Nghiên cứu đo liều bức xạ môi trường bằng

Detector nhiệt huỳnh quang LiF(Mg, Cu, P).

Nguyễn Thị Viển

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao

Mã số: 60 44 05

Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Quang Miên

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Trình bày khái quát về: Phân bố các nguyên tố phong xạ trong môi trường;

Liều bức xạ môi trường; Hiện tượng nhiệt huỳnh quang; Liều kế nhiệt huỳnh quang

LiF (Mg, Cu, P). Tiến hành thực nghiệm đo liều bức xạ môi trường bằng liều kế nhiệt

huỳnh quang LiF (Mg, Cu, P) bao gồm: Gia công chế tạo mẫu đo; Xây dựng cấu hình

phép đo nhiệt huỳnh quang;Đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang trên hệ đo RGD – 3A;

Dạng phổ của nhiệt huỳnh quang từ liều kế chuẩn; Phổ nhiệt huỳnh quang của các liều

kế đo bức xạ môi trường. Kết quả thực nghiệm: Xác định độ nhạy nhiệt huỳnh quang

của phép đo; Xác định tổng liều chiếu xạ lên mẫu môi trường; Xác định suất liều môi

trường

Keywords: Nhiệt huỳnh quang; Bức xạ môi trường; Vật lý nguyên tử

Content

MỞ ĐẦU

Tác hại của bức xạ môi trường đến sức khoẻ con người là hết sức nguy hiểm. Các bức

xạ có thể làm cho nhiều men sống quan trọng, nhiều tuyến trong cơ thể và các tế bào bị huỷ

hoại. Để biết được những tác động có hại của bức xạ lên cơ thể người ta căn cứ vào các yếu tố

như vị trí tác động, liều lượng tác động, trạng thái.

Các nhà khoa học cảnh báo điều cần thiết và cấp bách là phải điều tra, đánh giá phông

bức xạ tự nhiên môi trường nhằm xác định giá trị tổng liều tương đương trung bình năm của

bức xạ tự nhiên lên cộng đồng dân cư. Với ý nghĩa thiết thực đó, đề tài này tập trung vào việc

xác định liều bức xạ môi trường dựa vào Detector nhiệt huỳnh quang. Thông qua việc xác

định này, sẽ đưa ra các đánh giá cụ thể và một số nhận xét về kết quả với mục đích làm chính

xác hóa liều bức xạ môi trường hằng năm làm tiền đề cho các nghiên cứu chính xác hơn trong

tương lai.

Hiện tượng nhiệt huỳnh quang – TL (Thermoluminescence), hay còn gọi là quá trình

phát quang cưỡng bức nhiệt, là hiện tượng đã và đang thu được nhiều thành công trong các

2

lĩnh vực như (xác định tuổi, kiểm soát liều bức xạ môi trường, đo liều cá nhân, nghiên cứu

cấu trúc vật liệu ...)

Có nhiều vật liệu được sử dụng đo liều bức xạ như các hợp chất liti florua (LiF), liti

borat (Li2B2O7), canxi florua (CaF2)….Trong đề tài nghiên cứu về đo liều bức xạ môi trường

này tôi lựa chọn liều kế nhiệt huỳnh quang LiF(Mg,Cu,P) để đo. Việc nghiên cứu các đặc

tính của vật liệu này cũng sẽ mang lại nhiều điều bổ ích và thiết thực đóng góp vào việc

nghiên cứu thực nghiệm của các công trình sau này.

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƢƠNG PHÁP

Phân bố các nguyên tố phóng xạ trong môi trƣờng

1.1.1. Phân bố phóng xạ trong tự nhiên

Sau sự kiện Big Bang là quá trình hình thành mặt trời và hệ thống hành tinh của chúng

ta. Trong đám tro bụi đó một lượng lớn các chất phóng xạ có mặt trên Trái Đất. Theo thời

gian, đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở thành những nguyên tố bền vững là

thành phần vật liệu chính của hệ thống hành tinh chúng ta hiện nay. Tuy nhiên, trong vỏ Trái

Đất vẫn còn những nguyên tố Uranium, Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên

tố khác. Chuỗi các nguyên tố này tạo thành những họ phóng xạ tự nhiên, đó là họ Uranium,

họ Thorium và họ Actinium. Tất cả các thành viên của các họ phóng xạ này trừ nguyên tố

cuối cùng đều có tính phóng xạ.

Uranium gồm các đồng vị: Uranium-238 chiếm 99,3% Uranium thiên nhiên, khoảng

0,7% là Uranium-235 và khoảng 0.005% là Uranium-234. U-238 và U-234 là các đồng vị

phóng xạ thuộc họ Uranium, còn U-235 là đồng vị phóng xạ thuộc họ Actinium.

