(Luận Văn Thạc Sĩ Vật Lí) Nghiên Cứu Khảo Sát Các Đặc Trưng Định Liều Bức Xạ Nơtron Đối Với Vật Liệu Nhiệt Phát Quang K2Gdf5 Tb

VÀ ĐÀO T¾O VÀ CÔNG NGHà VIàT NAM HâC VIàN KHOA HâC VÀ CÔNG NGHà

-

Đinh Thá Quỳnh Giang

NGHIÊN CĄU KHÀO SÁT CÁC Đ¾C TR¯NG ĐàNH LIÀU BĄC X¾ N¡TRON ĐÞI VàI VÀT LIàU NHIàT PHÁT QUANG

K2GdF5:Tb

LUÀN VN TH¾C S) VÀT LÝ NGUYÊN Tþ VÀ H¾T NHÂN

Hà Nßi - 2023

BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O

VIàN HÀN LÂM KHOA HâC VÀ CÔNG NGHà VIàT NAM HâC VIàN KHOA HâC VÀ CÔNG NGHà

-

Đinh Thá Quỳnh Giang

NGHIÊN CĄU KHÀO SÁT CÁC Đ¾C TR¯NG ĐàNH LIÀU BĄC X¾ N¡TRON ĐÞI VàI VÀT LIàU NHIàT PHÁT QUANG

K2GdF5:Tb

LUÀN VN TH¾C S) VÀT LÝ NGUYÊN Tþ VÀ H¾T NHÂN Mã sß: 8 44 01 06

NG¯äI H¯âNG DÀN KHOA HâC: PGS.TS Nguyßn Văn Hùng

Hà Nßi - 2023

LâI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luÃn văn này là công trình nghiên cću cąa tôi d°ãi să h°ãng dÁn cąa PGS.TS Nguyßn Văn Hùng Các sá liáu và kÃt quÁ trong luÃn văn đ°āc tiÃn hành t¿i Trung tâm An toàn bćc x¿, Vián Nghiên cću h¿t nhân (Đà L¿t) Thåi gian thăc hián thăc nghiám từ tháng 05/2023 đÃn tháng 10/2023 Vì thÃ, kÃt quÁ này hoàn toàn trung thăc và ch°a từng đ°āc công bá trong bÃt kì công trình nào khác Nhāng kênh thông tin tham khÁo trích dÁn trong luÃn văn đÅu đ°āc chú thích đÅy đą Tôi hoàn toàn cháu trách nhiám vÅ să cam đoan này

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2023

LâI CÀM ¡N

Hoàn thành luÃn văn này, tôi xin gÿi låi cÁm ¢n đ¿c biát tãi PGS.TS Nguyßn Văn Hùng – Công tác t¿i Trung tâm Đào t¿o, Vián Nghiên cću h¿t nhân (Đà L¿t) đã tÃn tình h°ãng dÁn, quan tâm, giúp đÿ, t¿o điÅu kián giúp tôi hoàn thành luÃn văn này

Tôi xin gÿi låi cÁm ¢n đÃn Ban Giám đác Vián Nghiên cću h¿t nhân, ThS Phan Văn Toàn - làm viác t¿i Trung tâm An toàn bćc x¿ (Vián Nghiên cću h¿t nhân) đã hß trā giúp đÿ tôi trong quá trình thăc hián luÃn văn

Tôi xin chân thành cÁm ¢n quý ThÅy/Cô giáo, Khoa VÃt lý, Phòng Đào t¿o, Hãc vián Khoa hãc và Công nghá, Vián Hàn lâm Khoa hãc và Công nghá Viát Nam đã tÃn tình giÁng d¿y và t¿o điÅu kián để chúng tôi hoàn thành ch°¢ng trình th¿c sỹ

Tôi xin chân thành cÁm ¢n quý ThÅy/Cô giáo cąa Vián Nghiên cću và Ćng dăng Công nghá Nha Trang đã nhiát tình và t¿o điÅu kián thuÃn lāi để giúp tôi hoàn thành ch°¢ng trình

Xin chân thành cÁm ¢n gia đình, b¿n bè cùng đãng nghiáp đã luôn khích lá, đáng viên và giúp đÿ tôi trong suát quá trình hãc tÃp và nghiên cću khoa hãc

Tuy nhiên, do thåi gian thăc hián đÅ tài luÃn văn còn h¿n chà nên nái dung và kÃt quÁ nghiên cću khoa hãc không tránh khßi nhāng thiÃu sót Kính mong nhÃn đ°āc să đóng góp ý kiÃn cąa Quý thÅy cô giáo, b¿n bè và đãng nghiáp để đÅ tài luÃn văn cąa tôi đ°āc hoàn thián h¢n

Tôi xin trân trãng cÁm ¢n!

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2023

Đinh Thá Quỳnh Giang

MĀC LĀC

Trang LäI CAM ĐOAN

LäI CÀM ¡N MĂC LĂC

DANH MĂC CÁC KÝ HIàU, CHĀ VIÂT TÄT DANH MĂC BÀNG

DANH MĂC CÁC HÌNH VÀ, Đâ THà

Mæ ĐÄU 1

Ch°¢ng 1 TäNG QUAN TÀI LIàU 6

1.1 LÝ THUYÂT NHIàT PHÁT QUANG 6

1.1.1 Khái niám hián t°āng nhiát phát quang 6

1.1.2 Các đ¿c điểm cąa hián t°āng nhiát phát quang 6

1.1.3 GiÁi thích hián t°āng nhiát phát quang 7

1.2 MàT Sà ĆNG DĂNG CĄA VÂT LIàU NHIàT PHÁT QUANG 11

1.3.2.2 Phép tính từ đ°ång cong nhiát phát quang&&&&& 17 1.3.3 Yêu cÅu đáp ćng liÅu tuyÃn tính cąa vÃt liáu làm liÅu kà 18 1.4 MàT Sà Đ¾I L¯ĀNG VÀ Đ¡N Và DÙNG TRONG ĐàNH LIÄU&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 19 1.4.1 LiÅu hÃp thă D&&&&&&&&&&&&&&&& 19

1.4.2 LiÅu t°¢ng đ°¢ng&&&&&&&&&&&&&&& 19 1.4.3 LiÅu hiáu dăng&&&&&&&&&&&&&&&&& 20 1.4.4 T°¢ng đ°¢ng liÅu cá nhân&&&&&&&&&&&& 20 1.5 MàT Sà Đ¾C TR¯NG ĐàNH LIÄU CĄA VÂT LIàU

CÄN KHÀO SÁT&&&&&&&&&&&&&&&&&& 21

1.5.1 Đá l¿p l¿i vÅ liÅu&&&&&&&&&&&&&&&& 21

1.5.2 Ng°ÿng liÅu căc tiểu&&&&&&&&&&&&&& 21 1.5.3 DÁi đáp ćng liÅu tuyÃn tính&&&&&&&&&&&& 21 1.5.4 Să phă thuác cąa liÅu bćc x¿ vào năng l°āng n¢tron&& 22 1.5.5 Đá tă chiÃu x¿ theo thåi gian khi l°u trā vÃt liáu&&& 22 1.5.6 Să suy giÁm tín hiáu TL theo thåi gian (fading)&&&& 23 1.5.7 Tiêu chu¿n đánh giá các đ¿c tr°ng cąa liÅu kÃ&&&& 24 1.6 TÓM TÄT CH¯¡NG 1 24 Ch°¢ng 2 PH¯¡NG PHÁP THĂC NGHIàM&&&&&& 25 2.1 NGUYÊN VÂT LIàU VÀ TRANG THIÂT Bà &&&& 25 2.1.1 Nguyên vÃt liáu 25 2.1.2 Trang thiÃt bá thí nghiám&&&&&&&&&&&&& 25

2.1.2.1 Há chiÃu chu¿n n¢tron Am-Be&&&&&&&&& 25 2.1.2.2 Lò nung mÁu vÃt liáu&&&&&&&&&&&&& 26 2.1.2.3 Cân đián tÿ&&&&&&&&&&&&&&&&& 27 2.1.2.4 Máy đo phå nhiát phát quang&&&&&&&&&& 27 2.2 Bà TRÍ THÍ NGHIàM&&&&&&&&&&&&&& 29 2.2.1.Chu¿n bá mÁu &.&&&&&&&&&&&&&&&& 29 2.2.2 Bá trí thí nghiám&&&&&&&&&&&&&&&& 31 2.2.3 Qui trình đo mÁu vÃt liáu nhiát phát quang&&&&& 33 2.3 PH¯¡NG PHÁP KHÀO SÁT MàT Sà Đ¾C TR¯NG

CHÍNH CĄA VÂT LIàU K2GdF5:Tb&&&&&&&&&

39 2.3.1 KhÁo sát đá l¿p l¿i cąa vÃt liáu K2GdF5:Tb&&&&& 39 2.3.2 Xác đánh ng°ÿng liÅu căc tiểu&&&&&&&&&& 40 2.3.3 KhÁo sát đá tuyÃn tính cąa vÃt liáu K2GdF5:Tb&&& 40 2.3.4 KhÁo sát să phă thuác cąa liÅu bćc x¿ vào năng l°āng

n¢tron

41 2.3.5 KhÁo sát đá tă chiÃu x¿ theo thåi gian khi l°u trā vÃt

liáu&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

41 2.3.6 KhÁo sát să suy giÁm tín hiáu cąa vÃt liáu K2GdF5:Tb& 42 2.4 TÓM TÄT CH¯¡NG 2 43

Ch°¢ng 3 KÂT QUÀ VÀ THÀO LUÂN 44 3.1 Đá l¿p l¿i vÅ liÅu bćc x¿ &&&&&&&&&&&&& 44 3.2 Ng°ÿng liÅu căc tiểu&&&&&&&&&&&&&&& 45

3.3 DÁi đáp ćng liÅu tuyÃn tính&&&&&&&&&&&& 46 3.4 Să phă thuác cąa liÅu bćc x¿ vào năng l°āng n¢tron&& 48 3.5 Đá tă chiÃu x¿ theo thåi gian khi l°u trā vÃt liáu &&&& 49 3.6 Să suy giÁm tín hiáu nhiát phát quang theo thåi gian&& 50 3.7 TÓM TÄT CH¯¡NG 3&&&&&&&&&&&&&&

KÂT LUÂN VÀ KIÂN NGHà&&&&&&&&&&&&&

52 53 TÀI LIàU THAM KHÀO&&&&&&&&&&&&&&& 55 DANH MĂC CÔNG TRÌNH CĄA TÁC GIÀ&&&&&&& 58 PHĂ LĂC 1&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

PHĂ LĂC 2&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& PHĂ LĂC 3&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

DANH MĀC CÁC KÝ HIàU, CHĀ VI¾T TÂT

ATBX Radiation protection/safety An toàn bćc x¿ BG Background sample MÁu đo phông

CV Coefficient of variation Há sá biÃn thiên (thăng giáng)

