (mSv) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 Tổng cộng (mSv) 3.1 3.0 1.9 2.85 1.0 * Ở Việt Nam: Đối với nước ta, liều kế nhiệt huỳnh quang đã được nghiên cứu và sử dụng chủ yếu trong đo liều cá nhân cho các nhân viên bức xạ tại các cơ sở y tế và trong công nghiệp. Theo thống kê của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam (VINATOM) cũng cho thấy hiện nay tại Việt Nam có khoảng 3000 người thường xuyên làm việc và tiếp xúc với các nguồn phóng xạ và tia X trong bệnh viện, trong công nghiệp và các ngành kinh tế khác. Cụ thể phân bố nhân viên bức xạ trong các lĩnh vực khác nhau ở Việt Nam được thể hiện trên hình 1.1. Tất cả các nhân viên bức xạ phải sử dụng liều kế TLD trong quá trình làm việc và cứ ba tháng một lần liều kế TLD được chuyển về cơ sở hạt nhân để đọc giá trị liều mà nhân viên bức xạ đã nhận được . Hình 1. 1. Phân bố nhân viên bức xạ theo các lĩnh vực làm việc [TTATBX-2012] Không chỉ nhân viên bức xạ khi tiếp xúc với nguồn bức xạ hoặc thiết bị phát bức xạ chịu liều chiếu bức xạ mà dân chúng hàng ngày cũng luôn bị chiếu bởi liều bức xạ tự nhiên. Để đánh giá liều chiếu của dân chúng do bức xạ tự nhiên gây ra, một số phương pháp đã được áp dụng và triển khai trên lãnh thổ Việt Nam như : dùng máy đo suất liều bức xạ gamma trong không khí ở độ cao 1m so với mặt đất, hoặc lấy mẫu đất đá để phân tích hàm lượng Uran, Thori, Kali từ đó tính toán được liều chiếu gây ra đối với dân chúng. Một số kết quả xác định liều dân chúng của Việt Nam sử dụng các phương pháp trên đã được một số các nhà khoa học của Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam thực hiện. Tuy nhiên vấn đề bức xạ môi trường chưa được quan tâm đúng mức. Tình hình sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đánh giá liều bức xạ tự nhiên đối với dân chúng chưa được chú trọng ở nước ta. Vì vậy, phương pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều bức xạ tự nhiên trong môi trường cần được quan tâm nghiên cứu để có thể triển khai ứng dụng vào thực tiễn. Đặc biệt với nền tảng sẵn có trong lĩnh vực đo liều cá nhân và khi Việt Nam xây dựng nhà máy điện hạt nhân thì vấn đề an toàn bức xạ được ưu tiên quan tâm. Do đó, tiềm năng ứng dụng và hiệu quả của phương pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang trong đo liều bức xạ môi trường là rất lớn. Bức xạ hạt nhân và các đơn vị đo liều bức xạ Trong quá trình phân rã các nguyên tố phóng xạ sẽ phát ra các tia bức xạ, bao gồm: bức xạ anpha, bức xạ bêta, bức xạ gamma, bức xạ nơtron và các mảnh phân hạch. Khi tác dụng với môi trường vật chất, các bức xạ này có những khả năng gây ra sự ion hóa khác nhau. Và để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các loại tia bức xạ này, các nhà khoa học hạt nhân đã đưa ra khái niệm về bức xạ hạt nhân. Hoạt độ phóng xạ Hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ hay một lượng chất phóng xạ nào đó chính là số hạt nhân phân rã phóng xạ trong một đơn vị thời gian. Nếu trong một lượng chất phóng xạ có N hạt nhân phóng xạ, thì hoạt độ phóng xạ của nó được tính theo công thức sau: Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ, λ là hằng số phân rã phóng xạ, N là số hạt nhân phóng xạ hiện có. Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel, viết tắt là Bq. Một Becquerel tương ứng với một phân rã trong 1 giây. Trước kia, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Curie, viết tắt là Ci. Curie là hoạt độ phóng xạ của 1 gam 226 Ra, tương ứng với 3,7.1010 phân rã trong một giây. Mối liên hệ giữa hai đơn vị : 1Ci=3,7.1010Bq 1Ci=37GBq 1Bq=2,7.10-11Ci=27pCi Liều hấp thụ Liều hấp thụ trung bình DT trong mô T được tính bằng năng lượng bức xạ truyền cho một đơn vị khối lượng mô. Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là Gray( Gy) 1Gy=1J/kg=100 Rad Trước đây, thường dùng đơn vị là Rad ( radiation absorbed dose). Rad là liều lượng bức xạ mà 1 kg vật chất hấp thụ được một năng lượng bằng 10-2J. 1Rad= 10-2 J/kg Liều tương đương sinh học và liều hiệu dụng Cùng một liều hấp thụ nhưng tác dụng sinh học của bức xạ còn tùy thuộc vào loại bức xạ và loại mô ( cơ quan sinh học) bị chiếu xạ. Để đặc trưng cho các loại bức xạ khác nhau, người ta dùng đại lượng có tên gọi là hệ số phẩm chất hay trọng số bức xạ ωR. Trọng số bức xạ (wR ) là một hệ số mà biến đổi liều hấp thụ trong một mô hay cơ quan thành liều tương đương và được xác định theo loại và năng lượng của bức xạ mà cơ quan hay mô đó bị chiếu. Như vậy, liều tương đương sinh học của mô ( cơ quan) T nào đấy của cơ thể trong một trường bức xạ được tính theo hệ thức Trong đó, tổng được lấy theo tất cả các loại bức xạ trong trường bức xạ. Đối với các photon, electron, muon, năng lượng bất kỳ thì ωR = 1 Giá trị ωR của các loại bức xạ được ghi trong bảng 1.9 . Bảng 1.9 đưa ra trọng số của tất cả các loại bức xạ với các năng lượng khác nhau Bảng 1. 9. Trọng số của các loại bức xạ ωR Bức xạ Năng lượng ωR Nơtron <10keV 5 10keV÷100keV 10 100keV÷ 2MeV 20 2MeV÷20MeV 10 >20MeV 5 Proton 5 α, hạt nặng khác 20 γ, β, µ 1 Liều hiệu dụng E được tính theo hệ thức sau: Trong đó ωT là hệ số mô, tổng được lấy theo tất cả các mô chịu tác dụng của bức xạ. đối với toàn bộ cơ thể. Bảng 1.9 ghi giá trị hệ số mô của các mô khác nhau. Bảng 1. 10 Hệ số mô Mô( cơ quan) ω T Da 0,01 Phổi 0,12 Dạ dày 0,12 Gan 0,05 Đơn vị liều tương đương sinh học và liều hiệu dụng là Sievert( Sv). Biết liều hấp thụ DT tính theo Gy, sử dụng các hệ số bức xạ ωR và hệ số mô, ta có thể tính được liều tương đương hay liều hiệu dụng. Liều giới hạn cho phép ICRP ( năm 1991) đã đưa ra khuyến cáo: Liều hiệu dụng E giới hạn ( cho phép) đối với các nhân viên chuyên nghiệp là 20mSv/năm, đó là giá trị trung bình trong 5 năm nhưng trong 5 năm đó không có năm nào vượt quá 50mSv/năm. Đối với dân chúng thì liều hiệu dụng cho phép là 1mSv/năm, tính trung bình cho 5 năm liên tục, trong đó không có năm nào bị chiếu xạ nhiều đột xuất [11]. Những năm gần đây, mức liều giới hạn cho phép đó còn được ICRP đề nghị giảm xuống thấp nữa. Đối với các mô hoặc cơ quan của người, ICRP cũng đưa ra những khuyến cáo cụ thể : Chẳng hạn liều tương đương sinh học giới hạn cho phép đối với nhân viên chuyên nghiệp bị chiếu xạ vào mắt là 150mSv/năm, vào da là 500mSv/năm Đối với dân chúng thì mức độ cho phép thấp hơn 10 lần. Các phương pháp xác định liều bức xạ trong tự nhiên Đo suất liều bức xạ tự nhiên trong môi trường có thể được tiến hành theo nhiều phương pháp khác nhau, việc lựa chọn tùy thuộc