Các họ phóng xạ tự nhiên có các đặc điểm:

- Đồng vị đầu tiên của họ có chu kỳ bán rã lớn

- Các họ này đều có một đồng vị tồn tại dưới dạng khí, các chất khí phóng xạ này là

các đồng vị của radon.

- Sản phẩm cuối cùng trong các họ phóng xạ là Chì.

Nguyên tố phóng xạ có ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, trong đất, trong nước và trong

không khí. Theo nguồn gốc, các nguyên tố phóng xạ có thể được chia thành 3 loại: loại được

hình thành từ trước khi trái đất hình thành; loại được tạo thành do tương tác của tia vũ trụ với

vật chất; loại được tạo thành do hoạt động của con người.

Các hạt nhân phóng xạ được tạo thành và tồn tại một cách tự nhiên trong đất, nước và

trong không khí, thậm chí trong chính cơ thể chúng ta.

3

Các đồng vị phóng xạ tự nhiên chủ yếu thuộc 3 chuỗi phóng xạ, đó là chuỗi 232

Th, chuỗi 238

U

và chuỗi 235

U.

Trong tự nhiên, ngoài ba dãy phóng xạ trên còn một số các nguyên tố phóng xạ tự nhiên khác

không tạo thành dãy phóng xạ như K40

. Ngoài ra còn có các đồng vị C14

, H3, Cs

137.... Đây là

loại đồng vị được hình thành do sự tương tác giữa tia vũ trụ với những nguyên tố trong khí

quyển.

1.1.2. Tƣơng tác của tia phóng xạ với vật chất

Tia phóng xạ theo nghĩa gốc là các dòng hạt chuyển động nhanh phóng ra từ các chất

phóng xạ (các chất chứa các hạt nhân nguyên tử không ở trạng thái cân bằng bền). Các hạt

phóng ra có thể chuyển động thành dòng định hướng. Các tia phóng xạ có bản chất giống như

ánh sáng thường nhưng không thể nhìn thấy và có mức năng lượng cao hơn mức năng lượng

của ánh sáng thường.

Các tia phóng xạ có khả năng đi xuyên qua vật chất và có khả năng giải phóng điện tử

ra khỏi nguyên tử vật chất để trở thành điện tử tự do làm thay đổi tính chất của vật trở thành

dẫn điện. Đó còn được gọi là khả năng ion hóa của các tia phóng xạ.

1.2. Liều bức xạ môi trƣờng.

1.2.1 Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con ngƣời.

Tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân có nhiều hình thức khác nhau, đối với sức khỏe

con người thì quan trọng nhất là các dạng có thể xuyên qua cơ thể và gây ra hiệu ứng ion hoá .

Nếu bức xạ ion hoá thấm vào các mô sống, các iôn được tạo ra đôi khi ảnh hưởng đến quá

trình sinh học bình thường. Tiếp xúc với bất kỳ loại nào trong số các loại bức xạ ion hoá, bức

xạ alpha, beta, các tia gamma, tia X và nơtron, đều có thể ảnh hưởng tới sức khoẻ.

Bức xạ Alpha: Hạt alpha do những đồng vị phóng xạ nhất định phát ra khi chúng

phân huỷ thành một nguyên tố bền. Nó gồm hai proton và hai notron, nó mang điện dương .

Trong không gian, bức xạ alpha không có khả năng truyền xa và dễ dàng bị cản lại toàn bộ chỉ

bởi một tờ giấy hoặc bởi lớp màng ngoài của da. Tuy nhiên, nếu một chất phát tia Alpha được

đưa vào trong cơ thể, nó sẽ phát ra năng lượng tới các tế bào xung quanh.

Bức xạ Beta: Bao gồm các electron nhỏ hơn rất nhiều so với các hạt alpha và nó có

thể thấm sâu hơn. Bức xạ bêta có thể bị cản lại bởi tấm kim loại, tấm kính hay chỉ bởi lớp

quần áo bình thường. Nó cũng có thể xuyên qua được lớp ngoài của da và khi đó nó sẽ làm

tổn thương lớp da bảo vệ.

Bức xạ Gamma: Bức xạ gamma là năng lượng sóng điện từ. Nó đi được khoảng cách

lớn trong không khí và có độ xuyên mạnh. Khi tia gamma bắt đầu đi vào vật chất, cường độ

của nó cũng bắt đầu giảm.

4

Bức xạ tia X: Bức xạ tia X tương tự như bức xạ gamma, nhưng bức xạ gamma được

phát ra bởi hạt nhân nguyên tử, còn tia X do con người tạo ra trong một ống tia X mà bản thân

nó không có tính phóng xạ.

Bức xạ Nơtron: Bức xạ nơtron được tạo ra trong quá trình phát điện hạt nhân, bản

thân nó không phải là bức xạ ion hoá, nhưng nếu va chạm với các hạt nhân khác, nó có thể

kích hoạt các hạt nhân hoặc gây ra tia gamma hay các hạt điện tích thứ cấp gián tiếp gây ra

bức xạ ion hoá.

