Bài giảng Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong môi trường và thủy văn - Chương 3: Phương pháp phân tích hạt nhân trong ghi đo bức xạ môi trường - Trần Thiện Thanh

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HẠT NHÂN TRONG GHI ĐO BỨC XẠ MÔI TRƢỜNG 1 2 Phƣơng pháp phân tích hạt nhân bằng  Hệ phổ kế Alpha  Hệ thiết bị đo radon – RAD7  Hệ đếm Alpha/Beta tổng Đánh giá sai số trong phân tích mẫu môi trƣờng 3 HỆ PHỔ KẾ ALPHA 4 ĐVPX T1/2 E (keV) I (%) 210Po 138,4 d 5304,4 100 212Po 0,3 s 8784,4 100 214Po 164,3 s 7686,8 100 216Po 0,14 s 6778,3 100 218Po 3,1 m 6002,4 100 220Rn 55,6 s 6288,1 99,9 222Rn 3,8 d 5489,5 99,9 224Ra 3,7 d 5685,4 94,9 226Ra 1600 y 4784,3 94,4 232Th 2,4x1010 y 3947,2 21,7 Bảng 1: Các đồng vị phóng xạ phát alpha trong môi trường CÁC ĐỒNG VỊ PHÁT ALPHA 5 ĐVPX T1/2 E (keV) I (%) 234U 2,4 y 4722,4 28,4 4774,6 71,4 238U 4,5x1010 y 4151 20,9 4198 79 239Pu 24110 y 5105,5 11,5 5144,3 15,1 5156,6 73,3 241Am 432,2 y 5442,8 13 5485,6 84 CÁC ĐỒNG VỊ PHÁT ALPHA Bảng 1: Các đồng vị phóng xạ phát alpha trong môi trường 6 Hình 3: Hệ phổ kế alpha HỆ PHỔ KẾ ALPHA Detector Khay đựng mẫu Các vị trí đo 7 Det Mẫu đo Cao thế Tiền khuếch đại Khuếch đại MCA Máy hút chân không Máy tính Hình 4: Sơ đồ hệ phổ kế alpha SƠ ĐỒ HỆ ĐO Hình 6: Vùng nghèo và phân cực ngược lớp tiếp xúc p-n Etx Engoài Hình 5: Chất bán dẫn DETECTOR BÁN DẪN SILICON 8 9 0 02εε V+Vd= eN Trong đó, d là độ rộng vùng nghèo  là hằng số điện môi của chất bán dẫn, 0 là hằng số điện, V0 là điện thế tiếp xúc, V là điện thế đƣợc áp vào, N là nồng độ tạp chất đƣa vào chất bán dẫn. DETECTOR BÁN DẪN SILICON (1) 10 E N= ε N: số cặp electron – lỗ trống E: năng lƣợng hạt alpha tới (keV) : năng lƣợng để tạo ra một cặp hạt mang điện Khí  (eV/cặp) Ar 26,3 He 42,7 H2 36,4 N2 36,4 Không khí 35,1 O2 32,2 CH4 29,1 DETECTOR BÁN DẪN SILICON (2) Bảng 2: Năng lượng để tạo ra một cặp hạt mang điện của một số chất khí 11 Ƣu điểm: độ phân giải cao Nhƣợc điểm: nhạy với ánh sáng Det bán dẫn Det khí  Hạt mang điện là electron – lỗ trống  Thời gian thu thập cặp electron – lỗ trống là s  Kích thƣớc vùng hoạt phụ thuộc vào điện thế áp vào  Hạt mang điện là electron – cation  Thời gian thu thập cặp electron – cation là ms  Kích thƣớc vùng hoạt không phụ thuộc vào điện thế áp vào DETECTOR BÁN DẪN SILICON 12 2 4 2 2 2e 0 2 0 4πz e n 2m vdE - = ln -ln(1-β )-β dx m v I       Trong đó: z là điện tích của hạt tới ne là số electron trên một đơn vị thể tích của môi trƣờng ne=ZρNa/A Na là số Avogadro Ρ là mật độ của môi trƣờng vật chất A, Z lần lƣợt là số khối và bậc số nguyên tử của nguyên tố môi trƣờng m0 là khối lƣợng electron v là vận tốc