- Trang Chủ
- Khoa học tự nhiên
- Khóa luận tốt nghiệp Kỹ sư kỹ thuật hạt nhân: Thiết kế và lắp ráp liều kế ghi đo bức xạ sự dụng SBM-20
Xem mẫu
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN
NGUYỄN CA – 1410694
THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP LIỀU KẾ GHI ĐO BỨC XẠ
SỬ DỤNG ỐNG ĐẾM SBM-20
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS ĐẶNG LÀNH
KHÓA 2014 - 2019
- NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
- NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
- LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Hạt nhân, Trường Đại Học
Đà Lạt, sau gần ba tháng em đã hoàn thành Khóa luận tốt nghiệp.
Để hoàn thành nhiệm vụ được giao, ngoài sự nỗ lực học hỏi của bản thân còn
có sự hướng dẫn tận tình của thầy cô và các bạn.
Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo - TS. ĐẶNG LÀNH người
đã hướng dẫn cho em trong suốt thời gian hoàn thành khóa luận. Một lần nữa em chân
thành cảm ơn thầy và chúc thầy dồi dào sức khoẻ.
Cám ơn các bạn sinh viên Trần Hồ Vân Phương, Bế Văn Tuấn, Trần Đức
Mạnh, Trần Thị Thương Thương và Phan Hà Phương đã hỗ trợ em hết mình trong
suốt quá trình thực hiện đề tài, đặc biệt là khâu mua linh kiện, lắp ráp, gia công sản
phẩm.
Tuy nhiên vì kiến thức chuyên môn còn hạn chế và bản thân còn thiếu nhiều
kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung của báo cáo không tránh khỏi những thiếu xót,
em rất mong nhận sự góp ý, chỉ bảo thêm của quý thầy cô để báo cáo này được hoàn
thiện hơn.
- LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp “Thiết kế và lắp ráp liều kế ghi đo
bức xạ sự dụng SBM-20” là công trình nghiên cứu của riêng em. Các số liệu và tài
liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên
cứu nào. Tất cả những tham khảo đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Em xin
cam đoan nếu có vấn đề gì em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
- DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số của ống đếm SBM-20 ...............................................................10
Bảng 3.1: Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch .................................................20
Bảng 4.1: Kết quả đo tốc độ đếm nguồn 90Sr (cpm) .................................................27
Bảng 4.2: So sánh kết quả đo của GMC với máy đo Inspector ................................28
- DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của detector chứa khí .......................................................4
Hình 1.2: Đường cong đặc trưng của detector chứa khí đối với hạt mang điện alpha
(1) và beta (2): .............................................................................................................4
Hình 1.3: Đặc trưng plateau của ống đếm G.M. .........................................................6
Hình 1.4: Quá trình ghi nhận xung và sự tạo thành thời gian chết .............................8
Hình 1.5: Thời gian chết và thời gian hồi phục ..........................................................8
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mô hình máy đo liều ......................................................11
Hình 2.2: Sơ đồ mạch tạo cao thế .............................................................................11
Hình 2.3: Sơ đồ khối ghi nhận tín hiệu .....................................................................11
Hình 2.4: Sơ đồ mạch nguyên lý ...............................................................................13
Hình 2.5: Bảng mạch in PCB ....................................................................................14
Hình 2.6: Mô phỏng hoạt động đo liều của thiết bị ..................................................17
Hình 2.7: Mô phỏng khảo sát cao thế trong ống .......................................................18
Hình 2.8: Giao tiếp với máy tính...............................................................................19
Hình 2.9: Hướng dẫn giao tiếp Adruino ...................................................................19
Hình 3.1: Bố trí chân linh kiện trên PCB ..................................................................22
Hình 3.2: Tấm đồng với PCB được in lên ................................................................23