Các bức xạ ion hóa góp phần vào việc ion hóa các phần tử trong cơ thể sống, tùy theo

liều lượng nhận được và loại bức xạ, hiệu ứng của chúng có thể gây hại ít nhiều cho cơ thể.

Có hai cơ chế tác động bức xạ lên cơ thể con người:

Cơ chế trực tiếp: bức xạ trực tiếp gây iôn hóa các phân tử trong tế bào làm đứt gãy

liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể, làm sai lệch cấu trúc và tổn thương đến chức năng

của tế bào.

Cơ chế gián tiếp: Khi phân tử nước trong cơ thể bị ion hóa sẽ tạo ra các gốc tự do, các

gốc này có hoạt tính hóa học mạnh sẽ hủy hoại các thành phần hữu cơ trong tế bào, như các

enzyme, protein, lipid trong tế bào và phân tử ADN, làm tê liệt các chức năng của các tế bào

lành khác. Khi số tế bào bị hại, bị chết vượt quá khả năng phục hồi của mô hay cơ quan thì

chức năng của mô hay cơ quan sẽ bị rối loạn hoặc tê liệt, gây ảnh hưởng đến sức khỏe.

Hiệu ứng tức thời: Khi cơ thể nhận được một sự chiếu xạ mạnh bởi các bức xạ ion

hóa, và trong một thời gian ngắn sẽ gây ra hiệu ứng tức thời lên cơ thể sống. Làm ảnh hưởng

trực tiếp đến hệ mạch máu, hệ tiêu hóa, hệ thần kinh trung ương. Các ảnh hưởng trên đều có

chung một số triệu chứng như: buồn nôn, ói mửa, mệt mỏi, sốt, thay đổi về máu và những

thay đổi khác. Đối với da, liều cao của tia X gây ra ban đỏ, rụng tóc, 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.

1.2.2. Một số kết quả đo liều môi trƣờng trên thế giới

Năm 1981, Mỹ đã công bố tài liệu đánh giá tổng liều chiếu hàng năm của phông bức

xạ tự nhiên lên cơ thể con người trên toàn quốc (Bảng 1.2)

5

Bảng 1.2. Tổng liều chiếu hàng năm của phông bức xạ tự nhiên ở Mỹ [13]

Nguồn bức xạ Suất liều chiếu (mSv/người)

- Bức xạ tia vũ trụ 0,45

- Bức xạ trên mặt đất

+ Chiếu ngoài 0,60

+ Chiếu trong 0,25

Tổng cộng 1,30

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 cộng đồng (Bảng 1.3)

Bảng 1.3. Kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự nhiên trung bình

hàng năm lên cộng đồng ở một số nƣớc 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 xạ trong

cơ thể (mSv)

0,3

0,3

0,30

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

1.2.3. Các đơn vị đo liều bức xạ môi trƣờng

Trong quá trình phân rã nguyên tố phóng xạ sẽ phát ra các tia phóng xạ, dưới dạng

bức xạ anpha, bức xạ bêta, bức xạ gamma, bức xạ nơtron hay các mảnh phân chia… 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 liều bức xạ hạt nhân. Bao gồm:

1.2.3.1. Liều chiếu và suất liều chiếu

6

+) Liều chiếu (tia X và tia gamma) là tổng số điện tích cùng dấu được sinh ra khi tất

cả các hạt mang điện (electron và ion dương) được giải phóng bởi photon trong một thể tích

không khí chia cho khối lượng của không khí trong thể tích đó.

ch

dQD

dm (1.1)

trong đó :

dQ là tổng điện tích cùng dấu sinh ra trong thể tích không khí.

dm là khối lượng của thể tích không khí đó.

+) Suất liều chiếu là liều chiếu tính cho một đơn vị thời gian.

Đơn vị thường dùng : liều chiếu (R), suất liều chiếu (R/s)

1.2.3.2. Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ

+) Liều hấp thụ là năng lượng bức xạ bị hấp thụ trên đơn vị khối lượng của đối tượng

bị chiếu xạ.

ht

dED

dm (1.2)

Trong đó: dE là năng lượng truyền trung bình của bức xạ ion hóa cho vật chất có khối lượng

dm.

+) Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian.

Đơn vị thường dùng: Gray, kí hiệu Gy

1Gy = 1J/kg = 100rad

1rad = 100 erg/g ( 1rad là một lượng bức xạ đi qua vật chất truyền năng lượng 100erg

cho 1 g vật chất)

1.2.3.3. Liều tƣơng đƣơng và hệ số phẩm chất

+) Liều tương đương bằng liều hấp thụ nhân với hệ số phẩm chất

+) Hệ số phẩm chất: mỗi loại bức xạ có khả năng ion hóa khác nhau và được đặc

trưng bởi một đại lượng gọi là hệ số phẩm chất, kí hiệu Q.

