báo cáo xây dựng hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường sử dụng đầu dò suất liều inspector và hệ điện tử fpga

XÂY DỰNG HỆ ĐO
QUAN TRẮC PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG
SỬ DỤNG ĐẦU DÒ SUẤT LIỀU INSPECTOR
VÀ HỆ ĐIỆN TỬ FPGA
Khóa luận tốt nghiệp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ- VẬT LÝ KĨ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN
SVTH: ĐOÀN THỊ THANH NHÀN
CBHD: TS. VÕ HỒNG HẢI
CBPB: ThS. HUỲNH ĐÌNH CHƯƠNG
1
NỘI DUNG
TỔNG QUAN
1
THIẾT KẾ HỆ ĐO
2
ĐÁNH GIÁ HỆ ĐO VÀ ĐO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG
3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4
2
 
»Phóng xạ trong đất
 
» Phóng xạ trong
không khí
 
» Phóng xạ trong
thực phẩm và nước

 
» Phóng xạ trong
vật liệu xây dựng
 
Bức xạ vũ trụ
 
Phóng xạ trong cơ
thể con người
  Phóng xạ trong y học
  Phóng xạ từ công
nghiệp
  Các tai nạn và các vụ
thử vũ khí hạt nhân
TỔNG QUAN
PHÓNG
XẠ TỰ
NHIÊN
PHÓNG
XẠ
NHÂN
TẠO
PHÓNG XẠ
MÔI TRƯỜNG
15%
3%
1%
11%
8%
62%
[1]

3
[1] Detection of Natural Radioactivity: 222Radon
•
Liều hấp thụ
•
erg/g, rad, Gy
•
Suất liều hấp thụ
Liều hấp
thụ
•
Liều tương đương
•
J/kg, rem, Sv
•
Suất liều tương
đương
Liều tương
đương
•
Liều hiệu dụng
•
J/kg, Sv
•
Suất liều hiệu
dụng
Liều hiệu
dụng
4
[3] Châu Văn Tạo (2004), An toàn bức xạ ion hóa, Nhà xuất bản Đại học

Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam
(1.1)(1.1)
(1.2)(1.2)
(1.5)(1.5)
(1.4)(1.4)
(1.3)(1.3)
(1.6)(1.6)
TỔNG QUAN
Giới hạn liều
5
Giới hạn ngẫu
nhiên
Nhân viên
bức xạ
Dân chúng Bệnh nhân
Tính trung
bình trong
khoảng thời
gian 5 năm
20 mSv/năm
(tương đương
2,28µSv/h)
1mSv/năm
(tương đương
0,114µSv/h)
Không có khuyến
cáo
Tính bất kì 1
năm
50mSv/năm

(tương đương
5,7µSv/h)
5mSv/năm
(tương đương
0,57µSv/h)
Bảng 1.1. Giới hạn liều lên cơ thể con người (ICRP-1991) [2]
[2] J. Valentin(2007), ICRP Publication 103 -The 2007 Recommendations of the
International Commission on Radiological Protection
TỔNG QUAN
Phóng xạ nhân tạoPhóng xạ tự nhiên
Trị liệu ung thư
10 mSv
100 mSv
1 Sv
10 Sv
100 Sv
1 mSv
0,1 mSv
Ramsal - Iran
Guarapari - Brazil
Kerala - Ấn Độ
Chụp CT
Chụp X-quang
Dạ dày
Chụp X-quang
ngực
Xung quanh nhà máy điện hạt nhân
Liều phóng xạ tự
nhiên trung bình
trên một năm

0,39 mSv/năm
0,45 mSv/năm
0,25 mSv/năm
1,3 mSv/năm
2,4 mSv/năm
6
0.05 mSv/mỗi lần chụp
0.05mSv/năm
0,6 mSv/mỗi lần chụp
Hình 1.1. Thang liều
Việt Nam
Inspector+
Bộ xử lý điện tử
(FPGA)
Giao tiếp máy tính
(LabVIEW)
RS232

Đầu
dò
Bộ xử lý của
Inspector+
RS232

hexa
7
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí hệ đo
THIẾT KẾ HỆ ĐO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG
THIẾT KẾ HỆ ĐO
S.E. Internation, Inc, USA