Hình 4.1: Mô hình thiết bị đo liều sử dụng ống SBM-20 .........................................24
Hình 4.2: Cấu tạo chi tiết ..........................................................................................24
Hình 4.3: Khảo sát cao thế tạo thành trong mạch .....................................................25
Hình 4.4: Đo nguồn 90Sr với GMC ...........................................................................27
- DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
cpm Count per minute Xung trên phút (tốc độ đếm)
cps Count per second Xung trên giây (tốc độ đếm)
GMC Mô hình thiết bị đo liều
G.M. Geiger-Muller
IC Integrated Circuit Vi mạch tích hợp thấp
PIC Processing Integrated Circuit Vi xử lý tích hợp thấp
PCB Printed circuit board Bảng mạch in
R Roengent (unit)
Đơn vị đo liều bức xạ
Sv Sievert (unit)
- MỤC LỤC
NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)
NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện)
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................2
1.1. Lịch sử phát triển ..............................................................................................2
1.2. Cấu tạo và cơ chế hoạt động .............................................................................2
1.2.1. Detector chứa khí .......................................................................................3
1.2.2. Ống đếm GM ..............................................................................................5
Chương 2: Ý TƯỞNG VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ ...........................................10
2.1. Ý tưởng chính .................................................................................................10
2.2. Phần mềm mô phỏng mạch điện tử Proteus 8 ................................................12
2.3. Kết quả mô phỏng ...........................................................................................12
2.3.1. Sơ đồ mạch nguyên lý ..............................................................................13
2.3.2. PCB ..........................................................................................................14
2.3.3. Chương trình vi điều khiển .............................................................................14
2.3.4. Phát triển các chức năng ...........................................................................18
Chương 3: LẮP RÁP THIẾT BỊ ...........................................................................20
3.1. Linh kiện sử dụng trong mạch ........................................................................20
3.2. Bố trí các linh kiện trên PCB ..........................................................................22
3.3. Lắp ráp thiết bị ................................................................................................23
Chương 4: KẾT QUẢ .............................................................................................24
4.1. Sản phẩm nghiên cứu......................................................................................24
4.2. Quá trình kiểm tra, vận hành thử nghiệm .......................................................25
KẾT LUẬN .............................................................................................................31
- TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................32
- LỜI MỞ ĐẦU
Mặc dù Quốc hội đã thông qua nghị quyết tạm hoãn dự án xây dựng Nhà máy
điện Hạt nhân (NMĐHN) Ninh Thuận I và II vào ngày 22/11/2016, nhưng ngành kỹ
thuật hạt nhân, với tầm quan trọng to lớn, vẫn được tiếp tục đẩy mạnh đào tạo vì
những đóng góp của nó trên rất nhiều các lĩnh vực đời sống như công nghiệp, nông
nghiệp, y học, môi trường, v.v... và với tình hình cạn kiệt tài nguyên, thiếu hụt năng
lượng nghiêm trọng như hiện tại, việc tái đầu tư xây dựng NMĐHN trong tương lai
gần nhất là điều cấp thiết và hoàn toàn có thể xảy ra. Việc duy trì đào tạo nhân lực
cho ngành là thiết yếu.
Để phục vụ cho việc giảng dạy, cơ sở vật chất kỹ thuật là một trong những mối
quan tâm hàng đầu. Khoa Kỹ thuật Hạt nhân trường Đại học Đà Lạt mặc dù đã được
đầu tư khá kỹ lưỡng về mặt trang thiết bị, nhưng trong quá trình giảng dạy vẫn còn
một số mặt hạn chế nhất định chưa được đáp ứng.