Đơn vị : rem (Roentgen Equivalent Man)

1rem = 1rad. Q

Trong hệ SI : liều tương đương sinh học có đơn vị là Sievert (Sv)

1Sv = 1Gy*Q = 100rem.

1.3. Hiện tƣợng nhiệt huỳnh quang.

1.3.1. Lịch sử phát triển :

Năm 1930 Urbanh đã trình bày những khám phá đầu tiên của mình về hiện tượng

nhiệt phát quang. Tuy nhiên, chỉ cho đến năm 1945, khi nhóm các nhà khoa học thuộc trường

7

đại học tổng hợp Birmingham (Anh) là Randall và Wilkins, Galick và Gibson (1948) trình

bày hệ thống về những kết quả nghiên cứu nhiệt phát quang thì đó mới thực sự có ý nghĩa và

đã trở thành lý thuyết chung mở đường cho lĩnh vực nghiên cứu nhiệt phát quang.

Bất kỳ vật nào có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của môi trường xung quanh thì đều có

khả năng phát ra bức xạ điện từ. Nhiệt độ của vật nhỏ, bức xạ do nó phát ra nằm trong vùng

hồng ngoại, có tần số thấp. Hiện tượng vật bức xạ ra sóng điện từ khi được nung nóng được

gọi là hiện tượng bức xạ nhiệt, phổ nhiệt độ phát ra chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.

Cùng với mục đích ứng dụng đo liều bức xạ ion hóa, kiểm soát môi trường phóng xạ,

xác định tuổi của cổ vật…Phương pháp nhiệt phát quang hiện nay đã bắt đầu trở thành

phương pháp phổ biến thông dụng để nghiên cứu cấu trúc vật liệu hay sự phân bố của các bẫy

bắt điện tử trong vật liệu nhờ các kỹ thuật tương đối đơn giản.

1.3.2. Cơ chế hoạt động 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: tia X, tia anpha, tia beta, tia 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.

: Điện tử E b d

: Lỗ trống De

a Ef

hv’

e Dh

Vùng dẫn

Vùng hoá trị

8

hv

Hình 1.1: Mô hình năng lƣợng thể hiện những vị trí của điện tử trong vật liệu

nhiệt phát quang (theo Aitken M.J.1985)

Quá trình phát huỳnh quang sẽ có thời gian trì hoãn bằng thời gian của các electron

trong bẫy với phương trình

P = τ-1

= se-E/kT

Ở đây:

p là xác suất giải phóng electron khỏi bẫy do tác động nhiệt

s là hệ số tần số thoát có thứ nguyên là giây-1

.

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.

1.4. Liều kế nhiệt huỳnh quang LiF(Mg, Cu, P)

1.4.1. Đặc trƣng nhiệt huỳnh quang của LiF(Mg,Cu,P)

1.4.1.1. Nhóm vật liệu gốc lithium florua

Nhóm vật liệu gốc lithium florua (LiF) bao gồm có hai họ vật liệu phổ biến là

LiF:Mg,Ti (ký hiệu thương phẩm là TLD-100) và LiF:(Mg,Cu,P).

Tương tự như các loại vật liệu nhiệt huỳnh quang khác, dạng đường cong của

LiF:Mg,Cu,P thay đổi tùy theo nồng độ của chất tạo khuyết tật và phương pháp gia công xử lý

nhiệt độ mẫu.

Ngoài ra đường cong nhiệt huỳnh quang của LiF : (Mg,Cu,P) cũng có thể bị thay đổi

bởi cách xử lý nhiệt khác nhau.

Khi vật liệu được nung ở nhiệt độ cao hơn 2400C sẽ gây ra một vài thay đổi về hình

dạng của đường cong nhiệt huỳnh quang.

Ngoài ra khi được chiếu bởi nguồn nơ-tron nhiệt, dạng của đường cong

LiF:(Mg,Cu,P) không có sự thay đổi rõ ràng. Điều này khác với TLD-100 ở đó các đỉnh nhiệt

độ cao hơn tăng theo sự chiếu xạ nơ-tron nhiệt.

1.4.1.2. Phổ phát xạ nhiệt huỳnh quang

Bước sóng phát ra của LiF :Mg,Cu,P ngắn hơn so với bước sóng phát ra của vật liệu

TLD-100

Với nồng độ khác nhau, độ nhạy nhiệt huỳnh quang và dạng của đường cong thay đổi

nhiều trong khi đó phổ phát xạ thay đổi ít.

9

1.4.1.3. Đáp ứng liều

Một trong những đòi hỏi nghiêm ngặt đối với vật liệu nhiệt huỳnh quang dùng trong

đo liều phóng xạ là phải có độ tuyến tính tốt trong vùng liều đo. Khái niệm này còn được hiểu

là đáp ứng liều của vật liệu nhiệt huỳnh quang.

