Đánh giá nồng độ hoạt độ phóng xạ beta tổng trong một số loại mẫu nước sử dụng thiết bị hidex 300SL

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------

NGUYỄN ĐÌNH KHẢI

ĐÁNH GIÁ NỒNG ĐỘ HOẠT ĐỘ PHĨNG XẠ
BETA TỔNG TRONG MỘT SỐ LOẠI MẪU NƢỚC
SỬ DỤNG THIẾT BỊ HIDEX 300SL

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------

NGUYỄN ĐÌNH KHẢI

ĐÁNH GIÁ NỒNG ĐỘ HOẠT ĐỘ PHĨNG XẠ
BETA TỔNG TRONG MỘT SỐ LOẠI MẪU NƢỚC
SỬ DỤNG THIẾT BỊ HIDEX 300SL

Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử
Mã số: 60440106
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. Đàm Nguyên Bình

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Đàm Ngun Bình - Trưởng ban An tồn bức
xạ - Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo
điều kiện cho tơi hồn thành luận văn này.
Tôi cũng xin cảm ơn Đảng ủy, Chỉ huyViện Y học Phóng xạ và U bướu Quân
Đội, cùng các đồng nghiệp ở khoa Kiểm định Phóng xạ đã giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Vật lý- Trường Đại học
Khoa học tự nhiên đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập
tại đây.
Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã ln cổ vũ, giúp đỡ
tơi để hồn thành luận văn thạc sỹ này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng 08 năm 2017
Học viên

Nguyễn Đình Khải

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... i
MỤC LỤC.............................................................................................................. ii
DANH MỤC VIẾT TẮT...................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG............................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH............................................................................................... vi

Chƣơng 1. TỔNG QUAN...................................................................................... 3
1.1. Nguồn gốc của chất phóng xạ trong nước.........................................................3
1.2. Detector ghi đo bứ c xạ sử dụng trong đo alpha/beta tổng.................................8
1.2.1. Detector bá n
dân

............................................................................................. 8

1.2.2. Detector chứa khí.........................................................................................10
1.2.3. Detector nhấp nháy lỏng...............................................................................10
1.3. Nguyên lý hoạt động của detector nhấp nháy lỏng dùng để đo hoạt độ
anpha/beta..............................................................................................................12
1.3.1. Năng
lươn

g ngưỡng......................................................................................13

1.3.2. Sự phân biệt anpha/beta................................................................................14
1.3.3. Hiê
tươ g quenching..................................................................................15
n
n
1.3.4. Dung môi và chất tan....................................................................................19
1.3.4.1. Dung môi..................................................................................................19
1.3.4.2. Chất tan......................................................................................................20
1.3.5. Nguyên lý đo đếm nhân phát α sử duṇ g detector nhấp nháy lỏng...............21
1.3.5.1. Nguyên lý đo đếm tia α.............................................................................21
1.3.5.2. Vị trí của phổ α trong phương pháp đo nhấp nháy lỏng............................22
1.3.5.3. Phân giải năng
lươn

g.................................................................................23

1.4. Tiêu chuẩn nồng độ hoạt độ phóng xạ trong nước...........................................24
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP ĐO TỔNG BETA TRONG CÁC MẪU NƢỚC
SỬ DỤNG THIẾT BỊ HIDEX 300SL.................................................................25
2.1. Giới
thiêu

về thiết bi ̣Hidex 300SL..................................................................25


2.2. Phương pháp tỷ số trùng phùng ba trên trùng phùng đôi (TDCR)....................28


2.3. Quy trình chuẩn bị và xử lý mẫu.....................................................................30
2.3.1. Các phương pháp làm giàu mẫu...................................................................30
2.3.2. Quy trình xử lý một số loại mẫu lỏng...........................................................31
2.4. Đo phông, chuẩn hiệu suất..............................................................................33
2.4.1. Đo phông......................................................................................................33
2.4.2. Chuẩn hiêu suât́.............................................................................................34
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................36
3.1. Xác định hiệu suất ghi beta và ngưỡng phát hiện...........................................36
3.2. Xác định nồng độ hoạt độ phóng xạ beta tổng trong các mẫu nước................37
3.2.1. Thu thập các mẫu nước................................................................................37
3.2.2. Kết quả đo của các loại mẫu nước................................................................37
KẾT LUẬN...........................................................................................................42


