Xem mẫu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ - VẬT LÝ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ HẠT NHÂN
----------------
----------------
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ TÍCH LŨY (BUILDUP
FACTOR) ĐẾN SAI SỐ HỆ THỐNG TRONG KIỂM
TRA CÁC THÙNG THẢI PHÓNG XẠ
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG
CBPB: PGS. TS. CHÂU VĂN TẠO
TP. HỒ CHÍ MINH – 2011
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
MỞ ĐẦU
Ngày nay khi lĩnh vực hạt nhân đã được sử dụng rộng rãi trong đời sống với nhiều
mục đích khác nhau như: y tế, quân sự, nghiên cứu, giảng dạy, công nghiệp, …Các
đồng vị phóng xạ được sản xuất và sử dụng ngày càng nhiều kéo theo đó cũng tạo
ra một lượng chất thải phóng xạ ngày càng lớn. Việc xử lý chất thải phóng xạ ngày
càng được quan tâm do đó việc đánh giá chính xác hoạt độ chất thải trong các thùng
chất thải này cũng là một nhu cầu cần thiết. Vậy việc nghiên cứu để tìm ra phương
pháp thích hợp, hiệu quả để áp dụng vào thực tế là rất cần thiết. Sự phân bố không
đồng đều của các nguồn phóng xạ bên trong thùng thải thường là nguyên nhân gây
ra sai số lớn nhất, sự không đồng nhất của các chất độn, kích thước của vật liệu hạt
nhân trong chất thải, hiệu ứng che chắn,….những yếu tố này đã được nghiên cứu.
Nhưng cho đến nay tác động của các hệ số tích lũy (buildup factors) đến sai số hệ
thống vẫn chưa được tìm hiểu và quan tâm đúng cách. Trong khóa luận này tôi xin
giới thiệu sơ lược về hệ thống quét gamma phân đoạn (SGS) một trong những hệ
thống thông dụng nhất trong công tác kiểm tra thùng thải phóng xạ, một số lý thuyết
về hệ số tích lũy và các tính toán về ảnh hưởng của hệ số tích lũy đến sai số hệ
thống trong kiểm tra các thùng rác thải phóng xạ.
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
2
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUÉT GAMMA PHÂN ĐOẠN
(SGS)
1.1. Giới thiệu về hệ thống quét gamma phân đoạn (SGS)
Ngày nay khi nhắc đến việc kiểm tra các thùng rác thải phóng xạ ta thường
áp dụng ba kỹ thuật sau:
Kỹ thuật quét gamma phân đoạn (SGS-segmented gamma-ray scanning).
Kỹ thuật sử dụng 2 detector đồng nhất.
Kỹ thuật chụp cắt lớp (Tomographic –Technique).
Trong đó hệ thống quét gamma phân đoạn là phương pháp thông dụng nhất, trong
khóa luận này tôi xin giới thiệu vài nét về hệ thống này.