Sự tương ứng liều phụ thuộc mạnh vào các chất pha tạp (dopants).

Các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra rằng đối với tinh thể LiF chỉ có chất pha tạp là Mg,

đáp ứng liều là tuyến tính, nhưng khi pha thêm chất pha tạp thứ hai chẳng hạn đồng (Cu) đáp

ứng liều trở nên ít tuyến tính hơn.

1.4.2 Xử lí nhiệt cho vật liệu nhiệt huỳnh quang

LiF(Mg,Cu,P) rất nhạy với xử lí nhiệt. Việc nung nóng cao hơn 2450C trước khi chiếu

xạ sẽ có thể làm thay đổi cấu trúc vật liệu và làm suy giảm độ nhạy nhiệt huỳnh quang của nó.

1.4.3. Một số đặc trƣng cơ bản của vật liệu nhiệt huỳnh quang

Lúc đầu, vật liệu LiF:Mg,Cu,P rất dễ bị ảnh hưởng bởi không khí ẩm. Tuy nhiên, hiện

nay sau nhiều cải tiến, liều kế loại này không còn bị ảnh hưởng bởi không khí ẩm nữa. Tốc độ

làm lạnh cũng cần phải được chú ý trong việc xử lí nhiệt. Nó ảnh hưởng đến dạng đường cong

nhiệt huỳnh quang cũng như độ nhạy nhiệt huỳnh quang của mẫu. Việc làm lạnh sau khi nung

nên tiến hành càng nhanh càng tốt để tránh làm giảm độ nhạy nhiệt huỳnh quang. Trong ứng

dụng thực tế, cần đặc biệt chú ý đối với vấn đề xử lí nhiệt, thường không quá 2400C và không

thực hiện trong thời gian dài.

Nói chung, trong các loại vật liệu nhiệt huỳnh quang đang được sử dụng phổ biến, có

thể phân chia thành 2 loại: một loại có sự tương đương mô tốt nhưng độ nhạy nhiệt huỳnh

quang tương đối thấp chẳng hạn LiF:Mg,Ti (TLD-100), BeO và loại còn lại là có độ nhạy

nhiệt huỳnh quang cao phụ thuộc năng lượng thấp như CaSO4 và CaF2. LiF:Mg,Cu,P là loại

vật liệu kết hợp được hai ưu điểm của hai loại vật liệu trên, nó có độ nhạy nhiệt huỳnh quang

cao và phụ thuộc năng lượng tốt.

1.4.4. Nguyên lí chung về đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang

Sơ đồ nguyên lý chung bố trí các phần tử hợp thành trong một hệ thống đo nhiệt

huỳnh quang được chỉ trong Hình 1.2

10

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý chung của một hệ thống đo nhiệt huỳnh

quang (theo Aitken M.J.1985)

Hình trên cho thấy, điều lưu ý là trong hệ đo nhiệt huỳnh quang, ngoài ống nhân

quang điện và các bộ phận xử lý tín hiệu như máy đo phóng xạ thông thường còn có bộ phận

nung và xử lý nhiệt độ

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

1.5.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc

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.

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). Để sử dụng lại bột nhiệt

11

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.

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 nƣớc

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.

12

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.

13

THỰC NGHIỆM ĐO LIỀU BỨC XẠ MÔI TRƢỜNG BẰNG LIỀU KẾ NHIỆT

HUỲNH QUANG LiF(Mg,Cu,P)

Gia công chế tạo mẫu đo

2.1.1. Chuẩn bị bột mẫu LiF(Mg,Cu,P)

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)

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.

14

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 240O

C ± 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.

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 đƣờng 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 tôi 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 2.1: 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 trƣờng

15

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 đƣợc bố trí để đo

liều bức xạ môi trƣờng

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.

2.2.2. Các đặc trƣng 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 ;

16

- 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.

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

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. 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.

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

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.

2.3 Đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang trên hệ đo RGD-3A

Trong quá trình đo, chúng tôi đã sử dụng thiết bị định lượng bột cho mỗi mẫu. Đối với

mẫu bột huỳnh quang sau khi đã được chiếu xạ, sẽ cho vào dụng cụ này, bột huỳnh quang từ

khay chứa ở trên sẽ đi vào hốc nhỏ bên dưới, sử dụng cần gạt để gạt mẫu sao cho bột huỳnh

quang đầy từ đáy hốc đến miệng. Với cách làm này sẽ luôn đảm bảo rằng lượng bột nhiệt

huỳnh quang LiF (Mg,Cu,P) cho vào khay đốt trong mỗi lần đo gần như giống nhau. Sau đó

cho lượng bột huỳnh quang này vào khay đốt của hệ đo RGD-3A với chế độ gia nhiệt được

thiết lập trước.