của hạt I là năng lƣợng ion hóa trung bình =v/c SỰ MẤT NĂNG LƢỢNG CỦA HẠT ALPHA (3) 13 0 0 E dE R= dE dx  Quãng chạy ngắn:  Thiết kế các det có thể hấp thụ toàn bộ năng lƣợng alpha mà kích thƣớc không lớn  Phải đảm bảo hạt alpha đến vùng hoạt det mà bị mất năng lƣợng không đáng kể  giảm sự hấp thụ  Giảm bề dày cửa sổ det (lớp chết)  Nguồn (mẫu) rất mỏng (<5 mg/cm2)  Nguồn+det đƣợc đặt trong buồng đo áp suất thấp (<1000 mTorr) buồng chân không  Khoảng cách giữa nguồn và det không quá lớn (4) Hình 7: Quãng chạy hạt alpha trong silicon QUÃNG CHẠY CỦA ALPHA TRONG VẬT CHẤT 14 Theo công nghệ chế tạo, det Silicon gồm 3 loại chính:  Det mối nối khuếch tán - diffused junction detector (DJD):  Det hàng rào mặt - surface barrier detector (SBD)  Det cấy ion Si - passivated ion implanted detector (PIPS)  Det SBD và PIPS thƣờng đƣợc sử dụng để đo phổ alpha  Độ lớn xung thƣờng rất nhỏ (A) nhƣng đƣợc ghi nhận tốt sau khi đã khuếch đại  Dòng rò điển hình khoảng nA  Độ phân giải năng lƣợng của det cao (10 – 50 keV tùy thuộc vào loại và kích thƣớc det)  Hiệu suất đếm có thể đạt gần 50% ở khoảng cách gần det  Phông thấp CÁC LOẠI DETECTOR BÁN DẪN SILICON 15 Bộ điện tử xử lý tín hiệu gồm bộ tiền khuếch đại (preAmp), bộ khuếch đại (Amp), bộ chuyển đổi tƣơng tự thành số (ADC), bộ phân tích biên độ đa kênh (MCA), bộ cấp thế. 1. Bộ cấp thế cho det phải đảm bảo ổn định. 2. ReAmp:  Khuếch đại phổ  Phối hợp trở kháng giữa det và các bộ phận điện tử khác 3. Amp khuếch đại tín hiệu 4. ADC xác định chiều cao của tín hiệu xung cung cấp từ Amp, chiều cao này đƣợc chuyển thành số kênh nhờ MCA. MCA đếm số sự kiện trên kênh và hình thành phổ chiều cao xung. HỆ ĐIỆN TỬ 16 Hình 8: Chuyển tín hiệu số thành phổ chiều cao xung bằng MCA HỆ ĐIỆN TỬ 17 Hình 9: Phổ nguồn chuẩn mix-alpha t=3600s d=13mm 238U ĐVPX E (keV) I (%) 234U 4722,4 28,4 4774,6 71,4 238U 4151 20,9 4198 79 239Pu 5105,5 11,5 5144,3 15,1 5156,6 73,3 241Am 5442,8 13 5485,6 84 234U 239Pu 241Am VÍ DỤ VỀ PHỔ ALPHA Bảng 3: Các đồng vị trong nguồn mix-alpha 18 Độ phân giải năng lƣợng Hiệu suất ghi nhận Thời gian đáp ứng Thời gian chết ĐẶC TRƢNG CỦA HỆ PHỔ KẾ ALPHA 19 Độ phân giải năng lƣợng của detector đƣợc xác định bằng độ rộng ở nửa chiều cao đỉnh phổ (FWHM). Hình 10: Phổ alpha của 241Am ĐỘ PHÂN GIẢI NĂNG LƢỢNG- FWHM 20 FWHM phụ thuộc vào một số yếu tố:  Loại det, độ tinh khiết của tinh thể  Chất lƣợng của nguồn  Cách bố trí hình học giữa nguồn và det  Áp suất chân không của hệ đo  Hệ thiết bị điện tử đi kèm, chủ yếu là bộ ReAmp. 