April 17, 2023 1

CÁC PHƯƠNG PHÁP CÁC PHƯƠNG PHÁP

GHI ĐO BỨC XẠGHI ĐO BỨC XẠ

CỤC AN TOÀN BỨC XẠ VÀ HẠT NHÂN

Địa chỉ: Tầng 4, số 70 Trần Hưng Đạo, Hà Nội

Tel.: 04 - 39 428 636; Fax.: 04 - 38 220 298

Website: http://www.varans.vn

April 17, 2023 2

MỤC TIÊUMỤC TIÊU Mô tả được 6 phương pháp ghi đo bức xạ, Biết nguyên tắc hoạt động cơ bản của các đầu

dò chứa khí, Mô tả hoạt động 3 loại đầu dò chứa khí chính, Hiểu các thuật ngữ: Phân giải thời gian, Thời

gian phục hồi và Thời gian chết đối với các đầu dò chứa khí,

Biết nguyên tắc hoạt động cơ bản của các đầu dò nhấp nháy, đầu dò bán dẫn,

Hiểu được các ưu điểm, nhược điểm của mỗi loại đầu dò ghi đo bức xạ.

April 17, 2023 3

NỘI DUNGNỘI DUNG

1. Các cơ chế ghi đo bức xạ,

2. Đầu dò (detector) chứa khí,

3. Đầu dò nhấp nháy,

4. Đầu dò bán dẫn,

5. Đầu dò nơtron,

6. Liều kế phim,

7. Liều kế nhiệt phát quang.

April 17, 2023 4

1. Các cơ chế ghi đo bức xạ1. Các cơ chế ghi đo bức xạ

Các đầu dò bức xạ hoạt động bằng cách ghi đo sự thay đổi trong môi trường hấp thụ gây bởi sự truyền năng lượng từ bức xạ ion hoá tới môi trường này.

CóCó 6 6 cơcơ chếchế đượcđược sửsử dụngdụng đểđể ghighi đođo bứcbức xạxạa. Sự ion hoá,b. Sự nhấp nháy,c. Nhiệt phát quang,d. Các cơ chế hoá học,e. Sự đốt nóng,f. Các cơ chế sinh học.

April 17, 2023 5

a. Sự ion hóaa. Sự ion hóa

Sự ion hoá được gây ra trực tiếp bởi bức xạ alpha, beta và gián tiếp bởi các tia-X, gamma, nơtron,

Các cặp ion được tạo ra có thể được thu nhận và số cặp ion được thu nhận tỷ lệ với lượng bức xạ gây ra sự ion hoá,

Nhiều thiết bị ghi đo bức xạ sử dụng sự ion hoá như một kỹ thuật ghi đo.

April 17, 2023 6

b. Sb. Sự nhấp nháyự nhấp nháy Sự nhấp nháy là quá trình tạo ra ánh sáng sau khi các

electron chuyển động từ các quỹ đạo có mức năng lượng cao xuống các mức năng lượng thấp trong một chất hấp thụ,

Các electron được dịch chuyển lên các quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn bởi quáquá trìnhtrình kíchkích thíchthích,

Ánh sáng được giải phóng có thể bị biến đổi thành một tín hiệu điện. Kích thước của một tín hiệu điện phụ thuộc số electron dịch chuyển đến các quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn và do đó có thể gắn liền với lượng bức xạ gây ra sự nhấp nháy,

Sự nhấp nháy là kỹ thuật ghi đo rất quan trọng để kiểm tra bức xạ và các đầu dò sử dụng kỹ thuật này được gọi là các các dầu dò nhấp nháy.

April 17, 2023 7

c. Nhic. Nhiệt phát quangệt phát quang Khi các electron trong các chất nhất định hấp thụ năng

lượng thì chúng sẽ dịch chuyển đến các mức năng lượng cao hơn hoặc ‘các vùng cấm’. Chúng được giữ lại trong các vùng này cho đến khi các chất này được đốt nóng đến một nhiệt độ nhất định,

Năng lượng đốt nóng giải phóng các electron và các chất này phát ra ánh sáng khi các electron ở trên dịch chuyển về mức năng lượng ban đầu của chúng,

ánh sáng bị biến đổi thành tín hiệu điện liên hệ với lượng bức xạ tới,

Các chất nhiệt phát quang được sử dụng để kiểm tra liều lượng cá nhân.

April 17, 2023 8

d. Các cơ chế hóa họcd. Các cơ chế hóa học

Bức xạ ion hoá có thể gây ra các thay đổi hoá học. Hiệu ứng này được ứng dụng trong phim ảnh ghi đo liều cá nhân, tia X trong y tế và kỹ thuật chụp X-quang,

Trong một vài trường hợp, tốc độ các phản ứng hoá học tăng lên khi lượng bức xạ ion hoá tăng,

Kỹ thuật này có thể được sử dụng để đo các liều lượng cao (liềuliều kếkế cericceric--cerouscerous).

