báo cáo đánh giá hiện tượng ăn mòn của bề dày vật liệu bằng phương pháp gamma tán xạ

LOGO
www.trungtamtinhoc.edu.vn
1

www.trungtamtinhoc.edu.vn
 P. Priyada và cộng sự [10] nghiên cứu so sánh các
phương gamma tán xạ, chụp X quang và chụp ảnh bằng
tia gamma cho vật liệu khuyết tật thép nhẹ.
 Manpreet Singh và cộng sự [9] nghiên cứu ảnh hưởng của
chuẩn trực đầu dò và bề dày mẫu đối với tán xạ nhiều lần.
 Hoàng Đức Tâm và cộng sự [5] nghiên cứu sự phụ thuộc
cường độ chùm tia gamma tán xạ ngược vào thể tích tán
xạ bằng chương trình MCNP.
2
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
3
Trước tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước như vậy,
em đã thực hiện đề tài:” Đánh giá hiện tượng ăn mòn của
bề dày vật liệu bằng phương pháp gamma tán xạ” với mục
tiêu:
 Tìm phương trình đường cong bão hòa và giá trị bề dày
bão hòa của vật liệu.
 Hạn chế ảnh hưởng của tán xạ nhiều lần lên phổ
gamma tán xạ sử dụng ống chuẩn trực đầu dò kích
thước nhỏ.
 Xác định được bề dày cho những vật liệu có thành phần
gần giống nhau.
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
1

2
3
4
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
5
LÝ THUYẾT
Năng lượng gamma tán xạ:
2
E
E=
E
1+ (1-cosθ)
mc

Hình 1. Tán xạ Compton
(1)
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Giai đoạn 1: Gamma từ nguồn
đến điểm tán xạ P.


Giai đoạn 2: Gamma bị tán xạ
tại điểm P.


Giai đoạn 3: Gamma từ điểm P
đến đầu dò.

6
 
0
10
μE
I = I exp - ρx
ρ







 
 
0
e
2 1 0
dσ E ,Ω
I = I S E ,θ,Z dΩρ V
dΩ
 
32
μE
I = I exp - ρx'
ρ








(2)
(3)
(4)
Hình 2. Tán xạ một lần của
gamma lên vật liệu
QUÁ TRÌNH TÁN XẠ COMTON LÊN VẬT LIỆU
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Bề dày vật liệu bị ăn mòn:


Phương trình đường cong bão hòa:


 
s
I = I 1 - exp -ηT


 
1
1
I (P)

-1
T = ln 1 - 1 - exp(-ηT)
η I(P)



(5)
(6)
7
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
8
Hình 3. Bố trí hệ đo gamma tán xạ ngược
TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
9
Hình 4. Nguồn
137
Cs
Hình 5. Bia thép C45
Hình 6. Đầu dò NaI(Tl) Hình 7. Ống chuẩn trực đầu dò
Với cách bố trí như Hình 2, ta tiến hành phép đo với nguồn
137
Cs có
hoạt độ 5 mCi, góc tán xạ 120
o
, bia thép phẳng C45, sử dụng đầu dò
NaI(Tl), ống chuẩn trực đầu dò đường kính 3 cm và thời gian mỗi
phép đo là 18 giờ.

NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
10
0 100 200 300 400
0
150
300
450
600
750
900
Sè ®Õm
N¨ng l-îng E (keV)
Bia 1,826 cm
0 100 200 300 400
200
400
600
800
1000
1200
1400
Sè ®Õm
N¨ng l-îng E (keV)
Bia 1,826 cm
Ph«ng m«i tr-êng
0 100 200 300 400
200
400

600
800
1000
1200
1400
Sè ®Õm
N¨ng l-îng E (keV)
Đỉnh Gauss
Nền bậc bốn
KẾT QUẢ
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Bề dày bia (cm) Diện tích đỉnh tán xạ một lần Sai số
0,340 34767 186
0,540 48531 220
0,618 51258 226
0,922 62284 176
1,010 64012 179
1,232 66498 258
1,570 68669 151
1,826 69221 152
2,030 69660 152
2,334 70378 188
2,400 69868 153
2,552 70814 266
2,650 70952 266
2,700 72795 270
Bảng 1. Diện tích đỉnh tán xạ một lần sử dụng chuẩn trực đầu dò đường
kính 3 cm
11
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG

www.trungtamtinhoc.edu.vn
Bề dày bia (cm) Diện tích đỉnh tán xạ một lần Sai số
0,340 40342 201
0,540 54594 234
0,618 58812 243
0,922 70416 265
1,010 72634 270
1,232 77073 278
1,570 80817 284
1,826 82389 287
2,030 83074 288
2,334 83685 289
2,400 83780 289
2,552 83932 290
2,650 83948 290
2,700 83947 290
12
Bảng 2. Diện tích đỉnh tán xạ một lần từ chương trình MCNP(thời
gian đo là 18 giờ, ống chuẩn trực đầu dò đường kính 3 cm)
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Bề dày bia (cm)
Diện
tích đỉnh tán xạ một
lần
Sai số
0,340 22669 151
0,540 31068 176
0,618 32979 182
0,922 39740 199