Trong quá trình học tập chuyên ngành, sinh viên gặp phải rất nhiều khúc mắc
khó giải đáp. Sinh viên được tìm hiểu về nguyên lý cấu tạo cơ bản, cơ chế hoạt động
về mặt vật lý của một ống đếm G.M., được thực hành một số bài khảo sát phóng xạ
cơ bản với hệ detector G.M. có tại khoa. Tuy nhiên cấu tạo chi tiết bên trong, cách
thức ghi nhận xung, cơ chế về mặt điện tử, cơ chế chuyển đổi liều,... sinh viên rất khó
hình dung. Để giải quyết các khúc mắc đó, em đã tiến hành mô phỏng thiết kế, lắp
ráp và lập trình thành công một thiết bị đo liều sử dụng nguyên lý của ống đếm G.M.,
vừa có thể đo đạc với kết quả chấp nhận được, vừa cung cấp bản giải phẫu trực quan
thiết bị, cho phép khai thác cấu tạo chi tiết bên trong. Ngoài ra, thiết bị còn có một số
tính năng mới như: giao tiếp ngoại vi với máy tính, giao tiếp với bộ phát triển
Adruino, linh động thay đổi đầu dò hoặc nguồn cấp, dễ dàng cải tiến nâng cấp chương
trình,...
1
- Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Lịch sử phát triển
Năm 1908, Hans Geiger, dưới sự giám sát của Ernest Rutherford tại Đại học
Victoria của Manchester (nay là Đại học Manchester), đã phát triển một kỹ thuật thử
nghiệm để phát hiện các hạt alpha mà sau này được sử dụng trong ống Geiger-Müller.
Bộ đếm sớm này chỉ có khả năng phát hiện các hạt alpha và là một phần của một thiết
bị thí nghiệm lớn hơn. Cơ chế ion hóa cơ bản được John Sealy Townsend phát hiện
bởi một công trình từ giữa năm 1897 và 1901, được gọi là sự phóng điện Townsend
(Townsend discharge), chính là sự ion hóa các phân tử do tác động của ion.
Mãi cho đến năm 1928, Geiger và Walther Müller (một nghiên cứu sinh của
Geiger) đã phát triển ống G.M. kín. Họ đã phát triển các nguyên tắc ion hóa cơ bản
trước đây được sử dụng thí nghiệm. Chúng tương đối nhỏ, và không chỉ có thể phát
hiện bức xạ alpha và beta như các mô hình trước đây, chúng còn có khả năng ghi
nhận bức xạ gamma. Ngày nay, một thiết bị bức xạ thực tế có thể được sản xuất tương
đối rẻ, và do đó bộ đếm G.M. được sinh ra. Khi chất lượng ống ít đòi hỏi phải gia
công nhiều về mặt điện tử, một lợi thế khác biệt trong thời kỳ ion nhiệt do số lượng
van rất ít và mức tiêu thụ điện năng thấp, thiết bị này đã trở nên phổ biến như một
máy dò bức xạ di động.
Các phiên bản hiện đại của bộ đếm Geiger sử dụng ống halogen được phát
minh vào năm 1947 bởi Sidney H. Liebson. Nó thay thế ống Geiger trước đó vì tuổi
thọ dài hơn và điện áp hoạt động thấp hơn, thường là 400-900 volt.
1.2. Cấu tạo và cơ chế hoạt động
Detector bức xạ là thành phần quan trọng nhất trong các thiết bị bức xạ. Đó là
các dụng cụ đo đạc dựa trên sự tương tác của các hạt bức xạ với vật chất. Trong lịch
sử phát triển của vật lý hạt nhân, nhiều loại detector đã được phát triển và sử dụng.