2 2 2 2 d s aFWHM =FWHM +FWHM +FWHM Det Nguồn Hấp thụ ĐỘ PHÂN GIẢI NĂNG LƢỢNG- FWHM (5) 21 - Hấp thụ: do không gian giữa nguồn và det+ cửa sổ det phổ năng lƣợng bị trôi về vùng năng lƣợng thấp + đỉnh phổ bị mở rộng - Tự hấp thụ: do bề dày của nguồn  đỉnh phổ bị mở rộng nhƣng không bị trôi phổ ĐỘ PHÂN GIẢI NĂNG LƢỢNG- FWHM Hình 11: Bố trí hình học giữa nguồn và det a) b) 22 Hình 12: Mô phỏng phổ 241Am của 2 det có độ phân giải tốt và không tốt 5389 keV 5443 keV 5486 keV 5545 keV ĐỘ PHÂN GIẢI NĂNG LƢỢNG- FWHM abs int Ω ε =ε 4π abs là hiệu suất tuyệt đối tại một vị trí bất kỳ, abs = số xung ghi nhận/số xung phát ra bởi nguồn (mẫu), int là hiệu suất nội của detector, giá trị này không đổi cho tất cả các vị trí đo, int = số xung được ghi nhận/số số bức xạ tới detector,  là góc khối của detector nhìn từ vị trí của nguồn.   2 2 4 22 2 2S D S DD abs D5 9 R R H R R H1 R 3 5 3 ε = - + H - R 2 D D+H 16 D 32 D 4       abs 2 2 D 1 H ε = 1- 2 H +4R         Nguồn điểm: Nguồn đĩa: Hình 14: Nguồn alpha HIỆU SUẤT GHI NHẬN Hình 13: Bố trí hình học giữa nguồn và det (6) (7) 23 (8) 24 HIỆU SUẤT GHI NHẬN Hiệu suất ghi nhận phụ thuộc vào một số yếu tố: Loại det, độ tinh khiết của tinh thể, diện tích bề mặt det Đƣờng kính nguồn Bề dày nguồn Cách bố trí hình học giữa nguồn và det 25 Hình 15 Hiệu suất ghi nhận phụ thuộc vào khoảng cách giữa nguồn và det CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT GHI NHẬN a) b) 26 Hình 16: Hiệu suất ghi nhận phụ thuộc vào khoảng cách giữa nguồn và det CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT GHI NHẬN c) d) 27 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT GHI NHẬN Hình 17: Hiệu suất ghi nhận phụ thuộc vào bán kính nguồn 28 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT GHI NHẬN Nguồn, mẫu đo cần phải mỏng và đồng nhất để tránh sự mất năng lượng do tự hấp thụ làm giảm hiệu suất ghi nhận 29 Thời gian đáp ứng: Là khoảng thời gian khi hạt alpha đến det đến khi xuất hiện tín hiệu tại ngõ ra det. Các hạt mới vào det trong thời gian này sẽ không đƣợc ghi nhận. Thời gian chết: Là khoảng thời gian nhỏ nhất mà hệ đo có thể phân biệt đƣợc 2 sự kiện để ghi nhận nhƣ 2 xung riêng biệt Hiệu chỉnh tốc độ đếm : meas cor meas R R = 1-τR Rcor, Rmeas: Tốc độ đếm hiệu chỉnh và tốc độ đếm đo đƣợc : thời gian chết THỜI GIAN ĐÁP ỨNG, THỜI GIAN CHẾT (9) 30 Hệ phổ kế alpha sử dụng det Si có phông thấp, chủ yếu do nhiễu điện tử của hệ đo. Hạt alpha có năng lƣợng cao, nhiễu điện tử thƣờng có năng lƣợng thấp  giới hạn dò tìm cao   2,71+4,65. B MDA Bq = t.