DANH MỤC VIẾT TẮT

TDCR

Triple to Double Coincidence Ratio

Tỷ số trùng phùng ba trên
trùng phùng đôi

LSC

Liquid Scintillation Counting

Đếm nhấp nhaý lon̉ g

PMT

Photomultiplier Tube

Ống nhân quang

WHO

World Health Organization

Tổ chức y tế thế giới

EURATOM European Atomic Energy Community

Cộng đồng năng lượng
nguyên tử châu âu
Dược chất phóng xạ

DCPX

NCRP

National

Council

on

Protection and Measurements

Radiation Ủy ban quốc gia về Bảo
vệ và đo lường bức xạ


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. 1.
Môt

số đăc trưng của các đồng vi ̣phóng xạ trong tự nhiên.......................5

Bảng 1. 2.
Mơt

số đồng vi p̣ hóng xa ̣nhân tao trong môi trường................................7

Bảng 1. 3. Phân loaị tać nhân quenching.................................................................18

Bảng 3. 1. Kết quả đo mẫu chuẩn............................................................................36
Bảng 3. 2. Một số mẫu nước thực nghiệm trong đề tài............................................37
Bảng 3. 3. Kết quả đo mẫu nước máy......................................................................38
Bảng 3. 4. Kết quả đo mẫu nước ngầm....................................................................38
Bảng 3. 5. Kết quả đo mẫu nước mưa.....................................................................39
Bảng 3. 6. Kết quả đo mẫu nước ao.........................................................................39
Bảng 3. 7. Kết quả đo được như sau:.......................................................................40
Bảng 3. 8. Tổng hợp kết quả đo của các mẫu..........................................................40
Bảng 3. 9. Kết quả hoạt độ phóng xạ beta tổng trong nước.....................................41


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ ch̃i phóng xạ 238U.........................................................................3
Hình 1.2. Sơ đồ ch̃i phóng xạ 232Th.......................................................................4
Hình 1.3. Sơ đồ ch̃i phóng xạ 235U........................................................................4
Hình 1. 4. Chuyển chất thải của DCPX ra mơi trường..............................................7
Hình 1. 5. Detector bá n
dân

.......................................................................................9

Hình 1. 6. Hai loaị Detector nhấp nhaý sử duṇ g trong ghi đo bứ c..........................11
Hình 1. 7. Sơ đồ phân rã β......................................................................................12
Hình 1. 8. Phở năng lương cuả tia β........................................................................13
Hình 1. 9. Sự phân tách xung anpha/beta................................................................14
Hình 1. 10. Sự phân tách xung alpha/beta được thực hiện trên đồ thị 2D................14
Hình 1. 11. Sự dic̣ h chủn phở 14C do quenching................................................15
Hình 1. 12. Các loaị quenching trong LSC.............................................................16
Hình 1. 13. Quenching mà u xả y ra do môt chât́ không maù .................................. 17
Hình 1. 14. Phở hấ p thu ̣ và phổ bức xa ̣ củ a PPO ...................................................17

Hình 1. 15. Mối quan hê g̣ iưã năng lươn g
cưc

đai của tia β và hiệu suất.................18

Hình 1. 16. Cấu trúc phân tử của mơt số dung mơi.................................................19
Hình 1. 17. Mớ i liên hê ̣ giữ a bướ c só ng củ a phở hấ p thu ̣ củ a dung mơi ..............20
Hình 1. 18. Tên viết tắt của môt số hơp chất hoa hoc và c ấu trúc phân tử của một số
́
dung mơi.................................................................................................................. 21
Hình 1. 19. Sự dic̣ h chủn phở α do quenching....................................................22
Hình 1. 20.
Hiêu

suất phát xa ṿ à vi ṭ rí phở α và e biến hóa nơị.................................23

Hình 2. 1. Hình ảnh 3 ống nhân quang PMT...........................................................25
Hình 2. 2. Hình ảnh thiết bị Hidex 300SL...............................................................26
Hình 2. 3. Sơ đồ phân tích của thiết bị Hidex 300SL..............................................29
Hình 3. 1. Phổ năng lượng beta của mẫu chuẩn C-14..............................................36

vi


MỞ ĐẦU
Đặt vấn đê
Trong môi trường nước luôn tồn tại một lượng chất phóng xạ nhất định dođóng
góp của các nguồn phóng xạcó trong tự nhiên và các nguồn phóng xạ nhân tạo. Mơi
trường nước bị nhiễm xạ có thể gây ra các tác hại to lớn đến sức khỏe con người, đặc
biệt khi các chất phóng xạ này đi vào và lưu lại trong cơ thể con người thông qua