April 17, 2023 9

e. Sự đốt nónge. Sự đốt nóng Bức xạ ion hoá có thể làm tăng nhiệt độ

của môi trường hấp thụ và đo cẩn thận sự tăng này có thể đưa ra một phép đo liều lượng bức xạ,

Kỹ thuật này (được gọi là phép đo nhiệt lượng) không thích hợp đối với thiết bị đo thông thường trong bảo vệ an toàn bức xạ vì các liều lượng cao đòi hỏi cần phải nâng nhiệt độ nhỏ lên cao,

Kỹ thuật này được sử dụng như một chuẩn sơ cấp để chuẩn thiết bị.

April 17, 2023 10

f. Các cơ chế sinh họcf. Các cơ chế sinh học

Các liều cao của bức xạ có thể gây ra các thay đổi sinh học trong các tế bào sống,

Các thay đổi sinh học chỉ được sử dụng để đánh giá liều lượng trong các tình huống cuối cùng ở đó con người nửa tin nửa ngờ sẽ có rủi ro bị thu nhận một liều lượng cao.

April 17, 2023 11

2. Đầu dò chứa khí2. Đầu dò chứa khí Có ba loại đầu dò chứa khí khác nhau

• Buồng ion hóa,• Ống đếm tỷ lệ,• Ống đếm Geiger Muller,

Hoạt động dựa trên sự hình thành các cặp ion trong khí nạp của đầu dò,

Ba loại đầu dò này chỉ khác nhau ở các quá trình xảy ra trong đầu dò sau khi các sự kiện ion hoá sơ cấp kết thúc.

April 17, 2023 12

2. Đầu dò chứa khí (tiếp)2. Đầu dò chứa khí (tiếp)

Đầu dò chứa khí có nhiều loại và kích thước khác nhau. Nhưng tất cả đều có chung một dạng gồm một buồng có hai điện cực chứa đầy khí,

Thể tích khí giữa hai điện cực là thể tích hoạt động của đầu dò.

April 17, 2023 13

Nguyên tắc hoạt động của đầu dò chứa khíNguyên tắc hoạt động của đầu dò chứa khí

+ + +

+

__

_ _

High Voltage (+)

Earth

April 17, 2023 14

Cấu tạo thực tế của đầu dòCấu tạo thực tế của đầu dò

April 17, 2023 15

Nguyên lý làm việcNguyên lý làm việc Bức xạ tới tương tác với thể tích khí và tạo ra các cặp ion. Khi một

hiệu điện thế được đặt giữa các điện cực thì các ion dương bị hút về phía cathode và các electron bị hút về phía anode,

Điện tích được tích luỹ trên anode sẽ gây ra một biến đổi điện thế trong mạch. Sự biến đổi điện thế tạo ra một xung điện trong mạch ngoài. Bằng cách ghi đo xung điện này có thể ghi nhận sự có mặt của bức xạ ion hoá,

Kích thước của xung phụ thuộc số electron được thu nhận bởi anode và điều này phụ thuộc vào lượng bức xạ ion hoá trong buồng cũng như loại bức xạ và năng lượng của nó,

Kích thước của xung cũng là một hàm của điện thế đặt giữa anode và cathode.

April 17, 2023 16

Phân vùng điện áp hoạt độngPhân vùng điện áp hoạt động

Voltage

Ionchamber

Prop-ortional

GeigerMuller

Pulse

Height

.

Cont.Disch.

Recom-bination

April 17, 2023 17

Phân giải thời gian, Thời gian chết, Thời gian Phân giải thời gian, Thời gian chết, Thời gian phục hồiphục hồi

Phân giải thời gian của một detector là khoảng thời gian nhỏ nhất phải phân biệt được 2 sự kiện và ghi chúng lại như hai quá trình tách rời nhau,

Phân giải thời gian phụ thuộc• Thời gian chết của đầu dò (tức là khoảng thời gian để tín hiệu hoặc xung được tích luỹ đủ lớn để được ghi nhận),

• Thời gian phục hồi (tức là khoảng thời gian mà đầu dò khôi phục từ 1 sự kiện ion hoá trở lại trạng thái ban đầu của nó)

April 17, 2023 18

Biểu đồ xungBiểu đồ xung

April 17, 2023 19

a. Đầu dò buồng ion hóaa. Đầu dò buồng ion hóa Khi các hạt mang điện đi qua thể tích hoạt động của đầu dò,

một số cặp ion được sinh ra. Nếu như tất cả các hạt mang điện được hấp thụ hoàn toàn trong thể tích hoạt động của đầu dò thì số cặp ion sinh ra tỷ lệ thuận với năng lượng của hạt mang điện. Nếu như không có điện áp giữa hai điện cực, các cặp ion đó sẽ tái hợp lại,

Tuy nhiên, nếu như có hiệu điện thế giữa hai điện cực của đầu dò các ion âm sẽ chuyển động về điện cực dương và ion dương chuyển động về điện cực âm,

Khi hiệu điện thế giữa hai cực tăng lên, vận tốc của các ion tăng. Vì vậy, thời gian để tái hợp giảm đi và phần điện tích thu được tăng lên. Nếu điện áp đủ lớn, tất cả các ion sẽ đến các điện cực tương ứng.

