Luận văn Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của một số nguyên tố phóng xạ trong không khí tại Hà Nội năm 2013

bảng sau: Bảng 1.4: Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm từ các nguồn chiếu xạ khác nhau. Nguồn chiếu xạ Hoạt độ phóng xạ cân bằng Bq/m3 Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm (μGy/năm) 222Rn và các nguyên tố con cháu của nó: Trong môi trường tự do 8 Trong môi trường Xây dựng Vật liệu xây dựng 20 340 Nước 0.004 - 40 0.07 - 700 220Rn và các nguyên tố con cháu của nó: Trong môi trường tự do 0.04 1 Trong môi trường Xây dựng Vật liệu xây dựng 0.4 45 Dựa vào các tính chất tác dụng của bức xạ hạt nhân, người ta phân biệt hai loại chiếu trong và chiếu ngoài. Chiếu trong xảy ra khi chất phóng xạ đi vào cơ quan bên trong của cơ thể theo không khí thức ăn, đồ uống, hút thuốcvà có thể đi qua da khi người bị xây xát. Tác dụng của bức xạ lên cơ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sự nguy hiểm tăng theo sự tăng hoạt độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ đi vào cơ thể và chu kỳ bán rã của nó. Khi chiếu trong bằng các liều lượng lớn có thể xảy ra các bênh ở các cơ quan bên trong của cơ thể và có thể thường xảy ra một cách có tính chu kỳ và có nhiều giai đoạn. Đối với sự chiếu chung toàn thân thì liều chiếu cực đại cho phép, ký hiệu là MPD (Maximum Permissible Dose) được xác định bằng công thức sau: MPD = (N-18).5 rem Trong đó: N là tuổi của người bị chiếu. Tuy nhiên, một người không được nhận nhiều hơn 3 rem trong 13 tuần hoặc 12 rem trong 12 tháng. Bảng dưới đây giới thiệu các giá trị MPD đối với các cơ quan khác nhau cho hai loại A và C. Bảng 1.5: Liều cực đại cho phép đối với một số cơ quan trong cơ thể người Nhân viên làm việc với nguồn Phóng xạ (Loại A) Nhân dân nói chung (Loại C) Rem/năm Rem/13 tuần Rem/năm Tủy, Xương 5 3 0.5 Da, xương, tuyến giáp 30 15 3 Tay, cẳng tay, chân 75 38 7.5 Các bộ phận khác 15 8 1.5 An toàn phóng xạ ở Việt Nam: Theo pháp lệnh an toàn và kiểm soát bức xạ sô 50L/CTN của nhà nước ban hành ngày 3-7-1996 và có hiệu lực ngày 1-7-1997 thì liều giới hạn tối đa đối với các nhân viên làm việc trực tiếp với bức xạ là 20mSv, đối với nhân dân nói chung là 1mSv. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM. Quá trình nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm bụi hô hấp vô cùng quan trọng. Những năm đầu của thập kỷ 80 con người mới phần nào đánh giá được tầm quan trọng của việc nghiên cứu mức độ ô nhiễm bụi không khí, đặc biệt là bụi hô hấp. Đến nay, đây là đề tài được nhiều nhà khoa học quan tâm và đánh giá cao. Mọi người tập trung nghiên cứu các vấn đề: Các tính chất vật lý, hóa học, quang học của bụi hô hấp. Các nguồn phát, thành phần nguyên tố, hợp chất và ion đối với từng loại nguồn. Các quá trình đưa đến sự hình thành, vận chuyển, biến hóa trong khí quyển, đặc biệt là quá trình chuyển pha khí – sol khí – mây mưa. Tác động các yếu tố thời tiết, khí tượng. Lan truyền ô nhiễm tầm xa, lan truyền bụi hô hấp trên qui mô vùng và qui mô toàn cầu. Các kỹ thuật quan trắc và phân tích thành phần hóa học bằng vệ tinh Tác hại tới sức khỏe. Sol khí thay đổi khí hậu trên Trái đất. 