đường uống. Phân tích hoạt độ alpha/beta tổng được sử dụng như là bước đầu và đơn
giản cho việc xác định mức độ nhiễm bẩn phóng xạ của nguồn nước cũng như một
phương pháp để kiểm sốt mức độ ơ nhiễm phóng xạ của mơi trường nói chung.
Nờ ng đơ ̣ phó ng xa ̣ củ a cá c mâu nướ c tron g môi trườ ng thườ ng rât́ nhỏ . Do
đó ,
hoạt độ phóng xạ của mẫu nước thường không được xác định trực tiếp trên các thiết bị
hạt nhân mà xác định hoạt độ phóng xạ cần phải kết hợp với các phương pháp hóa
phóng xạ và kỹ th uâṭ đo lươǹ g bứ c xa ḥ aṭ nhân . Phép phân tích hạt nhân có
nhiê
m

vu ̣ xá c điṇ h hoaṭ đô ̣ phó ng xa ̣ củ a cá c đã
đươc
mâu

xử lý và xać điṇ h hoaṭ đô

riêng củ a mâu ban đâù . Phương phaṕ hó a phó ng xa ̣ và kỹ thuâṭ đo phân tích hat
nhân có thể hỗ trơ ̣ cho nhau .Các phương pháp này rất hữu ích trong các nghiên cứu
về độ tinh khiết của việc cấp nước sinh hoat , công nghiệp, mức độ ô nhiễm nguồn
nước và nước thải phóng xạ .Có hai phương pháp để xác định hoạt độ alpha/beta tổng
trong nước, đó là phương pháp phân tích thơng thường với việc chuẩn bị mẫu bằng
cách bay hơi đến khơ mẫu cần phân tích và phương pháp dùng hệ nhấp nháy lỏng.
Phương pháp dùng hệ nhấp nháy lỏng có một số ưu điểm so với phương pháp
thơng thường đó là nó khơng xảy ra hiệu ứng tự hấp thụ trên mẫu và hiệu suất ghi của
hệ đo cao.
Viện Y học phóng xạ và U bướu Quân đội được trang bị mới một hệ đo nhấp
nháy lỏng Hidex 300SL, thiết bi c̣ ó thể được sử dụng để xác định hoạt độ phóng xạ
trong
mâu

nước mơi trường cũng như có thể phân tích hoạt đ ộ phóng xạ trong nước

tiểu và máu. Tuy nhiên, hệ thiết bị ban đầu mới chỉ giới hạn cho việc đo đạc hoạt độ
1


beta trong mẫu. Do vậy, nhằm mục đích triển khai sử dụng thiết bị một cách hiệu quả,
chúng tôi đã chọn thực hiệnđề tài với tiêu đề: “Đá nh giá nờ ng đơ ̣ hoaṭ đơ ̣ phóng
xạ beta tổng trong một số loại mẫu nước sử dụng thiết bị Hidex 300SL”.
Mục tiêu đê tài
Tìm hiểu các phương pháp đo hoạt độ phóng xạ anpha/beta tổng trên hệ đo nhấp
nháy lỏng.
Tìm hiểu tính năng kỹ thuật và hoạt động của thiết bị Hidex 300SL được trang bị
tại Viện Y học phóng xạ và U bướu Quân đội.
Xây dựng phương pháp đo hoaṭ đô ̣ phó ng xa ̣ beta tổng trong các mẫu nước sử
dụng thiết bị Hidex 300SL.
Áp dụng phân tích nồng độ hoạt độ beta tổng trong một số mẫu nước để đánh giá
khả năng ứng dụng của thiết bị.
Nội dung nghiên cứu
Đề taì gồm 3 chương:
 Tổng quan
 Phương phá p xá c điṇ h nồ ng đô ̣ hoaṭ đô ̣ phó ng xa ̣ beta tổ ng trên hê
̣ đo nhấp nhaý lon̉ g
 Kết quả và kết luận


Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Nguồn gốc của chất phóng xạ trong nƣớc
Con người bị chiếu xạ tự nhiên từ một số nguồn bao gồm các tia vũ trụ và các