(1 Gy = 1 J/kg) IAEA International Atomic Energy

Agency

C¢ quan Năng l°āng nguyên tÿ quác tÃ

ICRP International Commission on

Radiological Protection Ąy ban An toàn bćc x¿ quác tà IEC International Electrotechnical

Commission Ąy ban Kỹ thuÃt đián quác tà KH&CN Science and Technology Khoa hãc và công nghá

LOD Limit of detection/ Detection threshold

Giãi h¿n xác đánh/Ng°ÿng xác đánh

MC Irradiation/survey sample MÁu chiÃu/mÁu khÁo sát NCHN Nuclear Research Nghiên cću h¿t nhân PMMA Poly methyl methacrylate

SD Standard deviation Đá lách chu¿n

Sv Equivalent dose (in Sivert) Đ¢n vá liÅu t°¢ng đ°¢ng (1 Sv = 1 J/kg)

TL Thermoluminescense Nhiát phát quang TLD Thermoluminescense

Dosimeter LiÅu kà nhiát phát quang TSDL Tertiary Standard Dosimetry

DANH MĀC CÁC BÀNG

BÁng 2.1 Thông sá kỹ thuÃt c¢ bÁn cąa há đãc liÅu Rexon UL–320

BÁng 3.2 KÃt quÁ đo ng°ÿng liÅu căc tiểu 45

BÁng 3.3 Sá liáu đo mÁu vÃt liáu K2GdF5:Tb đái vãi 4 mćc liÅu chiÃu mÁu khác nhau cąa bćc x¿ n¢tron nhiát

46

BÁng 3.4 KÃt quÁ đáp ćng tuyÃn tính liÅu cąa mÁu vÃt liáu

K2GdF5:Tb đái vãi bćc x¿ n¢tron

47

BÁng 3.5 Sá liáu đo đ¿c cąa các mÁu vÃt liáu nhiát phát quang

K2GdF5:Tb chiÃu bćc x¿ n¢tron nhanh và n¢tron nhiát

48

BÁng 3.6 KÃt quÁ tß sá sá đÃm cąa bćc x¿ n¢tron nhanh và n¢tron

nhiát cąa vÃt liáu K2GdF5:Tb

49

BÁng 3.7 KÃt quÁ cąa viác khÁo sát đá tă chiÃu x¿ theo thåi gian 49

BÁng 3.8 KÃt quÁ khÁo sát đá suy giÁm tín hiáu theo thåi gian

cąa vÃt liáu K2GdF5:Tb đái vãi bćc x¿ n¢tron

50

DANH MĀC CÁC HÌNH VẼ, Đà THà

Hình 1.1 CÃu trúc vùng năng l°āng và các quá trình dách chuyển 8

Hình 1.2 CÃu trúc vùng năng l°āng thăc tà gãm nhiÅu bÁy đián tÿ và lß tráng

Hình 1.6 GiÁi thích să hình thành đ°ång cong nhiát phát quang 15

Hình 1.7 Mát sá mÁu đ°ång cong nhiát phát quang tiêu biểu: (a) LiF:Mg,Ti; (b) LiF:Mg,Cu,P; (c) CaF2:Mn; (d) CaF2:Dy; (e) Al2O3:C; (f) CaSO4:Dy

17

Hình 2.1 Há chiÃu chu¿n n¢tron dùng nguãn Am-Be 25

Hình 2.2 Há tháng lò nung có cung cÃp khí tr¢ 27

Hình 2.3 Cân đián tÿ 4 sá BP121S Sartorius 27

Hình 2.5 Các sć đăng mÁu đ¿t trong lò nung để ą nhiát vÃt liáu

Hình 2.6 Đã thá biểu dißn chu trình nhiát đá để ą nhiát vÃt liáu

Hình 2.7 MÁu vÃt liáu đ°āc chu¿n bá cho chiÃu x¿ 30

Hình 2.8 Bá trí thí nghiám chiÃu mÁu vãi nguãn n¢tron Am-Be 31

Hình 2.9 S¢ đã bá trí thí nghiám chiÃu x¿ mÁu trên các há chiÃu

Hình 2.10 Màn hình đăng nhÃp cąa Rexon UL–320 33

Hình 2.11 Màn hình điÅu khiển chính cąa Rexon UL-320 34

Hình 2.12 Màn hình cài thông sá chu trình TLD 35

Hình 2.16 Màn hình kÃt quÁ đo 38

Hình 3.1 Đã thá biểu dißn đáp ćng tuyÃn tính liÅu bćc x¿ cąa mÁu

vÃt liáu K2GdF5:Tb đái vãi bćc x¿ n¢tron nhiát 47

Hình 3.2 Đã thá biểu dißn đá suy giÁm tín hiáu theo thåi gian

cąa vÃt liáu nhiát phát quang K2GdF5:Tb đái vãi bćc x¿ n¢tron 51

Mä ĐÀU 1 Lý do chãn đÁ tài

Ngày nay, viác ćng dăng kỹ thuÃt h¿t nhân sÿ dăng các nguãn bćc x¿ ion hóa [bćc x¿ alpha (α), beta (³), tia-X, gamma (´), n¢tron] trong đåi sáng kinh tà - xã hái ngày càng phát triển, nh° ćng dăng trong công nghiáp (đo mćc và mÃt đá vÃt liáu, phân tích thành phÅn nguyên tá, chiÃu x¿ và bÁo quÁn thăc ph¿m, dÅu khí, ), trong y tà (ch¿n đoán và x¿ trá bánh), trong nông nghiáp và sinh hãc (tăng tr°çng cąa cây trãng, chiÃu x¿ đát biÃn giáng, ), trong hÁi quan (kiểm tra hành lý và hàng hóa), v.v Ngoài ra, viác ćng dăng năng l°āng h¿t nhân trong viác sÁn xuÃt đián năng (nhà máy đián h¿t nhân) phăc vă nhu cÅu đåi sáng xã hái cũng ngày càng phát triển Viác ćng dăng các nguãn bćc x¿ có nhiÅu lāi ích nh° vÃy, nh°ng nÃu không tuân thą các quy đánh vÅ an toàn bćc x¿ (ATBX) và kiểm soát ch¿t chÁ chúng thì có thể Ánh h°çng tãi sćc khße con ng°åi và môi tr°ång (gãi là tính hai m¿t cąa bćc x¿ ion hóa), đ¿c biát là các nhân viên làm viác trăc tiÃp vãi các nguãn bćc x¿ Do đó, để bÁo đÁm ATBX cho các nhân viên làm viác trong môi tr°ång bćc x¿ thì cÅn thiÃt phÁi theo dõi và kiểm soát liÅu chiÃu cá nhân cąa hã theo quy đánh t¿i ĐiÅu 27 cąa Thông t° sá 19/2012/TT-BKHCN cąa Bá Khoa hãc và Công nghá (KH&CN) <Quy đánh vÅ kiểm soát và bÁo đÁm ATBX trong chiÃu x¿ nghÅ nghiáp và chiÃu x¿ công chúng= [1]

Tr°ãc nhāng qui đánh nh° thÃ, yêu cÅu đ¿t ra là viác nghiên cću chà t¿o các lo¿i vÃt liáu đánh liÅu bćc x¿ (là thành phÅn chính cąa liÅu kà - Dosimeter) là hÃt sćc cÅn thiÃt Để đánh liÅu bćc x¿ cá nhân trong lĩnh văc ATBX, phå biÃn hián nay là ng°åi ta nghiên cću chà t¿o liÅu kà cá nhân (Personal dosimeter) - là lo¿i liÅu kà nhiát phát quang (Thermoluminescence dosimeter – TLD) dăa trên c¢ chà nhiát phát quang (Thermoluminescence - TL) TLD có các °u điểm là: Đá nh¿y cao hay ng°ÿng liÅu căc tiểu (ng°ÿng xác đánh) nhß, să phă thuác nhß cąa hiáu suÃt phát quang vào suÃt liÅu bćc x¿, dÁi liÅu tuyÃn tính ráng, să suy giÁm tín hiáu TL theo thåi gian (Fading) nhß, đá l¿p l¿i tát, hiáu ćng tă chiÃu x¿ nhß, đá ån đánh cao đái vãi bćc x¿, bÅn vÅ nhiát và hóa hãc, sÿ dăng đ°āc nhiÅu lÅn, kích th°ãc liÅu kà nhß (vÃt liáu TL d¿ng bát, chip, dây/dÁi, đĩa, viên, ), giá thành chà t¿o liÅu kà thÃp, v.v

ĐÃn nay, TLD đo photon (tia-X, ´) đã đ°āc hoàn thián và th°¢ng m¿i hóa nh° CaSO4:Dy (TLD-900), LiF:Mg, Ti (TLD-100), v.v [2-7], tuy nhiên, chúng chą yÃu nh¿y vãi bćc x¿ photon Khi đo liÅu ç các tr°ång bćc x¿ hßn hāp bao gãm photon, ³ và n¢tron thì các liÅu kà lo¿i này không đ¿t đ°āc đá nh¿y và đá chính xác cao Do đó, lĩnh văc nghiên cću chà t¿o TLD đo bćc x¿ n¢tron vÁn còn nhiÅu vÃn đÅ cÅn quan tâm

Ngoài viác ćng dăng TLD trong đánh liÅu cá nhân đái vãi bćc x¿ ³ và photon (bćc x¿ photon đ°āc sÿ dăng phå biÃn nhÃt), thì viác nghiên cću chà t¿o TLD để đánh liÅu cá nhân và khÁo sát tr°ång liÅu đái vãi bćc x¿ n¢tron cũng đ°āc quan tâm (các c¢ sç bćc x¿ và h¿t nhân sÿ dăng các nguãn n¢tron trong nghiên cću, đào t¿o và ćng dăng trong đåi sáng kinh tà - xã hái) Do bćc x¿ n¢tron đ¿c biát gây nguy hiểm khi chiÃu x¿ ngoài (h¢n cÁ bćc x¿ photon), nên viác đánh liÅu n¢tron (Neutron dosimetry) cÅn đ°āc quan tâm nhằm bÁo đÁm ATBX khi tiÃp xúc vãi nguãn n¢tron (th°ång nguãn n¢tron đÅu kèm theo phát bćc x¿ ´, nên th°ång ng°åi ta quan tâm đãng thåi bćc x¿ ´ và n¢tron khi chiÃu x¿ ngoài do chúng có đá đâm xuyên lãn) Để đánh liÅu bćc x¿ n¢tron, mát sá lo¿i TLD đã đ°āc nghiên cću chà t¿o, nh°: TLD-600 (LiF đ°āc làm giàu vãi 95,6% 6Li); TLD-800 (Li2B4O7 đ°āc làm giàu vãi 6Li), nh°ng th°ång đ°āc sÿ dăng trong các nghiên cću khoa hãc mà ít đ°āc th°¢ng m¿i hóa (do đãng vá 6Li chß chiÃm 7,4% trong tă nhiên, nên viác làm giàu đãng vá