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm không khí trên Thế Giới Ô nhiễm bụi khí được nghiên cứu nhiều năm ở tất cả các nước đặc biệt là ở các nước phát triển ngày một mạnh mẽ. Các nghiên cứu ở Mỹ có qui mô lớn nhất. Những dự án toàn cầu như ACE, các công trình nghiên cứu của hệ thống EPA USA thu hút sự đóng góp các nhà khoa học trên thế giới. Từ năm 1998, dưới sự tài trợ của IAEA, các nước trong khu vực Châu Á đã hợp tác nghiên cứu bụi hô hấp tại các thành phố lớn sử dụng các kỹ thuật hạt nhân phân tích thành phần nguyên tố. Một số nước quy mô như Mỹ, Nhật Bản, Úc đưa ra các tiêu chuẩn về bụi hô hấp để bảo vệ sức khỏe và sinh hoạt cộng đồng. Các nước còn sử dụng cả kỹ thuật thăm dò lidar ( rada phát sáng dùng tia laze), viễn thám và tổ chức các cuộc thám hiểm bằng máy bay, tàu thủy Trên thế giới,  tổ chức quốc tế UNSCEAR đã tập hợp số liệu từ nhiều nước và nhiều vùng khác nhau, với khoảng 23 nước, chiếm một nửa số dân trên hành tinh, và đưa ra con số về phông phóng xạ trung bình toàn cầu là 2,4 mSv/năm. Theo đó, mỗi người, trong một năm, nhận một liều hiệu dụng từ các loại bức xạ tự nhiên khoảng 2,4 mSv/năm. Ở đây, liều chiếu ngoài khoảng 1,1 mSv/năm (45%) và liều chiếu trong khoảng 1,3 mSv/năm (55%). Nhiều nước trên thế giới có phông phóng xạ cao hơn mức trung bình nói trên. Chẳng hạn, trong các nước Châu Âu và Châu Úc, môi trường phóng xạ trong lành nhất là hai nước Anh (UK) và Úc (Australia) với phông phóng xạ (hay liều hiệu dụng trung bình) khoảng 1,6 mSv/năm. Nhưng, ở Phần lan (Finland) lại có phông phóng xạ rất cao; gần 8 mSv/năm, kế đến là Pháp (France) và Tây ban nha (Spain) với gần 5 mSv/năm. Thế nhưng, có những vùng, dân chúng sống trong một môi trường bức xạ tự nhiên rất cao, như ở Ramsar (Iran), Kerala (Ấn độ), Guarpapi (Braxin) và Yangjang (Trung Quốc). Một số ngôi nhà ở Ramsar người dân nhận liều bức xạ vào cỡ 132 mSv/năm, cao hơn mức trung bình thế giới khoảng 50 – 70 lần. Tất cả các chương trình nghiên cứu vẫn đang tiếp tục thực hiện và ngày càng có qui mô rộng hơn. 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm không khí ở Việt Nam Ở nước ta việc nghiên cứu đánh giá hoạt độ phóng xạ đã và đang được tiến hành ở nhiều vùng nhiều khu vực và được sự quan tâm chú trọng của nhà nước cũng như của nhiều nhà khoa học nhờ đó cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu và đạt một số kết quả nhất định: Một số số liệu đo trên các vùng dân cư ở thành phố, thị xã, ven đường quốc lộ, đồng bằng và trung du đều chứng tỏ môi trường (hay còn gọi là phông) phóng xạ tự nhiên nằm trong khoảng 2 – 2,5 mSv/n, nói chung không vượt quá phông trung bình của thế giới. Còn ở những vùng mỏ phóng xạ và đất hiếm (Tây Bắc), graphit (vùng Quảng Nam) hay sa khoáng (dọc bờ biển Trung bộ) , hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong đất đá cao hơn, và phông phóng xạ cũng cao hơn mức trung bình khoảng 1,5 – 2 lần. Có những khu vực, giữa thân các mỏ quặng, phông phóng xạ cao hơn nhiều lần, liều hiệu dụng nằm trong khoảng 10 – 30 mSv/n. Tuy nhiên việc nghiên cứu phóng xạ trong không khí còn khá mới và ít có các