đồng vị phóng xạ tự nhiên trong đất, nước và khơng khí. Ngồi ra, cịn có thể có các
ngun tố phóng xạ được sinh ra khi bức xạ vũ trụ tương tác với hạt nhân trong bầu
khí quyển và vỏ trái đất thơng qua các quy trình phá vỡ hoặc hiếm hơn là thơng qua
việc kích hoạt các neutron hay muon. Việc sản sinh ra các nguyên tố phóng xạ bởi tác
dụng của tia vũ trụ trong bầu khí quyển có xu hướng theo các mơ hình độ cao và vĩ độ
sau đó là các mơ hình tăng cường bức xạ vũ trụ. Xấp xỉ 70% nguyên tố phóng xạ sinh
ra bởi tác động của tia vũ trụđượchình thành ở tầng bình lưu, các phần cịn lại thì hình
thành ở tầng đối lưu .Các nguyên tố phóng xạ nổi bật hơn bao gồm 3H, 7Be, 14C và
22

Na. Các nguyên tố phóng xạ sinh ra bởi tia vũ trụ sẽ đóng góp vào mức phóng xạ

trong đất và nước thơng qua các cơ chế lắng đọng [11].

Hình 1.1. Sơ đồ ch̃i phóng xạ 238U[3].


Hình 1.2. Sơ đồ ch̃i phóng xạ 232Th[3].

Hình 1.3. Sơ đồ ch̃i phóng xạ 235U[3].


Nhóm các nguyên t ố phóng xạ có chu kỳ bán rã rất lớn, chúng vẫn đang tồn tại
trong vỏ Trái Đất đó là những nguyên tố Kali, Rubidium, Uranium, Thorium,
con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác.Bảng số 1 đưa ra môt số đăc
trưng cơ bản như độ phổ biến đồng vị, chu kỳ bán rã của các đồng vi ̣trong hơp
tư ̣ nhiên.
Bảng 1.1.
Môt
TT

1

chất

số đăc trưng củ a cá c đồ ng vi ̣phó ng xa ̣ trong tư ̣ nhiên[2].

Đồng vị

Hàm lượng hợp chất trong tự nhiên(%)

Chu kỳ bán rã(năm)

K

0,012

1,248 x 109

Rb

27,83

4,9 x 1010

99,98

1,405 x 1010

0,72

7,038 x 108

99,28

4,498 x 109

40

2

87

3

232

Th

4

235

5

238

U
U

Kali-40 là một ví dụ hiếm gặp vư ̀ a phân rã β−, vừ a phân rã β+ và chiếm K .

Kali-40 phân rã thành canxi-40 (40Ca) phát ra hạt beta (β−, electron) với năng lượng cực
đại đạt 1,33 MeV và một antineutrino. Xác xuất quá trình phân rã β– cỡ 89,28%.
Khi phân rã β+ và chiếm K, nó phân rã thànhargon-40 (40Ar) đươc ta thành ở traṇ g
o
thái kích thích với năng lượng 1.460 MeV và một neutrino. Xác xuất quá trình phân rã
β+ cỡ 10,72 %. Phân rã phóng xạ của đồng vị đặc biệt này giải thích sự thật rằng argon
là khí hiếm rẻ nhất ln có sẵn.Rất hiếm (0,001% thời gian) nó phân rã thành 40Ar
bằng cách phát rapositron (β+) và neutrino.Hàm lượng trung bình của
Kali trong vỏ traí đất cỡ 1,84 %. Nồng độ của 40K trong đất dải từ 37 đến 1100 Bq/kg
và có giá trị trung bình 400 Bq /kg [5].
Ch̃i phóng xạ 238U có thể chia thành các ch̃i phóng xạ con trong đó hoạt tính
phóng xạ của nhân phóng xạ đầu ch̃i sẽ chi phối hoạt tính phóng xạ của các nhân
phóng xạ khác có trong chuỗi. Uran khá phổ biến trong tự nhiên, nồng độ của

238

U

trong đất dải từ 2 đến 300 Bq /kg và có giá trị trung bình trên tồn thế giới là 25 Bq
/kg.


Ch̃i phóng xạ 232Th có thể chia thành các ch̃i phóng xạ con sau:
>224Ra;

220

Rn-->208Pb. Nồng độ của

232

232

Th; 228Ra--

Th trong đất dải từ 2 đến 300 Bq /kg tương tự

như 238U và có giá trị trung bình trên tồn thế giới là 40 Bq /kg. Lượng nhân phóng xạ
235

U chỉ chiếm 0.72% tổng lượng uran có trong tự nhiên nên có rất ít trong mơi trường