April 17, 2023 20

a. Đầu dò buồng ion hóa (tiếp)a. Đầu dò buồng ion hóa (tiếp) Để ngăn cản buồng ion hoạt động trong vùng tỷ lệ, điện

thế được áp vào được giới hạn thấp hơn so với yêu cầu đặt ra để gây ra sự ion hoá thứ cấp của các phân tử khí. Nếu một nguồn điện thế 25V được sử dụng thì năng lượng được tăng thêm do sự gia tốc một electron giữa các điện cực không thể lớn hơn 25 eV. Năng lượng này là không đủ để gây ra sự ion hoá thêm nữa,

Các dòng được tạo trong các buồng ion là rất nhỏ, tiêu biểu là cỡ bậc 10-12 A và vì vậy phải được khuếch đại đối với các kết quả đo. Do đó các thiết bị mà kết hợp các đầu dò buồng ion thì yêu cầu mạch trạng thái rắn khá phức tạp để khuếch đại các dòng một chiều vô cùng nhỏ này.

April 17, 2023 21

a. Đầu dò buồng ion hóa (tiếp)a. Đầu dò buồng ion hóa (tiếp)

Thiết kế các buồng ion và chọn lựa khí đổ vào phụ thuộc vào ứng dụng riêng của từng thiết bị,

Đối với các thiết bị kiểm tra bức xạ có thể mang theo thì buồng này thường chứa đầy không khí và được cấu tạo từ các chất có số nguyên tử thấp,

Nếu thiết bị được sử dụng để đo bức xạ alpha hoặc beta thì buồng này phải có các lớp vách mỏng hoặc một cửa sổ rất mỏng. Chỉ bằng cách đó loại đầu dò này mới có thể được sử dụng để phân biệt giữa các loại bức xạ bằng cách đặt một tấm chắn trên cửa sổ mỏng để ngăn cản các hạt alpha hoặc beta từ trong buồng.

April 17, 2023 22

a. Đầu dò buồng ion hóa (tiếp)a. Đầu dò buồng ion hóa (tiếp) Buồng ion hoá có thể được thiết kế ở nhiều dạng và kích thước khác

nhau. Khí nạp thường là không khí khô ở điều kiện áp suất khí quyển. Một số khí khác nhau cũng được sử dụng cho các mục đích cụ thể,

Điện tích gom được có thể đo bằng 3 cách:• Dòng trung bình có thể đo bằng bộ khuyếch đại DC chuyên dụng,

đại lượng đo được này tỷ lệ thuận với tốc độ đến của bức xạ hạt nhân,

• Số điện tích trong buồng ion hoá sau một khoảng thời gian cố định có thể xác định được, giá trị đo này liên quan tới tổng bức xạ đến buồng ion hoá trong khoảng thời gian đo nói trên,

• Điện tích xuất hiện trên anode đối với từng sự kiện ion hoá có thể chuyển đổi thành xung điện áp, nó có thể đi qua bộ đặt ngưỡng vào tạo thành xung có thể đếm được.

April 17, 2023 23

a. Đầu dò buồng ion hóa (tiếp)a. Đầu dò buồng ion hóa (tiếp)

April 17, 2023 24

b. Ống đếm tỷ lệb. Ống đếm tỷ lệ Một ống đếm tỷ lệ hoạt động trong vùng tỷ lệ . Do ảnh hưởng của

sự nhân khí có thể tăng số electron được tạo thành gần 104 lần. Điều này có nghĩa là đối với mỗi electron được tạo ra bởi một sự kiện sự ion hóa ban đầu thì có thể có thêm 10 nghìn electron được tạo ra. Do đó mỗi sự kiện ion hoá có thể phân biệt được và đếm được,

Lối ra từ một bộ đếm tỷ lệ là một chuỗi các xung được đếm bởi một mạch đếm. Nói chung, thời gian phân giải thường rất ngắn đối với các bộ đếm này (nhỏ hơn một micro giây) vì vậy các tốc độ xung lớn có thể đếm được,

Tuy nhiên, biên độ của mỗi xung là rất nhỏ (cỡ bậc milivolt) và cần phải có sự khuyếch đại trước khi các xung này có thể đếm được,

Độ dốc của đồ thị trong vùng tỷ lệ là khá dốc. Điều này có nghĩa là một thay đổi nhỏ của điện áp sẽ có một ảnh hưởng tới độ lớn xung. Do đó nguồn cao thế ổn định được sử dụng.

