báo cáo tính toán phân bố của đồng vị phóng xạ bên trong thùng thải bằng phương pháp quét gamma phân đoạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC KHOA HOC TỰ NHIÊN
Lâm thu văn
TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CỦA ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
TRONG THÙNG THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
QUÉT GAMMA PHÂN ĐOẠN
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao
Mã số: 60 44 05
Hướng dẫn khoa học: TS. Lê Bảo Trân
Thành phố Hồ Chí Minh – 2014
9/27/20141
Thiết bị và phương pháp nghiên cứu
2
Kết luận và kiến nghị
4
Kết quả và thảo luận
3
Tổng quan
1
Nội dung báo cáo
9/27/20142
1. Tổng quan
1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
•
Năm 1993, Cesana và cộng sự [8] đã đưa ra phương pháp xác
định hoạt độ của nguồn có kích thước như 137Cs,134Cs, 54Mn,
60Co, trong thùng thải phóng xạ.
•
Năm 1995, Filb [12] đã xây dựng công thức tính hoạt độ thùng
thải từ tốc độ phát tia gamma.
•

Năm 2009, Bai và cộng sự [17] đã đưa ra phương pháp tính hoạt
độ của thùng thải không đồng nhất bằng phương pháp quét
gamma phân đoạn.
•
Năm 2011, Krings và Mauerhofer [13] đã thay đổi hàm đáp ứng
trong biểu thức của Bai, kết quả là giảm sai số một cách đáng kể.
9/27/20143
1. Tổng quan
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
•
Năm 2012, Trần Quốc Dũng cùng cộng sự

Nghiên cứu những hạn chế của phương pháp quét gamma phân
đoạn và đề nghị một phương pháp bổ sung để kiểm tra thùng
thải phóng xạ [15].

Giảm sai số hệ thống bằng cách cải tiến dùng hai đầu dò đồng
nhất và áp dụng cho phân tích thùng thải mật độ thấp [16].
•
Năm 2012, Lê Anh Đức [1] trong luận văn tốt nghiệp đã nghiên cứu
sự ảnh hưởng của phân bố nguồn trong một phân đoạn đến sai số hệ
thống của phép đo bằng phương pháp quét gamma phân đoạn.
9/27/20144
1. Tổng quan
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
•
Năm 2013, Huỳnh Thị Yến Hồng cùng cộng sự [2] áp dụng kỹ thuật
quét gamma phân đoạn để xác định vị trí nguồn trong thùng thải.
•
Năm 2013, Trương Nhật Huy [3] trong luận văn tốt nghiệp đã xác

định vị trí một đồng vị được thả ngẫu nhiên vào thùng có các chất
độn khác nhau.
•
Năm 2014, Nguyễn Thị Thanh Thủy [7] trong luận văn tốt nghiệp
đã xác định tên, vị trí đồng vị và dùng chương trình MCNP5 để xây
dựng đường chuẩn hiệu suất theo năng lượng trong trường hợp
không có chất độn và chất độn cát.
9/27/20145
Được phát triển bởi phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos –
Mỹ vào đầu những năm 1970.
Phổ biến nhất trong số các kỹ thuật phân tích không hủy mẫu.
Các dụng cụ đo và lắp ráp không quá phức tạp với độ tin cậy
cao, giá thành sản xuất phù hợp
Nguyên tắc cơ bản là chia thùng thải thành các phân đoạn
ngang có chiều cao nhỏ hơn nhiều so với chiều cao thùng.
1.3. Giới thiệu kỹ thuật quét gamma
phân đoạn (Segmented Gamma
Scanning Technique - SGS)
1. Tổng quan
9/27/20146
Mục tiêu

Xác định tên và vị trí đồng vị phóng xạ được thả
ngẫu nhiên vào thùng bằng phương pháp quét
gamma phân đoạn.

Xây dựng đường chuẩn hiệu suất theo năng
lượng và theo vị trí

Tính toán hoạt độ của các đồng vị tại một số vị trí

trong thùng.
9/27/20147
Chương trình PENELOPE
•
Mô phỏng sự vận chuyển 3 loại hạt: photon, electron
và positron trong hệ thống vật liệu tùy chọn.
•
Các tập tin dữ liệu được dùng để mô phỏng: tập tin vật
liệu; tập tin hình học, tập tin đầu vào; tạo ứng dụng
penmain.exe.
Xử lý phổ mô phỏng
•
Tác động hàm FWHM vào đỉnh năng lượng toàn phần
để so sánh với kết quả thực tế.
•
Hàm FWHM:
Phương pháp nghiên cứu: thực nghiệm và mô phỏng
2. Thiết bị và phương pháp nghiên cứu
9/27/20148
2
FWHM 0,002 0,0656 E 0,064E
= − + −
2. Thiết bị và phương pháp nghiên cứu
1. Nguồn - Thùng thải
2. Thiết bị ghi nhận
•.
Đầu dò NaI(Tl)
•.
Khối Osprey
•.