Các dạng detector:
Khi các hạt mang điện đi qua các khí, do ion hóa mà các điện tử và ion được
tạo ra. Nếu quá trình ion hóa diễn ra trong vùng giữa hai điện cực có điện thế khác
nhau, thì do các điện tử và ion chuyển động về phía các điện cực tương ứng nên xuất
hiện dòng điện trong mạch. Tất cả các detector ion hóa chứa khí về bản chất là các tụ
điện, trong đó khoảng không gian giữa các điện cực được chứa đầy một loại khí nào
đó. Tùy thuộc vào giá trị và sự phân bố cường độ điện trường trong khoảng khí mà
các detector đó có các tính chất khác nhau. Ví dụ, khi cường độ điện trường tương
2
- đối nhỏ thì dòng điện đi qua mạch không phụ thuộc vào điện áp trong tụ và bằng tích
của điện tích điện tử và số cặp ion xuất hiện trong tụ trong một đơn vị thời gian. Các
detector như vậy được gọi là các buồng ion hóa. Khi các giá trị cường độ điện trường
cao hơn, do quá trình ion hóa thứ cấp mà xảy ra việc tăng thêm hiệu ứng ion hóa sơ
cấp. Khi đó dòng phụ thuộc vào điện áp trong tụ và tỷ lệ với hiệu ứng ion hóa do bức
xạ tạo ra. Các detector như vậy được gọi là các ống đếm tỷ lệ. Cuối cùng, khi các giá
trị cường độ điện trường cao hơn nữa thì trong tụ xuất hiện điện tích, nếu hạt mang
điện rơi vào trong detector. Các detector như vậy được gọi là các ống đếm phóng điện
qua khí.
1.2.1. Detector chứa khí
Nguyên tắc chung của detector chứa khí là khi bức xạ đi qua môi trường vật
chất của detector, chúng tương tác với các nguyên tử, làm ion hóa và kích thích các
nguyên tử đó. Khi đó, bên trong môi trường của detector sẽ xuất hiện các ion dương
và âm. Khi đặt môi trường này vào một điện trường thì các ion sẽ chuyển động về
các điện cực và tạo nên một dòng điện. Khi đó, ở lối ra của detector xuất hiện một tín
hiệu dòng hoặc tín hiệu thế.
Trong detector chứa khí, môi trường vật chất bên trong là môi trường khí.
Detector gồm một hình trụ rỗng chứa đầy khí bên trong, hai điện cực dương và âm
của một nguồn điện một chiều và mạch gồm tụ điện, điện trở để lấy tín hiệu ra.
Detector thường có hai điện cực hình trụ đồng trục cách điện nhau rất tốt, điện cực ở
giữa là một dây đặc còn điện cực bên ngoài là hình trụ rỗng, không gian giữa các điện
cực chứa đầy chất khí. Trên hai điện cực đặt một hiệu điện thế từ nguồn điện có thể
điều chính được. Theo cách mắc nguồn điện trong hình 1.1 thì điện cực ở giữa mang
điện dương nên được gọi là anode còn điện cực bên ngoài mang điện âm gọi là
cathode. Ở trạng thái bình thường, chất khí không dẫn điện và không có dòng điện
chạy giữa các điện cực. Khi một bức xạ đi qua môi trường khí của detector, chất khí
bị ion hóa, các electron chuyển động tới anode còn các ion dương, tức là nguyên tử
bị ion hóa, chuyển đến cathode, tạo nên dòng điện tức thời có giá trị bé giữa hai điện
cực. Dòng điện này nạp điện cho tụ điện C tạo nên một tín hiệu lối ra.
3
- Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của detector chứa khí
Hình 1.2 mô tả đường cong đặc trưng của detector chứa khí đối với hạt mang
điện alpha (1) và beta (2). Khi tăng hiệu điện thế U giữa hai điện cực thì đường đặc
trưng có 5 miền: miền tái hợp, miền buồng ion hóa, miền ống đếm tỉ lệ, miền G.M.,
miền phóng điện.
Hình 1.2: Đường cong đặc
trưng của detector chứa khí
đối với hạt mang điện
alpha(1) và beta(2):
I: Miền tái hợp
II: Miền ion hóa
III: Miền tỉ lệ
IV: Miền Geiger-Muller
V: Miền phóng điện
- Miền I – miền tái hợp: Trong miền I có sự cạnh tranh giữa quá trình tái hợp
của ion dương và ion tự do tạo nên nguyên tử trung hòa, tức là mất đi một số cặp ion
và quá trình thu góp các ion về các điện cực. Khi điện thế U tăng thì vận tốc dịch
chuyển của các ion tăng và quá trình tái hợp giảm, do đó lượng điện tích thu góp cũng
tăng lên. Detector chứa khí không làm việc trong miền này.