đất [3].
Như đã chỉ ở trên , tất cả các loại đất đá đều chứa các ngun tố phóng xạ. Khi
có dịng nước chảy qua đất đá, các ngun tố phóng xạ có thể được hịa tan vào trong
nước. Tùy theo tính chất hóa học của các ngun tố hóa học, mức độ hịa tan của
chúng vào trong nước khác nhau.Các nguyên tố phóng xạ tồn tại dưới dạng hợp chất
hòa tan trong nước sẽ chảy theo dòng nước. Các nguyên tố nằm trong hợp chất kết tủa
lắng đọng xuống đáy sơng.Hoạt độ phóng xạ riêng trong nước (Bq/l) của các nguyên tố
biến thiên trong khoảng rộng [2].
Lồi người đã đóng góp đáng kể vào sự có mặt của ngun tố phóng xạ trong
mơi trường. Từ những ngày đầu khám phá ra chất phóng xạ, phát triển phân hạch hạt
nhân được áp dụng cho cả thời gian chiến tranh và hịa bình rồi đến ngày nay sử dụng
trong y học, công nghiệp và nghiên cứu, các nguồn phóng xạ do con người tạo ra đóng
góp vào liều bức xạ. Việc khai thác mỏ uranium cũng là một sự đóng góp đáng kể vào
việc ơ nhiễm mơi trường. Một trong những quan tâm là chất thải sinh ra từ việc ứng
dụngnăng lượng nguyên tử vào đời sống của con người. Như dùng dược chất phóng xạ
để chẩn đoán và điều trị bệnh nhân ungthư. Các nguyên tố phóng xạ được sử dụng
thường có hiệu quả cao trong việc chẩn đoán, điều trị bệnh nhân ung thư và có chu kỳ
bán rã ngắn như I-131, Tc-99m, P-32,….

Hình 1.4. Chuyển chất thải của DCPX ra mơi trường.
Trên hình 1.4 mơ tả quy trình điều trị bệnh nhân ung thư sử dụng dược chất
phóng xạ. Ở đây, bệnh nhân ung thư được điều trị ở hai dạng đó là điều trị ngoại trú và
điều trị nội trú. Đối với bệnh nhân điều trị ngoại trú, bệnh nhân được tiêm hoặc uống
thuốc dược chất phóng xạ với một lượng hoạt độ phóng xạnhỏ hơn mức theo quy định,
có thể được về nhà và không phải lưu trú tại bệnh viện. Còn những bệnh nhân điều trị
nội trú sẽ được điều trị một lượng hoạt độ phóng xạ lớn và phải được cách ly với
những người xung quanh khoảng 3 đến 5 ngày mới được xuất viện.Dù bệnh nhân được
điều trị ngoại trú hay nội trú thì những bệnh nhân này hình dung sẽ đóng góp một
lượng các ngun tố phóng xạ nhất định ra mơi trường xung quanh. Trong bảng 1.2
đưa ra đặc trưng loại phân rã và chu kỳ bán rã của một số nguyên tố phóng xạ nhân
tạo.
Bảng 1.2.
Môt
TT

số đồng vi p̣ hóng xa ṇ hân tao trong mơi trường[2].
Đồng vị phóng xạ

1

3

2

14

3

85

H
C

Kr

Loại phân ra

Chu kỳ bá n rã

Βeta

12,32 năm

Βeta

5730 năm

Βeta

10,7 năm


4

90

Sr

5

89

Sr

6

131

I

Βeta

28 năm

Βeta

50,5 ngày

Βeta

8 ngày

Βeta

56 ngày

7

95

8

137

Βeta

30 năm

9

136

Βeta

13.5 ngày

10

140

Βeta

12,8 ngày

11

241

Βeta

14 năm

12

139

Αnpha

1400 năm

13

138

Αnpha

87 năm

14

240

Αnpha

6600 năm

Αnpha

430 năm

Βeta

6h

Zn
Cs
Cs

Ba
Pu
Pu
Pu
Pu

15

241

Am

16

99m

Tc

1.2. Detector ghi đo bƣ́ c xạ sử dụng trong đo alpha/beta tổng

Hiện nay, nhiều kỹ thuật và thiết bị có thể đo hoạt độ phóng xạ trong mơi
trường. Mỡi thiết bị có ưu điểm và nhược điểm khác nhau để phù hợp cho từng phép
đo như kỹ thuật đo sử dụng detector bán dẫn, kỹ thuật đo sử dụng detector chứa khí và
kỹ thuật đo sử dụng detector nhấp nháy lỏng.
1.2.1. Detector bá n dẫn
Detector bá n
dân
chấ t bá n
dân

