Nghiên cứu xác định hoạt độ gamma trong mẫu môi trường bằng phương pháp FSA

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ
GAMMA TRONG MẪU MÔI TRƯỜNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP FSA
SỬ DỤNG HỆ PHỔ KẾ HPGe
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
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
SVTH: Võ Thanh Bình
CBHD: TS. Trương Thị Hồng Loan
CBPB: TS. Trần Duy Tập
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2014
Đề tài:
ĐẶT VẤN ĐỀ
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 NGUỒN ĐIỂM VÀ MẪU THỂ TÍCH
 HỆ PHỔ KẾ GAMMA
 PHƯƠNG PHÁP FSA VÀ PHƯƠNG PHÁP WA
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
 PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘ MẪU NGUỒN ĐIỂM
 PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘ MẪU MÔI TRƯỜNG
2
NỘI DUNG
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong việc xác định hoạt độ dùng phổ kế gamma HPGe, có hai pp:
 Phương pháp WA: sử dụng số đếm diện tích đỉnh.
-Phương pháp này đòi hỏi việc trừ phông và tách đỉnh tốt.
-Bên cạnh đó: các hiệu ứng trùng phùng thực, tự hấp thụ, sai số trong

số liệu từ thư viện hạt nhân dẫn đến làm tăng hay giảm diện tích đỉnh ảnh
hưởng đến kết quả tính toán hoạt độ.
 Phương pháp FSA: sử dụng số đếm toàn phổ.
-Phương pháp FSA liên quan đến việc tính toán trên toàn phổ nên khắc
phục được một số hạn chế trên của pp WA.
-Trong khóa luận này tác giả tiếp tục nghiên cứu chi tiết cách tiến hành
thực hiện phương pháp FSA nhằm xây dựng qui trình phân tích tốt nâng
cao khả năng và độ chính xác trong phân tích hoạt độ.
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Ngoài nước:
 Các công trình nghiên cứu về phương pháp này có thể kể đến chẳng hạn
như Crossley và Reid (1982), Minty và cộng sự (1998), de Meijer (1998) ,
Hendriks và cộng sự (2001) ,
 Trong những năm gần đây, phương pháp FSA đã và đang dần dần được áp
dụng vào việc tính toán hoạt độ phóng xạ của các mẫu môi trường được đo
bằng các detector trong phòng thí nghiệm, một trong những công trình tiêu
biểu nhất có thể kể đến là Maphoto (2004).
Trong nước:
 Khóa luận tốt nghiệp của Lê Thị Hỗ (2008) và Luận văn của Nguyễn Thị
Cẩm Thu (2010)
4
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu:
 Phân tích hoạt độ gamma của nguồn điểm đơn và đa năng
 Phân tích hoạt độ gamma
238
U,
232
Th,
40

K của mẫu đất dạng
Marinelli.
Phương pháp
 Phân tích hoạt độ gamma bằng phương pháp FSA.
 So sánh với kết quả từ pp WA.
 Sử dụng hệ phổ kế GMX đầu dò HPGe
5
6
HỆ ĐO GMX

Hình 1. Hệ phổ kế GMX đầu dò HPGe
Giả sử mẫu phân tích chứa các đồng vị (
238
U,
232
Th và
40
K)
-Chuẩn bị ba phổ chuẩn (
238
U,
232
Th và
40
K).
-Phổ cần phân tích S(i) được xem như là sự chồng chập có trọng
số của ba phổ chuẩn S
U
(i), S
Th

(i), và S
K
(i) .Về mặt toán học có thể
biểu diễn theo phương trình:
S(i) = C
U
×S
U
(i) + C
Th
×S
Th
(i) + C
K
×S
K
(i) (1)
S(i), S
U
(i), S
Th
(i), và S
K
(i) lần lượt là phổ của mẫu phân tích, mẫu
chuẩn
238
U,
232
Th và
40

K.
Thực hiện việc làm khớp phổ phân tích theo các phổ chuẩn ta xác
định được các hệ số C
U
, C
Th
, và C
K
. Từ đó suy ra hoạt độ của các
hạt nhân phóng xạ
238
U,
232
Th và
40
K trong mẫu phân tích.
PHƯƠNG PHÁP FSA
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Phân tích hoạt độ nguồn dạng điểm
 Nguồn điểm chuẩn: bao gồm
133
Ba,
109
Cd,
57
Co,
60
Co,
54
Mn,

22
Na,
65
Zn và
137
Cs cung cấp bởi hãng Eckert & Ziegler của Mỹ.
 Nguồn phân tích: bao gồm 7 nguồn điểm của hãng TSpectrum,
trong đó có 6 nguồn một đồng vị phóng xạ:
133
Ba,
109
Cd,
57
Co,
60
Co,
54
Mn,
22
Na và một nguồn kết hợp hai đồng vị phóng xạ
(
65
Zn-
137
Cs).
 Đặt tại khoảng cách 25cm so với mặt đầu dò (HPGe), trên giá
đỡ bằng mica.
8
9
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