- MIền II – miền ion hóa: Trong miền này, do điện thế lớn, các ion chuyển
động nhanh đến điện cực và quá trình tái hợp giảm mạnh. Dòng điện ở lối ra phụ
4
- thuộc vào số ion do bức xạ gây ra và hầu như không phụ thuộc vào giá trị điện thế U.
Do đó, trong miền này có dòng lối ra bão hòa. Đây là miền làm việc của buồng ion
hóa.
- Miền III – miền tỉ lệ: Trong miền này các electron được gia tốc với vận tốc
cao nên sinh ra các ion thứ cấp do va chạm với các nguyên tử môi trường. Kết quả là
lượng điện tích được nhân lên với hệ số nhân đạt đến 103 – 105. Do đó dòng lối ra
phụ thuộc vào điện thế U và miền này gọi là miền tỉ lệ giới hạn. Đây là miền làm việc
của ống đếm tỉ lệ.
- Miền IV – miền G.M.: Trong miền IV, hệ số nhân ion tăng nhanh chóng tạo
nên quá trình “thác lũ”. Các eletron sơ cấp và thứ cấp đều được gia tốc đủ lớn nên có
thể sinh ra một lượng lớn các eletron thứ cấp và thứ thứ cấp. Dòng lối ra trong miền
này không đổi và miền đó gọi là miền plateau. Đây là miền làm việc của detector
G.M.
- Miền V – miền phóng điện: Sự phát triển ồ ạt của thác lũ làm ion hóa toàn
bộ khí giữa hai điện cực. Khi đó có hiện tượng phóng điện, là trang thái có hại đối
với detector, do đó nên tránh cho detector làm việc trong miền này.
Trên cơ sở phân chia các miền như trên, các detector chứa khí được phân thành
ba loại là buồng ion hóa, ống đếm tỉ lệ và ống đếm G.M.
1.2.2. Ống đếm GM
Khi tiếp tục tăng điện thế quá miền tỉ lệ thì số electron thứ cấp tăng nhanh dọc
theo dây anode. Khi các electron đập vào dây này, chúng làm phát ra các tia ánh sáng
cực tím. Các tia cực tím lại giải phóng các eletron bổ sung từ thành ngoài ống đếm.
các electron này lại được gia tốc hướng tới dây trung tâm, và tại đó chúng lại phát ra
tia cực tím khác. Quá trình thác lũ này phát triển trong thể tích khí và dọc theo dây
anode. Số electron tăng rất nhanh trong ống đếm dẫn tới sự tăng nhanh biên độ tín
hiệu ra. Detector khí làm việc trong chế độ thác lũ này gọi là ống đếm G.M.
Trên miền IV, ta thấy, đặc trưng tốc độ đếm – điện thế đối với ống đếm G.M.
có miền plateau, tại đó tốc độ đếm không thay đổi khi tăng thế nguồn nuôi. Giải thích
hiện tượng này như sau: khi quá trình thác lũ phát triển, các electron là các hạt tương
đối nhẹ, được tụ hợp lại rất nhanh, còn các ion là các hạt nặng, chuyển động chậm,
nên không được tụ hợp nhanh như vậy. Do đó có một “ống” các điện tích dương
chuyển động chậm hình thành xung quanh dây dẫn trung tâm. Khi đó quá trình thác
lũ bị chấm dứt vì các electron rơi vào đám mây các ion dương và bị bắt trước khi đến
được dây trung tâm.