2.4. Dạng phổ của nhiệt huỳnh quang từ liều kế chuẩn

Như đã nêu trên, các capsule chứa bột mẫu nhiệt huỳnh quang LiF(Mg,Cu,P) sau

khi chiếu xạ ở các mức liều lựa chọn và đã được phơi 72 giờ nhằm hạn chế những can

nhiễu gây nên những sai lệch của phép đo, Sau đó hiệu nhiệt huỳnh quang trên hệ đo RGD-

3A với các chế độ đã lựa chọn. /s

17

Từ các phép đo trên, tại cửa sổ lấy tín hiệu của thiết bị đo chúng ta cũng thu được

lượng số đếm của tương ứng mỗi phép đo. Kết quả được chỉ trong Bảng 2.3.

Bảng 2.3 Số đếm ghi nhận đƣợc của chuẩn liều LiF(Mg, Cu, P)

STT Liều chiếu (mGy) Tín hiệu nhiệt huỳnh quang *

2 5 7509

3 10 13892

4 15 19084

5 25 32228

Từ những số liệu thực nghiệm thu nhận được ở Bảng 2.3 bằng phương pháp hồi quy

tuyến tính chúng ta sẽ thiết lập được đường chuẩn cho phép đo liều bức xạ ion hóa bằng

đềtectơ nhiệt huỳnh quang. Kết quả được chỉ trong Hình 2.12.

y = 1228x + 1294

0

10000

20000

30000

40000

0 5 10 15 20 25 30

Liều chiếu (mGy)

Số

đế

m

Hình 2.12 : Biểu diễn mối quan hệ giữa tín hiệu nhiệt huỳnh quang và liều chiếu cuả

mẫu chuẩn LiF(Mg, Cu, P) ở tốc độ quét nhiệt 60C/s

Kết quả xây dựng đường hồi quy tuyến tính cho thấy , đã có sự tương quan tốt giữa số đếm tín

hiệu nhiệt huỳnh quang và mức liều chiếu. Phương trình biểu diễn mối tương quan tuyến tính

giữa mức số đếm tín hiệu nhiệt huỳnh quang thu được và mức liều chiếu là :

y = 1228x +1294

trong đó: y là số đếm ;

x là liều chiếu (mGy)

2.5 Phổ nhiệt huỳnh quang của các liều kế đo bức xạ môi trƣờng

Các liều kế nhiệt huỳnh quang đo bức xạ môi trường sau thời gian đặt 3 tháng đã được

th hồi về để đo lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quan đã tích lũy trong mẫu, trên máy đo Reader

18

RGD-3a với cùng chế độ đo như mẫu chuẩnMỗi phép đo được thực qua 5 lần đo lặp. Lượng

tín hiệu nhiệt huỳnh quang sẽ được lấy trung bình qua các lần đo đó. Kết quả thu được được

chỉ trong Bảng 2.4

19

Bảng 2.4. Tín hiệu nhiệt huỳnh quang của các liều kế môi trƣờng

STT Mẫu Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5

1 MT-1 2458 2352 2250 2321 2305

2 MT-2 2275 2459 2390 2415 2485

3 MT-3 2078 1986 2059 1941 2166

4 MT-4 2315 2142 2139 2159 2260

5 MT-5 2143 2074 2021 2042 2072

Từ những giá trị đo được trên tính được giá trị trung bình và sai số của phép đo. Kết

quả được chỉ trong Bảng 2.5

Bảng 2.5. Kết quả đo mẫu môi trƣờng

STT Mẫu Trung bình Sai số

1 MT-1 2337 77

2 MT-2 2405 81

3 MT-3 2046 87

4 MT-4 2203 80

5 MT-5 2070 46

CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Xác định độ nhạy nhiệt huỳnh quang của phép đo.

Độ nhạy nhiệt huỳnh quang ( μ ) của phép đo là đại lượng được xác định bằng :

D

NTL (3.1)

tỷ số của số xung nhiệt huỳnh quang đếm được với liều chiếu :

Trong đó : NTL là số đếm nhiệt huỳnh quang của mẫu ( số đếm).

D : là liều chiếu xạ trên mẫu (mGy)

Tuy nhiên, trong thí nghiệm của mình để tăng độ chính xác chúng ta đã sử dụng

phương pháp xây dựng đường hồi quy tuyến tính với tập hợp kết quả đo tín hiệu nhiệt huỳnh

quang ở 4 mức liều chiếu khác nhau là 5mGy, 10mGy, 15mGy và 25mGy.

Như vậy, với những kết quả nhận được trong Hình 2.12 chúng ta có giá trị độ nhạy

nhiệt huỳnh quang (µ) của LiF(Mg,CU,P) trong thí nghiệm này là:

µ =1228 (xung/mGy)

3.2. Xác định tổng liều chiếu xạ lên mẫu môi trƣờng

20

Theo đường chuẩn liều đã nhận, xác định được giá trị tổng liều bức xạ môi trường đã

chiếu lên các liều kế nhiệt huỳnh quang.