công trình nghiên cứu đặc biệt là sự ô nhiễm phóng xạ và hoạt độ phóng xạ riêng tại các khu vực cụ thể. Nghiên cứu ô nhiễm bụi khí ở Đà Lạt và thành phố Hồ Chí Minh Từ năm 1992, Viện Nghiên cứu Hạt nhân ở Đà Lạt đã quan trắc và nghiên cứu một cách có hệ thống bụi khí tổng ở Thành phố Hồ Chí Minh. Các kết quả được báo cáo đều đặn hàng năm cho Sở Khoa học và Công nghệ Môi trường Thành phố. Tháng 8/1996, Viện nghiên cứu hạt nhận ở Đà Lạt chuyển sang nghiên cứu bụi hô hấp nhờ có thiết bị do chương trình hợp tác vùng cung cấp ( SFU ). Trạm quan trắc tại thành phố Trương Định và Thủ Đức được thiết lập đã tiến hành nhận dạng các nguồn phát ô nhiễm dựa trên thành phần nguyên tố của bụi hô hấp. Một nhóm tác giả Nhật hợp tác với nhóm nghiên cứu ở Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đang nghiên cứu khí ( SO₂, NOx) và bụi lơ lửng tổng cộng. Ô nhiễm bụi khí ở Hà Nội Từ năm 1998 bụi hô hấp được nghiên cứu bài bản và toàn diện hơn, hàm lượng bụi được quan trắc hàng ngày cùng với các thông số khí tượng như vận tốc gió trung bình, lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, tần suất nghịch nhiệt và các số liệu khí tượng Quá trình nghiên cứu đã khảo sát rất nhiều địa bàn ở các điểm trong thành phố và các tỉnh thành trên miền Bắc. Từ tháng 9/1999 đến nay, hàm lượng bụi được quan trắc theo tần suất 2 ngày đêm trong một tuần. Số lượng mẫu thu góp cho đến nay đã lên tới vài nghìn mẫu. Từ năm 2001 đến nay hai trạm quan trắc với 3 thiết bị thu góp mẫu đang hoạt động liên tục 2 ngày đêm trong một tuần. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Tính từ thời điểm 1/08/2008, khi được mở rộng bao gồm toàn bộ tỉnh Hà Tây (cũ), một phần các tỉnh Hòa Bình và Vĩnh Phúc thì Thủ đô Hà Nội trở thành một thủ đô rộng lớn với môi trường đa dạng và phức tạp.Thủ đô Hà Nội có vị trí từ 20°53' đến 21°23' độ vĩ Bắc và 105°44' đến 106°02' độ kinh Đông, trong vùng tam giác châu thổ sông Hồng, đất đai mầu mỡ, trù phú được che chắn ở phía Bắc - Đông Bắc bởi dải núi Tam Đảo và ở phía Tây - Tây Nam bởi dãy núi Ba Vì - Tản Viên. Kết quả tổng điều tra dân số ngày 1/4/2009 cho thấy, dân số Hà Nội là 6.448.837 người sinh sống trên diện tích 3.328,89km2 bao gồm 10 quận, 1 thị xã và 18 huyện ngoại thành. Thủ đô Hà Nội là một trong những địa phương nhận được đầu tư trực tiếp từ nước ngoài nhiều nhất, với 1.681,2 triệu USD và 290 dự án. Thủ đô cũng là địa điểm của 1.600 văn phòng đại diện nước ngoài, 14 KCN cùng 1,6 vạn cơ sở sản xuất công nghiệp. Công nghiệp và xây dựng đóng góp đến 41,8% vào cơ cấu của nền kinh tế Hà Nội và chỉ đóng góp khoảng 5% trong mức tăng GDP chung của toàn Thủ đô. Tổng giá trị sản xuất ngành công nghiệp trong năm 2009 đạt trên 90.600 tỷ đồng, trong đó, công nghiệp nhà nước chiếm 23,3%, công nghiệp ngoài nhà nước chiếm 32,4% và khu vực có vốn đầu tư nước ngoài chiếm đến 44,3%. Chính vì vậy Thủ đô Hà Nội đã và đang giữ vai trò và vị trí vô cùng quan trọng trong hệ thống chính trị xã hội và kinh tế ở Việt Nam. Cùng với sự phát triển đó là sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ ngày càng tiên tiến với các thiết bị hiện đại là môi trường thuận