6Li khiÃn chi phí chà t¿o vÃt liáu LiF và Li2B4O7 rÃt cao VÅ đánh liÅu bćc x¿ n¢tron sÿ dăng TLD, chą yÃu ng°åi ta thiÃt kà chà t¿o dùng trong măc đích nghiên cću (nh° thêm 6Li trong liÅu kà LiF và Li2B4O7 mà hÅu nh° ch°a chà t¿o thành sÁn ph¿m th°¢ng m¿i)

Để nghiên cću các vÃt liáu TL trong đánh liÅu bćc x¿ n¢tron thì hián nay trên thà giãi, ng°åi ta bÅt đÅu quan tâm đÃn các tính chÃt mãi cąa vÃt liáu TL có tiÃt dián bÅt n¢tron (σ) lãn để h°ãng tãi nghiên cću chà t¿o TLD ćng dăng trong đánh liÅu bćc x¿ n¢tron Nhāng nghiên cću b°ãc đÅu (từ năm 2009 trç l¿i đây) cho thÃy nguyên tá Gadolinium (Gd) có tiÃt dián bÅt n¢tron nhiát khá lãn, nên có thể sÿ dăng các hāp chÃt chća Gd làm liÅu kà đo n¢tron Nh° đã biÃt, nguyên tá Gd bÅn trong tă nhiên gãm các thành phÅn sau: 152Gd chiÃm 0,20%; 154Gd chiÃm 2,15%; 155Gd chiÃm 14,9%; 156Gd chiÃm 20,47%; 157Gd chiÃm 15,68%; 158Gd chiÃm 24,9% và 160Gd chiÃm 21,7% Trong tång sá các đãng vá Gd trong tă nhiên này thì chß có mát sá đãng vá Gd gây phÁn ćng bÅt

n¢tron là: 152Gd có σ < 180 barn; 155Gd có σ = 6,1.104 barn; 157Gd có σ = 2,4.105

barn; 158Gd có σ = 3,4 barn và 160Gd có σ = 0,77 barn Do đó chß có hai đãng vá Gd có tiÃt dián bÅt n¢tron lãn nhÃt là 155Gd và 157Gd, còn các thành phÅn Gd khác (152Gd, 158Gd và 160Gd) thì có tiÃt dián bÅt n¢tron rÃt nhß, nên ng°åi ta chß quan tâm tãi đãng vá 155Gd và 157Gd khi chiÃu x¿ vãi nguãn n¢tron [8]

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Mãi đây chß có mát sá rÃt ít nghiên cću ban đÅu vÅ các đ¿c tr°ng cąa vÃt liáu TL chća Gd pha t¿p (ho¿t hóa) vãi ion đÃt hiÃm Dysprosium (Dy) hay Terbium (Tb) và đ°a ra khÁ năng ćng dăng trong đánh liÅu bćc x¿ ³, photon và n¢tron (tr°ãc năm 2009, tÃt cÁ các tài liáu vÅ đánh liÅu TL hoàn toàn không thÃy nói vÅ vÃt liáu TL chća nguyên tá Gd), chẳng h¿n nh°:

- Edna C Silva et al [9] đã nghiên cću vÅ đáp ćng TL cąa tinh thể K2GdF5 pha t¿p vãi Dy3+ đái vãi bćc x¿ photon và n¢tron: Tång hāp tinh thể K2GdF5 và K2GdF5:Dy3+ bằng ph°¢ng pháp thąy nhiát (Hydrothermal method); chiÃu x¿ từ nguãn n¢tron nhiát Am-Be; sÿ dăng TLD-600 để đo so sánh trong cùng mát điÅu kián; có đáp ćng TL tát h¢n vãi bćc x¿ n¢tron nhiát cąa nguãn 241Am-Be (đá nh¿y bćc x¿ n¢tron nhanh cÿ 4,5% so vãi bćc x¿ n¢tron nhiát)

- E.C Silva et al., [10] đã nghiên cću s¢ khçi vÅ TL cąa vÃt liáu K2GdF5:Dy3+ đ°āc chiÃu vãi bćc x¿ photon và n¢tron: ChiÃu x¿ từ nguãn n¢tron nhiát và n¢tron nhanh; đá nh¿y TL đái vãi bćc x¿ n¢tron nhanh nhß h¢n 18 lÅn, nh°ng vãi bćc x¿ n¢tron nhiát thì cao h¢n 5 lÅn so vãi TLD-600 Nhāng nghiên cću trên cho thÃy: VÅ tính chÃt TL, các hāp chÃt Fluoride (F) pha t¿p vãi các ion đÃt hiÃm (Rare earth - RE) có đá nh¿y TL khá cao, trong đó có vÃt liáu K2GdF5 Viác pha t¿p các ion đÃt hiÃm (nh° 159Tb hay 162Dy) có thể nâng cao hiáu suÃt phát quang, nên h°ãng nghiên cću chà t¿o vÃt liáu phát quang K2GdF5 pha t¿p Tb hay Dy để có thể dùng làm TLD để đánh liÅu bćc x¿, đ¿c biát là bćc x¿ n¢tron có ý nghĩa thăc tißn Do đó, viác nghiên cću chà t¿o vÃt liáu TL vãi nÅn Fluoride pha t¿p các nguyên tá RE là vÃt liáu đÅy hća hẹn nhằm phát triển ph°¢ng pháp đánh liÅu bćc x¿ n¢tron

Hián nay, vÃt liáu K2GdF5:Tb hay K2GdF5:Dy đ°āc tång hāp (từ 3 lo¿i vÃt liáu KF, GdF3, TbF3/DyF3) theo ph°¢ng pháp thąy nhiát hay ph°¢ng pháp phÁn ćng pha rÅn (Solide-state reaction method) vãi nhāng nãng đá pha t¿p ion Tb hay Dy khác nhau VÃt liáu này có nhiÅu đ¿c điểm quan trãng, đó là đá hÃp

thă n¢tron cąa Gd là cao nhÃt trong sá các nguyên tá tă nhiên (nh° đã nói ç trên), do đó t°¢ng tác cąa vÃt liáu K2GdF5 vãi chùm n¢tron là rÃt m¿nh

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Tr°ãc đây, vÃt liáu nhiát phát quang K2GdF5:Tb đ°āc tång hāp thành công d°ãi d¿ng bát từ ba hāp chÃt tinh khiÃt (KF, GdF3, TbF3) bằng ph°¢ng pháp phÁn ćng pha rÅn (vãi nãng đá pha t¿p 10%Tb) t¿i Vián Nghiên cću và Ćng dăng công nghá Nha Trang (NITRA) Đây là vÃt liáu đ°āc chà t¿o lÅn đÅu tiên ç Viát Nam và nhāng nghiên cću b°ãc đÅu cho thÃy có thể đ°āc ćng dăng để đánh liÅu cá nhân và đo tr°ång liÅu đái vãi bćc x¿ α, ³, photon và n¢tron, đ¿c biát là bćc x¿ n¢tron (do nguyên tá Gd nh¿y vãi bćc x¿ n¢tron, đ¿c biát là n¢tron nhiát) Nhāng nghiên cću tr°ãc đây cąa nhóm tác giÁ t¿i NITRA mãi chß khÁo sát b°ãc đÅu vÅ mát sá đ¿c tr°ng đánh liÅu, nh°: LiÅu chiÃu cao - cÿ từ 0,5 Sv đÃn vài Sv, khÁo sát đ°ång cong TL (TL glow curve), đáp ćng liÅu tuyÃn tính, fading) [2, 11-15] Sau đó, quy trình tång hāp vÃt liáu này đ°āc chuyển giao và triển khai thăc hián ç Vián Nghiên cću h¿t nhân (NCHN) [16] Để h°ãng tãi viác nghiên cću chà t¿o TLD dùng vÃt liáu K2GdF5:Tb trong t°¢ng lai, bÁo đÁm các yêu cÅu cąa liÅu kà nhằm ćng dăng trong đánh liÅu cá nhân đái vãi bćc x¿ n¢tron cho nhân viên bćc x¿, xác đánh tr°ång liÅu bćc x¿ n¢tron trong nhāng lĩnh văc khác nhau [máy gia tác tuyÃn tính (LINAC) dùng trong y tà và công nghiáp; nguãn bćc x¿ n¢tron ćng dăng trong công nghiáp, nghiên cću, và đo đá ¿m nÅn đ°ång; lò phÁn ćng nghiên cću và nhà máy đián h¿t nhân, &] thì phÁi thăc hián các nghiên cću, khÁo sát chi tiÃt vÅ các đ¿c tr°ng đánh liÅu bćc x¿ n¢tron đái vãi lo¿i vÃt liáu này, đ¿c biát ç dÁi liÅu thÃp ç mćc an toàn (Radiation protection level) Do vÃt liáu K2GdF5:Tb nh¿y vãi cÁ bćc x¿ photon và n¢tron, nh°ng do điÅu kián thåi gian có h¿n, luÃn văn chß tÃp trung nghiên cću vÅ đ¿c tr°ng đánh liÅu cąa vÃt liáu đái vãi bćc x¿ n¢tron Do đó đÅ tài “Nghiên cứu khảo sát các đặc trưng định liều bức xạ

nơtron đối với vật liệu nhiệt phát quang K2GdF5:Tb” thăc hián nhằm đ¿t đ°āc

măc tiêu trên

2 Māc tiêu căa đÁ tài

Măc đích nghiên cću cąa đÅ tài là khÁo sát chi tiÃt mát sá đ¿c tr°ng chính vÅ đánh liÅu bćc x¿ n¢tron đái vãi vÃt liáu nhiát phát quang K2GdF5:Tb d¿ng bát, h°ãng tãi nghiên cću chà t¿o liÅu kà cá nhân đo n¢tron sÿ dăng vÃt liáu K2GdF5:Tb trong t°¢ng lai

3 Đßi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu

- Đái t°āng nghiên cću: VÃt liáu nhiát phát quang K2GdF5:Tb d¿ng bát

đã đ°āc chà t¿o t¿i Vián NCHN

- Ph¿m vi nghiên cću: KhÁo sát chi tiÃt mát sá đ¿c tr°ng chính vÅ đánh liÅu bćc x¿ n¢tron, bao gãm: Đá l¿p l¿i vÅ liÅu, ng°ÿng liÅu căc tiểu, dÁi đáp ćng liÅu tuyÃn tính, să phă thuác cąa liÅu bćc x¿ vào năng l°āng n¢tron, mćc tă chiÃu x¿ theo thåi gian khi l°u trā vÃt liáu, să giÁm tín hiáu TL theo thåi gian (fading)

4 Ý ngh*a khoa hãc và thăc tißn căa đÁ tài nghiên cąu

- Ý nghĩa khoa hãc: Các đ¿c tr°ng đánh liÅu bćc x¿ n¢tron đái vãi vÃt liáu nhiát phát quang K2GdF5:Tb mç ra mát h°ãng nghiên cću vÅ khÁ năng đánh liÅu cá nhân sÿ dăng vÃt liáu mãi này ç mćc an toàn (ç dÁi liÅu thÃp, từ