Bảng 3.1. Kết quả giá trị tổng liều môi trƣờng đã chiếu lên các liều kế nhiệt

huỳnh quang LiF(Mg,Cu,P)

TT Liều kế Giá trị liều chiếu (mGy)

1 MT-1 0,849 ± 0,063

2 MT-2 0,905 ± 0,066

3 MT-3 0,612 ± 0,071

4 MT-4 0,740 ± 0,065

5 MT-5 0,632 ± 0,037

3.3. Xác định giá trị suất liều môi trƣờng :

Giá trị suất liều chiếu môi trường được xác định qua lượng liều tích luỹ và thời gian

đặt liều kế đo, theo công thức :

t

PD

Trong đó : P là lượng liều bức xạ ion hóa tích luỹ trong đềtectơ (tính bằng mGy) và t

là khoảng thời gian đặt liều kế tính bằng giờ (h).

Khoảng thời gian đặt (phơi chiếu) các liều kế trên là khoảng 153 ngày.

Quy chuẩn về đơn vị tính bằng giờ (h) sẽ là :

t = 153 x 24 = 3672 giờ

Thay vào ta nhận được kết quả tính giá trị suất liều môi trường tại một số vị trí đặt liều

kế. Kết quả được chỉ trong Bảng 3.2 dưới đây.

Bảng 3.2. Giá trị suất liều môi trƣờng tại các vị trí đặt liều kế nhiệt huỳnh

quang LiF(Mg,Cu,P)

TT Liều kế Giá trị liều chiếu (µGy/h)

1 MT-1 0,231 ± 0,017

2 MT-2 0,246 ± 0,018

3 MT-3 0,167 ± 0,019

4 MT.4 0,202 ± 0,018

5 MT.5 0,172 ± 0,010

3.4 Một số nhận xét rút ra

21

3.4.1. Kết quả nghiên cứu đo liều môi trường bằng đề tec tơ nhiệt huỳnh quang

LiF(Mg,Cu,P) đặt tại 5 vị trí khác nhau đã cho thấy có sự phân biệt khá rõ ràng theo địa điểm

đặt mẫu.

3.4.2. Liều kế LiF(Mg,Cu,P) được chuẩn bị như theo nghiên cứu của luận văn không

chịu tác dụng của các tia anpha từ môi trường. Những liều kế này chủ yếu là để ghi nhận các

bức xạ gamma phát ra tự môi trường xung quanh.

3.4.3. So sánh các kết quả nhận được trên với một số kết quả đo trước đây của một số

tác giá*: Bùi Văn Loát, Đặng Phương Nam, Nguyễn Quang Miên, Đặng Đình Hùng (1998);

Nguyễn Quang Miên, Lê Khánh Phồn, Bùi Văn Loát (2004)... cũng như các công bố chung về

phông phóng xạ môi trường của các nước châu Âu (Bảng 1.3), thấy rằng có sự tương đương,

chứng tỏ các nghiên cứu của luận văn đã có những thành công nhất định.

KẾT LUẬN

Luận văn đã trình bày những vấn đề cơ bản về cơ chế nhiệt huỳnh quang và phương

pháp đo liều môi trường bằng vật liệu LiF(Mg,Cu,P). Những kết quả đạt được của công trình

nghiên cứu này thể hiện qua 3 điểm sau:

Cơ sở lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan về những quá trình động học nhiệt huỳnh

quang và đềtectơ nhiệt huỳnh quang loại LiF(Mg, Cu, P).

Tiến hành thực nghiệm: Đưa ra qui trình các bước hướng dẫn cụ thể từ việc chế tạo

các mẫu chuẩn, lắp đặt các liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều môi trường tại một số địa

điểm trong khu vực Viện Khảo cổ học. Đã nghiên cứu cơ chế hoạt động và giới thiệu cách

vận hành hệ đo nhiệt huỳnh quang RGD-3A một cách chi tiết.

Tính toán kết quả: Các kết quả tính toán liều môi trường của 5 mẫu ở các vị trí trong

viện. Việc phân tích và tính toán được thực hiện bằng chương trình Microsoft Excel và công

thức tính sai số trong các lần đo đảm bảo các kết quả tính toán có độ tin cậy cao.

Kết quả nghiên cứu xây dựng đường chuẩn nhiệt huỳnh quang theo các mức liếu chiếu

5mGy; 10mGy, 15mGy và 25mGy đã cho thấy: Đây là các mức liều khá phù hợp, trong

khoảng liều chiếu này đường chuẩn có độ tuyến tính cao khá phù hợp cho mục tiêu đo liều

môi trường bằng đềtectơ nhiệt huỳnh quang. Giá trị độ nhạy nhiệt huỳnh quang () của mẫu

bột LiF(Mg,Cu,P) thu được là 1228xung/mGy giá trị này cũng phù hợp với công bố của nhà

sản xuất, cho thấy chất lượng của đềtéctơ đáp ứng yêu cầu thí nghiệm.

