báo cáo nghiên cứu các đặc trưng truyền qua của gamma đa năng lượng trong ứng dụng khảo sát đường ống công nghiệp

9/5/2014
1
Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Vật Lý- Vật Lý Kỹ Thuật
Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân
Đề Tài:
NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG TRUYỀN QUA
CỦA GAMMA ĐA NĂNG LƯỢNG
ỨNG DỤNG TRONG KHẢO SÁT ĐƯỜNG ỐNG CÔNG NGHIỆP
CBHD: KSC Nguyễn Hữu Quang
KS Trần Thanh Minh
KS Mai Công Thành
GVPB: TS. Trần Thiện Thanh
SVTH: Nguyễn Văn Phận
05/09/2014
2
I. Giới thiệu-đặt vấn đề
II. Cơ sở lý thuyết
III. Mô phỏng khảo sát đặc trưng
truyền qua của nguồn Se-75
IV. Thực nghiệm
V. Kết luận- hướng phát triển
05/09/2014
3
I. Giới thiệu- đặt vấn đề
9/5/2014
4
9/5/2014
5
2.1. Một số đặc trưng truyền qua của bức xạ gamma.

Các tương tác chính của gamma với vật chất:
• Hiệu ứng quang điện
• Hiệu ứng tán xạ compton
• Hiệu ứng tạo cặp
Sự suy giảm của chùm bức xạ khi tương tác với vật chất:
Độ nhạy của chùm bức xạ trong phép kiểm tra gamma truyền qua
-μx
0
I=I e
-μx
0
dI
=μI e
dx
(1)
(2)
9/5/2014
6
Sự suy giảm của nguồn đa năng và độ nhạy của nguồn đa năng lượng
Nguồn gamma đa năng lượng có ưu điểm trên cả dải năng lượng
• Sự tương tác, suy giảm thể hiện trên nhiều đỉnh năng lượng khác nhau:
Năng lượng thấp truyền qua kém, suy giảm tốt với các vật liệu,
kể cả vật liệu nhẹ.
Năng lượng cao có khả năng xuyên sâu, suỵ giảm tốt với các vật liệu
năng, dày.
• Độ nhạy của nguồn đa năng lượng luôn lớn hơn
các năng lượng thành phần.
i
nn
-μx

i
i 0i
i=1 i=1
dI
dI
= μ I e =
dx dx

i
i
nn
io
i=1 i=1
-μx
I= I = I .e

(3)
(4)
9/5/2014
7
2.2. Một số nguồn đồng vị thường dùng trong công nghiệp
Se-75
E (keV)
96 121 136 264 279 400
Xác suất
phát (%)
3,41 17,15 58,15 59,00 25,00 11,50
Nguồn bức xạ E (keV) T
1/2
Ytterbium (Yb-169) 8 - 308 32 ngày

Selenium (Se-75) 66 - 400 120 ngày
Iridium (Ir-192) 206 - 612 74 ngày
Gadolinum (Gd-153) 6 – 173 240 ngày
Caesium (Cs-137) 661 32 năm
Cobalt (Co-60) 1173; 1332 5 năm
9/5/2014
8
Tinh thể
Tỉ lệ
phát
sáng
(p/
keV
)
Ánh sáng
đầu
ra
(%)/
kết hợp
PMT
Thời
gian phát
sáng (ns)
Bước
sóng tối
đa (nm)
Chiết
suất
Bề
dày

suy
giảm một
nữa
(cm,661
keV)
Độ nở
nhiệt
(/
0
C) 10
-6
Độ cứng
(Mho)
Mật độ
(g/cm
3
)
Hút ẩm
NaI(Tl)
38 100 250 415 1.85 2.5 47.4 2
3.67
Có
CsI(Tl)
54 45 1000 550 1.79 2 54 2
4.51
Ít
CsI(Na)
41 85 630 420 1.84 2 54 2
4.51
Có