lợi cho việc học tập và nghiên cứu. Sự phát triển của kinh tế, chính trị, xã hội và khoa học kỹ thuật của Thủ đô Hà Nội cũng tạo nên những điểm đáng lo ngại về tình hình phức tạp của môi trường đặc biệt là môi trường không khí đòi hỏi có những nghiên cứu tổng quan cũng như hết sức chi tiết về môi trường nói chung và môi trường không khí nói riêng đặc biệt là sự ô nhiễm môi trường và ô nhiễm phóng xạ trong môi trường không khí. 2.2. XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ THEO PHƯƠNG PHÁP PHỔ GAMMA 2.2.1. Dịch chuyển gamma_Hệ số phân nhánh. Dịch chuyển gamma Phân rã alpha hoặc beta thường tạo ra một hạt nhân con ở trạng thái kích thích và hạt nhân con này sẽ khử kích thích bằng cách bức xạ các tia gamma. Điều này dẫn tới việc các hạt nhân có thể bức xạ một hoặc nhiều tia gamma, đặc trưng cho sự chênh lệch năng lượng giữa các trạng thái nội tại của hạt nhân. Ví dụ: khi hạt nhân phóng xạ tự nhiên 226Ra bị phân rã alpha sẽ tạo thành 222Rn. Quá trình này thường kèm theo phân rã gamma với năng lượng khoảng 186,21 keV. Hiện tượng biến hóa nội Có một quá trình khử trạng thái kích thích khác có thể cạnh tranh với phân rã gamma được gọi là hiện tượng biến hóa nội. Trong quá trình này, năng lượng chênh lệch không bức xạ ra dưới dạng photon mà sẽ xảy ra tương tác trường đa cực điện từ với các electron quỹ đạo và tách một trong các electron này ra khỏi nguyên tử. Năng lượng truyền cho electron phải lớn hơn năng lượng liên kết thì quá trình này mới xảy ra. Phổ biến hóa nội là phổ lệch, đây chính là sự khác biệt với phân rã β- mà trong đó các electron bức xạ được tạo ra trong chính quá trình phân rã. Xác suất xảy ra quá trình này được đặt ra bởi hệ số biến hóa nội trong công thức sau (2.1) Trong đó αic là hệ số biến hoán nội, Iic là cường độ khử kích thích bằng cách bức xạ electron chuyển hóa, Iγ là cường độ khử kích thích bằng cách bức xạ tia gamma. Hệ số phân nhánh Hệ số phân nhánh ký hiệu Iγ là xác suất phát ra bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng Eγ trong mỗi phân rã của hạt nhân mẹ. Thường hệ số phân nhánh của gamma có năng lượng đặc trưng Eγ được tính theo công thức: (2.2) Bảng 2.1: Năng lượng và hệ số phân nhánh của một số vạch gamma đặc trưng của một số nguyên tố dùng trong khóa luận Nguyên tố Năng lượng (KeV) Hệ số phân nhánh (%) 137Cs 661,65 KeV 85,1% 214Pb 351,92 KeV 35,1% 212Pb 238,63 KeV 43,3% 214Bi 609,312 KeV 44,6% 40K 1461 KeV 11% 7Be 477,61 KeV 10,52% 208Tl 583,19KeV 30,4% 235U 185,71KeV 57,2% 2.2.2. Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ gamma Hoạt độ phóng xạ Độ phóng xạ của không khí phụ thuộc vào hoạt độ phóng xạ riêng của Rađi, Radon, Beli, Urani, Thori, Kali và Cesi. Vì vậy để đánh giá mức độ an toàn phóng xạ của không khí cần phải xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ trên. Thông thường hoạt độ phóng xạ được xác định theo phương pháp phổ gamma. Cơ sở của phương pháp như sau: Mỗi đồng vị phân rã phóng xạ hoặc α hoặc β có thể kèm theo phát một số bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng hoàn toàn đặc trưng cho nguyên tố đó. Số tia gamma có năng lượng xác định phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian tỷ lệ với hoạt độ phóng xạ của nguyên tố [7]. Số bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng Eγ phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian được xác định theo công thức : nγ = Iγ H (2.3) Trong đó: H là hoạt độ phóng xạ có trong mẫu. Iγ là cường độ tia gamma (hệ số phân nhánh) có năng lượng Eγ Với tia gamma có năng lượng xác định, Iγ biết, xác định số tia gamma năng lượng Eγ phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian sẽ biết hoạt độ phóng xạ H của đồng vị có trong mẫu. Để xác định nγ dựa vào diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng. Gọi n0 là tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong một đơn vị thời gian, ε là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch gamma đặc trưng, ta có: n0 = ε nγ (2.4) Thực nghiệm đo phổ gamma của mẫu cần phân tích trong thời gian t, sử dụng chương trình phân tích phổ mẫu phân tích và mẫu phông. Xác định được diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong thời gian t là s. Tốc độ đếm đã trừ phông là n0 được xác định theo công thức: (2.5) Từ công thức (2.4) và công thức (2.5), ta có: (2.6) Từ công thức (2.6) nhận thấy với mỗi vạch gamma có năng lượng Eγ xác định, Iγ đã biết, nếu biết hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần và thực nghiệm, xác định được n0 ta sẽ tính được hoạt độ H của đồng vị có trong mẫu. Hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần được xác định dựa vào đường cong hiệu suất ghi. Hệ số phân nhánh sẽ được tra cứu trong các bảng số liệu hạt nhân. Trong bảng 2.2 đưa ra các đặc trưng năng lượng và hệ số phân nhánh của bức xạ gamma đặc trưng của các đồng vị phóng xạ trong tự nhiên [9]. Bảng 2.2: Các đỉnh gamma có cường độ mạnh nhất do các đồng vị phóng xạ tự nhiên phát ra. Đồng vị Chu kỳ bán rã Năng lượng gamma (keV) Cường độ tương đối (%) Ghi chú 7Be 53,22 ngày 477,60 10,44 Can nhiễu từ 228Ac 40K ngày 1460,82 10,66 Chuỗi phân rã của 235U 235U ngày 185,72 57,2 Can nhiễu do 223Ra, 226Ra và 230Th là 44,8%. Cần phải nhiệu chính chồng chập đỉnh 143,76 10,96 Cần hiệu chính chồng chập đỉnh của 230Th 163,33 5,08 205,31 5,01 Can nhiễu rất nhiều. Không nên sử dụng đỉnh này. 227Th 18,718 ngày 235,96 12,6 256,23 6,8 223Ra 11,43 ngày 259,46 13,7 Can nhiễu từ 228Ac 219Rn 3,96 giây 271,23 10,8 Can nhiễu từ 228Ac và 223Ra 401,81 6,4 Chuỗi phân rã của 238U 238U ngày 49,55 0,0697 Can nhiễu rất mạnh từ 227Th. Không nên dùng. 234Th 24,10 ngày 63,28 4,8 92,37 2,81 Nên dùng thêm với các đỉnh khác 92,79 2,77 Can nhiễu rất mạnh từ 228Ac. Can nhiễu từ tia-X 234Pa 1,17 phút 1001,03 1,021 Không bị can nhiễu. Ảnh hưởng của trùng phùng tổng. 766,37 0,391 Can nhiễu từ 214Pb và 211Pb. 258,19 0,075 Can nhiễu rất mạnh từ 214Pb. 226Ra 186,21 3,555 Can nhiễu do 235Ra và 230Th là 57,1%. Cần phải nhiệu chính chồng chập đỉnh 214Pb 26,8 phút 351,93 35,60 295,22 18,414 Can nhiễu một chút từ 212Bi 242,00 7,258 Can nhiễu từ 224Ra và ảnh hưởng của đỉnh 238,63 keV của 212Pb 214Bi 19,9 phút 609,31 45,49 Hiệu chính TPT 1764,49 15,31 1120,29 14,91 Hiệu chính TPT (trùng phùng tổng) 1238,11 5,831 Hiệu chính