Kết quả đo liều môi trường bằng đềtéctơ LiF(Mg,Cu,P) tại 5 vị trí khác nhau ở khu

vực Viện Khảo cổ học đã cho các kết quả phân biệt rõ rệt, phản ánh tính khách quan của các

đối tượng đo và có giá trị trong khoảng từ 0,17μGy/h đến 0,25μGy/h, trung bình là 0,20

22

μGy/h. Kết quả này phù hợp với nghiên cưu của các tác giả khác, chứng tỏ luận văn đã đạt

được những thành công nhất định

Tất cả các thực nghiệm đã được tiến hành một cách cẩn thận bên cạnh việc nghiên cứu

đầy đủ lý thuyết về mô hình đo đạc suất liều bức xạ môi trường có thể xác định được liều tổng

bức xạ môi trường để góp phần kiểm tra mức độ an toàn bức xạ hạt nhân. Đây là ý nghĩa thực

tiễn mà công trình này đã đạt được.

Trong quá trình thực hiện công trình này, mặc dù đã rất cố gắng nhưng còn nhiều vấn

đề chúng tôi vấn chưa nghiên cứu đến. Chúng tôi hy vọng rằng đây sẽ là những hướng phát

triển của đề tài sẽ được thực hiện trong thời gian tới.

References

Tiếng Việt

[1] Lê Hồng Khiêm, Xử lí số liệu hạt nhân thực nghiệm, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2008.

[2] Bùi Văn Loát, Đặng Phương Nam, Nguyễn Quang Miên, Đặng Đình Hùng (1998). "Mét sè

®Æc tr­ng cña tr­êng gamma trªn mét sè ®« thÞ ViÖt Nam" Journal of Science: Natural

Sciences 49-52.

[3] Đặng Thanh Lương (1996), Một số kết quả nghiên cứu phương pháp đo liều bức xạ ion hóa

bằng liều kế nhiệt phát quang, Luận án phó tiến sĩ, trường Đại học Khoa học Tự nhiên.

[4] Nguyễn Quang Miên, Lê Hồng Khiêm, Bùi Văn Loát (2004), Đặc trưng tham số động học

nhiệt phát quang của LiF(Cu,Mg,P). Trong những vấn đề hiện đại của vật lý chất rắn, tập

IIIa: 81-85. NXB KHKT.

[5] NguyÔn Quang Miªn, Lê Khánh Phån, Bïi V¨n Lo t. “X¸c ®Þnh liÒu bøc x¹ ion hãa h»ng

n¨m lªn mÉu nhiÖt ph¸t quang b»ng m¸y ®o CP-68-01", TuyÓn tËp b¸o c¸o héi nghÞ khoa

häc lÇn thø 15 §¹i häc Má §Þa chÊt, Hµ néi 15/11/2002, QuyÓn 4, tr: 48-52.

[6] Hoàng Đức Tâm (2009), “Xac đinh liêu bưc xa bêta hăng năm trong mâu gôm băng vât

liêu LiF:Mg,Cu,P”. Luân văn thac si Vât ly , Trương ĐH Khoa hoc tư nhiên TP Hô Chi

Minh.

Tiếng Anh

[7] Aitken M.J (1985). Thermoluminescence Dating, Research Laboratory for Archaeology

and History of Art, Oxford University Press, England.

23

[8] Fleming S., Thermoluminescence Techniques in Archaeology, Oxford Science

Publications, England, 1979.

[9] Gangang CAI, Thermoluminescence of LiF:Mg,Cu,P, Solid Dosimetric Detector &

Method Laboratary (Beijing, China).

[10] Hoang Duc Tam, Thai Khac Dinh, Nguyen Quang Mien, Bui Van Loat, The

thermoluminescence characteristics of LiF (Mg,Cu,P) in measuring gamma ray by the

RGD-3A reader, Advances in optics photonics spectroscopy & Applications V, Nha

Trang, Viet Nam, 2008.

[11] Martini M., (2001). The Physical basis of thermoluminescence dating. In Proceeding of

International Workshop on Material Characterization by Solid State Spectroscopy:

Gems and Minerals of Vietnam: 145-162.

[12] McKeever S.W.S (2000). Thermoluminescence of Solids, Cambridge University Press.

[13] National Bureau of standards, 1981. Radon transport through and exhalation from

building materials. U.S. Dept of Commerce, New York.

[14] Radiation Protection Authorities in Denmark, Finland, Iceland, Norway and Sweden,

2000. Naturally occurring radioactivity in the nordic countries recommendations.