vào các mục đích ứng dụng cụ thể. Các phương pháp xác định liều bức xạ trong tự nhiên có thể được phân ra thành hai phương pháp : Đo tức thời bằng các thiết bị đo chủ động (active detectors). Đo tích lũy bằng các thiết bị đo thụ động ( passive detectors). Thiết bị đo chủ động là các thiết bị cho phép xác định suất liều bức xạ tại một thời điểm nhất định. Thông thường các máy đo liều xách tay thường hay được sử dụng để xác định liều bức xạ trong tự nhiên bởi ưu điểm của chúng là thiết bị đơn giản, gọn nhẹ dễ sử dụng và có thể đưa ra suất liều ngay tại thời điểm đo. Tuy nhiên độ chính xác của phép đo tùy thuộc vào từng loại thiết bị khác nhau và phụ thuộc vào một số yếu tố của môi trường. Phương pháp đo thụ động bằng cách sử dụng các liều kế nhiệt huỳnh quang, liều kế phim để đo tại thực địa. Phương pháp này cho phép đánh giá suất liều bức xạ trong một khoảng thời gian tương đối dài (1- 6 tháng). Hiện nay kỹ thuật nhiệt huỳnh quang được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều môi trường và đo liều cá nhân cho nhân viên bức xạ bởi một số ưu điểm sau : Vật liệu nhiệt huỳnh quang được chế tạo với kích thước vật lý nhỏ thuận tiện cho việc sử dụng, không cần dây cáp nối, dễ dàng vận chuyển, đặt trong các hộp nhỏ hoặc bình chứa, có thể gửi qua đường bưu điện [1]. Vật liệu phát huỳnh quang có sẵn phong phú, đa dạng tạo nên những đầu nhạy tương đương với các tổ chức trong cơ thể và có độ nhạy chọn lọc đối với các loại bức xạ khác nhau, thích hợp với việc kiểm tra phông và đo liều tai nạn. Dải liều đo được rất rộng từ khoảng 10-6 đến khoảng 107 Gy[1]. Có khả năng lưu trữ và bảo vệ thông tin được lâu, không bị ảnh hưởng bởi suất liều chiếu xạ cao tới xấp xỉ 109Gy/s, ít phụ thuộc vào môi trường, độ ẩm. Có thể sử dụng nhiều lần, thích hợp với chương trình tự động hóa Các vật liệu nhiệt huỳnh quang có sẵn để sử dụng. Nhờ có những ưu điểm quan trọng như vậy nên các liều kế nhiệt huỳnh quang đã cạnh tranh rất hiệu quả với những phương pháp truyền thống như phương pháp ion hóa và nhũ tương ảnh trong nhiều lĩnh vực (ví dụ trong kiểm tra liều lượng cá nhân, xác định liều lượng trong y học hạt nhân,, đo kiểm tra liều môi trường. Tuy nhiên hệ máy đọc liều huỳnh quang có nhược điểm quan trọng là khá đắt tiền. Nhiệt huỳnh quang và đặc trưng của liều kế nhiệt huỳnh quang Nhiệt huỳnh quang Nhiệt huỳnh quang là hiện tượng các chất cách điện (điện môi) hoặc chất bán dẫn điện phát ra ánh sáng khi bị nung nóng nếu như trước đó các vật liệu này đã được chiếu xạ bởi các bức xạ ion hóa như: bức X, bức xạ anpha, bức xạ beta, bức xạ gamma... Như vậy, đối với vật liệu nhiệt phát quang ta cần lưu ý những điều sau: Vật liệu phải là chất điện môi hay bán dẫn. Vật liệu đã có khoảng thời gian hấp thụ năng lượng trong quá trình được phơi chiếu bởi bức xạ ion hóa. Nhiệt chỉ đóng vai trò kích thích chứ không phải là nguyên nhân chính gây sự phát quang. Các vật liệu này sau khi đã được kích thích nhiệt để phát quang thì khi nâng nhiệt một lần nữa cũng sẽ không phát quang, do electron đã thoát ra khỏi bẫy. Nếu muốn phát quang thì vật liệu cần chiếu xạ lần nữa. Mô hình cấu trúc các vùng hoạt động năng lượng của hiện tượng nhiệt huỳnh quang. Hiện tượng phát quang xảy ra là do