10
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Nguồn phân tích Hoạt độ (Bq)
FSA
Hoạt độ (Bq)
WA
Độ lệch (%)
133
Ba 36438,01 ± 19,66 36220,11 ± 4,60 0,60
109
Cd 24439,53 ± 29,69 24386,10 ± 11,92 0,22
57
Co 14321,52 ± 18,13 14291,88 ± 9,44 0,21
60
Co 26961,19 ± 23,87 26933,00 ± 8,34 0,10
54
Mn 12852,02 ± 18,44 12771,99 ± 9,56 0,63
22
Na 28479,99 ± 15,33 28261,86 ± 15,50 0,77
Nguồn kết hợp
65
Zn và
15026,93±36,88 15021,48± 0,87 0,04
137
Cs 13464,51±22,43 13580,18± 4,30 0,85
11
Bảng 1: So sánh hoạt độ nguồn điểm từ FSA và WA
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
12
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Hình 4. Biểu đồ so sánh kết quả tính toán hoạt độ của hai phương pháp FSA
và WA đối với nguồn điểm có một đồng vị
13
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 5. Biểu đồ so sánh kết quả tính toán hoạt độ hai phương pháp FSA và
WA của nguồn điểm kết hợp hai đồng vị
14
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 6. Tỉ số hoạt độ (FSA/WA) của nguồn điểm và sai số tương ứng
Phân tích hoạt độ
238
U,
232
Th,
40
K của các mẫu đất
 Mẫu chuẩn:
-Mẫu chuẩn bao gồm RGU1 (chuẩn
238
U), RGTh1 (chuẩn
232
Th),
RGK1 (chuẩn
40
K) của IAEA.
 Mẫu phân tích:
-Mười hai mẫu đất cần phân tích được lấy từ vùng đất Đắk lắk
 Hình học mẫu Marinelli
 Mẫu chuẩn và phân tích được chuẩn bị trong hộp đựng mẫu
Marinelli.

15
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
16
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 7. Các hộp đựng mẫu đất Marinelli
17
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
18
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
19
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Mẫu đất Phương pháp
Hoạt độ
238
U
(Bq/kg)
Hoạt độ
232
Th
(Bq/kg)
Hoạt độ
40
K
(Bq/kg)
BM
WA 34,39 ± 0,22 55,19 ± 0,96 302,15 ± 8,89
FSA 33,15 ± 0,09 51,81 ± 0,08 276,12 ± 1,22
Độ lệch 3,6% 6% 8,6%
T1
WA 58,76 ± 0,30 88,44 ± 1,49 660,12 ± 19,10

FSA 59,21 ± 0,11 86,45 ± 0,10 636,99 ± 1,68
Độ lệch 0,76% 2,3% 3,5%
BEB
WA 59,53 ± 0,30 86,44 ± 1,46 638,21 ± 18,49
FSA 58,61 ± 0,12 85,95 ± 0,11 596,16 ± 1,69
Độ lệch 1,54% 0,56% 6,6%
20
Bảng 2: So sánh kết quả phân tích hoạt độ
238
U,
232
Th ,
40
K của 12 mẫu đất ở ĐắkLắk
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Mẫu đất Phương pháp
Hoạt độ
238
U
(Bq/kg)
Hoạt độ
232
Th
(Bq/kg)
Hoạt độ
40
K
(Bq/kg)
BCH
WA 57,38 ± 0,32 84,89 ± 1,46 623,48 ± 18,15

FSA 56,06 ± 0,13 82,19 ± 0,12 571,18 ± 1,85
Độ lệch 2,3% 3,2% 8,4%
BC
WA 30,59 ± 0,21 49,15 ± 0,87 245,54 ± 7,30
FSA 29,62 ± 0,09 47,08 ± 0,08 217,37 ± 1,19
Độ lệch 3,2% 4,2% 11,5%
BR
WA 58,89 ± 0,32 88,31 ± 1,50 646,34 ± 18,76
FSA 58,14 ± 0,12 84,89 ± 0,11 608,33 ± 1,83
Độ lệch 1,3% 4% 6%
21
Bảng 3: So sánh kết quả phân tích hoạt độ
238
U,
232
Th ,
40
K của 12 mẫu đất ở ĐắkLắk
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Mẫu đất Phương pháp
Hoạt độ
238
U
(Bq/kg)
Hoạt độ
232
Th
(Bq/kg)
Hoạt độ
40

K
(Bq/kg)
BK
WA 41,55 ± 0,24 64,47 ± 1,10 414,93 ± 12,10
FSA 40,51 ± 0,09 61,48 ± 0,09 400,67 ± 1,36
Độ lệch 2,5% 4,6% 3,4%
BD
WA 51,47 ± 0,28 87,34 ± 1,47 638,93 ± 18,52
FSA 50,95 ± 0,10 84,03 ± 0,10 607,77 ± 1,68
Độ lệch 1% 4% 5%
BB
WA 51,13 ± 0,27 76,20 ± 1,29 515,27 ± 14,96
FSA 50,18 ± 0,10 74,36 ± 0,01 493,46 ± 1,52
Độ lệch 1% 2,4% 4,2%
22
Bảng 4: So sánh kết quả phân tích hoạt độ
238
U,
232
Th ,
40
K của 12 mẫu đất ở ĐắkLắk
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Mẫu đất Phương pháp
Hoạt độ
238
U
(Bq/kg)
Hoạt độ
232

Th
(Bq/kg)
Hoạt độ
40
K
(Bq/kg)
BT
WA 21,90 ± 0,17 37,90 ± 0,69 94,40 ± 3,01
FSA 19,98 ± 0,07 34,88 ± 0,06 59,70 ± 0,07
Độ lệch 8,7% 8% 36,8%
YT
WA 25,03 ± 0,21 42,71 ± 0,79 148,37 ± 4,65
FSA 22,56 ± 0,09 39,23 ± 0,08 96,98 ± 1,01
Độ lệch 10% 8% 34,6%
TH
WA 23,13 ± 0,17 38,94 ± 0,70 119,00 ± 3,70
FSA 21,16 ± 0,07 36,67 ± 0,06 60,10 ± 0,69
Độ lệch 8,5% 6% 49,5%
23
Bảng 5: So sánh kết quả phân tích hoạt độ
238
U,
232
Th ,
40
K của 12 mẫu đất ở ĐắkLắk
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
24
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 11. Biểu đồ so sánh hoạt độ

40
K của các mẫu bằng FSA và WA
25
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 12. Tỉ số hoạt độ (FSA/WA) đối với
40
K