Hệ thống quét gamma phân đoạn-Segmented gamma-ray scanner (SGS) là
một công cụ phân tích không phá hủy đáng tin cậy và đa năng thường được dùng để
xác định hàm lượng đồng vị phóng xạ trong chất thải phóng xạ mật độ thấp và các
thùng thải phóng xạ. Hệ thống quét gamma phân đoạn thường được sử dụng nhiều
nhất trong việc đo lường các thùng thải chứa các vật liệu hạt nhân đặc biệt-special
nuclear material (SNM), chủ yếu là các đồng vị của Uranium và Plutonium. Hệ
thống quét gamma phân đoạn kết hợp các chuyển động vật lý với bức xạ phóng xạ
phát hiện được trong thí nghiệm. (Hình 1.1). Hệ thống quét gamma phân đoạn đã
được xây dựng trong nhiều cấu hình khác nhau cho phép đo lường được ở nhiều
khoảng khác nhau. Thiết bị này cũng phù hợp để hoạt động trong các nhà máy; thiết
kế của nó rất chắc chắn, các thành phần của nó hoạt động rất chính xác, đáng tin cậy
và luôn có sẵn từ các nguồn thương mại. Có thể nói nó là thiết bị phân tích gamma
không phá hủy mẫu được sử dụng rộng rãi nhất.[4]
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
3
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
Để đo lường các thùng chứa chất thải và phế liệu chúng ta phải đưa vào việc
miêu tả sự biến thiên theo trục dọc trong SNM và tỉ trọng chất độn cấu thành bộ
phận của những thùng thải này. Tính không đồng nhất qua tâm thường ít rõ rệt và
ảnh hưởng của chúng sẽ bị giảm bớt bởi việc xoay mẫu. Hệ thống quét gamma phân
đoạn được phát triển như vừa là một công cụ và vừa là một thủ tục nhằm cải thiện
tính chính xác cho thí nghiệm. Nó cũng là thiết bị tự động hoàn toàn đầu tiên và
ngày nay được sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị chế biến nhiên liệu.[3]
Vấn đề khó khăn nhất khi phân tích các thùng thải phóng xạ bằng kỹ thuật quét
gamma phân đoạn là nó cho sai số hệ thống lớn vì những lý do sau:
Sự phân bố không đồng nhất của nguồn.
Tính không đồng nhất của chất độn.
1.2. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật quét gamma phân đoạn (SGS)
Nguyên lý cơ bản của SGS là phân mẫu thành những phân đoạn ngang
mỏng và phân tích mỗi phân đoạn một cách độc lập bằng cách sử dụng hệ thống
truyền động chính xác trong kỹ thuật phân tích. Sau khi tất cả các phân đoạn được
đo lường, tất cả các kết quả này sẽ được gom lại để lấy tổng phân tích cho thùng
thải. Phương pháp sẽ được trình bày trong Hình.1.2. Một detector Germanium
hướng vào một phân đoạn của thùng thải và xuyên qua một khe hở hoặc ống chuẩn
trực trong tấm chắn chì. Một nguồn ngoài phát gamma được đặt ở hướng ngược lại
của thùng thải và thẳng hàng với detector. Để phân tích U235 nguồn phát gamma là
Yb169. Nó phát ra các tia gamma có năng lượng 177.2 keV và 198.0 keV. Với khung
sát vào nhau việc phân tích tia gamma năng lượng 185.7 keV của U235. Tia gamma
năng lượng 400.6 keV của Se75 phù hợp làm nguồn phát Gamma trong phân tích
Pu239 để phát hiện tia gamma 414 keV. [4]
Việc sử dụng máy tính để điều khiển các thiết bị của SGS cho phép tự động
hóa việc thu thập dữ liệu trong các phép phân tích và quản lý tất cả các dụng cụ.
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
4
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
Người điều khiển chỉ cần đặt một thùng thải chứa mẫu lên bàn chứa mẫu phân tích
và SGS sẽ thực hiện tất cả phần việc còn lại. SGS bắt đầu chuỗi phân tích bằng việc
bố trí bàn chứa mẫu phân tích để phần đỉnh của mẫu nằm đúng ngay bên dưới trục
của detector. Hệ thống sẽ tự động xoay mẫu liên tục và nâng nó lên từng bước một
cho đến khi tất cả các phân đoạn đều được phân tích hết. Các dữ liệu thu đươc của
các phân đoạn riêng có thể dùng như dữ liệu đầu ra, như tất cả SNM trong thùng
chứa. Điển hình như để hoàn tất một phân tích SGS cần khoảng 3 đến 5 phút,và sai
số khoảng 1- 5% cho mẫu có kích thước nhỏ.[3]
Hình 1.1: Mặt cắt của một hệ thống quét gamma phân đoạn
Trong hệ thống quét Gamma phân đoạn trên,các phân đoạn của mẫu đã được quét
bởi nguồn ngoài (Transmission Source) mẫu được nâng lên bởi máy nâng (Elevator)
và được xoay vòng quanh trục dọc bởi cơ quay (Rotator). Bức xạ gamma từ mẫu và
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG
nguon tai.lieu . vn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ - VẬT LÝ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ HẠT NHÂN
----------------
----------------
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ TÍCH LŨY (BUILDUP
FACTOR) ĐẾN SAI SỐ HỆ THỐNG TRONG KIỂM
TRA CÁC THÙNG THẢI PHÓNG XẠ
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG
CBPB: PGS. TS. CHÂU VĂN TẠO
TP. HỒ CHÍ MINH – 2011
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
MỞ ĐẦU
Ngày nay khi lĩnh vực hạt nhân đã được sử dụng rộng rãi trong đời sống với nhiều
mục đích khác nhau như: y tế, quân sự, nghiên cứu, giảng dạy, công nghiệp, …Các
đồng vị phóng xạ được sản xuất và sử dụng ngày càng nhiều kéo theo đó cũng tạo
ra một lượng chất thải phóng xạ ngày càng lớn. Việc xử lý chất thải phóng xạ ngày
càng được quan tâm do đó việc đánh giá chính xác hoạt độ chất thải trong các thùng
chất thải này cũng là một nhu cầu cần thiết. Vậy việc nghiên cứu để tìm ra phương
pháp thích hợp, hiệu quả để áp dụng vào thực tế là rất cần thiết. Sự phân bố không
đồng đều của các nguồn phóng xạ bên trong thùng thải thường là nguyên nhân gây
ra sai số lớn nhất, sự không đồng nhất của các chất độn, kích thước của vật liệu hạt
nhân trong chất thải, hiệu ứng che chắn,….những yếu tố này đã được nghiên cứu.
Nhưng cho đến nay tác động của các hệ số tích lũy (buildup factors) đến sai số hệ
thống vẫn chưa được tìm hiểu và quan tâm đúng cách. Trong khóa luận này tôi xin
giới thiệu sơ lược về hệ thống quét gamma phân đoạn (SGS) một trong những hệ
thống thông dụng nhất trong công tác kiểm tra thùng thải phóng xạ, một số lý thuyết
về hệ số tích lũy và các tính toán về ảnh hưởng của hệ số tích lũy đến sai số hệ
thống trong kiểm tra các thùng rác thải phóng xạ.
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
2
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUÉT GAMMA PHÂN ĐOẠN
(SGS)
1.1. Giới thiệu về hệ thống quét gamma phân đoạn (SGS)
Ngày nay khi nhắc đến việc kiểm tra các thùng rác thải phóng xạ ta thường
áp dụng ba kỹ thuật sau:
Kỹ thuật quét gamma phân đoạn (SGS-segmented gamma-ray scanning).
Kỹ thuật sử dụng 2 detector đồng nhất.
Kỹ thuật chụp cắt lớp (Tomographic –Technique).
Trong đó hệ thống quét gamma phân đoạn là phương pháp thông dụng nhất, trong
khóa luận này tôi xin giới thiệu vài nét về hệ thống này.
Hệ thống quét gamma phân đoạn-Segmented gamma-ray scanner (SGS) là
một công cụ phân tích không phá hủy đáng tin cậy và đa năng thường được dùng để
xác định hàm lượng đồng vị phóng xạ trong chất thải phóng xạ mật độ thấp và các
thùng thải phóng xạ. Hệ thống quét gamma phân đoạn thường được sử dụng nhiều
nhất trong việc đo lường các thùng thải chứa các vật liệu hạt nhân đặc biệt-special
nuclear material (SNM), chủ yếu là các đồng vị của Uranium và Plutonium. Hệ
thống quét gamma phân đoạn kết hợp các chuyển động vật lý với bức xạ phóng xạ
phát hiện được trong thí nghiệm. (Hình 1.1). Hệ thống quét gamma phân đoạn đã
được xây dựng trong nhiều cấu hình khác nhau cho phép đo lường được ở nhiều
khoảng khác nhau. Thiết bị này cũng phù hợp để hoạt động trong các nhà máy; thiết
kế của nó rất chắc chắn, các thành phần của nó hoạt động rất chính xác, đáng tin cậy
và luôn có sẵn từ các nguồn thương mại. Có thể nói nó là thiết bị phân tích gamma
không phá hủy mẫu được sử dụng rộng rãi nhất.[4]
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
3
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
Để đo lường các thùng chứa chất thải và phế liệu chúng ta phải đưa vào việc
miêu tả sự biến thiên theo trục dọc trong SNM và tỉ trọng chất độn cấu thành bộ
phận của những thùng thải này. Tính không đồng nhất qua tâm thường ít rõ rệt và
ảnh hưởng của chúng sẽ bị giảm bớt bởi việc xoay mẫu. Hệ thống quét gamma phân
đoạn được phát triển như vừa là một công cụ và vừa là một thủ tục nhằm cải thiện
tính chính xác cho thí nghiệm. Nó cũng là thiết bị tự động hoàn toàn đầu tiên và
ngày nay được sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị chế biến nhiên liệu.[3]
Vấn đề khó khăn nhất khi phân tích các thùng thải phóng xạ bằng kỹ thuật quét
gamma phân đoạn là nó cho sai số hệ thống lớn vì những lý do sau:
Sự phân bố không đồng nhất của nguồn.