5
- Khi quá trình thác lũ kết thúc thì đám mây ion này đến gần điện cực ngoài, các
electron lại bị kéo ra khỏi điện cực để trung hòa chúng. Một số electron rơi vào quỹ
đạo năng lượng cao của ion dương và sau đó chuyển về quỹ đạo năng lượng thấp hơn
làm phát ra tia bức xạ cực tím. Các tia cực tím đập vào thành ngoài của ống đếm, bứt
electron ra và tạo nên quá trình thác lũ mới, quá trình phóng điện xảy ra liên tục trong
ống đếm G.M.
Một trong các phương pháp chấm dứt quá trình thác lũ này là bổ sung một số
khí đa nguyên tử vào thể tích khí cơ bản. Khí cơ bản thường là argon. Các khí bổ
sung này, chẳng hạn như hơi rượu etilen, có tác dụng tạo nên môi trường hấp thụ các
bức xạ tử ngoại, làm ngăn chặn việc bứt các electron từ thành ống đếm, và do đó làm
tắt quá trình thác lũ. Ống đếm G.M. cấu trúc theo phương pháp này gọi là ống đếm
tự tắt.
Hình 1.3 minh họa đặc trưng plateau của ống đếm G.M. Điểm bắt đầu Vs là
điện thế thấp nhất để ống đếm có thể ghi được bức xạ. Khi điện thế tăng thì số đếm
tăng nhanh cho đến thế ngưỡng V1, từ đó bắt đầu miền plateau của ống đếm. Cuối
miền plateau là thế đánh thủng V2 của ống đếm. Khi đạt đến giá trị này, khí bên trong
ống đếm bị ion hóa rất nhanh và xảy ra hiện tượng phóng điện liên tục. Hiện tượng
này sẽ gây hỏng detector.
Hình 1.3: Đặc trưng plateau của ống đếm G.M.
6
- Miền plateau có hai đặc trưng quan trọng là độ dài plateau và độ nghiêng
plateau. Độ dài plateau W và độ nghiêng plateau S cho biết hiệu quả hoạt động của
detector. Chúng được xác định theo các công thức dưới đây:
W = V 2 – V1 (1.1)
100(N2 -N1 )
S (%/v)= (1.2)
0.5×(N2 +N1 )×(V2 -V1 )
Thông thường, độ dài W thường cỡ 100V. Độ dài càng lớn, detector càng nhạy.
Độ dốc S càng nhỏ, detector càng hiệu quả. Các detector tốt thường có độ dốc rơi vào
khoảng từ 2% đến 5% trên 100V. Nếu độ dốc này vượt quá 10%/100V, detector
không còn khả năng sử dụng và cần được xem xét thay mới.
Quá trình sử dụng lâu dài, nhất là với điện thế cao, có thể làm giảm tuổi thọ
và làm hư hỏng ống đếm. Do đó, ống đếm G.M. cần được vận hành ở điện thế thích
hợp (thế vận hành Vop), nằm ở gần giữa vùng plateau. Vùng plateau của mỗi ống khác
nhau nên thế vận hành của các ống cũng không giống nhau. Mặc khác, thế vận hành
của ống cũng thay đổi qua quá trình sử dụng lâu dài. Khi tăng số đếm tổng lên cao,
thế vận hành này cũng đổi khác. Do đó, nên kiểm tra thế vận hành thường xuyên. Thế
vận hành của ống đếm được xác định bằng công thức:
Vop = V1 + 1/3(V2 – V1) (1.3)
Tốc độ đếm của ống đếm G.M. được xác định bởi hai thống số có liên quan
với nhau là thời gian chết τ và thời gian hồi phục.