chúng ta đã cung cấp năng lượng cho các electron dưới dạng nhiệt làm cho các điện tử này thoát khỏi hố bẫy và chuyển dịch về mức cơ bản cùng với đó là phát ra những phôtôn ánh sáng trong miền khả kiến. Một số liều kế nhiệt phát quang sử dụng trong đo liều bức xạ ion hóa Nói chung, trong các loại vật liệu nhiệt huỳnh quang đang được sử dụng phổ biến, có thể phân chia thành 2 loại [1]: Liều kế tương đương mô: là loại liều kế có nguyên tử số hiệu dụng Zeff gần với nguyên tử số hiệu dụng của mô sinh học có giá trị vào cỡ 7,4. Liều kế không tương đương mô: là loại liều kế có nguyên tử số hiệu dụng Zeff khác nhiều so với Zeff của mô. Đặc trung chủ yếu của một số vật liệu nhiệt huỳnh quang được chỉ trong Bảng 1.11 Bảng 1. 11 Các đặc trưng của một số vật liệu nhiệt huỳnh quang Vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Ti (TLD-100) CaSO4:Dy LiF:Mg,Cu,P (Bắc Kinh) Độ nhạy nhiệt huỳnh quang tương đối 1 30 30 (vùng tích hợp) 40 (chiều cao đỉnh) Bước sóng cực đại phát ra 425nm 480, 570nm 380nm Ngưỡng dò với nhiệt độ qui ước 50nGy 1mGy – 30Gy 0,1mGy – 12Gy Đáp ứng năng lượng 1,3 keV 10 -12 keV 0,8keV Vùng tuyến tính 50mGy – 3mGy 10 – 20 0,8keV Đỉnh cong 210 220 210 Tiền chiếu xạ 4000C --1h 4000C --1h 2400C – 10 phút Xử lí nhiệt 800C – 24h Vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Ti có độ nhạy nhiệt huỳnh cao tương đối cao, có số nguyên tử hiệu dụng gần tương đương với mô, hệ số suy giảm tín hiệu thấp cho nên vật liệu này phù hợp với việc sử dụng để đo liều lượng bức xạ trong y tế và môi trường. Một số đặc trưng của vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Ti (ký hiệu thương phẩm là TLD-100) Vật liệu LiF có số nguyên tử hiệu dụng Zeff= 8.14 gần tương đương với mô. Chúng có dải liều rộng từ vài mR đến 2.105 R và ít phụ thuộc vào năng lượng ( < 10KeV- vài MeV), fading không đáng kể cỡ 5% trên năm [12]. Trên đường cong nhiệt phát quang của LiF : Mg :Ti (LiF 100) có ít nhất là 6 đỉnh trong khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 3000C Trong đó: Đỉnh 1 (60o C), đỉnh 2 (120o C), đỉnh 3 (1700C), đỉnh 4 (1900C), đỉnh 5 (2100C), đỉnh 6 (2850C). Đỉnh chính của đường cong nhiệt phát quang là 190oC và 210 oC tương ứng với đỉnh 4 và 5. Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: bức xạ gamma và các phương pháp xác định bức xạ gamma trong môi trường. Phạm vi nghiên cứu: Khuôn viên Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 2.2. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập tài liệu. Tiến hành thu thập các số liệu, dữ liệu, thông tin có sẵn liên quan đến nội dung của đề tài nghiên cứu. Chuẩn bị mẫu liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 sử dụng đo gamma môi trường. Cấu tạo của liều kế gồm hai phần: Vỏ và chip Vỏ liều kế được làm bằng nhựa PE màu đen có gắn mã số cho từng chip Chip TLD với vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF: Mg:Ti (TLD -100) Mỗi mẫu thí nghiệm được gắn 3 chíp TLD- 100 (đã được bọc vỏ PE) đối với những mẫu đặt ngoài trời và gắn 5 chíp đối với các mẫu đặt trong nhà. Hình 2. 