0,1 mSv đÃn 20 mSv) – Đây là h°ãng nghiên cću mà thà giãi đang quan tâm - Ý nghĩa thăc tißn: Tr°ãc mÅt, có thể áp dăng khÁo sát tr°ång liÅu đái

vãi các nguãn bćc x¿ n¢tron Trong t°¢ng lai, có thể nghiên cću chà t¿o TLD dùng vÃt liáu K2GdF5:Tb ćng dăng trong đánh liÅu n¢tron cá nhân nhằm bÁo

đÁm ATBX cho các nhân viên bćc x¿ ç các c¢ sç bćc x¿ và h¿t nhân 5 Bß cāc căa luÁn vn

Ngoài các phÅn mç đÅu, kÃt luÃn, tài liáu tham khÁo và phă lăc, luÃn văn gãm ba phÅn chính nh° sau:

Ch°¢ng 1 Tång quan tài liáu: Trình bày vÅ lý thuyÃt nhiát phát quang; mát sá ćng dăng cąa vÃt liáu nhiát phát quang; mát sá vÃn đÅ liên quan đÃn nhiát phát quang; khái niám vÅ đ¿i l°āng và đ¢n vá dùng trong đánh liÅu bćc x¿; mát sá đ¿c tr°ng chính cąa vÃt liáu nhiát phát quang cÅn khÁo sát

Ch°¢ng 2 Ph°¢ng pháp thăc nghiám: Tìm hiÅu vÅ nguyên vÃt liáu và thiÃt bá sÿ dăng; tìm hiểu cách bá trí thí nghiám; tìm hiểu ph°¢ng pháp xác đánh mát sá đ¿c tr°ng kỹ thuÃt chính cąa vÃt liáu K2GdF5:Tb

Ch°¢ng 3 KÃt quÁ và thÁo luÃn: Trình bày kÃt quÁ đ¿t đ°āc và thÁo luÃn, so sánh kÃt quÁ thăc nghiám vãi tiêu chu¿n IEC 1066:1991 và nhÃn xét, đÅ xuÃt h°ãng khÅc phăc nhāng vÃn đÅ còn tãn t¿i

Ch°¢ng 1 TâNG QUAN TÀI LIàU

1.1 LÝ THUYÂT NHIàT PHÁT QUANG

1.1.1 Khái niám hián t°ÿng nhiát phát quang

Nhiát phát quang [Thermally stimulated luminescence (TSL) - là phát quang c°ÿng bćc nhiát, viÃt tÅt là Thermoluminescence (TL)]: Là hián t°āng mát vÃt liáu cách đián (còn gãi là đián môi) ho¿c mát chÃt bán dÁn phát ra ánh sáng khi bá nung nóng nÃu tr°ãc đó vÃt liáu đã đ°āc chiÃu x¿ mát cách có chą đích hay tình cå bçi các bćc x¿ ion hóa (nh°: α, ³ ,´, tia-X ho¿c n¢tron) [17]

VÃt liáu TL là vÃt liáu có khÁ năng hÃp thă và tích lũy năng l°āng ion hóa trong suát quá trình bá ph¢i chiÃu bçi các bćc x¿ nh° tia-X, α, ³, ´ ho¿c n¢tron Sau đó năng l°āng đ°āc giÁi phóng d°ãi d¿ng ánh sáng khi vÃt liáu bá đát nóng

RÃt nhiÅu vÃt liáu có tính chÃt TL nh°ng để ćng dăng trong đo liÅu thì vÃt liáu cÅn thßa mãn nhāng yêu cÅu khÅt khe nh° đá nh¿y cao, đá tuyÃn tính cao, đá fading thÃp (Fading là să suy giÁm tín hiáu TL theo thåi gian) & Trong nhāng năm gÅn đây, thà giãi vÁn đang tÃp trung nghiên cću nhiÅu lo¿i vÃt liáu khác nhau nhằm tăng c°ång đá chính xác cąa viác đo liÅu bćc x¿ bằng ph°¢ng pháp TL

Đây là mát hián t°āng rÃt phå biÃn, trong sá vài ngàn khoáng vÃt tă nhiên đã biÃt có h¢n 60 % khoáng vÃt có hiáu ćng TL, hiáu ćng này còn đ°āc phát hián đái vãi nhiÅu vÃt liáu khác, kể cÁ các tå chćc sáng và vÃt liáu tång hāp nhân t¿o

1.1.2 Các đ¿c điểm căa hián t°ÿng nhiát phát quang

Muán xÁy ra hián t°āng TL thì vÃt liáu phÁi tãn t¿i các mćc năng l°āng nằm trong vùng cÃm, các mćc này đóng vai trò là nhāng bÁy đián tÿ và lß tráng Khi vÃt liáu đ°āc chiÃu x¿ bằng các bćc x¿ ion hóa, đián tÿ (electron) bá bÅt t¿i bÁy và lß tráng bá bÅt t¿i tâm phát quang Trong quá trình nung nóng vÃt liáu, đián tÿ sÁ nhÃn đ°āc nhiát năng và thoát ra khßi bÁy, tái hāp vãi lß tráng t¿i tâm tái hāp và phát ra photon ánh sáng C°ång đá ánh sáng cąa các photon phát ra khi đát nóng vÃt liáu sÁ tỷ lá vãi vãi liÅu bćc x¿ mà vÃt liáu đó đã hÃp thă

VÃt liáu TL phÁi là vÃt liáu cách đián ho¿c bán dÁn, đái vãi kim lo¿i thì không có hián t°āng TL

Nhiát l°āng mà ta cung cÃp cho vÃt liáu khi nung nóng chß là yÃu tá kích thích, không phÁi là nguyên nhân gây ra să phát quang Nguyên nhân gây ra să phát quang là do vÃt liáu đã hÃp thă năng l°āng ion hoá từ tr°ãc đó

Các vÃt liáu này sau khi đã đ°āc kích thích nhiát để phát quang thì khi nâng nhiát mát lÅn nāa cũng sÁ không phát quang, do đián tÿ đã thoát ra khßi bÁy NÃu muán phát quang thì vÃt liáu cÅn chiÃu x¿ lÅn nāa L°āng tia bćc x¿ tích lũy theo thåi gian đ°āc đo đÃm bằng vÃt liáu TL – là thành phÅn chính cąa dăng că đo liÅu, đó là liÅu kà TL (Thermoluminescense Dosimeter - TLD) Trên thà giãi, TL là mát ph°¢ng pháp đ°āc ćng dăng ráng rãi từ lâu trong nhiÅu lĩnh văc khác nhau nh° đo liÅu x¿ trá, đo liÅu môi tr°ång, đo liÅu xác đánh tuåi khÁo cå, v.v T¿i Viát Nam, trong khoÁng m°åi năm gÅn đây, Vián Nghiên cću h¿t nhân (Đà L¿t) đã nghiên cću và chà t¿o thành công TLD (dùng vÃt liáu CaSO4:Dy d¿ng bát) làm dách vă đo liÅu cá nhân và môi tr°ång cho các c¢ sç bćc x¿ và h¿t nhân Nh° vÃy, hián t°āng TL cąa các vÃt liáu này liên quan đÃn hai quá trình vÃt lý là quá trình hình thành các khuyÃt tÃt trong m¿ng tinh thể đóng vai trò các bÁy và tâm tái hāp trong vÃt liáu, và quá trình tích lũy cąa các đián tích trong bÁy do chiÃu x¿ và quá trình tái hāp đián tÿ - lß tráng do c°ÿng bćc nhiát phát quang [18]

1.1.3 GiÁi thích hián t°ÿng nhiát phát quang

Tính chÃt TL đ°āc giÁi thích bằng lý thuyÃt vùng năng l°āng cąa vÃt rÅn CÃu trúc vùng năng l°āng cąa các chÃt bán dÁn hay các chÃt cách đián lý t°çng đ°āc chia làm 3 vùng nh° sau:

+ Vùng hóa trá: Là vùng có năng l°āng thÃp nhÃt theo thang năng l°āng, ç vùng này các đián tÿ liên kÃt rÃt ch¿t chÁ vãi nguyên tÿ và không linh đáng (chúng chß chuyển đáng trên mát quỹ đ¿o xác đánh ç năng l°āng thÃp nhÃt)

+ Vùng dÁn: Là vùng có mćc năng l°āng cao nhÃt, vùng này các đián tÿ chuyển đáng tă do, vì vÃy đián tÿ ç vùng này là đián tÿ dÁn

+ Vùng cÃm: Là vùng nằm giāa vùng hóa trá và vùng dÁn không có mćc năng l°āng nào, đián tÿ không thể tãn t¿i trong vùng cÃm này

Tuy nhiên, trên thăc tà trong m¿ng tinh thể luôn luôn tãn t¿i các lo¿i khuyÃt tÃt khác nhau nh° các vùng khuyÃt ion hay các t¿p chÃt xen vào nên trong vùng cÃm tãn t¿i mát sá mćc năng l°āng cho phép Các mćc năng l°āng này đóng vai trò là tâm bÁy đián tÿ ho¿c bÁy lß tráng (tâm tái hāp) Trên giÁn

đã năng l°āng trình bày ç Hình 1.1 (đây là mô hình đ¢n giÁn nhÃt) tãn t¿i mát tâm bÅt đián tÿ và mát tâm tái hāp (hay tâm phát quang)

Hình 1.1 Cấu trúc vùng năng lượng và các quá trình dịch chuyển

Từ Hình 1.1, ta thÃy să hình thành và vÃn chuyển cąa các h¿t tÁi đián đ°āc dißn ra theo các quá trình nh° sau:

(1) Quá trình ion hoá

(2), (5) Quá trình bÁy electron và lß tráng

(3) Quá trình giÁi thoát đián tÿ ra khßi bÁy bằng nhiát

(4) Quá trình kÃt hāp giāa electron và lß tráng vãi să phát ra photon ánh sáng

Khi chiÃu x¿ bçi các tia bćc x¿ (tia UV, tia-X, ´, n¢tron&) vào vÃt liáu thì bćc x¿ ion hóa đ°āc hÃp thă trong vÃt liáu sÁ t¿o ra các h¿t tÁi đián là các đián tÿ và lß tráng tă do Sá h¿t tÁi đián sinh ra tß lá vãi năng l°āng mà vÃt liáu hÃp thă Đái vãi s¢ đã vùng năng l°āng, các đián tÿ sau khi nhÃn đ°āc năng l°āng cąa bćc x¿ ion hóa chuyển từ vùng hóa trá lên vùng dÁn và chuyển đáng tă do trong vùng này (b°ãc 1) Đián tÿ và lß tráng tă do có thåi gian sáng rÃt ngÅn, chúng lÃp tćc bá bÅt vào các tâm bÁy t°¢ng ćng (b°ãc 2 và 5) Lúc này mÁu ç tr¿ng thái kích thích, nÃu chiÃu mÁu vãi nguãn nhiát đá thích hāp, đián tÿ bá bÁy có thể nhÃn đ°āc năng l°āng đą để thoát ra khßi bÁy Sau khi thoát ra khßi bÁy chúng chuyển lên vùng dÁn (b°ãc 3) Thåi gian đián tÿ ç vùng dÁn rÃt ngÅn, chúng có xu thà chuyển vÅ tr¿ng thái cân bằng thông qua viác tái hāp vãi các lß tráng trên tâm tái hāp Quá trình tái hāp cąa đián tÿ và lß tráng xÁy ra kèm theo viác giÁi phóng năng l°āng d°ãi d¿ng photon ánh sánh nhìn thÃy (b°ãc 4) Hián t°āng phát ra ánh sáng do đ°āc chiÃu bằng nhiát đá thích hāp đ°āc gãi là hián t°āng TL