Ống chuẩn trực chì
•.
Chương trình hiển thị và
phân tích phổ
3. Thiết bị dịch chuyển
thùng
•.
Mâm quay thùng thải
•.
Hệ dịch chuyển đầu dò
Bố trí hệ đo
9/27/20149
2. Thiết bị và phương pháp nghiên cứu
Nguồn - Thùng thải
•
Chiều cao : 85 cm
•
Đường kính: 58 cm
•
11 phân đoạn, 12 góc
quay
•
12 ống có đánh số
•
2 tấm xốp
•
1 nguồn kim
•
5 nguồn điểm
+

9/27/201410
2. Thiết bị và phương pháp nghiên cứu
Thiết bị ghi nhận và dịch chuyển
Đầu dò NaI(Tl)
802-7,62cm x7,62cm
Hệ điện tử
Ống chuẩn trực chì
Mâm quay
Hệ dịch chuyển
đầu dò
Chương trình Gennie – 2K
9/27/201411
Hình 1. Phổ nguồn phóng xạ
Hình 2. Đồ thị biểu diễn số đếm
đỉnh theo vị trí phân đoạn
3. Kết quả và thảo luận
Thả một nguồn
Xác định tên nguồn
Sử dụng số liệu thực nghiệm và
đường chuẩn năng lượng E (keV) =
-17,14 + 1,043*ch, phổ thu được thể
hiện trên hình 1
Xác định vị trí nguồn
Phân
đoạn
Vị trí
phân
đoạn (cm)
Số
đếm

Phân
đoạn
Vị trí
phân
đoạn (cm)
Số
đếm
3 8-16 18416 8 48-56 65981
4 16-24 22442 9 56-64 49256
5 24-32 22774 10 64-72 32461
6 32-40 28703 11 72-80 25547
7 40-48 53357
9/27/201412
Bảng 1. Số đếm đỉnh trên từng vị trí phân đoạn
Nguồn 60Co
Hình 3. Đồ thị biểu diễn số đếm đỉnh theo vị trí góc
3. Kết quả và thảo luận
Thả một nguồn
Góc Vị trí
góc (cm)
Số đếm Góc Vị trí
góc (cm)
Số đếm
1 0-15 58277 7 90-105 10006
2 15-30 58177 8 105-120 9366
3 30-45 28139 9 120-135 9596
4 45-60 17675 10 135-150 13153
5 60-75 11229 11 150-165 18608
6 75-90 7941 12 165-180 31385
Xác định vị trí nguồn

Kết luận: Nguồn 60Co, ở phân đoạn
8, giữa góc quay thứ nhất và thứ hai
9/27/201413
Bảng 2. Số đếm đỉnh theo vị trí góc
Hình 4. Phổ nguồn phóng xạ
Thả hai nguồn
3. Kết quả và thảo luận
Xác định tên nguồn
Tiến hành tương tự như với một
nguồn, phổ thu được thể hiện trên
hình 4
Xác định vị trí nguồn
Nguồn 226Ra
Nguồn 241Am
9/27/201414
Bảng 3. Số đếm đỉnh trên từng vị trí phân đoạn
Hình 5. Đồ thị biểu diễn số đếm
đỉnh theo vị trí phân đoạn
Phân
đoạn
Vị trí
phân
đoạn (cm)
Số
đếm
Phân
đoạn
Vị trí
phân
đoạn (cm)

Số
đếm
3 8-16 9142 8 48-56 22867
4 16-24 13832 9 56-64 18009
5 24-32 17803 10 64-72 15349
6 32-40 21294 11 72-80 15519
7 40-48 19883
3. Kết quả và thảo luận
Thả hai nguồn
Góc Vị trí
góc (cm)
Số đếm Góc Vị trí
góc (cm)
Số đếm
1 0-15 20771 7 90-105 96654
2 15-30 21924 8 105-120 47788
3 30-45 24817 9 120-135 29596
4 45-60 35462 10 135-150 25656
5 60-75 55778 11 150-165 22521
6 75-90 130202 12 165-180 21203
Xác định vị trí nguồn
Kết luận: Hai nguồn 241Am và
226Ra, ở phân đoạn 8, góc thứ
sáu
9/27/201415
Hình 6. Đồ thị biểu diễn số đếm đỉnh theo vị trí góc
Bảng 4. Số đếm đỉnh theo vị trí góc
Hình 8. Đồ thị so sánh phổ thực nghiệm và mô phỏng
Hình 7. Đồ thị so sánh phổ thực nghiệm và mô phỏng
3. Kết quả và thảo luận