Thời gian chết là thời gian mà ống đếm không có khả năng đếm sự kiện ion
hóa tiếp theo sau sự kiện đang đếm. Thời gian hồi phục là thời gian để khôi phục
hoàn toàn kích thước xung như lúc mới bắt đầu thời gian chết. Hình 1.4 và 1.5 mô tả
chi tiết về quá trình hình thành xung, thời gian chết và thời gian hồi phục của ống
đếm:
7
- Hình 1.4: Quá trình ghi nhận xung và sự tạo thành thời gian chết
Hình 1.5: Thời gian chết và thời gian hồi phục
Thời gian chết của quá trình phóng điện giới hạn tốc độ đếm cực đại vì các sự
kiện xuất hiện trong khoảng thời gian chết không được đếm. Gọi thời gian chết là τ,
tốc độ đếm thực là N và tốc độ đo được là N’ thì:
N = N’/(1 – N’τ) (1.4)
Khi N’τ
- Ống đếm G.M. được dùng để đếm các hạt bức xạ ion hóa riêng biệt. Với đặc
trưng là ống đếm xung, tín hiệu ra có biên độ không đổi, không phụ thuộc vào năng
lượng bức xạ vào nên nó chỉ ghi nhận được bức xạ dưới dạng xung và chuyển thành
số đếm chứ không thể định lượng được về mặt năng lượng chùm bức xạ. Ống đếm
G.M. chủ yếu dùng đo hoạt độ nguồn và liều bức xạ của một đối tượng nào đó. Liều
bức xạ phụ thuộc vào tốc độ đếm theo công thức sau đây:
D=R×f (1.6)
Trong đó D là suất liều bức xạ (μSv/h), R là tốc độ đếm trên một đơn vị thời
gian (cpm hoặc cps) và f là hệ số chuyển đổi (μSv/cpm.h hoặc μSv/cps.h).
Hệ số chuyển đổi phụ thuộc vào loại ống đếm, đặc tính chất khí bên trong ống.
Với khả năng ghi nhận một lượng lớn xung, ống đếm G.M. không cần sử dụng
đến bộ khuếch đại tín hiệu vừa cồng kềnh, vừa đắt đỏ. Cấu tạo của ống đếm G.M
tương đối đơn giản. Vì thế ống đếm G.M. rất được ưa chuộng sử dụng.
9
- Chương 2 Ý TƯỞNG VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ
2.1. Ý tưởng chính
Dựa trên những cơ sở lý thuyết về các loại ống đếm, ống đếm G.M., detector
G.M., tham khảo một số thiết bị đo liều mượn được từ khoa vật lý và những kiến thức
đã học về Điện tử Hạt nhân, em đã thiết kế mô hình thiết bị đo liều bức xạ với một số
tính năng được phát triển riêng, thích hợp cho việc học tập chuyên ngành.
Để ghi nhận bức xạ, thiết bị cần có một ống đếm G.M., một mạch tạo cao thế
cho ống hoạt động, một mạch nguồn, một khối ghi nhận xung, một mạch chuyển đổi
từ số đếm sang liều và xuất giá trị ra màn hình để người dùng có thể đọc được. Ống
đếm được sử dụng ở đây có tên SBM-20, do Liên Xô sản xuất năm 1986. Hệ số
chuyển đổi từ số đếm sang liều của ống đếm SBM-20 là 0.0057 μSv/cpm.h. Thông
số của 2 ống được cho trong bảng sau (thông số do nhà sản xuất cung cấp):
Bảng 2.1: Thông số của ống đếm SBM-20
Thông số SBM-20
Chiều dài 108mm
Đường kính 11mm
Loại khí Ne + Br2 + Ar
Giới hạn dòng 0.08mA – 0.4mA
Điện thế bắt đầu ghi nhận xung ~ 260V – 320V
Điện thế hoạt động tốt nhất ~ 350V – 475V
Độ dài miền plateau ≥ 100V
Độ dốc miền plateau 0.1%/V
Giới hạn liều bức xạ 0.014mR/h – 144mR/h
Độ nhạy với bức xạ gamma
22 cps/mR/h
(Thí nghiệm với 60Co)
Dải nhiệt độ hoạt động -60oC – 70oC
Phông nội tại 1 cps
Thời gian chết tối thiểu
190μs
(ở 400/V)
10
nguon tai.lieu . vn