1 Mẫu liều kế sử dụng đo gamma môi trường trong nhà và ngoài trời Các chíp được đặt trong một hộp nhựa trong suốt với kích thước 3x5 mm và được bao bọc bằng một lớp màng PE trước khi đem đặt ngoài môi trường. Xử lý nhiệt độ và chuẩn liều kế Mặc dù mẫu liều kế 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 chip nhiệt huỳnh quang này chúng ta phải xử lý chúng để nhằm loại bỏ các tín hiệu dư không mong muốn đã tích lũy 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 các chip TLD-100 bằng lò nung Vinten với nhiệt độ nung là 400OC, thời gian nung 1 giờ và ủ ở 100oC trong thời gian 2 giờ. Sau chế độ nung này lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang được tích lũy trước đó đã hầu như được loại bỏ hoàn toàn. Mẫu liều kế sau khi đã loại bỏ tín hiệu dư sẽ được đóng vào các vỏ liều kế như đã nên trên và hàn kín lại. Sau đó, tất cả các mẫu này sẽ được chiếu chuẩn trên nguồn Cs137 với mức liều 1mGy trong không khí. Hình 2. 2 : Chiếu chuẩn liều kế Sau khi chiếu chuẩn, toàn bộ các liều kế được để trong thời gian 1 tuần nhằm loại bỏ tạp nhiễu (gây ra do quá trình chiếu xạ) và các tín hiệu nhiệt huỳnh quang không bền vững . Sau đó tiến hành đo lượng bức xạ nhiệt huỳnh quang từng mẫu trên hệ đo HARSHAW -4000 để xác định hệ số chuẩn cho từng chip. Đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 tại các địa điểm nghiên cứu. Để thử nghiệm đo liều bức xạ gamma trong môi trường, chúng tôi đã sử dụng 22 mẫu bao gồm 88 chíp TLD-100 để làm liều kế nhiệt huỳnh quang và bố trí đặt chúng ở một số vị trí khác nhau tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân như trong phần phụ lục. Các vị trí đặt liều kế thí nghiệm phải cố định trong suốt thời gian đo, cách tường ít nhất 50cm đối với liều kế đặt trong nhà. Liều kế thí nghiệm được đặt tại các phòng thí nghiệm hay làm việc với nguồn phóng xạ, đặt tại các địa điểm gần kho nguồn và khu vực xung quanh. Thời gian đặt là 3 tháng [9],[15]. Các mẫu được đặt trên giá có chiều cao chuẩn là 1m so với mặt đất. Hình 2. 3 Giá chuẩn đặt liều kế thí nghiệm Xây dựng phương pháp đo liều bức xạ môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD -100. Thiết bị đọc HARSHAW- 4000: Trong thí nghiệm này, để đọc tín hiệu nhiệt huỳnh quang chúng tôi sử dụng thiết bị đo tín hiệu huỳnh quang HARSHW-4000 của Phòng đo liều bức xạ ion hóa thuộc Trung tâm An toàn bức xạ, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân. Những tín hiệu nhiệt huỳnh quang của chip được đo bởi máy đọc HARSHAW - 4000 Chế độ của máy như sau : - Nhiệt độ nung sơ bộ : 1350C, thời gian 5 giây. - Tốc độ giảm nhiệt : 120C/ giây. - Nhiệt độ đọc mẫu : 2600C, thời gian 20 giây. - Nhiệt độ ủ : 3000C, thời gian 3 giây. Hình 2. 4. Mô hình máy đọc Harshaw TLD – 4000 Hình 2. 5 a Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy đọc b Chu kì gia nhiệt và đường cong phát quang của LiF A: Đáp ứng nhiệt phát quang. B: Nhiệt độ Hệ thống gia nhiệt (Hình 2.5): Mục đích quan trọng của một chu kì gia nhiệt là để cung cấp nhiệt cho chất nhiệt phát quang cho tới khi các electron được giải phóng khỏi các tâm bẫy. - Ở giai đoạn nung sơ bộ: mục đích để khử các đỉnh ở nhiệt độ thấp (đỉnh 1, 2, 3). - Ở giai đoạn đọc liều kế: cung cấp nhiệt để các electron thoát khỏi các bẫy dùng để xác định liều lượng. Tín hiệu ánh sáng thu được tỉ lệ với liều hấp thụ như vậy có thể xác định liều tương đương được biểu diễn trên hình 8 c