CÃu trúc vùng năng l°āng thăc tà phćc t¿p h¢n nhiÅu bçi nó không chß tãn t¿i mát mćc bÁy đián tÿ và mát mćc bÁy lß tráng nh° Hình 1.1 mà nó có nhiÅu các mćc bÁy khác nhau nh° trình bày trên Hình 1.2: C là mćc bÁy electron gÅn phía đáy cąa vùng dÁn, nó là các mćc bÁy nông, không bÅn ngay ç nhiát đá môi tr°ång do đó đián tÿ dß dàng thoát ra khßi bÁy D là mćc bÁy trung bình và đóng vai trò là các bÁy đo liÅu chính, đián tÿ trong mćc bÁy này đ°āc giÁi phóng khi đ°āc kích thích bằng nhiát đá phù hāp E là các mćc bÁy sâu, đián tÿ bá bÅt ç đây chß có thể thoát ra khi đ°āc nung vãi nhiát đá cao B là mćc bÁy lß tráng sâu và F là bÁy lß tráng đóng vai trò là là tâm tái hāp cąa đián tÿ và lß tráng hay chính là tâm phát quang Ngoài ra các quá trình chuyển đáng cąa đián tÿ và lß tráng cũng phćc t¿p h¢n nhiÅu chć không đ¢n giÁn nh° mô hình mát bÁy mát tâm

Hình 1.2 Cấu trúc vùng năng lượng thực tế gồm nhiều bẫy điện tử và lỗ trống

Trong tr°ång hāp đián tÿ và lß tráng tă do tái hāp trăc tiÃp, năng l°āng đ°āc giÁi phóng ra d°ãi d¿ng bćc x¿ sóng đián từ (photon) Cũng có thể xÁy ra tr°ång hāp mát phÅn năng l°āng đ°āc giÁi phóng ra đ°āc dùng để kích thích mát tâm huỳnh quang (tâm này có thể trùng vãi tâm tái hāp) Tâm huỳnh quang hãi phăc (trç vÅ tr¿ng thái c¢ bÁn) bằng cách phát x¿ ánh sáng Tuy nhiên, trong các chÃt bán dÁn ho¿c đián môi các h¿t tÁi đián có thể bá bÁy t¿i các mćc năng l°āng trong vùng cÃm: các đián tÿ bá bÁy trên bÁy T và các lß tráng bá bÁy trên tâm tái hāp R chuyển dåi (2) trong Hình 1.3

Hình 1.3 Mô hình TL đơn giản gồm 2 māc đối với điện tử và lỗ trống

Tóm l¿i, khi có să đÁo mÃt đá từ tr¿ng thái cân bằng nhiát đáng sang tr¿ng thái nÿa bÅn và hãi phăc c°ÿng bćc nhiát vÅ tr¿ng thái cân bằng ban đÅu thì nhiát phát quang xÁy ra

Xác suÃt p tính trong mát đ¢n vá thåi gian để giÁi phóng mát đián tÿ khßi bÁy ç nhiát đá T tuân theo ph°¢ng trình Arrhenius [17]

1

exp( ) (1.1) Vãi E là đá sâu cąa bÁy hay năng l°āng cÅn thiÃt để giÁi phóng mát đián tÿ từ bÁy lên vùng dÁn (xem Hình 1.1); T là nhiát đá tuyát đái, k = 8,61710-5 eV/K là hằng sá Boltzmann; sá h¿ng s đ°āc gãi là thừa sá tÅn sá ho¿c tÅn sá thoát, trong mô hình đ¢n giÁn, s đ°āc xem là mát hằng sá (không phă thuác nhiát đá) vãi mát giá trá vào bÃc tÅn sá dao đáng m¿ng, nghĩa là vào khoÁng 1010 ø 1014

s-1 Vãi s = 1010 s-1 să phă thuác cąa thåi gian sáng cąa đián tÿ trên bÁy  theo E và t thể hián trên BÁng 1.1

Bảng 1.1 Sự phụ thuộc cÿa  vào E và t [17]

0C

0,75 13 ngày 9,1 phút 0,94 s 9,7 ms 270  s 1,00 9200 năm 125 ngày 37 phút 3,1 s 43 ms 1,25 8,6.1011 năm 8,6.104 năm 61 ngày 24 phút 6,8 s 1,50 2,2.1017năm 4,9.1010năm 401 năm 7,6 ngày 18 phút

NÃu đá sâu cąa bÁy E >> kt0, vãi t0là nhiát đá cąa vÃt liáu khi chiÃu x¿, thì các đián tÿ bá bÁy sÁ tãn t¿i trong mát thåi gian dài trên bÁy, kÃt quÁ là sau khi ph¢i chiÃu sÁ vÁn tãn t¿i mát l°āng đáng kể các đián tÿ bá bÁy

Do mćc Fermi (EF) cân bằng nằm d°ãi mćc T và trên mćc R, nên các đián tÿ và lß tráng bá bÅt ç các mćc bÁy này t°¢ng ćng vãi mát tr¿ng thái không cân bằng Quá trình trç vÅ tr¿ng thái cân bằng luôn luôn có thể xÁy ra, nh°ng tác đá phăc hãi đ°āc xác đánh bçi ph°¢ng trình (1.1) là chÃm Do đó, tr¿ng thái không cân bằng là giÁ bÅn và sÁ tãn t¿i trong mát khoÁng thåi gian nhÃt đánh, bá chi phái bçi các tham sá tác đá E và s

Quá trình trç vÅ tr¿ng thái cân bằng có thể đ°āc tăng tác bằng cách tăng nhiát đá cąa vÃt liáu lên cao h¢n T0 Viác này sÁ làm tăng xác suÃt thoát khßi bÁy và các đián tÿ sÁ đ°āc giÁi phóng từ bÁy vào vùng dÁn Các h¿t tÁi đián di chuyển trong vùng dÁn cąa tinh thể cho đÃn khi bá tái hāp ç tâm tái hāp R Trong mô hình đ¢n giÁn, tâm tái hāp này là mát tâm huỳnh quang Să tái hāp cąa đián tÿ và lß tráng làm cho tâm này phát ra các l°āng tÿ ánh sáng - đó chính là hián t°āng TL C°ång đá TL - ký hiáu là I(T), tính bằng sá l°āng photon ánh sáng ghi nhÃn đ°āc trên giây (sá đÃm/s, signal/s hay count/s) ç thåi điểm t bÃt kì và tß lá vãi tác đá tái hāp cąa đián tÿ và lß tráng t¿i R [18]

1.2 MàT Sà ĆNG DĂNG CĄA VÂT LIàU NHIàT PHÁT QUANG

1.2.1 Đo liÁu bąc x¿

Đo liÅu bćc x¿ (còn gãi là đánh liÅu bćc x¿ - Radiation dosimetry) - là phép đo, tính toán và đánh giá l°āng bćc x¿ ion hóa đã hÃp thă bçi c¢ thể con ng°åi (liÅu cá nhân), hÃp thă trong môi tr°ång hay vÃt liáu Viác đo đ°ång

cong TL (TL flow curve) cho phép ta tính đ°āc liÅu bćc x¿ mà vÃt liáu đã hÃp thă Các vÃt liáu thể hián tính chÃt TL th°ång đ°āc ćng dăng để làm vÃt liáu chính trong đo liÅu bćc x¿ (gãi tÅt là liÅu kà TL - TLD) Vãi °u điểm nhß gãn, đá nh¿y cao, ít cháu tác đáng cąa môi tr°ång và khÁ năng l°u giā thông tin tát, TLD là lăa chãn hàng đÅu cho các ćng dăng trong đo liÅu y tÃ, đo liÅu cá nhân và môi tr°ång TLD có thể ç rÃt nhiÅu d¿ng khác nhau, phă thuác vào đái t°āng sÿ dăng

1.2.2 Tính tuãi khÁo cã

Xác đánh tuåi là mát trong nhāng nhu cÅu c¢ bÁn th°ång đ°āc đ¿t ra trong khÁo cå và đáa chÃt Trên thăc tà không có mát ph°¢ng pháp nào có khÁ năng tính tuåi cąa mãi lo¿i đái t°āng Tuy nhiên, să tãn t¿i cąa môi tr°ång phóng x¿ tă nhiên chính l¿i là mát yÃu tá rÃt quan trãng để từ đó các nhà khoa hãc tìm ra nhiÅu c¢ chà khác nhau có thể sÿ dăng để tính tuåi khÁo cå, trong đó ph°¢ng pháp tính tuåi bằng TL đang rÃt đ°āc chú ý

Nguyên tÅc c¢ bÁn cąa viác ćng dăng TL trong đánh tuåi là: Mãi vÃt trên Trái ĐÃt dù muán dù không đÅu bá chiÃu x¿ từ bên ngoài (vãi mát liÅu l°āng đą nhß để có thể tãn t¿i đ°āc) bçi các tia vũ tră Ngoài ra, nÃu là g¿ch ngói (đ°āc làm từ đÃt sét) thì vÃt liáu còn bá chiÃu x¿ từ bên trong Trong đÃt sét bao giå cũng có nhāng nguyên tá phóng x¿ nh° 238U, 232Th và 40K m¿c dù nãng đá cąa chúng rÃt nhß, cÿ vài phÅn ppm (phÅn triáu) D°ãi tác dăng cąa chiÃu x¿, các đián tÿ và lß tráng bá bÅt t¿i các bÁy và theo thåi gian (tuåi cąa công trình) nãng đá các đián tích bá bÁy đ°āc tích lũy dÅn lên Bằng cách đo c°ång đá phát quang cąa mÁu (g¿ch, ngói, gám) ta suy ra liÅu phóng x¿ mà mÁu đã hÃp thă trong suát tuåi thã cąa nó [17]