April 17, 2023 25

b. Ống đếm tỷ lệ (tiếp)b. Ống đếm tỷ lệ (tiếp) Như đã được chỉ ra ở phần trước, kích thước xung

tổng tỷ lệ với năng lượng được giữ lại bởi bức xạ. Vì vậy, các ống đếm tỷ lệ có thể được sử dụng với một mạch phân biệt độ cao của xung để phân biệt giữa các loại bức xạ trên cơ sở khả năng ion hoá của chúng,

Ví dụ, nếu thiết bị này được chiếu xạ cả hai loại bức xạ alpha và beta với cùng một mức năng lượng thì bức xạ alpha sẽ tạo ra nhiều số cặp ion hơn với cùng độ dài quãng dường vì vậy độ lớn xung này sẽ rộng hơn,

Nếu sử dụng các mạch ngoài khác nhau thì các ống đếm tỷ lệ cũng có thể được sử dụng để phân biệt giữa các mức năng lượng khác nhau của bức xạ tới.

April 17, 2023 26

Sự nhân hạt diện tíchSự nhân hạt diện tíchHigh Voltage (+)

Earth

- - - -- -

--

April 17, 2023 27

c. Ống đếm Geiger Mullerc. Ống đếm Geiger Muller Các bộ đếm Geiger-Muller hoạt động trong vùng Geiger-Muller (G-

M) và sử dụng một chất khí như P-10 được sử dụng trong các bộ đếm tỷ lệ. Độ lớn của xung lối ra không phụ thuộc năng lượng của hạt ion hoá. Điều này có nghĩa là nó không thể phân biệt bằng điện tử giữa bức xạ alpha và beta. Mà có thể cũng không đo hoặc phân biệt giữa các mức năng lượng của bức xạ tới,

Trong vùng Geiger-Muller thì một sự phóng điện xảy ra dọc dây anode. Sự phóng điện này phải bị dập tắt để ngăn cản sự duy trì của bản thân nó và để ngăn cản sự tạo nhiều xung. Sử dụng một khí thích hợp như các khí hữu cơ (ví dụ ethyl alcohol) hoặc các halogen (ví dụ chlorine, bromine) thêm vào trong bình khí sẽ giúp cho sự dập tắt này. Các khí hữu cơ ở trên được sử dụng trong suốt quá trình dập tắt, do đó các ống được dập tắt bằng hữu cơ có một giới hạn thời gian sống hữu ích khoảng 109 tổng số đếm. Các halogen có ưu điểm là được không sử dụng trong quá trình dập tắt vì vậy các ống chứa khí halogen có thời gian sống dài hơn và giúp ích hơn trong các trạng thái tốc độ đếm cao.

April 17, 2023 28

c. Ống đếm Geiger Muller (tiếp)c. Ống đếm Geiger Muller (tiếp)

Thiết bị kiểm tra bức xạ có một ống Geiger-Muller

April 17, 2023 29

c. Ống đếm Geiger Muller (tiếp)c. Ống đếm Geiger Muller (tiếp) Một ống đếm G-M nhỏ có thể đủ nhạy để đo

các suất liều thấp trong khi một buồng ion hoá với độ nhạy tương tự sẽ cần phải có kích thước lớn hơn. Nếu bộ đếm được sử dụng để đo bức xạ alpha và beta thì nó phải có một cửa sổ mỏng để bức xạ vào trong ống,

Một ưu điểm của các bộ đếm G-M là xung lối ra cỡ vài volt, vì vậy tín hiệu không cần phải khuếch đại trước và mạch có thể được bảo quản đơn giản. Điều này có nhĩa là các bộ đếm Geiger-Muller là rất bền và do đó chúng thường được sử dụng ở nơi làm việc để kiểm tra bức xạ gamma.

April 17, 2023 30

c. Ống đếm Geiger Muller (tiếp)c. Ống đếm Geiger Muller (tiếp) Nếu các detector G-M được sử dụng như các dụng cụ

đo liều hoặc suất liều thì chúng phải có một sự đáp ứng tương tự với mô của cơ thể người trên một dải năng lượng rộng. Khi các ống đếm G-M đáp ứng ở năng lượng thấp hơn khoảng 200 keV thì chúng thường được bao bọc trong vật liệu lọc thích hợp để bảo đảm rằng năng lượng đáp ứng này là có thể tuyến tính. Điều này được gọi là sự bù trừ năng lượng,

Một trong những nhược điểm của một bộ đếm G-M là phân giải thời gian của chúng dài. Thời gian phân giải này thường cỡ 100 đến 300 microsecond (s).