là phần gạch chéo (tương ứng với phần diện tích dưới đỉnh 4 và 5 của đường cong phát quang). - Ở giai đoạn nung: mục đích khử tín hiệu dư. Hệ thống thu và ghi nhận ánh sáng: Vai trò của thiết bị này trong hệ máy đọc là thu tất cả tín hiệu ánh sáng phát ra từ chất nhiệt phát quang khi được xử lí nhiệt và loại bỏ tất cả các bức xạ quang học khác như là bức xạ hồng ngoại từ khay đốt, và được chuyển thành tín hiệu điện (như dòng điện), điện tích hoặc xung thế, tuỳ theo yêu cầu muốn biểu diễn và ghi nhận. ở hệ đọc này tín hiệu được đưa về dạng điện tích. Hệ thống này bao gồm: + Buồng đọc ra (readout chamber). + Phin lọc quang học (optical filter). + Ống nhân quang điện (photomultiplier). Ống nhân quang điện nhạy với với bước sóng 400 nm tương ứng với sự phát ánh sáng màu xanh của LiF. Ánh sáng phát ra từ vật liệu nhiệt huỳnh quang là kết quả của việc gia nhiệt cho vật liệu sau khi nhận bức xạ phôton. ánh sáng phát ra được ghi nhận bởi ống nhân quang điện. Sơ đồ nhiệt thời gian có thể ảnh hưởng đến hình dạng đường cong. Vị trí của các đỉnh phát quang theo kênh nhiệt độ phụ thuộc vào tốc độ nung. Do đó cần phải có chế độ gia nhiệt phù hợp. 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. Liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 sau khi đặt tại hiện trường được thu về và tiến hành đọc trên máy HARSHAW 4000 với chế độ đo đã được xây dựng. Mỗi phép đo được thực hiện qua 5 hoặc 3 lần đo lặp tùy vào từng loại liều kế đặt trong nhà hay đặt ngoài trời. Lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang sẽ được lấy trung bình qua các lần đo đó. Từ những giá trị đo được của mỗi liều kế thí nghiệm tính được giá trị trung bình và sai số của phép đo. Đánh giá liều gamma môi trường bằng phương pháp đo tại hiện trường [20] Suất liều gamma môi trường được đo ở khoảng cách 1m so với mặt đất bằng thiết bị đo suất liều INSPECTOR 1000 do hãng Canberra sản xuất model IN1K ; seri : 04061213 . Thiết bị này đã được hiệu chuẩn bởi Phòng chuẩn liều cấp hai ( SSDL)- Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt Nhân. Thực hiện việc đo suất liều gamma môi trường bằng thiết bị Inspector 1000 trong khoảng thời gian 3 tháng liên tục. Số liệu được lấy 5 lần tại một điểm đo trong thời gian 30 phút để tính sai số. Suất liều gamma được đo tại các vị trí đặt liều kế trong khu vực Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân nhằm lấy kết quả so sánh với phương pháp xác định suất liều gamma môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 và bằng phương pháp đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong mẫu đất. Đánh giá liều môi trường bằng phương pháp đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong mẫu đất Lấy hai mẫu đất đại diện cho hai khu vực đặt liều kế thí nghiệm là khu vực gần kho nguồn nhà B và khu vực sân trong của Viện Khoa hoc và Kỹ thuật Hạt nhân. Tiến hành lấy mẫu đất tại khu vực đặt liều kế môi trường theo sơ đồ sau bằng dụng cụ chuyên dụng[10]. Bố trí các điểm lấy mẫu trung bình đại diện tại 1 vị trí lấy mẫu có diện tích không lớn, (.) các điểm lấy mẫu theo corer ; lấy mẫu tại tâm và các đỉnh của 2 hình vuông cạnh 1m, cách nhau 3m Xử lý mẫu theo sơ đồ sau [10] : MẪU Để khô tại nhiệt độ phòng Sấy ở 