Inspector+
8
Bộ xử lý
Hình 2.2. quá trình làm việc
của Inspector+
Hình 2.3. Đường chuẩn
suất liều (µSv/h) theo
tốc độ đếm (số đếm/phút)
Inspector+
Bộ xử lý điện tử1
(FPGA)
Giao tiếp máy tính
(LabVIEW)
RS232

Dải đo Giá trị
CPM 0 tới 350000
CPS 0 tới 5000
mR/h 0,001 tới 100
µSv/h 0,01 tới 1000

được tối ưu hóa
để phát hiện các
bức xạ mức thấp.

Có thể đo được
bức xạ alpha,
beta, gamma, và
tia X.
THIẾT KẾ HỆ ĐO

Chip FPGA
Cổng
RS232
Nạp VHDL
LED
Bộ xử lý điện tử FPGA
Hình 2.5. Cấu trúc chương trình nhúng VHDL cho board mạch FPGA
Cổng vào/ra
9
Hình 2.4. board mạch FPGA.
Inspector+
Bộ xử lý điện tử1
(FPGA)
Giao tiếp máy tính
(LabVIEW)
RS232

THIẾT KẾ HỆ ĐO
Giao tiếp máy tính LabVIEW
10
(1)COM (2)Time control (3)Reset (4)Write
(5)Stop (6)Total count (7)Time (8)Count of time
(9)Counts per second. (10)Radiation doses
Hình 2.6. Giao diện chương trình LabVIEW
Inspector+
Bộ xử lý điện tử1
(FPGA)
Giao tiếp máy tính
(LabVIEW)
RS232

11
ĐÁNH GIÁ HỆ ĐO
và
ĐO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG
Máy phát xung
Bo mạch điện tử
(FPGA)
Giao tiếp
máy tính
(LabVIEW)
RS-232
Tần số
phát
fphát(Hz)
Tổng số
đếm đo
được trong
10 phút
Tần số đo
được
fđo(Hz)
Độ lệch
(%)
(fphát-f-
đo)
/fphát
0,1 60 0,1 0
1 600 1 0
10 6000 10 0

100 59999 100 0
1000 599980 999,987 0,001
2000 1139952 1999,928 0,004
3000 1709961 2999,967 0,001
5000 2874706 4999,539 0,007
9000 5399500 8999,366 0,007
12
Bảng 3.1 mối liên hệ giữa tần số phát và
tần số đo được
Đánh giá hệ đo
Hình 3.1. Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa
tần số phát và tần số ghi nhận được

ĐO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG
13
Hình 3.2. a. Sơ đồ bố trí thiết bị đo thực tế phông phóng xạ môi trường
b. Hình thực tế
PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG
PTN Đại cương-PTN Điện tử HN- Bên ngoài
0,181 µSv/h
14
Hình 3.4. Đồ thị phông phóng xạ của phòng thí nghiệm hạt nhân đại cương,
phòng thí nghiệm điện tử hạt nhân, và bên ngoài phòng.

0,176 µSv/h
0,165 µSv/h
PTN. HN Đại cương
PTN. Điên tử HN
Bên ngoài
Đo 24h

Đo 12h
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trong khóa luận này, tôi đã đạt được một số kết quả
quan trọng sau:

Phát triển thành công hệ đếm bức xạ hạt nhân.

Phát triển thành công chương trình nhúng VHDL.

Xây dựng thành công chương trình giao tiếp
LabVIEW với máy tính.

Thực hiện đánh giá hệ đo với kết luận là hệ đo
hoạt động tốt.

Thực hiện việc đưa hệ đo vào khảo sát phông
phóng xạ môi trường tại phòng thí nghiệm điện tử
hạt nhân, và phòng thí nghiệm hạt nhân đại cương
Bộ môn Vật lý Hạt nhân, trường đại học Khoa học
Tự nhiên, thành phố Hồ Chí Minh
Kết luận
15
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Hệ đo được hoàn thành, có thể sử dụng hệ đo
để đo phóng xạ môi trường

Tiếp tục phát triển hệ đo quan trắc phóng xạ
môi trường truyền số liệu qua mạng Internet
không dây.