ε.P t: thời gian đo (s) B: phông (cts/day) : hiệu suất đo P: xác suất phát alpha. PHÔNG VÀ GIỚI HẠN PHÁT HIỆN (10) 31 Hình 18: Các chuỗi phân rã phóng xạ Xác định hoạt độ phóng xạ một số đồng vị 238U, 232Th, 226Ra, 210Po, 210Pb, trong đất, nƣớc, lƣơng thực, thực phẩm,chất thải, Chuẩn bị mẫu đo phức tạp: mẫu mỏng, độ phân giải phổ alpha tốt, sự mất năng lƣợng là tối thiểu, ỨNG DỤNG HỆ PHỔ KẾ ALPHA 32 Hình 19: Các thao tác thực hiện trong phép phân tích mẫu bằng hệ phổ kế alpha PHÂN TÍCH MẪU BẰNG HỆ PHỔ KẾ ALPHA 33 Chất đánh dấu: là các đồng vị phóng xạ khác của đồng vị cần đo, đƣợc thêm vào để xác định hiệu suất hóa học của quá trình tách hóa và đo đạc. Nguyên tố Đồng vị phóng xạ trong mẫu và năng lƣợng phát alpha (MeV) Các tracers thêm vào và năng lƣợng phát alpha (MeV) U 234U (4,8), 235U (4,4), 238U (4,2) 232U (5,3), 233U (4,8), 236U (4,5) Th 228Th (5,4), 230Th (4,7), 232Th (4,0) 227Th (6,0), 228Th (5,4), 229Th (4,8) Ra 226Ra (4,8) 223Ra (5,7), 224Ra (5,7) Po 210Po (5,3) 208Po (5,1), 209Po (4,9) Bảng 4: Các tracer cần thêm vào và năng lượng hạt alpha phát ra CHẤT ĐÁNH DẤU - TRACER 34  Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật liệu và hóa chất  Chuẩn bị mẫu Lò nung Lò sấy Đất, thực phẩm, Bột khô Tro Nghiền, trộn, xay, ray, ĐỊNH LƢỢNG ACTINIUM BẰNG PHƢƠNG PHÁP MẠ ĐIỆN PHÂN 35 Tracer Nƣớc cƣờng toan, acid, H2O2, Hủy mẫu Mẫu tro, bột khô, đất, Sợi platin, anode Dung dịch mẫu điện phân Khoảng cách giữa anode và cathode: 10 – 15 mm  Chuẩn bị mẫu  Điện phân I=1,2 t= 1- 2 h ĐỊNH LƢỢNG ACTINIUM BẰNG PHƢƠNG PHÁP MẠ ĐIỆN PHÂN 36  Đo hoạt độ của mẫu Hệ phổ kế alpha hoạt động hoàn toàn tự động từ quản lý phần mềm hệ đo, đặt cao áp đến lƣu trữ kết quả, ngoài việc đặt mẫu đo. Vì vậy, cần lƣu ý những thao tác sau đây để đảm bảo an toàn phóng xạ và an toàn cho thiết bị: 1. Không cầm mẫu trực tiếp bằng tay 2. Không dùng kẹp kim loại để gắp nguồn vì có thể làm xƣớc bề mặt 3. Tuân thủ đúng trình tự vận hành thiết bị 4. Thời gian đo mẫu từ 12 đến 48 giờ, tùy thuộc vào hoạt độ và vị trí đặt nguồn đo sao cho đạt đƣợc sai số thống kê mong muốn (thông thƣờng sai số thống kê số đếm thấp hơn 10%).  Tính nồng độ: ví dụ tính nồng độ uranium trong mẫu đất sau khi điện phân ĐỊNH LƢỢNG ACTINUM BẰNG PHƢƠNG PHÁP MẠ ĐIỆN PHÂN GA B A d s αA R -R A = ε .ε .P A A 1 A a = f m (12)(11) 37 ĐỊNH LƢỢNG RADIUM TRONG NƢỚC  Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật liệu và hóa chất  Quy trình tạo đĩa MnO2 Bột KMnO4 Nhựa PVC dung dịch KMnO4 0,2M 10 – 15 cm nhiệt độ 65 – 70oC ngâm trong khoảng 3 - 4 giờ 4 2 4 2 22KMnO K MnO MnO O     to Nâu đen Đĩa thép chống gỉ Đĩa MnO2 (13) 38  Đo đĩa bằng hệ phổ kế alpha trong khoảng 1 – 2 ngày  Tính nồng độ: ví dụ tính nồng độ radium trong nƣớc  Quy trình hấp thụ 226Ra trên đĩa MnO2 pH = 7,5. 0,1 g EDTA Quay cá từ trong thời gian 6 giờ Đĩa Đĩa MnO2 ĐỊNH LƢỢNG RADIUM TRONG NƢỚC GA B A d s αA R -R A = ε .