1.3 MàT SÔ VÂN ĐÄ LIÊN QUAN ĐÂN NHIàT PHÁT QUANG

1.3.1 Ành h°ång căa tßc đß gia nhiát

Các phép đo nghiên cću TL có khoÁng nhiát đá đo rÃt ráng từ nhiát đá phòng đÃn 600 °C Tuy nhiên trong đo liÅu, tùy theo lo¿i liÅu kÃ, khoÁng nhiát đá đo chß thăc hián trong vùng nhiát đá liên quan đÃn đßnh chính (còn gãi là đßnh đo liÅu – Dosimetric peak)

Tùy thuác vào măc đích nghiên cću, ta có thể chãn tác đá gia nhiát [ký hiáu là  - là nhiát đá trên thåi gian (oC/s)] khác nhau Vãi măc đích đánh giá các thông sá đáng hãc, phép đo cÅn có tác đá gia nhiát thÃp, khoÁng từ 1 °C/s đÃn 2 °C/s để cho nhiát đá cąa mÁu nghiên cću và nhiát đá thăc gÅn bằng nhau

NÃu măc đích là đo liÅu, thì tác đá phÁi đą lãn để không xÁy ra hián t°āng fading nhiát (suy giÁm tín hiáu do nhiát đá) trong quá trình đo Thông thừång để xác đánh liÅu hÃp thă thì tác đá gia nhiát khoÁng 10 °C/s tùy thuác vào vÃt liáu Hình 1.4 cho thÃy d¿ng cąa các đ°ång cong thay đåi theo tác đá gia nhiát Tác đá gia nhiát tăng thì nhiát đá đßnh cũng tăng theo, tćc là đßnh dách vÅ phía nhiát đá cao, đãng thåi c°ång đá đßnh cũng tăng lên

Hình 1.4 Sự phụ thuộc cÿa đường cong TL theo tốc độ gia nhiệt 

Dăa vào kÃt quÁ đo thay đåi tác đá gia nhiát, đá sâu bÁy có thể tính theo công thćc:

Ph°¢ng pháp thay đåi tác đá gia nhiát: Khi tác đá gia nhiát ³ thay đåi thì nhiát đá Tmcąa đßnh cũng thay đåi Tác đá gia nhiát lãn h¢n gây ra să dách

T vÅ phía nhiát đá cao h¢n (xem Hình 1.5)

Hình 1.5 Sự thay đổi nhiệt độ Tm cÿa đỉnh TL khi thay đổi tốc độ gia nhiệt

Ph°¢ng pháp sÿ dăng hai tác đá gia nhiát đã đ°āc Sooner và Franklin tính toán nh° sau:

1.3.2 Ành h°ång căa lo¿i bąc x¿ lên đ°ãng cong nhiát phát quang

1.3.2.1 Hình thành đường cong nhiệt phát quang

VÅ ph°¢ng dián thăc nghiám cąa hián t°āng TL thì phép đo c¢ bÁn nhÃt là phép đo đ°ång cong phát quang cąa vÃt liáu Đó là đ°ång cong biểu dißn să thay đåi cąa c°ång đá phát quang vÃt liáu theo nhiát đá cąa mÁu (đ°ång TL) [17, 18]

C°ång đá phát quang t¿i mát thåi điểm bÃt kỳ t là I(t), tß lá vãi tác đá tái hāp cąa lß tráng và electron t¿i tâm tái hāp RC (ç đây ta giÁ thiÃt tâm tái hāp là bÁy lß tráng RC) NÃu gãi n là nãng đá đián tÿ bá bÁy thì:

0 

(1.5) Trong đó: T0 là nhiát đá ban đÅu cąa mÁu (oC); ³ là tác đá gia nhiát (oC/s)

Từ công thćc (1.5), ta có: 1=

(1.6) Thà dt vào (1.4), ta thu đ°āc:

Hình 1.6 Giải thích sự hình thành đường cong nhiệt phát quang

Hình 1.6a biểu dißn să phă thuác cąa xác suÃt thoát khßi bÁy theo nhiát đá Từ mát nhiát đá đÅu xác đánh Ti, xác suÃt thoát khßi bÁy có nhiát đá khác không đáng kể và tăng dÅn theo nhiát đá ĐÃn nhiát đá Tf và lãn h¢n thì mãi đián tích bá bÅt giā t¿i bÁy đÅu có xác suÃt thoát bÁy bằng 1, điÅu đó có nghĩa là mãi bÁy đÅu tráng khi nhiát tćc thåi cąa mÁu lãn h¢n Tf

Hình 1.6b trình bày nãng đá đián tÿ t¿i bÁy Khi nhiát đá tăng sá đián tích t¿i bÁy giÁm dÅn và bằng 0 khi đ¿t nhiát đá Tf

Hình 1.6c biểu dißn să phă thuác cąa c°ång đá phát quang theo nhiát đá Ta thÃy t¿i nhiát đá Tm c°ång đá phát quang đ¿t căc đ¿i và bÅt đÅu giÁm dÅn khi sá đián tích t¿i bÁy bÅt đÅu giÁm và bằng 0 t¿i nhiát đá Tf

Từ đ°ång TL cung cÃp cho ta các thông tin cÅn thiÃt nh° sau:

- Biên đá căc đ¿i Im cąa c°ång đá phát quang Giá trá này có quan há vãi nãng đá ban đÅu n0 cąa đián tích bá bÅt t¿i bÁy

- Nhiát đá Tm t¿i đó c°ång đá là căc đ¿i Giá trá này liên quan đÃn đá sâu năng l°āng cąa bÁy Năng l°āng càng lãn thì Tm càng lãn và ng°āc l¿i - Hình d¿ng cąa đ°ång cong TL

Trong thăc tÃ, đ°ång cong phát quang có thể có h¢n mát đßnh phát quang khi tinh thể có h¢n mát bÁy và mát trong sá đßnh có thể có să chãng chÃp lên nhau Nh°ng trong thí nghiám khi đo c°ång đá phát quang ta chß có thể thu cùng mát lúc đãng thåi tÃt cÁ să phát quang cąa mãi đßnh nên đ°ång cong có d¿ng là đ°ång tång hāp cąa các đßnh nên có d¿ng phćc t¿p Vì vÃy, trong đo liÅu bằng bát TL, mát trong nhāng điÅu kián cÅn l°u ý là ta phÁi chãn đ°āc vÃt liáu có đ°ång cong phát quang đ¢n giÁn nhÃt có thể tránh să chãng chÃp đßnh để thu đ°āc tín hiáu chính xác Đá ráng và d¿ng cąa đ°ång cong phát quang cũng phă thuác vào đá nh¿y ánh sáng cąa thiÃt bá, các màng lãc giāa mÁu, máy đo và bá nâng nhiát Ví dă mát sá d¿ng đ°ång cong TL cąa các chÃt TL khác nhau đ°āc trình bày trong Hình 1.7

Hình 1.7 Một số mẫu đường cong TL tiêu biểu: (a) LiF:Mg,Ti; (b) LiF:Mg,Cu,P; (c) CaF2:Mn; (d) CaF2:Dy; (e) Al2O3:C; (f) CaSO4:Dy

1.3.2.2 Phép tính từ đường cong nhiệt phát quang

Trong phép đo liÅu TL hián nay, mát trong nhāng kÃt quÁ ta thu đ°āc từ máy đãc đó chính là đ°ång cong TL đ°āc biểu dißn trên trăc thåi gian Trong thăc nghiám, máy đãc sÁ giā tác đá gia nhiát không đåi trong suát quá trình đo, khi đó nhiát đá và thåi gian tß lá vãi nhau, vì vÃy c°ång đá TL cũng có thể biểu dißn là mát hàm theo thåi gian Từ đ°ång cong TL này, trong các máy đãc ngày nay th°ång đ°āc tích hāp xÿ lý tính toán sá photon phát x¿ từ chÃt TL, ph°¢ng pháp tính toán này đ°āc dăa theo hàm Ф(t) biểu dißn tång sá photon phát x¿ ghi nhÃn đ°āc và nó cũng chính là dián tích bên d°ãi cąa đ°ång cong phát quang [17, 19]

Theo c¢ chà TL, máy đãc ghi nhÃn đ°āc là sá photon phát ra Do đó, c°ång đá phát quang ghi đ°āc chính là sá photon phát x¿ trong mát đ¢n vá thåi gian (phù hāp vãi đánh nghĩa c°ång đá phát quang khi giÁ thiÃt mãi să tái hāp đÅu phát quang) Từ ý trên chß ra đ°āc mái liên há giāa hàm Ф(t) và c°ång đá phát quang I(t) nh° sau :

 t =tI t dt

(1.8) Vãi: Ф(t) là tång sá photon phát x¿; I(t) là c°ång đá phát quang theo thåi gian (photon/s)

Đái vãi đ°ång cong có nhiÅu đßnh phát quang, ta chãn đßnh đo liÅu t°¢ng ćng vãi bÁy ån đánh th°ång ç đßnh có nhiát đá cao vừa phÁi để tránh să Ánh h°çng do nhiát đá phòng và không quá cao gây nhißu hãng ngo¿i từ buãng nung nhiát, còn các đßnh ç nhiát đá thÃp kém ån đánh ng°åi ta th°ång lo¿i bß chúng bằng cách xóa nhiát Ph°¢ng pháp xóa nhiát đ°āc thăc hián trên máy đãc TL, nghĩa là máy chß chãn tính phÅn dián tích cąa đßnh đo liÅu trong khoÁng biÃn thiên nhiát đá xung quanh nhiát đá đßnh phát quang BiÃn thiên nhiát đá cũng chính là biÃn thiên theo thåi gian t°¢ng ćng vãi nhiát đá đó Lúc này, tång sá photon phát ra sÁ đ°āc lÃy tích phân cąa c°ång đá phát quang trong khoÁng thåi gian biÃn thiên cąa đßnh đo liÅu