Tính không đồng nhất của chất độn.
1.2. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật quét gamma phân đoạn (SGS)
Nguyên lý cơ bản của SGS là phân mẫu thành những phân đoạn ngang
mỏng và phân tích mỗi phân đoạn một cách độc lập bằng cách sử dụng hệ thống
truyền động chính xác trong kỹ thuật phân tích. Sau khi tất cả các phân đoạn được
đo lường, tất cả các kết quả này sẽ được gom lại để lấy tổng phân tích cho thùng
thải. Phương pháp sẽ được trình bày trong Hình.1.2. Một detector Germanium
hướng vào một phân đoạn của thùng thải và xuyên qua một khe hở hoặc ống chuẩn
trực trong tấm chắn chì. Một nguồn ngoài phát gamma được đặt ở hướng ngược lại
của thùng thải và thẳng hàng với detector. Để phân tích U235 nguồn phát gamma là
Yb169. Nó phát ra các tia gamma có năng lượng 177.2 keV và 198.0 keV. Với khung
sát vào nhau việc phân tích tia gamma năng lượng 185.7 keV của U235. Tia gamma
năng lượng 400.6 keV của Se75 phù hợp làm nguồn phát Gamma trong phân tích
Pu239 để phát hiện tia gamma 414 keV. [4]
Việc sử dụng máy tính để điều khiển các thiết bị của SGS cho phép tự động
hóa việc thu thập dữ liệu trong các phép phân tích và quản lý tất cả các dụng cụ.
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
4
SVTH: NGUYỄN ANH TUẤN
Người điều khiển chỉ cần đặt một thùng thải chứa mẫu lên bàn chứa mẫu phân tích
và SGS sẽ thực hiện tất cả phần việc còn lại. SGS bắt đầu chuỗi phân tích bằng việc
bố trí bàn chứa mẫu phân tích để phần đỉnh của mẫu nằm đúng ngay bên dưới trục
của detector. Hệ thống sẽ tự động xoay mẫu liên tục và nâng nó lên từng bước một
cho đến khi tất cả các phân đoạn đều được phân tích hết. Các dữ liệu thu đươc của
các phân đoạn riêng có thể dùng như dữ liệu đầu ra, như tất cả SNM trong thùng
chứa. Điển hình như để hoàn tất một phân tích SGS cần khoảng 3 đến 5 phút,và sai
số khoảng 1- 5% cho mẫu có kích thước nhỏ.[3]
Hình 1.1: Mặt cắt của một hệ thống quét gamma phân đoạn
Trong hệ thống quét Gamma phân đoạn trên,các phân đoạn của mẫu đã được quét
bởi nguồn ngoài (Transmission Source) mẫu được nâng lên bởi máy nâng (Elevator)
và được xoay vòng quanh trục dọc bởi cơ quay (Rotator). Bức xạ gamma từ mẫu và
CBHD: TS. TRẦN QUỐC DŨNG