TPT 2204,21 4,913 210Pb 8,14 x 103 ngày 46,54 4,25 Can nhiễu một chút từ 231Pa Chuỗi phân rã của 232Th 232Th 5,13 x 1012 ngày 63,81 0,27 Can nhiễu mạnh từ 234Th. Không nên dùng 228Ac 6,15 giờ 911,20 25,8 Hiệu chính TPT 968,97 15,8 Hiệu chính TPT 338,32 11,27 Hiệu chính TPT +Can nhiễu từ 223Ra và 214Bi 964,77 4,99 Hiệu chính TPT 212Pb 10,64 giờ 238,63 43,6 Cần tách đỉnh 242,00 keV của 214Pb 300.,09 3,18 Hiệu chính TPT +Can nhiễu từ 231Pa 212Bi 60,54 phút 727,33 6,74 Hiệu chính TPT +Can nhiễu mạnh từ 228Ac 1620.74 1,51 208Tl 3,060 phút 2614,51 99,7 Hiệu chính TPT 583,19 30,4 Hiệu chính TPT 860,56 12,5 Hiệu chính TPT 510,7 22,6 Hiệu chính TPT +trùng với đỉnh hủy 511 keV Bảng 2.2 đưa ra chu kì bán rã, đỉnh năng lượng và cường độ tương đối của các đồng vị phóng xạ, trong đó có các đồng vị phóng xạ trong chuỗi phân rã của uran và thori có thể phát hiện được bằng phổ kế gamma. Ở cột chú thích có đưa ra hệ số để giúp cho việc lựa chọn đỉnh phân tích. Đối với nhiều đỉnh, có thể xuất hiện hiệu ứng can nhiễu do các đỉnh lân cận gây ra. Đường cong hiệu suất ghi Trong bài toán xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ gamma ta quan tâm tới hiệu suất ghi tuyệt đối. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc vào năng lượng của hiệu suất ghi được gọi là đường cong hiệu suất ghi. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào năng lượng có dạng: (2.7) Với là các hệ số tỷ lệ, E là năng lượng. Để xây dựng đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần ta dùng các mẫu chuẩn chứa các đồng vị phóng xạ đã biết trước hoạt độ phóng xạ, các năng lượng và hệ số phân nhánh của bức xạ gamma đặc trưng. Gọi H là hoạt độ phóng xạ của đồng vị, Iγ là hệ số phân nhánh của bức xạ gamma có năng lượng đặc trưng là Eγ, t là thời gian đo phổ gamma. Số bức xạ gamma phát ra từ mẫu trong thời gian đo t là Nγ được tính theo công thức: Nγ = IγH t (2.8) Gọi S là diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông, hiệu suất ghi [4] được tính theo công thức: (2.9) Trong đó: n0 là tốc độ đếm đã trừ phông tại đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng lấy từ phổ mẫu chuẩn. Biết hoạt độ phóng xạ H của đồng vị phóng xạ có trong mẫu, biết Iγ của bức xạ đặc trưng năng lượng Eγ. Từ công thức (2.9) ta xác định được hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần năng lượng Eγ, theo công thức truyền sai số [4], sai số khi xác định hiệu suất ghi: (2.10) Từ tập hợp hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần ứng với năng lượng đặc trưng của gamma khác nhau, xây dựng đường cong hiệu suất ghi phụ thuộc vào năng lượng. Từ đường cong hiệu suất ghi biết được hiệu suất ghi tại các đỉnh năng lượng quan tâm, thay vào công thức (2.5) ta xác định hàm lượng hoạt độ H của đồng vị trong mẫu đo có khối lượng m. Hoạt độ riêng của đồng vị phóng xạ có trong không khí được tính theo công thức: (2.11) Với V là thể tích mẫu khí được tập hợp 2.3. HỆ PHỔ KẾ GAMMA BÁN DẪN ORTEC 2.3.1. Sơ đồ khối của hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC Hoạt độ đồng vị phóng xạ được xác định trên cơ sở đo cường độ của các tia gamma. Hiện nay việc đo phổ gamma