ε .P A A 1 A a = f V (14) (15) 39 ĐÁNH GIÁ SAI SỐ TRONG PHÂN TÍCH MẪU MÔI TRƢỜNG 40 A A 1 2 a A a = f .f m .q GA B αT A T T 1 GT B αA R -R p A =C .V -q . R -R p            aA: Nồng độ mẫu phân tích tại thời điểm lấy mẫu trong 1 kg mẫu tươi (Bq.kg -1) AA: Tổng hoạt độ của mẫu phân tích trên đĩa (Bq) ma: Khối lượng tro hóa (hoặc mẫu khô) được dùng để phân tích (kg) q: Tỷ số khối lượng tươi trên khối lượng tro (hoặc khô) CT: Nồng độ tracer tại ngày sản xuất (Bq.ml -1) VT: Thể tích tracer sử dụng cho phân tích (ml) RGA: Tốc độ đếm mẫu phân tích (s -1) RB: Tốc độ đếm phông (s -1) RGT: Tốc độ đếm tracer (s -1) q1: Phần trăm đồng vị phân tích có trong tracer pA: Xác suất phát alpha của đồng vị cần phân tích pT: Xác suất phát alpha của đồng vị đánh dấu f1: Hệ số hiệu chỉnh thời gian phân rã của đồng vị phân tích từ khi lấy mẫu đến khi đo f2: Hệ số hiệu chỉnh thời gian phân rã của đồng vị đánh dấu từ lúc chuẩn đến lúc bắt đầu đo. TÍNH NỒNG ĐỘ PHÓNG XẠ (16) (17) 41  x=f u,v 2 2 2 2 2 x u v f f σ = σ + σ u v               CÔNG THỨC TRUYỀN SAI SỐ (18) (19) 42 Sai số khối lƣợng mẫu tƣơi: Sai số khối lƣợng tro sau khi tro hóa (hoặc mẫu khô): Sai số tỷ số q: Sai số khối lƣợng tro đem phân tích:      2 2Wu m = u gross weight wet +u tare weight      2 2Au m = u gross weight ash +u tare weight W A m q= m       2 2 W A W A u mu q u m = + q m m                 2 2au m = u gross weight ash +u tare weight SAI SỐ CHUẨN BỊ MẪU (20) (21) (23)(22) (24) 43  Sai số nồng độ CT (đƣợc cung cấp bởi nhà sản xuất)  Sai số thể tích lấy: + sai số của pipette + sai số do ngƣời lấy mẫu  lấy nhiều lần + sai số thể tích do nhiệt độ môi trƣờng  khoảng 0,02%  bỏ qua n T,i i=1 T V V = n      n 2 T,i T i=1 T V -V u V = n-1  Pipette số Pipette thủy tinh SAI SỐ TRACER (25) (26) 44 Sai số tốc độ đếm của mẫu phân tích Sai số tốc độ đếm của tracer: Sai số tốc độ đếm phông   GAGA G R u R = t   GTGT G R u R = t n B,i i=1 B R R = n      n 2 B,i B i=1 B R -R u R = n-1  SAI SỐ TỐC ĐỘ ĐẾM (27) (28) (29) (30) 45  Sai số các khoảng thời gian: bỏ qua  Sai số hằng số phân rã: database  Hiệu chỉnh phân rã: dựa vào các sai số thời gian, hằng số phân rã  Xác suất phát: database  Sai số độ tinh khiết đồng vị phân tích trong dung dịch tracer: dựa vào số liệu cho bởi nhà sản xuất. SAI SỐ KHÁC 46             22 2 2 2 aC A C A 1 2 A A a 1 2 u mu a u A u q u f u f = + + + + a A m q f f                                        2 22 2 2 α,A α,TC A T T A T T α,A α,T u p u pu A u C u V u y = + + + + A C V y p p                                GA B 1 GT B R -R y= -q R -R    2 2 2GA B 1 GT B R -R u y =u +u q R -R           2 22 GA B GT B2 GA B GA B GT B GT