April 17, 2023 31

c. Ống đếm Geiger Muller (tiếp)c. Ống đếm Geiger Muller (tiếp) Do vậy, bộ đếm này không thích hợp cho tốc độ đếm

lớn vì ở đó các xung được tạo thành rất nhanh. Một trạng thái được gọi là chồng chập xung có thể xảy ra trong các trường bức xạ cao ở đó các xung sẽ được tạo thành nhanh đến mức mà chúng gắn liền bản thân chúng với đuôi của xung trước trước khi anode xoá hoàn toàn điện tích. Do đó các xung theo sau xung ban đầu được ghi là quá nhỏ. Nếu một thiết bị được sử dụng trong một trường bức xạ cao thì ban đầu nó sẽ nâng chỉ số đọc lên cao nhưng chỉ số này lại nhanh chóng trở lại số không, chính sự sai này chỉ ra rằng trường bức xạ này là an toàn,

Một bộ đếm G-M có thể cho kết quả đo là không trong một vùng suất liều lớn bởi vì sự chồng chập xung.

April 17, 2023 32

Tóm tắt các đầu dò chứa khíTóm tắt các đầu dò chứa khíTãm t¾t c¸c detector chøa khÝ

Detector Lo¹i bøc x¹ HiÖu suÊt Chó gi¶i

Buång ion Alpha Cao (cã cöa sæ máng vµ æn®Þnh)

sö dông ®Ó ®Õm vµ quang phæ häc.

Beta trung b×nh (cã cöa sæ mángvµ æn ®Þnh)

Sö dông trong c¸c thiÕt bÞ kiÓm tra bøc x¹cã thÓ mang theo.

Gamma <0.1% Sö dông trong c¸c thiÕt bÞ kiÓm tra bøc x¹cã thÓ mang theo.

X-rays Phô thuéc ®é dµy cöa sæ. Lî i thÕ lµ sö dông hÇu hÕt trong an toµnbøc x¹ .

èng ®Õm tû lÖ Alpha Cao (ví i cöa sæ máng vµ æn®Þnh)

sö dông ®Õm vµ ®o phæ.

Beta trung b×nh (ví i cöa sæ mángvµ æn ®Þnh)

Sö dông cho qu¸ tr×nh ®Õm tÊt c¶ c¸c møcn¨ng l î ng.

Cã thÓ sö dông ®èi ví i quang phæ häc ví in¨ng l î ng <200 keV.

Gamma <1%

X-rays Phô thuéc ®é dµy cöa sæ.

bé ®Õm Geiger-Müller

Alpha trung b×nh (ví i cöa sæ mángvµ æn ®Þnh)

Kh«ng thÓ ph©n biÖt gi÷a c¸c møc n¨ngl î ng.

Beta trung b×nh (ví i cöa sæ mángvµ æn ®Þnh)

Kh«ng thÓ ph©n biÖt gi÷a c¸c møc n¨ngl î ng.

Gamma <1% Kh«ng thÓ ph©n biÖt gi÷a c¸c møc n¨ngl î ng nh ng sö dông (ví i n¨ng l î ng bæxung thÝch hî p) trong c¸c thiÕt bÞ kiÓm trabøc x¹ cã thÓ mang theo.

X-rays Phô thuéc ®é dµy cöa sæ. Kh«ng thÓ ph©n biÖt gi÷a c¸c møc n¨ngl î ng nh ng sö dông (ví i n¨ng l î ng bæxung thÝch hî p) trong c¸c thiÕt bÞ kiÓm trabøc x¹ cã thÓ mang theo.

April 17, 2023 33

3. Đầu dò nhấp nháy3. Đầu dò nhấp nháy Khi bức xạ ion hoá đi qua một môi trường vật chất, một số

trạng thái bị ion hoá và kích thích được hình thành. Các trạng thái kích thích di chuyển về trạng thái bình thường phát ra ánh sáng hoặc các nhấp nháy. Các ánh sáng này được ghi nhận bằng ống nhân quang điện và các xung dòng ở lối ra của ống nhân quang điện chỉ thị các hạt ion hoá đi qua chất nhấp nháy,

Trong điều kiện phù hợp, xung sinh ra tỷ lệ với năng lượng do bức xạ ion hoá đi chất nhấp nháy. Những đầu dò loại này có thể sử dụng để đo phân bố năng lượng của các hạt ngoài việc đếm chúng,

Các tinh thể nhấp nháy thường được bao bọc bằng các vật liệu phản xạ và ghép với cathod của ống nhân quang điện bằng ống dẫn sáng. Vật phản xạ được dùng để tăng khả năng gom ánh sáng. ống đếm nhấp nháy hoạt động thông qua 6 trạng thái.