chủ yếu sử dụng các hệ phổ kế nhiều kênh với các detector bán dẫn (Ge) [14,15]. Hình 2.1. Sơ đồ hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC của Bộ môn Vật lý hạt nhân – Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN. Một hệ phổ kế gamma bao gồm: detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe, các hệ điện tử như tiền khuyếch đại, khuyếch đại phổ, bộ biến đổi tương tự số (ADC), máy phân tích biên độ nhiều kênh (MCA), nguồn nuôi áp Ngoài ra, còn có thể có các bộ phận như máy phát xung chuẩn Hình 2.1 trình bày sơ đồ hệ đo phổ gamma bán dẫn siêu tinh khiết HPGe tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN. Trong Luận văn này, đã sử dụng hệ phổ kế gamma với detector bán dẫn Germani siêu tinh khiết (HPGe) làm lạnh bằng điện do hãng ORTEC chế tạo. Khi bức xạ gamma bay vào đầu dò, do tương tác của gamma với vật chất, các cặp điện tích trong đầu dò sẽ được hình thành. Số lượng cặp điện tích này tỉ lệ với năng lượng của tia gamma bị mất đi trong đầu dò. Các khối điện tử có nhiệm vụ xử lý các xung, sau đó hiển thị trên máy tính dưới dạng phân bố của tia gamma được ghi nhận theo năng lượng. Hình 2.2. Buồng chì ORTEC trong hệ phổ kế gamma phông thấp ORTEC Detector được đặt trong buồng chì do hãng ORTEC sản xuất [15]. Hình ảnh cho buồng chì sử dụng trong luận văn này được cho ở hình 2.2 Đặc trưng kỹ thuật của buồng chì như sau: Chì là loại chì phông thấp Vật liệu để lót buồng đo bằng thiếc siêu sạch và đồng 1mm không oxy để loại trừ bức xạ tia X do chì phát ra. Khe hở của nắp đậy có thể điều chỉnh đối với tất cả các chế độ che chắn Đặc tính: Độ che chắn : 4 inches Trọng lượng khoảng 1200 kg Đường kính buồng chì: sâu 16 inches ´ đường kính 11 inches Chân dài 27 inches ´ 27 inches Chiều cao chân bàn có thể điều chỉnh được từ 25 inches - 27 inches Đường kính trong của lỗ cắm chân bàn với buồng chì 4,5 inches. 2.3.2. Phần mền ghi nhận và xử lý phổ MAESTRO 2.2 Phổ gamma được thu nhận bằng phần mềm MAESTRO. Phần mềm này có thể giao tiếp với bảng mạch MCA kể cả trong trường hợp bảng mạch này được đặt ở máy tính khác khi phần mềm MC server được tải xuống và chạy. Sau khi phần mềm này được thiết lập chính xác, trạng thái của bảng mạch có thể được truy nhập thông qua các biểu tượng đặt ngay trên desktop. MAESTRO là phần mềm có giao diện thân thiện với người sử dụng. Màn hình của phần mềm MAESTRO giúp cho việc theo dõi thí nghiệm một cách dễ dàng. Phổ gamma thu nhận được từ phổ kế được quan sát on-line trong suốt quá trình làm thí nghiệm. Ngoài chức năng thu nhận phổ on-line, phần mềm MAESTRO còn có đầy đủ các chức năng khác của một phần mềm phân tích phổ gamma off-line, bao gồm: xây dựng các đường chuẩn cho hệ phổ kế (năng lượng, phân giải, hiệu suất ghi), tìm đỉnh tự động và phân tích phổ gamma tự động, phân tích từng đỉnh cho người làm thí nghiệm tùy chọn. Việc tính diện tích đỉnh trong phần mềm MAESTRO được thực hiện bằng phương pháp làm khớp phi tuyến với hàm hưởng ứng khác nhau. Hàm được chúng tôi lựa chọn thường có dạng gauss. Phương pháp làm khớp phi tuyến dùng trong phần mềm MAESTRO cũng cho phép tách các đỉnh chập trong trường hợp cần