1.3.3 Yêu cÁu đáp ąng liÁu tuy¿n tính căa vÁt liáu làm liÁu k¿

Các đ°ång cong TL phă thuác vào vÃt liáu nÅn, nãng đá ion đÃt hiÃm pha t¿p và các nguãn chiÃu x¿ că thể nh° tia ³, tia ´ ho¿c n¢tron Các nguyên tá đÃt hiÃm (RE) đ°āc đ¿c tr°ng bçi lãp đián tÿ ch°a đ°āc lÃp đÅy 4f Do să khác nhau vÅ cÃu trúc lãp vß đián tÿ cąa các nguyên tÿ nên chúng khác nhau vÅ tính chÃt vÃt lý, đ¿c biát là să hÃp thă và bćc x¿ năng l°āng Bên c¿nh đó, các nguyên tá đÃt hiÃm có tiÃt dián bÅt n¢tron và hÃp thă năng l°āng bćc x¿ khá lãn Vãi să thay đåi các lo¿i ion RE trong vÃt liáu TL, ng°åi ta có thể đ¿t đ°āc các đá nh¿y khác nhau cho các TLD dùng để đo liÅu bćc x¿ Ngoài ra các nghiên cću gÅn đây cho thÃy, mát sá các hāp chÃt fluoride pha t¿p vãi các ion đÃt hiÃm có tính chÃt TL rÃt nh¿y Vì vÃy, viác nghiên cću cąa các hāp chÃt fluoride gadolinium pha t¿p vãi ion RE là lo¿i vÃt liáu đo liÅu đÅy hća hẹn VÃt liáu có tính chÃt TL thích hāp sÁ đ°āc ćng dăng làm liÅu kà để đo liÅu bćc x¿, để lăa chãn mát vÃt liáu sÿ dăng làm liÅu kà đòi hßi phÁi nghiên cću nhiÅu tính chÃt cąa nó nh° đá tuyÃn tính, khoÁng đo liÅu, đáp ćng năng l°āng, să ån đánh cąa thông tin đ°āc l°u trā, tính đẳng h°ãng, Ánh h°çng cąa môi tr°ång & Ngoài ra, các c¢ chà tái hāp đián tÿ - lß tráng và khÁ năng ćng dăng cho đo liÅu cũng cÅn đ°āc nghiên cću chi tiÃt Đáp ćng cąa mßi lo¿i vÃt liáu TL phă thuác mát cách khác nhau vào năng l°āng cąa tia chiÃu x¿ và hÅu nh° các vÃt liáu đÅu có đáp ćng phi tuyÃn tính đái vãi liÅu cao Để vÃt liáu có thể ćng dăng trong các nghiên cću đo liÅu, thì vÃt liáu TL phÁi có đ°ång đáp ćng cąa tín hiáu nhiát phát quang tỷ lá tuyÃn tính vãi liÅu chiÃu trong khoÁng liÅu chiÃu x¿ th°ång sÿ dăng Các mÁu đ°āc chiÃu theo liÅu khác nhau sau đó thăc hián phép

đo TL trong cùng mát điÅu kián và các thông sá đo phÁi giáng nhau Từ đó nghiên cću và so sánh đ°ång cong cąa các mÁu theo liÅu chiÃu

1.4 MàT Sà Đ¾I L¯ĀNG VÀ Đ¡N Và DÙNG TRONG ĐàNH LIÄU

1.4.1 LiÁu h¿p thā D

LiÅu hÃp thă D (Absorbed dose) là đ¿i l°āng đánh giá mćc đá hÃp thă l°āng bćc x¿, đ°āc đánh nghĩa là phÅn năng l°āng d đ°āc hÃp thă trong mát đ¢n vá khái l°āng vÃt chÃt [20]

D = dε

dm (1.9) Trong đó: dε là năng l°āng trung bình mà bćc x¿ ion hóa truyÅn cho vÃt chÃt trong mát thể tích nguyên tá, dm là khái l°āng vÃt chÃt cąa thể tích đó

Đ¢n vá liÅu hÃp thă trong há SI là Gray (Gy) Mát Gy bằng năng l°āng 1 June truyÅn cho 1 kg vÃt chÃt Đ¢n vá cũ cąa liÅu hÃp thă là rad (Radiation absorbed dose) vãi 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad

SuÃt liÅu hÃp thă là liÅu hÃp thă tính trong mát đ¢n vá thåi gian, đ°āc tính bằng tß sá:

= dDdtD

(1.10) Vãi dD là să thay đåi cąa liÅu hÃp thă trong khoÁng thåi gian dt (Gy/s ho¿c Gy/min) [20]

1.4.2 LiÁu t°¢ng đ°¢ng

LiÅu t°¢ng đ°¢ng (Equivalent dose - HT,R) - còn gãi là t°¢ng đ°¢ng liÅu, là đ¿i l°āng dùng để đánh giá liÅu bćc x¿ trong mát tå chćc mô/c¢ quan cąa c¢ thể ng°åi và đ°āc xác đánh nh° sau [21]:

HT,R = DT,R× W (1.11) RTrong đó: DT,R là liÅu hÃp thă do lo¿i bćc x¿ R gây ra, lÃy trung bình trên c¢ quan ho¿c tå chćc mô T; WR là trãng sá bćc x¿ cąa bćc x¿ lo¿i R (WR = 1 đái vãi bćc x¿ photon, đián tÿ)

Đ¢n vá cũ cąa liÅu t°¢ng đ°¢ng trong há SI là Rem (1 Rem = 0,01 J/kg) và đ¢n vá mãi là Sievert (Sv); 1 Sv = 100 Rem = 1 J/kg

SuÃt liÅu t°¢ng đ°¢ng (Equivalent dose rate) là liÅu t°¢ng đ°¢ng trên mát đ¢n vá thåi gian

dHH =

dt (1.12)

1.4.3 LiÁu hiáu dāng

LiÅu hiáu dăng (Effective dose - E) là tång liÅu t°¢ng đ°¢ng cąa từng mô nhân vãi trãng sá mô t°¢ng ćng tính cho tÃt cÁ các mô/c¢ quan trong c¢ thể, đ°āc xác đánh theo công thćc sau [21]:

E =õW H =õ õW ( W D ) (1.13) Trong đó: HT là liÅu t°¢ng đ°¢ng cąa mô T, WTlà trãng sá mô cąa mô T Tång đ°āc lÃy cho tÃt cÁ các mô/c¢ quan trong c¢ thể (õW =1T )

LiÅu hiáu dăng có đ¢n vá nh° liÅu t°¢ng đ°¢ng (J/kg) và đ°āc gãi là Sievert (Sv); 1 Sv = 1 J/kg

SuÃt liÅu hiáu dăng (Effective dose rate) là liÅu t°¢ng đ°¢ng trên mát đ¢n vá thåi gian (đ¢n vá đo là J/kg/s hay Sv/s)

E =• dE

dt (1.14) 1.4.4 T°¢ng đ°¢ng liÁu cá nhân

T°¢ng đ°¢ng liÅu cá nhân (Personal dose equivalent) Hp(d) - còn gãi là liÅu cá nhân t°¢ng đ°¢ng, là t°¢ng đ°¢ng liÅu trong mô mÅm nằm d°ãi mát điểm xác đánh cąa c¢ thể ng°åi t¿i đá sâu thích hāp d

Đái vãi bćc x¿ đâm xuyên yÃu, d = 0,07 mm đ°āc khuyÃn cáo để kiểm

soát liÅu da thì t°¢ng đ°¢ng liÅu cá nhân Hp(d) đ°āc viÃt là Hp(0,07) và d = 3 mm để kiểm soát liÅu thąy tinh thể cąa mÅt thì t°¢ng đ°¢ng liÅu cá nhân

Hp(d) đ°āc viÃt là Hp(3)

Đá sâu d = 10 mm đ°āc khuyÃn cáo đái vãi bćc x¿ đâm xuyên m¿nh (nh° n¢tron), t°¢ng đ°¢ng liÅu cá nhân Hp(d) đ°āc viÃt thành Hp(10) Trong lĩnh văc đánh liÅu cá nhân chiÃu ngoài, Hp(10) đ°āc coi nh° liÅu hiáu dăng toàn thân Hp(d) có thể đ°āc đo bằng mát liÅu kà đeo trên bÅ m¿t c¢ thể (th°ång đeo ç phía tr°ãc ngăc) và đ°āc bao phą bằng vÃt liáu t°¢ng đ°¢ng mô có đá dày thích hāp [21]

1.5 MàT Sà Đ¾C TR¯NG ĐàNH LIÄU CĄA VÂT LIàU CÄN KHÀO SÁT

1.5.1 Đß l¿p l¿i vÁ liÁu

Đá l¿p l¿i (Reproducibility) là mát trong nhāng đ¿c tr°ng c¢ bÁn cąa vÃt liáu TL Đ¿c tr°ng này giúp đánh giá să ån đánh cąa vÃt liáu sau nhiÅu lÅn đãc và đánh giá mćc đá gÅn nhau cąa các kÃt quÁ thu đ°āc cąa mát nhóm có n liÅu kà vãi cùng mát giá trá liÅu trong cùng mát điÅu kián đo liÅu Chß sá đá l¿p l¿i R là đ¿i l°āng đánh giá đá l¿p l¿i cąa TLD và phÁi thßa mãn công thćc sau [22, 23]:

R = SD+lN f 0,075 (1.15) Trong đó: �㕆�㔷 là đá lách chu¿n sau n lÅn thí nghiám; �㕁 là giá trá trung bình sau n lÅn thí nghiám; l là khoÁng tin cÃy cąa �㕆�㔷 sau n lÅn đo

1.5.2 Ng°ỡng liÁu căc tiểu

Ng°ÿng nh¿y (Detection threshold/ Limit of detection - LOD) cąa vÃt liáu TL hay giá trá liÅu thÃp nhÃt có thể đo đ°āc, là mát hàm tháng kê biÃn đåi cąa nhāng tín hiáu phông thu đ°āc từ nhāng mÁu vÃt liáu không đ°āc chiÃu (mÁu phông)

Theo tiêu chu¿n IEC 1066:1991, ng°ÿng liÅu căc tiểu phÁi thoÁ mãn điÅu kián nh° sau:

( α

t SD H ); vãi H = 0,1 mSv (1.16) Trong đó: α

t là phân vá mćc ý nghĩa α/2 và đ°āc tra từ bÁng phân bá Student vãi bÃc tă do (n-1); SD là đá lách chu¿n tÃp hāp phông nái t¿i cąa mÁu vÃt liáu

1.5.3 DÁi đáp ąng liÁu tuy¿n tính

Mát trong nhāng tiêu chí quan trãng nhÃt khi chà t¿o các vÃt liáu làm liÅu kà là să đáp ćng liÅu bćc x¿ cąa vÃt liáu và khoÁng tuyÃn tính cąa nó (Linearity response) Để kiểm tra đá chính xác cąa mÁu vÃt liáu ta phÁi xét mái quan há tuyÃn tính giāa mćc liÅu hÃp thă thăc mà vÃt liáu đã bá chiÃu vãi giá trá liÅu ta đo đ°āc từ vÃt liáu đó æ đây, ta xét chính là mái quan há giāa liÅu t°¢ng đ°¢ng thăc chiÃu vãi mćc liÅu đo đ°āc từ vÃt liáu

Đái vãi vÃt liáu TL, viác khÁo sát đá tuyÃn tính cąa chúng là cÅn thiÃt vÅ dÁi ho¿t đáng tin cÃy cąa vÃt liáu đó Đá tuyÃn tính cąa TL phÁi nhß h¢n ho¿c bằng 10%, thßa mãn công thćc sau [22, 23]:

0,9 f N ±lC f 1,1 (1.17)Trong đó: N là giá trá trung bình cąa n mÁu vÃt liáu ç mát mćc liÅu (mSv); C là giá trá liÅu chu¿n (mSv); llà đá ráng mát nÿa khoÁng tin cÃy cąa giá trá trung bình N trong ni phép đo