105oC trong 24h Nghiền và rây 0,1mm Phần nhỏ hơn 0,1mm Cho vào hộp đựng mẫu đo nhựa Loại bỏ phần lớn hơn 0,1mm Đo mẫu Các mẫu được đựng trong hộp nhựa, đậy kín rồi để vào nơi khô thoáng nhằm giúp các đồng vị cân bằng thế kỷ để các kết quả về sau được chính xác. Việc đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong các mẫu đất được thực hiện trên phổ kế gamma phông thấp trong thời gian 24 giờ để lấy đủ thống kê diện tích đỉnh của các đồng vị quan tâm. Tiến hành đo như sau : Đặt mẫu vào vị trí đo (tại cùng vị trí đó đo chuẩn để xác định hiệu suất) Tiến hành phép đo với thời gian từ 12 - 24 giờ (đảm bảo đủ thống kê với độ chính xác ±15%). Lưu phổ vào ổ đĩa máy tính sau khi kết thúc phép đo. Xử lý phổ và ghi chép kết quả đo Tính hoạt độ các đồng vị phóng xạ (40K, 238U, và 232Th) - Đối với 40K: tính theo đỉnh tại năng lượng 1461 keV - Đối với U: tính kết quả lấy theo đỉnh sau: 1764 keV cho 214Bi, - Đối với Th: tính kết quả lấy theo đỉnh sau : 911 keV cho 228Ac. Hoạt độ riêng (Bq/kg) của đồng vị phóng xạ cần phân tích tại thời điểm đo mẫu là: [10] Trong đó: m - khối lượng mẫu phân tích (kg), S - diện tích đỉnh của tia gamma ở năng lượng E (số đếm thực trong thời gian đo). e - hiệu suất ghi tuyệt đối tại năng lượng đỉnh đang xét, Pg - hiệu suất phát của tia gamma tại năng lượng đỉnh đang xét, t - thời gian đo mẫu (s). Xử lý số liệu : Sử dụng phần mềm Microsoft Excell để xử lý,lưu trữ và biểu diễn số liệu đo đạc. Phương pháp tổng hợp, phân tích : Sau khi xử lý số liệu, rút ra nhận xét, phân tích kết quả. Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Xác định hệ số chuẩn cho từng chíp TLD đo gamma môi trường Hệ số chuẩn CF cho từng chíp TLD được xác định bằng công thức sau: [12] CF= L : Liều bức xạ chiếu đã biết R: Số đọc của chíp Phông của mỗi chip được xác định bằng cách đọc lại chip đó lần 2. Ta tiến hành chiếu chuẩn các chíp trên nguồn Cs 137 có giá trị 1mGy trên xốp trong không khí. Sau đó được đo trên máy Harshaw-4000. Giá trị đọc từ máy đọc có đơn vị là nC. Như vậy đơn vị của hệ số chuẩn ( CF) ở đây là mGy/nC. Dựa vào công thức trên ta tính được hệ số chuẩn cho từng chíp theo bảng . Xác định ngưỡng nhạy của chip TLD 100 Ngưỡng nhạy hay liều dò tìm tối thiểu đối với chip được xác định bằng 3 lần độ lệch chuẩn của phông bản thân chip (sph) (1) [12] (2) [12] Trong đó : phi là phông của bản thân chip thứ i là phông trung bình của n chip Các bước tiến hành: Chọn 10 chip đồng đều Sau khi được xử lí nhiệt được sử dụng để đo phông. Bảng 3.1 là số liệu về phông của 10 chip TLD100 được chọn nhằm xác định ngưỡng nhạy. Bảng 3. 1 Phông của các chip TLD-100 STT Chip ph (nC) của chip 1 T2 0.81 2 T3 0.66 3 18 1.21 4 65 0.66 5 04 0.59 6 60 1.06 7 61 0.62 8 112 0.6 9 104 0.87 10 2 0.67 Từ số liệu về phông của các chip TLD 100 đo được.Dựa vào công thức (1) và (2) ta tính được ngưỡng liều đối với chip là 0.18 nC Xác định suất liều gamma trong môi trường bằng phương pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang ( TLD 100) Sau thời gian đặt mẫu thí nghiệm ngoài hiện trường, liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 được thu thập về và tiến hành đo trên máy HARSHAW 4000 theo chế độ được thiết lập ở chương 2. Giá trị liều bức xạ ion hó