April 17, 2023 34

Nguyên tắc hoạt độngNguyên tắc hoạt động

Các đầu dò nhấp nháy dựa trên một vài chất thực tế (được gọi là các phosphor) phát ánh sáng nhìn thấy khi các electron thay đổi mức năng lượng,

Trong một chất phosphor thì các electron này không duy trì ở mức năng lượng cao trong một khoảng thời gian dài. Chúng trở lại mức ban đầu của chúng và phát ra các photon trong vùng ánh sáng nhìn thấy.

April 17, 2023 35

Nguyên tắc hoạt động (tiếp)Nguyên tắc hoạt động (tiếp)

Cường độ của ánh sáng phát ra này tỷ lệ với năng lượng của bức xạ tới. Vì vậy, các đầu dò nhấp nháy có thể được sử dụng không chỉ để ghi đo bức xạ mà còn để phân biệt các mức năng lượng ngoài (tức là chúng có thể được sử dụng cho các mục đích đo phổ).

April 17, 2023 36

Quá trình tạo sự nhấp nháyQuá trình tạo sự nhấp nháy

Møc n¨ng l îng thÊp

Møc n¨ng l îng cao

Bøc x¹ tíi

§iÖn tö nh¶y lªn møc n¨ng l îng cao

§iÖn tö trë vÒ møc n¨ng l îng thÊp vµ ph¸t ra ¸nh s¸ng

April 17, 2023 37

Cấu tạo đầu dò nhấp nháyCấu tạo đầu dò nhấp nháy

.

.

. .

. . .

. .

Dynodes

Photo cathode

NaI Crystal

HighVoltage

Output Pulse

Incident Radiation

Light Photon

+

-

April 17, 2023 38

Các loại đầu dò nhấp nháyCác loại đầu dò nhấp nháy

Các đầu dò sulphide kẽm,

Các đầu dò Natri Iodide,

Các chất nhấp nháy hữu cơ dẻo,

Các chất nhấp nháy hữu cơ lỏng.

April 17, 2023 39

Đầu dò nhấp nháy Natri IodideĐầu dò nhấp nháy Natri Iodide

Các đầu dò Natri Iodide cùng với sự cộng thêm các nguyên tử thallium NaI(Tl) có rất nhiều khả năng ghi đo bức xạ gamma, thậm chí còn nhiều hơn so với các đầu dò dẫn điện trạng thái rắn,

Tuy nhiên, tinh thể NaI(Tl) hấp thụ hơi ẩm từ không khí và hỏng rất nhanh nên được đặt trong một bình kín không khí. Bình này thường được làm bằng nhôm và có thể có một cửa sổ rất mỏng.

April 17, 2023 40

Đầu dò nhấp nháy Natri Iodide (tiếp)Đầu dò nhấp nháy Natri Iodide (tiếp)

Các tinh thể NaI(Tl) có thể tạo các bề dày khác nhau. Một tinh thể mỏng có độ dày 3mm thì có khả năng ghi đo bức xạ gamma với năng lượng lên tới khoảng 150 keV. Một tinh thể dày hơn là cần cho sự duy trì khả năng ghi đo đối với các gamma năng lượng cao hơn,

Đầu dò NaI(Tl) dễ sử dụng hơn trong công việc môi trường so với một đầu dò dẫn điện trạng thái rắn bởi vì không cần phải làm lạnh. Nó cũng có nhiều khả năng đo tốt hơn, đặc biệt ở các mức năng lượng cao hơn,

Tuy nhiên, độ phân giải năng lượng của đầu dò NaI(Tl) kém hơn khi so sánh với đầu dò dẫn điện trạng thái rắn.

April 17, 2023 41

Đầu dò nhấp nháy Natri Iodine (tiếp)Đầu dò nhấp nháy Natri Iodine (tiếp)

Đầu dò Natri Iodide xách tay được sử dụng để đo tia gamma

Đầu dò Natri Iodide tiêu biểu để đo phổ gamma

April 17, 2023 42

4. Đầu dò bán dẫn4. Đầu dò bán dẫn

Đối với loại đầu dò này, điện trường được đặt vào một môi trường có độ dẫn điện thấp. Khi các hạt mang điện đi qua môi trường đó (chất bán dẫn) cặp điện tử lỗ trống được hình thành trong thể tích đó. Các điện tích này được điện trường tách ra và kéo về các điện cực tạo thành các xung điện,

Về mặt hình thái, đầu dò bán dẫn giống như buồng ion hoá.

April 17, 2023 43

Các loại đầu dò bán dẫnCác loại đầu dò bán dẫn

a. Đầu dò bán dẫn hàng rào mặt,

b. Đầu dò gamma bán dẫn siêu tinh khiết HPGe,

c. Đầu dò Silic pha Li.

April 17, 2023 44

a. Đầu dò bán dẫn hàng rào mặta. Đầu dò bán dẫn hàng rào mặt

Đầu dò bán dẫn hàng rào mặt được làm từ Silic và có một thể tích hoạt động rất mỏng,

Loại đầu dò này rất lý tưởng để làm phổ kế alpha.