hoaṭ đôṇ g dưa trên nguyên tắc khi haṭ bứ c xa đ̣ i vào trong

sẽ là m chuyể n electron từ vù ng hó a tri ̣lên trên vù ng
dân

. Sự thiếu

vắ ng electron trong vù ng hó a tri ̣ (lỗ trố ng) hoạt động giống như positron . Detector
bán dẫn hoạt động như là buồng i on hoá rắn , trong đó căp electron - lỗ trống đoń g
vai trò như căp electron -ion trong buồng ion hoa . Khi điên trương đươc đưa vao ,
́
̀
̀
că electron -lỗ trống bi ṭ ach rơi nhau ra , chuyển đôṇ g về cac điên
́
̀
́
p

cư

c

, đươc cać


điê cư thu t hâp̣ , hình thành lên tín hiệu tỷ lệ với năng lượng mà hạt bức xạ tiêu
n c
tán trong detector.

Hình 1.5. Detector bá n
dân

[1].

Đa sớ detector bá n dân hoaṭ đôṇ g theo kiêủ
khe
năng
lươn

g trong đa số chấ t bá n
dân

có giá tri ḳ hoan̉ g

tiêṕ xú c pn của diode. Bở i vì
1 eV, thông thươǹ g để tao

că ta cần khoang 3-4 eV, cho nên nhưng haṭ vơi năng lươn
̉
̃

́
p
có khả năng sinh ra một số lượng tương đối
giáng thống kê tương đối nhỏ . Detector bá n
dân
như vâỵ . Detector bá n
dân

g tương đối thấp cũng

lơń căp electron lỗ trống vơí thăng
rất hiệu quả khi phat́ hiên cać hat

(thông thường silicon, germanium) thường đươc dùng do

chúng thỏa mãn vừa là vật liệ u có đô ̣
dân

đủ lơń , cho pheṕ xung sinh ra bởi
môt

hat

cao hơn hẳn phông nền , vừ a là vâṭ liêu trong đo phần tử tải điên không bi ḅ ắt giữ
́
nhanh bởi cać pha tap̣ .
Detector bán dẫn đã được sử dụng trong hệ phổ kế alpha để định lượng hoạt độ
phóng xạ alpha và các hạt nhân phóng xạ ban đầu hay hạt nhân bố mẹ của chúng dựa
vào phổ năng lượng alpha ghi nhận được. Những detector này cần hoạt động trong
chân không để đảm bảo chúng ghi nhận hạt alpha phát ra từ nguồn mà không bị suy

giảm năng lượng của nó.Việc ghi nhân hạt alpha sẽ cho ra một xung điện và được


khuếch đại và tạo dạng xung trước khi đi vào bộ phân tích đa kênh để hình thành phổ
biên độ xung (phổ năng lượng) của hạt alpha [1].


1.2.2. Detector chứa khí
Detector chứa khí bao gồm ba loại chế độ hoạt động, đó là buồng ion hóa, ống
đếm tỷ lệ và ống đếm Geiger Muller. Tuy nhiên, trong đo đạc hoạt độ phóng xạ alpha,
beta của mẫu nước, chỉ detector chứa khí tỷ lệ dịng chảy được ứng dụng. Loại đầu đo
này có hiệu suất ghi tương đối thấp, vùng diện tích đầu đo có thể biến đổi từ 100-600
cm2. Khí sử dụng cho đầu đo thường là khí P-10, đây là hỡn hợp khí Ar và metan với
tỷ lệ 9:1. Bức xạ ion hóa đi vào vùng ghi nhận qua cửa sổ mỏng bằng Mylar có tráng
nhơm. Bức xạ gây ra q trình ion trong khí của đầu đo, tạo ra các ion sơ cấp, dưới tác
dụng của điện tường tiếp tục được gia tốc để gây ra quá trình thác lũ Townsend. Kết
quả đo với ống đếm tỷ lệ dòng chảy bị ảnh hưởng mạnh bởi chất lượng của ma trận
mẫu do hiệu ứng tự hấp thụ và sự mất mát năng lượng trong quá trình phát ra từ mẫu.
Hơn nữa, ống đếm chứa khí cũng khơng thể áp dụng cho hệ phổ kế do có độ phân giải
năng lượng khá tồi. Mặc dù có những điểu yếu này nhưng nó lại rất hữu ích khi cần
phải tiến hành các phép phân tích định tính nhanh và dễ dàng để đạt được mức phơng
thấp. Vì vậy, nó thường được ứng dụng để đo khảo sát nhanh mức phóng xạ mơi
trường. Ngồi ra, khi sử dụng ống đếm tỷ lệ dòng chảy, sự chồng chập hay can nhiễu
giữa tín hiệu alpha và beta khá thấp cho phép ứng dụng trong đo đạc có phân biệt
ngưỡng nếu cần thiết.
1.2.3. Detector nhấ p nhá y lỏng
Tương tać vơí bứ c xa ṿ âṭ chất ngoaì gây ion hoá nguyên tử và phân tử coǹ
dâ tơ i sư ̣ kich thich chu ng.Kế t qua sư ̣ kich thich la m pha t sa ng. Detector nhấ p
̉
́