B GA B GT B u R -R u R -RR -R R -R u = + R -R R -R R -R R -R                                   2 2 2 GA B GA B 2 GA B GA B u R -R u R +u R = R -R R -R               2 2 2 GT B GT B 2 GT B GT B u R -R u R +u R = R -R R -R       SAI SỐ TOÀN PHẦN (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) 47 HỆ THIẾT BỊ ĐO RADON – RAD7 48 Hình 1: Đóng góp liều bức xạ cho con người ĐÓNG GÓP LIỀU RADON CHO CON NGƢỜI Hình 2: Các chuỗi phân rã phóng xạ CÁC CHUỖI PHÂN RÃ PHÓNG XẠ 49 50 222Rn, T1/2 = 3,82 d  chu kỳ bán rã dài  đồng vị chính 220Rn T1/2 = 54,5 s 219Rn T1/2 = 3,96 s  Các đồng vị radon ở dạng khí trơ, không màu, không mùi, không vị, không bị ảnh hƣởng bởi các liên kết hóa học, dễ phát tán ra không khí hoặc lẫn vào đồ ăn, nƣớc uống, mật độ 9,73 kg/m3  Các đồng vị con cháu ở dạng kim loại, có thể trở thành ion dƣơng, có khả năng bám dính tốt Đồng vị CKBR E (keV) I (%) 210Po 138,4 d 5304,4 100 212Po 0,3 s 8784,4 100 214Po 164,3 s 7686,8 100 216Po 0,14 s 6778,3 100 218Po 3,1 m 6002,4 100 220Rn 55,6 s 6288,1 99,9 222Rn 3,8 d 5489,5 99,9 Bảng 1: Radon và các đồng vị con cháu RADON VÀ CÁC ĐỒNG VỊ CON CHÁU 51 A1: vết nứt từ nền A2: vị trí nối trong cấu trúc xây dựng A3: vết nứt và các lỗ hổng trong các bức tường A4: các vết nứt trong tường dưới nền A5: các khe hở của các nền lơ lửng A6: các khe hở xung quanh các ống phục vụ B: radon thoát ra từ vật liệu xây dựng C: lối vào radon thông qua cửa D: radon thoát ra từ nước Hình 3: Các nguồn radon trong nhà CÁC NGUỒN RADON TRONG NHÀ Ở 52 Nước ngầm là dạng nước dưới đất, do nước trên bề mặt ngấm xuống, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở rời dưới bề mặt Trái đất, có thể khai thác  Nước ngầm tầng mặt: không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt  Nước ngầm tầng sâu: nằm trong lớp đất đá xốp được ngăn cách bên trên và dưới bởi lớp không thấm nước  nước giếng khoan Khai thác khoáng sản, kiến tạo địa chấn  đứt gãy  nƣớc ngầm tiếp xúc với đá chứa 238U và con cháu  230Th, 226Ra phân rã  226Ra, 222Rn+ Hình 4: Sự hình thành 222Rn, 226Ra trong nước ngầm khi có đứt gãy địa hình SỰ HÌNH THÀNH RADON, RADIUM TRONG NƢỚC NGẦM 53 222 218 86 84Rn Po+α (5,49 MeV) 218 214 84 82Po Pb+α (6 MeV) 214 214 84 82Po Pb+α (7,69 MeV) (4) 222Rnbắn phá tế bào dạ dày sai hỏng nhiễm sắc thể  ung thư 218Po, 214Pb, 214Bi, 214Po giữ lại tại phế nang  phát ,  năng lượng caobắn phá tế bào phế nang  sai hỏng nhiễm sắc thể, phá vỡ protein, ung thư Ung thƣ phổi (6) (5) ẢNH HƢỞNG CỦA RADON LÊN SỨC KHỎE CON NGƢỜI Cổng RS-232 Vị trí cắm nguồn Đầu ra Đầu lọc không khí vào Công tắc Phím Menu Phím Enter Các phím di chuyển Màn hình LCD Máy in Hình 5: Các bộ phận