Tích hợp đo phóng xạ môi trường với việc đo
các thông số khác như: nhiệt độ, độ ẩm, áp
suất… trên cùng một hệ đo.
16
Kiến nghị
Thank You !
Cảm ơn quý thầy cô
và các bạn
đã chú ý lắng nghe
17
TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1]. Châu Văn Tạo (2004), An toàn bức xạ ion hóa, Nhà xuất bản Đại học
Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam.

Tiếng Anh

[3]. K. Eckerman - J. Harrison- C.H. Clement (2012), ICRP Publication
119-Compendium of Dose Coefficients based on ICRP Publication 60

[4]. Inspector+ & Inspector EXP+ User Manual, S.E. International Inc,
USA.

[5]. IEEE VHDL Standard Language reference (2002).


Website

[6]

[7]

[8] />
[9] />
[10]
18
TỔNG QUAN
Đối với không khí liều hấp thụ =It, còn đối với môi trường Z khác để các nguồn ở
đúng khoảng cách đó và chiếu trong cùng khoảng thời gian ta có =It, khi đó ta có công
thức xác định liều hấp thụ trong môi trường bất kì với bậc số nguyên tử Z, nếu biết liều
hấp thụ trong không khí.
trong đó γ là hệ số truyền năng lượng tuyến tính. Nếu biểu diễn qua hệ số truyền năng
lượng khối thì ta có công thức với ρ là khối lượng riêng.

Quan hệ giữa liều hấp thụ trong môi trường bất kì với liều hấp
thụ trong không khí
19
[3] Châu Văn Tạo (2004), An toàn bức xạ ion hóa, Nhà xuất bản Đại học
Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam
LIỀU
LƯỢN
G
Liều hấp
thụ
erg/g,
rad, Gy

Liều hiệu
dụng
tích lũy
Liều tương
đương tích
lũy của mô
hoặc cơ
quan
Liều tương
đương
HT,r = Wr.
DT,r
J/kg ,Sv,
rem
Liều
hiệu
dụng
J/kg, Sv
Liều chiếu
C/kg, R
1C/kg=386
7R
LIỀU
LƯỢN
G
Liều hấp
thụ
erg/g,
rad, Gy
Liều hiệu

dụng
tích lũy
Liều tương
đương tích
lũy của mô
hoặc cơ
quan
Liều tương
đương
HT,r = Wr.
DT,r
J/kg ,Sv,
rem
Liều
hiệu
dụng
J/kg, Sv
Liều chiếu
C/kg, R
1C/kg=386
7R
TỔNG QUAN
20
TỔNG QUAN

: là liều hấp thụ bên trong yếu tố khối
lượng

: năng lượng toàn phần truyền cho khối
lượng



21
THIẾT KẾ HỆ ĐO
Xung clock _50 Xung clock _50
Xung clock xuất
hiện
cạnh tăng
if ws = ‘1’ and
address=X“E”
time_t <= wr_data(15 dowto 0)
Xung clock xuất
hiện
cạnh tăng

if ws = ‘1’ and
address=X “F”
data_reset1 <= wr_data(0)
đúng
đúng
đúng
đúng
sai
sai
sai
sai
22
THIẾT KẾ HỆ ĐO
’
data<=(others => ‘0’);

L<=(others => ‘0’);
data<=data+1;
L<=L+1;
data_out<=data;
Led<=L
Count_100µs := 0
sai
đúng
đúng
sai
đúng
Count_100µs := Count_100µs+1
sai
Count_100µs ≥4000
Data_reset = ‘1’
Hoặc
Data_reset1 = ‘1
Data_in = ‘1’
Điều khiển
“reset”
Loại bỏ nhiễu
Thực hiện đếm tín hiệu
Hiển thị số đếm và truyền dữ liệu
theo thơi gian truyền đã quy định
23
THIẾT KẾ HỆ ĐO
Đoạn mã đồ họa điều khiển hệ đo
24
ỨNG DỤNG CỦA HỆ ĐO


Đo phông phóng xạ môi trường

Cảnh báo an toàn phóng xạ
25