Kết quả mô phỏng
Cấu hình hệ đo hiển thị
bằng chương trình
PENELOPE
Nguồn 60Co, không
có chất độn
Nguồn 60Co, chất độn cát
9/27/201416
3. Kết quả và thảo luận
Kết quả mô phỏng
Nguồn 60Co và 137Cs,
không có chất độn
Nguồn 60Co và
137Cs, chất độn cát
Nhận xét: Các đồ thị cho thấy giữa phổ thực nghiệm và phổ
mô phỏng đều xuất hiện tia X, nền Compton và các đỉnh
năng lượng đặc trưng → hệ đo có độ tin cậy nhất định
9/27/201417
Hình 9. Đồ thị so sánh phổ thực nghiệm và mô phỏng
Hình 10. Đồ thị so sánh phổ thực nghiệm và mô phỏng
3. Kết quả và thảo luận
Xây dựng đường chuẩn hiệu suất theo năng lượng
Nhận xét: tại cùng một
vị trí, hiệu suất ghi nhận
trong dãy năng lượng từ
320,08 keV đến 1836,05
keV phụ thuộc vào năng
lượng và xác suất phát
các đỉnh năng lượng đặc
trưng.

9/27/201418
Hình 11. Đồ thị biểu diễn hiệu suất theo năng lượng tại ống 6
Hình 12. Đồ thị so hiệu suất theo 12 vị trí ống
Hình 13. Đồ thị so hiệu suất theo 12 vị trí ống
3. Kết quả và thảo luận
Xây dựng đường chuẩn
hiệu suất tại 12 ống
60Co, chất độn cát
137Cs, chất độn
cát
Mỗi ống ứng với một hiệu suất, ống
6 lớn nhất và ống 10 nhỏ nhất.
Ống nào càng xa thì hiệu suất càng
nhỏ và ngược lại. Hiệu suất trong
trường hợp chất độn cát suy giảm
nhiều hơn trường hợp không có chất
độn, cụ thể là nguồn 60Co giảm 2
lần, nguồn 137Cs giảm 3 lần.
9/27/201419
3. Kết quả và thảo luận
Xác định hoạt độ
Nguồn Ống Chất độn
Hoạt độ
thực (μCi)
Hoạt độ
tính toán
(μCi)
Độ sai
biệt
(%)

60Co 6 Không khí 0,35 ± 0,01 0,39 ± 0,01 9,65
137Cs 12 Không khí 1,01 ± 0,03 0,91 ± 0,03 9,98
60Co 6 Cát 0,35 ± 0,01 0,38 ± 0,02 6,77
137Cs 12 Cát 1,01 ± 0,03 0,97 ± 0,11 3,99
Nhận xét: kết quả cho thấy độ sai biệt giữa hoạt độ thực hoạt
độ tính toán dao động từ 3,99 % đến 9,98 %, nguyên nhân do:
o
Khoảng cách từ bề mặt ống chuẩn trực đến bề mặt thùng
được thiết lập bị chênh lệch với khoảng cách đã đặt ra là 6,3
cm. Bên cạnh đó, khe chuẩn trực chưa nằm trong khoảng
giữa mỗi cung tròn khi quay thùng.
o
Mật độ chất độn có sự chênh lệch giữa thực tế và mô phỏng.
9/27/201420
4. Kết luận
o
Cải tiến một số chi tiết trong hệ đo: sử dụng hệ nâng đầu dò, đặt
12 ống vào thùng và cố định bằng xốp.
o
Nhận diện và xác định vị trí đồng vị phóng xạ được thả ngẫu
nhiên vào thùng bằng phương pháp quét gamma phân đoạn.
o
Kiểm tra độ tin cậy của hệ đo bằng chương trình PENELOPE.
o
Sử dụng chương trình PENELOPE xây dựng đường chuẩn hiệu
suất theo năng lượng tại một vị trí và đường chuẩn hiệu suất tại
12 vị trí ống của 60Co và 137Cs.
o
Tính toán hoạt độ của đồng vị phóng xạ với độ sai biệt từ
3,99% đến 9,98%.