BGO
8-10 20 300 480 2.15 1 7 5
7.13
Không
CdWO
4
15 40
1.1
(40%)
14.5
(60%)
470 2.3 1 4-4.5
7.90
Không
2.3. Một số loại đầu dò thường dùng trong công nghiệp
05/09/2014
9
3.1. MỤC TIÊU MÔ PHỎNG:
• Kiểm tra một số đặc trưng truyền qua của nguồn gamma
đa năng lượng Se-75 như khả năng truyền qua, suy giảm,
khả năng phân giải mật độ…
• Đánh giá khả năng sử dụng nguồn Se-75
vào khảo sát ống công nghiệp.
05/09/2014
10
 Nguồn bức xạ: Se-75 (1,5 Ci), nguồn Cs-137 ( 20mCi).
Vật liệu che chắn:
• Vật liệu nặng là thép, độ dày thay đổi từ 0-5,2 cm.
• Vật liệu nhẹ là nhựa, chiều dày thay đổi từ 0-10cm.
 Khoảng cách từ nguồn tới đầu dò là 50 cm.

9/5/2014
11
Kết quả mô phỏng
Phổ vi phân nguồn Se-75 Phổ vi phân nguồn Cs-137
9/5/2014
12
9/5/2014
13
9/5/2014
14
Đánh giá giới hạn phát hiện ăn mòn 1mm thép
• Dựa vào tiêu chuẩn 3 sigma trong các tiêu chuẩn đánh giá số liệu westgard
một khuyết tật có thể xác định với độ tin cậy 99,7% khi:
• Đặt F là hệ số khác biệt số đếm giữa I
o
và I :
Nếu: F > 1: điểm bất thường
F < 1: điểm bình thường
00
33I I I I

    
0
0
3
3
II
I
F
I





(5)
(6)
9/5/2014
15
3.3. Mô phỏng độ nhạy với các vật liệu nhẹ
• Cấu hình mô phỏng:
• Kết quả mô phỏng:
05/09/2014
16
4.1. Mục đích thí nghiệm
• Kiểm tra phổ vi phân nguồn Se-75, khả năng ghi nhận
của các thiết bị với nguồn Se-75
• Kiểm tra các đặc trưng truyền qua
của nguồn đa năng lượng Se-75 trên thực tế.
9/5/2014
17
Thiết bị thí nghiệm
05/09/2014
18
• Nguồn Se-75 và Cs-137 đặt trong buồng chứa
có cửa sổ chuẩn trực đường kính 2mm
• Khoảng cách từ nguồn tới đầu dò: 5m đối với Se-75 và
2,5m đối với Cs-137
• Thời gian đo 6s
9/5/2014
19

9/5/2014
20
• Khoảng cách từ nguồn tới đầu dò: 5m đối với Se-75 và 2,5m đối với
Cs-137, Thời gian đo 6s
• Vật liệu che chắn:
Thép: chiều dày 0-4cm, mỗi bước thay đổi 1mm.
Nhựa: chiều dày 0-10cm, mỗi bước thay đổi 4mm.
9/5/2014
21
9/5/2014
22
Giới hạn phát hiện 1mm thép trong thực nghiệm
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50
Hệ số khác biệt F
Chiều dày thép (mm)
Tỉ lệ độ thay đổi số đếm với sai số phép đo
( hệ số khác biệt F)
tổng phổ Se-75
Cs-137
Với cấu hình thí nghiệm thực tế, thời gian đo 6s thì Se-75 có thể
phát hiện sự thay đổi 1mm thép khi chiều dày thép nhỏ hơn 3cm.
Nguồn Cs-137 không thể phát hiện được sự thay đổi 1mm thép
do giới hạn thời gian đo, số đếm ghi nhận được không cao.

9/5/2014
23
Thí nghiệm 3-khảo sát đóng cặn vật liệu nhẹ
Bố trí thí nghiệm:
Chiều dày thép: 1,5 cm
Đóng cặn nhựa 0.15-1cm.
Thời gian đo 30 s
9/5/2014
24
Thí nghiệm 4- khảo sát nguồn Se-75
trên ống thép công nghiệp
Dụng cụ thí nghiệm
9/5/2014
25