́
́
́
́
́
̀
́ ́
n
nhá y
hoạt động trên cơ sở biến đổi các photon phát ra từ chất nhấp nháy do sự k ích thích
của bức xạ thành tín hiệu điện . Có hai loại chất nhấp nháy được sử dụng để ghi đo bư ́
c xa ḷ à chất nhấp nhaý rắn và lỏng.


Hình 1.6. Hai loaị Detector nhấp nháy sử duṇ g trong ghi đo bứ c [9].[[xạ[9].
Chất nhấp nhaý rắn chuyển hoá năng lương ở daṇ g tinh thể

, ví dụ như

NaI.Chấ t nhấ p nhá y rắ n như tinh thể NaI thườ ng đươc đăṭ ở đâù
trên củ a detector

,

nối với ống nhân quang (photomutiplier tube - PMT).Nguồn bứ c xa ̣, chính là mẫu
đươc

đăṭ tách biêṭ bên ngoài detector . Các tia bức xạ va đập vào chất nhấp nháy và

đươc

chất nhấp nhaý chuyển thaǹ h ań h sań g hay photon

đổi photon thaǹ h xung điên . Trong trường hơp này chỉ
môt

, ống nhân quang chuyển
phần rất nhỏ của bứ c xa

đi và o chấ t nhấ p nhá y cò n phầ n lớ n sẽ đi ra ngoà i . Do đó , hiêu suât́ đêḿ
chính là
tỷ số phần bức xạ va chạm vào detector trong toàn bộ bức xạ .
Hiêu

suất đếm naỳ

khá thấp khoảng 10 % hoăc thấp hơn.
)�

=

� (��� )

�(��� )

E

(1.1)
=

� (���

� �� ×60

Măṭ khá c , trong đế m nhấ p nhá y lỏ ng
mâu

cần đo đươc đư g trong chai
n

20

ml, đươc trô lâ đồng đều vơi chất nhấp nhay . Như vây nguồn phong xa ṿ a chất
́
́
́
̀
n n
nhấp nhaý đươc đư g cung môt chai . Do đo , mỗi nguồ n pho ng xa ̣ ( ion
̀
́
́
n
hoăc

phân


tử )
đươc

bao quanh bởi các phân tử nhấp nháy , nên hầu hết bứ c xa đ̣ ươc chuyển

thành photon . Các photon này sẽ đi ra ngoài chai đựng mẫu và đi vào ống nhân
quang có vaǹ h phan̉ xa ṛ ất tốt . Vì vậy, hiêu

suất đếm trong trư ờng hợp này cao hơn

so vớ i detector nhấ p nhá y rắ n , ví dụ như 3H hiêu suât́ có thể đaṭ xâṕ
còn

xỉ

50 %,

với 14C là hơn 90%. Đây là môt trong nhưng lơi thế cua nhấp nhay long .
̉
̉
̃
́
Môt

số tinh
́ chất cuả phương pháp đo nh ấp nháy lỏng (LSC) có thể tóm tắt

như sau:
Ưu điểm:
Hiêu

suất đếm cao , có thể đo được những nhân phát β năng lươn g thấp môt

cách hiệu quả.
Nhươc điêm̉ :
Trong phương pháp đo nhấp nháy lỏng xuất hiên

môt hiê tươ g
n n goi

là

quenching. Đây là hiên tươ g ma trong đo cươ ng đô ̣ huy nh quang hay a nh sa ng bi
̀
́
̀
̀
́
́
n
yếu đi do môt số nguyên nhân như
tap

chấ t trong dung dic̣ h
mâu

. Quenching lam
̀

giảm hiệu suất đếm , như vây cho
quả kem
́ trong phương pháp đo nhấp nhảy

hiêu
lỏng.
Trong phé p đo tia α, cho ta môt phổ có daṇ g đỉnh, đô ̣ phân giaỉ keḿ
củ a
phương pháp đo nhấp nháy lỏng trở thaǹ h môt nhươc điểm . Trong detector nhấp
nháy rắn , hai đỉnh kề nhau có thể đươc tach́
nhưng trong
phương pháp đo nhấp nháy lỏng hai đỉnh kề nhau sẽ bi c̣ hâp

khỏ i nhau hoaǹ

toaǹ

vaò thaǹ h môt

đỉnh

rôṇ g[9].
1.3. Nguyên lý hoạt động của detector nhấp nháy lỏng dùng để đo hoạt độ
anpha/beta.
Trong phân rã beta , neutron (n) chuyển thaǹ h proton đồng thơì môt că
p