thiết. Do vậy, có thể xem việc sử dụng phần mềm MAESTRO để phân tích phổ gamma thu được từ phản ứng hạt nhân mà chúng tôi đang nghiên cứu cho kết quả khá tin cậy. 2.3.3. Detector và hệ che làm lạnh Detector được làm lạnh bằng điện, theo một quy trình nghiêm ngặt sau: Bật hệ làm lạnh Detector bán dẫn GE-ORTEC Model GEM40P4 được làm lạnh bằng điện. Theo khuyến cáo của hãng ORTEC, detector nên được làm lạnh liên tục ngay cả khi không làm việc [15]. Quy trình vận hành hệ làm lạnh như sau: Bật bộ ổn áp, sau một vài phút bật bộ lưu điện, tiếp theo bật bộ làm lạnh X-Cooler. Để làm lạnh từ nhiệt độ phòng cỡ 300K xuống nhiệt độ làm việc của detector (dưới 120K) phải mất 24 tiếng . Sau 24 tiếng đồng hồ kể từ khi bật hệ làm lạnh nếu nhiệt độ của detector đảm bảo yêu cầu mới được cho hệ làm việc. Chú ý ngay cả khi nhiệt độ của detector đã đảm bảo yêu cầu cũng tuyệt đối không được cho hệ làm việc sớm hơn 24 tiếng kể từ khi bật hệ làm lạnh. Để kiểm tra chế độ nhiệt đầu tiên kích mục Maestro for windows. Khi chương trình Maestro – chương trình ghi nhận và phân tích phổ xuất hiện ấn vào nút Buffer để chọn detector 0001-MCB129. Sau đó kích mục Acquire. Sau khi cửa sổ Acquire xuất hiện chọn mục properties for MCB 129. Sau khi cửa sổ mục properties for MCB 129 xuất hiện chọn mục status. Cửa sổ status xuất hiện chọn mục Liver detector temperature, khi đó nhiệt độ của detector được hiển thị. Nếu như nhiệt độ đảm bảo yêu cầu mới cho hệ phổ kế làm việc Chọn chế độ làm việc và đo đạc Ban đầu chọn chế độ làm việc đặt hệ số khuếch đại. Cụ thể đặt fine (chỉnh tinh): 0,245 và coarse (chỉnh thô): ´4. Đặt mặt tăng xung là 12 ms. Sau đó bật cao thế nuôi detector 2300 V . Đối với chương trình phân tích phổ MAESTRO 32 cao thế chỉ được bật khi nhiệt độ của detector nhỏ hơn 120 K. Vì một lý do nào đó nhiệt độ của detector cao hơn 120 K cao thế tự động được ngắt. Sau khi chọn chế độ làm việc tiến hành chuẩn năng lượng và chuẩn đường cong hiệu suất ghi theo hướng dẫn. Tiến hành đo đạc phổ các mẫu theo kế hoạch. Tắt hệ làm lạnh Vì một lý do nào đó hệ phổ kế không được sử dụng trong thời gian dài, có thể tắt hệ làm lạnh. Khi tắt hệ làm lạnh, chú ý chỉ được tắt bật bộ làm lạnh X-Cooler, tuyệt đối không tắt bộ lưu điện. Trong trường hợp mất điện hệ làm lạnh không làm việc phải sau 24 h sau mới được cho hệ làm lạnh trở lại. Tuyệt đối không được cho hệ làm lạnh làm việc lại trước 24 h kể từ khi mất điện [11,15]. 2.4. PHƯƠNG PHÁP LẤY VÀ TẠO MẪU ĐO 2.4.1. Cách lấy mẫu Mẫu không khí được thu thập nhờ thiết bị lấy mẫu khí Taifu do Liên Bang Nga chế tạo cho ở hình 2.3. Hệ lấy mẫu được đặ tại sân thượng của tòa nhà cao tầng thuộc Viện hóa học môi trường quân sự - Bộ tư lệnh quân sự. Hình 2.3. Máy hút khí Taifu Khí trong khí quyển đi qua phin lọc FPP - 15 được đặt trên phễu. Giấy lọc coi như một màng lọc khí có tiết diện 60 x 80 cm. Trên hình 2.3 đưa ra hình dạng phễu lọc có chứa giấy lọc sol khí, với các hạt sol khí có kích thước µm đi qua, hiệu suất lọc đạt 99%. Hình 2.4. Phễu đặt giấy lọc sol khí Trên máy lấy mẫu có bộ đo lưu lượng không khí đã được hút vào, hay chính xác là lượng khí đi qua phim lọc. Mô tơ h