1,010 40470 201
1,232 42816 207
1,826 46053 215
2,030 46724 216
2,334 48176 219
2,400 47503 218
2,552 46913 217
13
Bảng 3. Diện tích đỉnh tán xạ một lần sử dụng chuẩn trực đầu dò
đường kính 9,5 cm[4]
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
30000
40000
50000
60000
70000
80000
DiÖn tÝch ®Ønh t¸n x¹ mét lÇn
BÒ dµy (cm)
Thùc nghiÖm
Lµm khíp
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
20000
25000
30000
35000
40000
45000

50000
DiÖn tÝch ®Ønh t¸n x¹ mét lÇn
BÒ dµy (cm)
Thùc nghiÖm
Lµm khíp
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
35000
45000
55000
65000
75000
85000
95000
DiÖn tÝch ®Ønh t¸n x¹ mét lÇn
BÒ dµy (cm)
M« pháng
Lµm khíp
Hình 8. Đường cong bão hòa loại chuẩn
trực đầu dò đường kính 3 cm
Hình 10. Đường cong bão hòa loại chuẩn
trực đầu dò đường kính 9,5 cm
 
71128. 1 - I = exp( -2,11.T)
Hình 9. Đường cong bão hòa bằng
chương trình MCNP
Phương trình đường cong bão hòa:
- Đầu dò đường kính 3 cm:
- Đầu dò đường kính 9,5 cm:
- Mô phỏng bằng MCNP:
 

I = 47800. 1 - exp( -1,90.T)
 
I = 84717. 1 - exp( -1,981.T)
(7)
(8)
(9)
14
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Loại
Phương trình đường cong
bão hòa
Phương
trình
đường
thẳng
Bề dày
bão hòa

(cm)
Đầu
dò
đường
kính 3 cm
I = 71128.[1-exp(-2,11.T)]
Y

= 66796 + 1601.T
1,901
Mô phỏng I = 84717.[1-exp(-1,981.T)]

Y = 77472 + 2648.T
1,901
Đầu
dò
đường
kính 9,5 cm
I = 47800.[1-exp(-1,90.T)]
Y = 43586 +

1537.T
1,899
15
Sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm của phương pháp
gamma tán xạ ngược.
Bảng 4. So sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
16
Hình 11. Bia thép và inox
XÁC ĐỊNH BỀ DÀY VẬT LIỆU THÉP VÀ INOX
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Loại bia Thực tế (cm) Tính toán (cm)
Thép 0,220 ± 0,002 0,178 ± 0,005
Inox 0,220 ± 0,002 0,180 ± 0,005
17
=> Sai khác giá trị T giữa tính toán và thực nghiệm khoảng 19 %.
Bảng 5. Giá trị bề dày T giữa tính toán và thực tế
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG

www.trungtamtinhoc.edu.vn
Xây dựng phương trình đường cong bão hòa đối với vật
liệu thép C45.
Xác định giá trị bề dày bõa hòa của vật liệu C45 từ
phương trình đường cong bão hòa là T
o
= 1,901 cm.
Ứng dụng linh hoạt khi hiện trường thực tế khó có thể
dùng ống chuẩn trực đầu dò có đường kính nhỏ.
Tính được bề dày vật liệu đối với một số vật liệu có thành
phần tương tự nhau. Ví dụ thép và inox, bề dày tính toán
so với thực tế sai khác khoảng 19 %.
18
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
Xác định
giá trị bề
dày thấp
nhất mà
phương
pháp còn
chính xác.
Thực hiện
với nhiều
loại vật liệu
và nguồn
phóng xạ
khác nhau
Tiến hành
mô phỏng

để dự
đoán sự
đóng góp
các loại
tán xạ vào
phổ tán xạ
đối với
góc tán xạ
khác nhau
Nghiên cứu
với nguồn
hoạt độ
cao hơn để
giảm thời
gian đo hạn
chế ảnh
hưởng
nhiệt độ
môi trường
19
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
20
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG
www.trungtamtinhoc.edu.vn
21
NGUYỄN HIỀN ĐĂNG