9/27/201421
4. Kiến nghị
o
Tăng số lượng ống nhựa đặt trong thùng để có thể khảo sát
tại nhiều vị trí hơn.
o
Chia nhỏ các phân đoạn theo chiều cao thùng và góc quay
để xác định vị trí đồng vị chính xác hơn.
o
Tiến hành thí nghiệm trên nhiều loại chất độn và các nguồn
khác nhau, giúp đánh giá chính xác về hệ đo.
o
Xây dựng đường chuẩn hiệu suất ở các vị trí khác nhau
bằng thực nghiệm và mô phỏng để so sánh.
9/27/201422
Danh mục công trình
9/27/201423
6. Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
[1] Lê Văn Đức (2012), Đánh giá sai số của kỹ thuật quét gamma phân đoạn bằng phương
pháp ngẫu nhiên, Luận văn Thạc sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh.
[2] Huỳnh Thị Yến Hồng, Huỳnh Đình Chương, Vũ Ngọc Ba, Bùi Tuấn Khải, Trần Kim
Tuyết, Lê Thị Ngọc Trang, Vũ Tiến Bảo Đăng, Trương Nhật Huy, Hoàng Đức Tâm, Trần
Thiện Thanh (2013), Áp dụng kỹ thuật quét gamma phân đoạn xác định vị trí một nguồn bất
kỳ trong thúng thải phóng xạ, Hội nghị Toàn quốc lần thứ III về Vật lý Kỹ thuật và Ứng dụng
(chấp nhận đăng).
[3] Trương Nhật Huy (2013), Nghiên cứu và thiết kế hệ đo thùng thải phóng xạ, luận văn
Thạc sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh.
[4] Trương Thị Hồng Loan (2006), Các phương pháp thống kê đánh giá số liệu thực nghiệm
hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP Hồ Chí Minh.

[5] Châu Văn Tạo (2004), An toàn bức xạ ion hóa, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
[6] Trần Thiện Thanh (2013), “Hiệu chỉnh phổ gamma bằng phương pháp Monte Carlo”,
Luận án Tiến sĩ, Trường Đại Học KHTN, Đại học Quốc Gia Tp.HCM.
[7] Nguyễn Thị Thu Thủy (2014), Phát triển hệ kiểm tra chất thải phóng xạ, luận văn Thạc sĩ
Vật lý, Trường Đại học Cần Thơ.
Tiếng Anh
[8] A. Cesana, M. Terrani, and G. Sandrelli (1993), Gamma Activity Determination in Waste
Drums from Nuclear Plants, Applied Radiation Isotopes Vol. 44, No. 3, 517 – 520.
9/27/201424
Tiếng Anh
[8] A. Cesana, M. Terrani, and G. Sandrelli (1993), Gamma Activity Determination in Waste
Drums from Nuclear Plants, Applied Radiation Isotopes Vol. 44, No. 3, 517 – 520.
[9] F. Salvat, J. M. Fernández-Vaera, J. Sempau (2008). PENELOPE-2008, A Code System
for Monte Carlo Simulation of Electron and Photon Transport. Nuclear Energy Agency
[10]J. Steven Hansen (2010), Tomographic gamma-ray scanning of uranium and plutonium,
LA-UR-07-5150, 4, 1 – 27.
[11] ORTEC®ANTECH (2009), Comparison of Gamma-Ray Nondestructive Assay
Measurement Techniques, www.ortec-online.com.
[12] P. Filb (1995), Relation Between the Activity of a High-Density Waste Drum and its
Gamma Count Rate Measured with an Unshielded Ge-detector, Applied Radiation Isotopes
Vol. 46, No.8, 805 – 812.
[13] T. Krings, E. Mauerhofer (2011), Reconstruction of the activity of point sources for the
acurate characterization of nuclear waste drums by segmented gamma scanning, Applied
Radiation and Isotopes 69, 880 – 889.
[14] T. Q. Dung (1996), Non-destructive techniques for assay of radioactive waste, Doctor of
Philosophy Dissertation, Technical University of Budapest, 57 – 72.
[15] T. Q. Dung, T. T. Son (2012), Limitation of the segmented gamma scanning technique
and an additonal method for assay of radwaste drums, Scientific Journal of Pedagogy
University HCMC, Vol. 33, 70 – 76.
6. Tài liệu tham khảo

9/27/201425