1.5.4 Să phā thußc căa liÁu bąc x¿ vào nng l°ÿng n¢tron

Đái vãi nguãn bćc x¿ n¢tron Am-Be: Có thể t¿o bćc x¿ n¢tron nhanh (nguãn Am-Be lúc đÅu chß phát ra n¢tron nhanh) và n¢tron nhiát nh° sau:

- Khi chiÃu x¿ mÁu vãi n¢tron nhanh thì mÁu đ°āc đ¿t t¿i vá trí chiÃu trong môi tr°ång không khí [nguãn đ°āc há tháng ròng rãc đ°a từ Container che chÅn (bằng vÃt liáu Paraffin) lên phía trên theo chiÅu thẳng đćng, cách sàn phòng thí nghiám khoÁng 1,2 m để chiÃu x¿ (nguãn ra khßi Container thì chß phát ra n¢tron nhanh) Khi đó, nguãn t¿o ra bćc x¿ n¢tron nhanh kèm theo bćc x¿ gamma t¿i vá trí chiÃu x¿ mÁu

- Tr°ång hāp mÁu chiÃu vãi thuÅn n¢tron nhiát (chß có n¢tron nhiát,

không có các bćc x¿ khác kèm theo) thì dùng tÃm làm chÃm PMMA dày h¢n 10 cm Sau đó thêm tÃm Bi để chÅn (lãc) bćc x¿ gamma Khi đó, nguãn t¿o ra

bćc x¿ thuÅn n¢tron nhiát (không có bćc x¿ gamma kèm theo) t¿i vá trí chiÃu mÁu

LiÅu phă thuác năng l°āng hÃp thă trong vÃt liáu còn tùy thuác vào cÃu trúc vÃt liáu mà bÁn chÃt cąa vÃt liáu K2GdF5:Tb có sá nguyên tÿ hiáu dăng (Zeff > 20) lãn h¢n sá nguyên tÿ hiáu dăng cąa mô c¢ thể ng°åi (Zeff≈ 7,4) nên nhằm đÁm bÁo đá chính xác trong đánh liÅu bćc x¿ n¢tron bằng vÃt liáu K2GdF5:Tb thì cÅn phÁi xác đánh thông sá đá phă thuác năng l°āng cąa vÃt liáu Trong điÅu kián thăc nghiám và thåi gian có h¿n nên luÃn văn chß khÁo sát să phă thuác cąa liÅu bćc x¿ đái vãi n¢tron nhiát và n¢tron nhanh

1.5.5 Đß tă chi¿u x¿ theo thãi gian khi l°u trā vÁt liáu

KhÁo sát mćc đá tă chiÃu x¿ (Self-irradiation) cąa vÃt liáu K2GdF5:Tb nhằm khÁo sát hián t°āng vÃt liáu K2GdF5:Tb bá chiÃu x¿ bãi các nguyên tá hay các tác nhân phóng x¿ có trong ho¿c bá lÁn vào các thành phÅn cÃu t¿o nên vÃt liáu (Impurity) Tiêu chu¿n đánh giá mćc đá tă chiÃu x¿ cąa vÃt liáu TL dăa trên công thćc sau

(N + l) - NBGf H; vãi H = 0,1 mSv (1.18)

Trong đó, N là giá trá trung bình tă chiÃu x¿ cąa n mÁu; NBG là phông giám sát t°¢ng tćng vãi khoÁng thåi gian l°u giā cąa mÁu vÃt liáu; l là mát nÿa giá trá tin cÃy cąa N

Đái vãi Hp(10) thì giá trá tă chiÃu x¿ không v°āt quá 0,1 mSv/tháng, giá trá đó tăng lên vãi cùng mát há sá tăng cąa thåi gian đánh giá mćc đá tă chiÃu x¿ Ví dă: khi thåi gian đánh giá là 2 tháng thì giá trá tiêu chu¿n tă chiÃu x¿ sÁ không đ°ãc v°āt quá 0,1 x 2 = 0,2 mSv Có nghĩa là giá trá Hp(10) theo tiêu chu¿n tă chiÃu x¿ H không đ°āc v°āt quá 0,2 mSv trong 2 tháng

1.5.6 Să suy giÁm tín hiáu TL theo thãi gian (fading)

Să suy giÁm tín hiáu (Fading) là să mÃt tín hiáu không mong muán hay là să giÁi phóng tuỳ ý nhāng electron (đián tÿ) ra khßi bÁy tr°ãc khi quá trình đãc đ°āc thăc hián Các quá trình nhiát ho¿c quang kích thích să giÁi phóng đián tÿ chính là nguyên nhân gây ra quá trình suy giÁm này Că thể h¢n, să suy giÁm tín hiáu là do nhiát đá Xác suÃt đián tÿ đ°āc giÁi phóng khßi các tâm bÅt do nhiát tuân theo phân bá Boltzman nh° sau [17]:

1p = = s.e

øø (1.19) Trong đó: p là xác suÃt thoát khßi bÁy cąa đián tÿ trong thåi gian mát giây (s-1); s là há sá liên quan đÃn khuyÃt tÃt m¿ng; E là đá sâu cąa bÁy (eV); k là hằng sá Boltzmann (k = 8,6.10-5 eV.K-1); T là nhiát đá cąa mÁu tính theo thang nhiát đá tuyát đái (K)

Thåi gian bán rã cąa bÁy này là T1/2, đây cũng là thåi gian bán rã cąa đßnh đ°ång cong phát x¿ t°¢ng ćng, nó đ°āc xác đánh là thåi gian để sá đián tÿ bá bÁy giÁm đi mát nÿa giá trá ban đÅu [24]:

1 E

Viác mÃt tín hiáu theo thåi gian là mát vÃn đÅ quan trãng trong ćng dăng cąa liÅu kà nên cÅn đ°āc xem xét mát cách kỹ càng để đánh rõ đ¿c tr°ng cąa từng lo¿i vÃt liáu TL Thông th°ång, viác nghiên cću fading đ°āc khÁo sát trong khoÁng từ 15 đÃn 30 ngày (02 tuÅn đÃn 01 tháng) là đą kÃt quÁ cho viác

xác đánh há sá fading, tuy nhiên vÃt liáu K2GdF5:Tb đ°āc chà t¿o mãi hoàn toàn nên thåi gian khÁo sát cÅn dài h¢n (90 ngày hay 3 tháng)

1.5.7 Tiêu chuẩn đánh giá các đ¿c tr°ng căa liÁu k¿

Tiêu chu¿n kỹ thuÃt đ°āc áp dăng để đánh giá các đ¿c tr°ng cąa TLD (vÃt liáu TL cũng ký hiáu là TLD – TL detector) dăa trên các tiêu chu¿n cąa Ąy ban Kỹ thuÃt đián quác tà (IEC) và các khuyÃn cáo cąa IAEA, ICRP Tiêu chu¿n kỹ thuÃt áp dăng đái vãi các liÅu kà cá nhân thă đáng TLD là IEC 1066:1991 ĐÃn nay tiêu chu¿n kỹ này cũng đã đ°āc chßnh sÿa và tái bÁn Tiêu chu¿n IEC 62387:2012 là tiêu chu¿n kỹ thuÃt cÃp nhÃt từ IEC 1066:1991 nh°ng mç ráng vÅ dÁi năng l°āng và các tính toán đá không bÁo đÁm đo (Uncertainty), v.v Viác đánh giá các đ¿c tr°ng cąa TLD trong luÃn văn sÁ sÿ dăng kÃt hāp hai tiêu chu¿n kỹ thuÃt này

- Tìm hiểu các đ¿i l°āng và đ¢n vá đo liÅu dùng trong an toàn bćc x¿ - Tìm hiểu mát sá đ¿c tr°ng chính cąa vÃt liáu TL

2.1.2 Trang thi¿t bá thí nghiám

Trong thí nghiám này sÿ dăng các thiÃt bá t¿i Vián NCHN, gãm có:

2.1.2.1 Hệ chiếu chuẩn nơtron Am-Be

Há chiÃu chu¿n n¢tron dùng nguãn đãng vá Am-Be đ°āc đ¿t t¿i Phòng

thí nghiám chu¿n liÅu bćc x¿ cÃp 3 (TSDL) (xem Hình 2.1), bao gãm:

- Container (Howitzer) chća nguãn hình tră bằng Paraffin có vß ngoài bằng nhôm, ç tâm chća mát thßi nguãn Am-Be (nguãn cũ và không rõ nguãn gác) vãi đ°ång kính 5,8 mm và cao 12,6 mm (c°ång đá phát là 5,6038.106 ± 6% n/s năm 2001, và giÁm còn 5,4181.106± 6% n/s năm 2022)

- Bàn chiÃu bằng sÅt thay đåi đá cao và di chuyển đ°āc trên ray dÁn h°ãng trong ph¿m vi cách nguãn từ 60 - 250 cm

- Khi chiÃu x¿, nguãn Am-Be đ°āc đ°āc đ°a lên phía trên bằng há tháng điÅu khiển tă đáng có dây ròng rãc [16]

Th°ång ng°åi ta dùng nguãn Am-Be để chiÃu chu¿n trong các phòng thí nghiám chu¿n liÅu bćc x¿, vì nguãn này có chu kỳ bán rã lãn (T½ = 432 năm) nên liÅu (hay suÃt liÅu) ån đánh theo thåi gian h¢n (suy giÁm chÃm h¢n)

Hình 2.1 Hệ chiếu chuẩn nơtron dùng nguồn Am-Be

2.1.2.2 Lò nung mẫu vật liệu

Đ¿c điểm: N11/H là lo¿i lò nung chuyên dăng để nung và ą mÁu cąa

- Lò nung có đáy gia nhiát đ°āc bÁo vá bằng tÃm SiC cháu nhiát - Nhiát đá đãng nhÃt lên đÃn +/−10ºC theo DIN 17052-1

- Cÿa xoay h°ãng xuáng song song có h°ãng dÁn (ng°åi dùng đ°āc bÁo vá khßi bćc x¿ nhiát)

- Cÿa chuyển đáng đám vãi bá giÁm chÃn/thanh cháng khí

- NTLog c¢ bÁn cho bá điÅu khiển Nabertherm: ghi dā liáu quá trình bằng å USB flash

- Bá điÅu khiển nhiát đá C540: 10 Ch°¢ng trình/20 b°ãc; Lên đÃn 2 chćc năng có thể cài đ¿t; Tùy chãn hiáu chu¿n (10 điểm c¢ bÁn); BÁng cÁm ćng; NTLog (Đãng hã thåi gian thăc); Cång kÃt nái USB

Thông sß kỹ thuÁt:

- Nhiát đá tái đa: 1280 oC - Dián tích buãng: 11 lít - Nguãn đián: 1 pha - Công suÃt: 3,6 kW - Trãng l°āng: 70 kg

- Kích th°ãc trong: 250 x 350 x 140 mm3 (R x S x C) - Kích th°ãc ngoài: 720 x 740 x 510 mm3 (R x S x C)