April 17, 2023 45

b. Đầu dò gamma bán dẫn siêu tinh khiết b. Đầu dò gamma bán dẫn siêu tinh khiết HPGeHPGe

Đây là loại đầu dò chuẩn dùng để làm phổ kế gamma có độ phân giải cao,

Đầu dò loại này có hiệu suất thấp hơn đầu dò nhấp nháy NaI,

Độ phân giải năng lượng của loại đầu dò này cao hơn rất nhiều so với đầu dò tinh thể NaI,

Nhược điểm của loại đầu dò này là phải làm việc ở nhiệt độ nitơ lỏng để giảm nhiễu nhiệt và đạt được độ phân giải tốt nhất.

April 17, 2023 46

c. Đầu dò Silic pha Lic. Đầu dò Silic pha Li

Đầu dò Si(Li) được dùng đối với tia X do bờ hấp thụ tia X vạch K của Germanium không cho phép đầu dò làm việc ở vùng năng lượng thấp.

April 17, 2023 47

5. Đầu dò nơtron5. Đầu dò nơtron

a. Nguyên tắc hoạt dộng,

b. Các loại đầu dò nơtroni. Các bộ đếm tỷ lệ boron trifluoride,

ii. Các bộ đếm tỷ lệ helium,

iii. Các bộ đếm tỷ lệ khí giật lùi,

iv. Các detector bọt,

April 17, 2023 48

a. Nguyên tắc hoạt dộnga. Nguyên tắc hoạt dộng Nơtron là hạt không tích điện và vì vậy không gây ra sự ion hoá

trực tiếp. Tuy nhiên khi tương tác với vật chất chúng gây ra sự ion hoá thứ cấp và việc ghi đo của các hạt này cho phép chúng ta ghi nhận các nơtron.

Các tương tác thường được sử dụng trong các đầu dò nơtron Tương tác với boron-10, tạo ra bức xạ alpha, Tương tác với helium-3, tạo ra một proton, Sự tán xạ đàn hồi bởi hạt nhân hydrogen,

Hai tương tác đầu tiên hầu như có khả năng xảy ra với các nơtron có năng lượng tới 0,5eV. Các nơtron này ở cuối của dải nơtron trung gian và trong dải nơtron nhiệt (0,025eV),

Sự tán xạ đàn hồi có thể được sử dụng để nhận biết các nơtron nhanh.

April 17, 2023 49

i. Các bộ đếm tỷ lệ boron trifluoridei. Các bộ đếm tỷ lệ boron trifluoride Các bộ đếm tỷ lệ boron trifluoride bao gồm một bộ đếm tỷ lệ chứa

khí được bơm đầy khí có boron-10 được làm giàu thành khí boron triflouride (BF3). Khí này cung cấp toàn bộ khí cho đầu dò cũng như bia đối với các nơtron nhiệt tới. Phản ứng hạt nhân mà xảy ra trong đầu dò được chỉ ra bởi phương trình: 1010BB + + nn 77LiLi + + ,

Cả hạt nhân lithium và hạt alpha đều có đủ năng lượng để gây ra sự ion hoá thứ cấp trong chất khí, và các sự kiện ion hoá thứ cấp này có thể được ghi nhận. Lưu ý rằng, một vài tương tác nơtron tạo ra tia gamma năng lượng 0,48 MeV. Do đó, một mạch phân biệt thích hợp là cần thiết để phân biệt giữa các notron tới và các tia gamma tạo thành,

Các bộ đếm tỷ lệ boron trifluoride cũng có thể được sử dụng để ghi đo các nơtron trung gian và nhanh (lên tới 10 MeV). Tuy nhiên,trong trường hợp này thì đầu dò phải được bao xung quanh bằng một chất làm chậm như polyethylene để làm chậm các nơtron trước khi bị bắt. Các tấm lọc cadmium được sử dụng để cung cấp một năng lượng hưởng ứng giống nhau.

April 17, 2023 50

Bộ dếm tỷ lệ boron trifluorideBộ dếm tỷ lệ boron trifluoride

Bộ dếm trifluoride boron

April 17, 2023 51

ii. Các bộ dếm tỷ lệ heliumii. Các bộ dếm tỷ lệ helium Bộ đếm tỷ lệ helium có nhiều chi tiết tương tự như bộ đếm tỷ lệ

boron trifluoride. Cơ chế ghi đo chủ yếu đòi hỏi phải bắt giữ nơtron nhiệt, nhưng nếu một chất làm chậm được sử dụng thì các bộ đếm tỷ lệ hilium có thể được sử dụng để ghi đo các nơtron trung gian và nhanh,

Như tên đã gợi ý thì các bộ đếm tỷ lệ helium sử dụng helium cho cả bia và trong bình khí. Phản ứng quan trọng này chỉ ra trong phương trình:

33HeHe + + nn 33HH + + pp Trong phản ứng này thì một nhân tritium và proton được tạo thành

và các hạt tích điện này tạo ra từ sự ion hoá thứ cấp, Mặt khác, các bộ đếm tỷ lệ helium có thể được sử dụng cho các

mục đích đo phổ nơtron.