β(e-)


và neutrino(v)
đươc

ta thành. n

o

p + e- + v

(1.2)

Hình 1.7. Sơ đồ phân rã β[9].
Tôn̉ g năng
lươn

g E giải phoń g trong phân rã naỳ là môt hằng số và là đăc

trưng cho haṭ nhân tương ứ ng .Tổng năng lươn g nay
̀
đươc
neutrino sinh ra.
E = năng
g củ a
β + năng
lƣơn
lƣơn
hat

phân bố cho hat

β và

g củ a neutrino v

(1.3)

Tuy nhiên, hạt neutrino sẽ đi ra khỏi dung dịch và không gây hiệu ứng gì lên
chất nhấp nhaý , chỉ có hạt β là có giá trị trong phép đo đếm này.
Trong trường hơp phân ra phong xa c̣ ua
̃
̉
́
đươ phân bố
c
ngâu

nhiên cho
hat

3

H, tổng năng lươn g là 18,6 keV

β và neutrino v.

Nếu haṭ β lấy 18,6 keV thì năng lương chủa neutrino bằng 0.
Nếu năng
lươn

g cuả haṭ β bằng 0 thì năng lượng của neutrino bằng 18,6 keV.

Nếu haṭ β lấy 10 keV thì năng lượng cịn lại 8,6 keV là của neutrino.
Do đó , hạt β có thể lấy bất k ỳ mứ c năng lương naò
như
vâ năng

y lươn

g
đươc

tử 0 đến 18,6 keV,

phân bố liên tuc như trên Hình 1.7.

Tuy nhiên trong phương pháp đo nhấp nháy lỏng phần năng lươn của
phổ đã bị cắt và không được đếm(xem phần thấp hơn cuả Hình 1.8).
1.3.1. Năng
g ngƣỡng
lƣơn
đươc

g thấp hơn


Tr
ước

hết, để hạt β sinh ra photon, các phân tử dung môi và chất tan cần phải kích
thích lên trạng thái năng lượng cao .Để đạt trạng thái kích thích này , các

phân tử cần có môt năng
lươn
keV và đây là ngươñ g năng
lươn

g nhất điṇ h, năng
lươn

g này khoảng 100 eV hay 0,1

g để sinh ra photon . Như
vây

mô phần năng lương
t

β nhỏ hơn giá trị này không được đếm trong phương pháp đo nhấp nháy lỏng.

Phổ năng
lươn

g củ a 3H(theo lý thú t)Phở năng
lươn

Hình 1.8. Phở năng lương của tia β[9].

g cuả 3H(trong LSC)


1.3.2. Sự phân biệt anpha/beta
Các thiết bị đo alpha/beta hiện đại ngày nay thường đòi hỏi sự đo đếm đồng thời
bức xạ alpha và beta dựa trên sự khác nhau về hình dạng hoặc biên độ xung tín hiệu
của hai loại hạt bức xạ này. Trong các thiết bị cổ điển, sự phân tách xung alpha/beta sử
dụng đường cong tràn tín hiệu (spill-over) và sự phân tích hình dạng xung như được
minh họa trên Hình 1.9.

Hình 1.9. Sự phân tách xung anpha/beta [7].
Tuy nhiên, trên các thiết bị hiện đại sử dụng chất nhấp láy lỏng như thiết bị đo
nhấp nháy lỏng của Trialer và Hidex, việc phân tách xung alpha/beta sử dụng sự phân
biệt về chỉ số chiều dài xung (PLI, pulse length index) và năng lượng của hạt. Sự phân
tách xung alpha/beta được thực hiện trên đồ thị 2D như được mơ tả trên Hình 1.10.
Trong đó, trục tung là chỉ số PLI và trục hoành là kênh năng lượng của xung ghi nhận
được, còn mật độ điểm ảnh trên đồ thị tương ứng với cường độ chùm hạt ghi nhận
được.

Hình 1.10. Sự phân tách xung alpha/beta được thực hiện trên đồ thị 2D [7].
1.3.3. Hiê
n

tƣơn