bên ngoài của RAD7 GIỚI THIỆU RAD7 54 55  Dùng detector silicon ghi nhận hạt alpha  Dùng máy bơm khí gắn bên trong để thu và đƣa khí ra ngoài  Có máy in hồng ngoại, có thể in ngay đƣợc kết quả đo với các dạng dữ liệu dài, ngắn khác nhau Màn hình tinh thể lỏng (LCD) hiển thị mƣời sáu ký tự  Pin có thể nạp lại, có thể đo trong 3 ngày không có nguồn điện  Buồng đo có thể tích khoảng trên 700 mL, độ nhạy 0,5 (xung/phút)/(pCi/L) CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 56  Phạm vi đo: dƣới 0,1 đến trên 10.000 pCi/L  Độ phân giải năng lƣợng: 0,05 MeV  Máy bơm khí có lƣu lƣợng bơm bình thƣờng gần 1 lít/phút  Thời gian cho mỗi chu kỳ đo: 2 phút đến 24 giờ  Điện thế hoạt động: 110 – 220 V  Điện thế phân cực detector: 2000 – 2500 V  Phông trong máy rất nhỏ (khoảng 0,005 đến 0,01 pCi/L) và không bị ảnh hƣởng bởi sự tích lũy của chì 210Pb. Đối với đa số trƣờng hợp, ngƣời ta bỏ qua giá trị này vì nó khá nhỏ so với nồng độ radon trong không khí (thƣờng khoảng 0,1 đến 1 pCi/L)  Sai số tƣơng đối của quá trình chuẩn máy khoảng 5%  Khối lƣợng máy: khoảng 5 kg THÔNG SỐ KỸ THUẬT 57 222Rn  218Po . 214Po Mẫu khí vào Bình hút ẩm Đầu vào Tín hiệu ra Cao thế Detector Bơm khí Thoát khí Hình 6 : Đo nồng độ radon trong không khí bằng RAD7 218Po phân rã  đập vào detector  xung tín hiệu  mạch điện khuếch đại tín hiệu này và chuyển thành tín hiệu số  bộ vi xử lý thu thập tín hiệu và lƣu trữ trong bộ nhớ theo năng lƣợng hạt. Quá trình phân rã tiếp tục diễn ra tạo thành các tia  có năng lƣợng khác nhau. Bộ xử lý sẽ xác định năng lƣợng của từng hạt   phổ alpha ĐO NỒNG ĐỘ RADON TRONG KHÔNG KHÍ 58 0 – 10 MeV 8 nhóm, ứng với 8 khoảng năng lƣợng A: 222Rn. Ghi nhận  từ 218Po, E = 6 MeV B: 220Rn. Ghi nhận  từ 216Po, E = 6,78 MeV C: 222Rn. Ghi nhận  từ 214Po, E = 7,69 MeV D: 220Rn. Ghi nhận  từ 212Po, E = 8,78 MeV E: Cửa sổ năng lƣợng cao F: Cửa sổ nhiễu, năng lƣợng thấp. Ghi nhận , E < 0,5 MeV G: Cửa sổ nhiễu, năng lƣợng trung bình. Ghi nhận , E = 1,5 - 2,0 MeV H: Cửa sổ nhiễu, năng lƣợng cao, hoặc từ 210Po. Ghi nhận , E = 5,31 O: Bao gồm kết quả của 4 cửa sổ E, F, G, H Hình 7: Phổ alpha trong RAD7 Các cửa sổ phổ PHỔ ALPHA TRONG RAD7 59 O: 0 - 5,4 MeV A: 5,4 – 6,4 MeV  6 MeV B: 6,4 – 7,6 MeV  6,78 MeV C: 7,6 – 8,8 MeV  7,69 MeV D: 8,8 – 10 MeV  8,78 MeV PHỔ ALPHA TRONG RAD7 60 Dòng khí lưu thông Hút ẩm Đầu lọc khí Bơm khí Detector Buồng chứa khí Lọ chứa mẫu nước Bộ phận sục khí Tín hiệu ra Cao thế Hình 8 : Sơ đồ lấy khí radon trong mẫu nước và đo đạc ĐO NỒNG ĐỘ RADON TRONG NƢỚC 61 Hình 9: Đo nồng độ radon trong khí đất ĐO NỒNG ĐỘ RADON TRONG KHÍ ĐẤT 62 Hình 10: Phổ cân bằng giữa 218Po và 214Po trong điều k