April 17, 2023 52

iii. Các bộ đếm tỷ lệ khí giật lùiiii. Các bộ đếm tỷ lệ khí giật lùi Các bộ đếm tỷ lệ khí giật lùi sử dụng sự tán xạ đàn hồi

với hạt nhân hydrogen như một kỹ thuật ghi đo chúng, Trong các bộ đếm này thì các nơtron với năng lượng

lớn hơn khoảng 500 keV được ghi đo sử dụng một bộ tỷ lệ chứa một khí giàu hydrogen như methan. Nơtron nhanh sẽ va chạm với hạt nhân hydrogen (là một proton đơn lẻ) và truyền năng lượng cho nó. Sau đó hạt nhân này sẽ tiếp tục quá trình ion hoá thứ cấp,

Trong một vài bộ đếm khí giật lùi các nguyên tử hydrogen có thể được cung cấp bằng cách sử dụng vật liệu như polyethylene trong các bức vách của bộ đếm. Bộ đếm được bao quanh trong một màng mỏng cadmium dùng để hấp thụ nơtron nhiệt.

April 17, 2023 53

iv. Các detector bọtiv. Các detector bọt Các detector bọt chứa các giọt chất lỏng cực nhỏ

lơ lửng trong một gel giống như vật chất. Các nơtron tới truyền đủ năng lượng cho các giọt chất lỏng này làm cho chúng sôi ngay lập tức và biến đổi thành bọt. Những bọt này có thể nhìn thấy bằng mắt thường và có thể đếm được,

Thực tế liều lượng nơtron tỷ lệ với tỷ trọng của các bọt, và tỷ trọng này được giữ cố định trong vật chất đến khi liều kế được xác lập lại,

Các máy đo liều bọt chủ yếu được sử dụng đối với phép đo liều cá nhân. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được sử dụng để kiểm tra môi trường.

April 17, 2023 54

6. Liều kế phim6. Liều kế phim

Các hạt mang điện đi qua nhũ tương của phim và để lại trên đó những hình ảnh ẩn dọc theo con đường của chúng đã đi qua,

Khi phim được rửa, các vết hiện ra và có thể quan sát thấy được dưới kính hiển vi. Đếm số vết trên một đơn vị diện tích cho phép đo được thông lượng hạt tới,

Độ dài của vết cho biết khối lượng, điện tích, năng lượng của hạt tới.

April 17, 2023 55

6. Liều kế phim (tiếp)6. Liều kế phim (tiếp)

Cho đến gần đây, phim vẫn còn được dùng để đo liều bức xạ cá nhân. Mật độ đen của phim tỷ lệ với liều đo bức xạ mà phim nhận được,

Các phin lọc khác nhau được sử dụng để xác định loại và năng lượng của bức xạ tới,

Dần dần liều kế phim sẽ được thay thế bằng liều kế nhiệt phát quang.

April 17, 2023 56

7. Liều kế nhiệt phát quang (TLD)7. Liều kế nhiệt phát quang (TLD)

Một số vật liệu sau khi bị chiếu xạ có khả năng bắt các điện tử, lỗ trống vào bẫy hạt tải. Các hạt tải điện này (điện tử và lỗ trống) lưu lại trên tâm bắt rất lâu. Nếu đốt nóng vật liệu (detector) điện tử và lỗ trống thoát khỏi các tâm bắt và trở về trạng thái cơ bản phát ra ánh sáng. Nếu lượng ánh sáng phát ra đo được vẽ theo một nhiệt độ ta thu được một đồ thị gọi là đường cong nhiệt phát quang,

Diện tích đo được dưới đường cong nhiệt phát quang có thể sử dụng để đo liều hấp thụ,

Vật liệu TLD gồm: CaSO4, Dy, CaF2 và LiF.

April 17, 2023 57

TỔNG KẾTTỔNG KẾT 6 phương pháp ghi đo bức xạ, Nguyên tắc hoạt động cơ bản của các đầu dò

chứa khí, Hoạt động 3 loại đầu dò chứa khí chính, Các thuật ngữ: Phân giải thời gian, Thời gian

phục hồi và Thời gian chết đối với các đầu dò chứa khí,

Nguyên tắc hoạt động cơ bản của các đầu dò nhấp nháy, đầu dò bán dẫn,

Ưu điểm, nhược điểm của mỗi loại đầu dò ghi đo bức xạ.

April 17, 2023 58