Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online

Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ-VẬT LÝ KĨ THUẬT

BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN - -

TP HỒ CHÍ MINH – 2015

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và thực hiện khóa luận “Phát triển bộ giao tiếp điện

tử cho hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online”, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện của quý thầy cô, gia đình và bạn bè

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

Tiến sĩ Võ Hồng Hải đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, động viên, cung cấp, truyền đạt những kiến thức mới và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận này

Thạc sĩ Nguyễn Quốc Hùng và chị Trần Kim Tuyết đã giúp đỡ, tận tình góp

ý trong suốt thời gian em thực hiện khóa luận

Thạc sĩ Trần Nguyễn Thùy Ngân đã dành thời gian đọc và đóng góp những ý kiến quý báu cho em trong khóa luận này

Quý thầy, cô trong Bộ môn Vật Lý Hạt Nhân, Khoa Vật Lý-Vật Lý Kỹ Thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Thành phố Hồ Chí Minh, đã giảng dạy cho chúng em những kiến thức nền tảng và chuyên môn trong quá trình học tập

Tập thể lớp 11VLHN và các bạn trong nhóm điện tử hạt nhân đã hỗ trợ trong quá trình làm khóa luận

Lời cuối cùng, con xin khắc sâu công ơn ba mẹ, gia đình đã nuôi dưỡng, dạy

dỗ và hỗ trợ để đạt được kết quả như ngày hôm nay

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2015

Vương Đức Phụng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ v

LỜI MỞ ĐẦU… 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ LIỀU LƯỢNG 3

1.1 Phóng xạ tự nhiên 3

1.1.1 Phóng xạ từ bức xạ vũ trụ 3

1.1.2 Phóng xạ tự nhiên trong đất 4

1.1.3 Phóng xạ tự nhiên trong nước 6

1.1.4 Phóng xạ tự nhiên trong không khí 7

1.1.5 Phóng xạ tự nhiên trong cơ thể con người 7

1.1.6 Phóng xạ tự nhiên trong thực phẩm 8

1.2 Phóng xạ nhân tạo 8

1.3 Liều lượng và đơn vị đo liều 9

1.3.1 Liều hấp thụ 9

1.3.2 Liều chiếu 10

1.3.3 Liều tương đương 11

1.3.4 Liều hiệu dụng 12

1.4 Giới hạn liều 13

1.5 Những nguy hiểm về phóng xạ 14

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ ĐO QUAN TRẮC PHÓNG XẠ

MÔI TRƯỜNG ONLINE 16

2.1 Hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online 16

2.2 Đầu dò đo liều Inspector+ 17

2.2.1 Độ rộng xung, phạm vi hoạt động và độ chính xác của Inspector+ 17

2.2.2 Mối liên hệ giữa tốc độ đếm và suất liều 18

2.3 Xây dựng bộ giao tiếp điện tử NI myRIO 19

2.3.1 Sơ đồ khối giao tiếp điện tử 19

2.3.2 Phần cứng thiết bị điện tử NI myRIO 21

2.3.3 Xây dựng chương trình nhúng LabVIEW 22

2.3.3.1 Khối điều khiển 23

2.3.3.2 Khối trigger & mã hóa 24

2.3.3.3 Khối tính toán suất liều 25

2.3.3.4 Khối bộ nhớ 27

2.3.3.5 Khối wifi 27

2.3.4 Giao diện giao tiếp LabVIEW với máy tính 28

2.3.5 Giao diện hiển thị của điện thoại thông minh 29

2.3.6 Giao diện hiển thị của máy tính bảng 30

2.3.7 Giao diện tự động cập nhật dữ liệu lên website 31

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HỆ ĐO VÀ KHẢO SÁT ĐO PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG 32

3.1 Đánh giá ghi nhận của hệ đo 32

3.1.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 32

3.1.2 Đánh giá tốc độ ghi nhận của hệ 32

3.2 Khảo sát phông phóng xạ môi trường 35

3.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 35

3.2.2 Kết quả khảo sát 36

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

PHỤ LỤC 40

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Lập trình đồ họa cho các thiết

bị

Port

Cổng giao tiếp mở rộng của thiết bị NI myRIO

của thiết bị NI myRIO

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Những hạt nhân phóng xạ phổ biến do bức xạ vũ trụ tạo ra 3

Bảng 1.2 Một số hạt nhân phóng xạ có trong đất đá trong một dặm vuông ở độ sâu 1 ft (1 ft = 0,3048 m) 6

Bảng 1.3 Hoạt độ nhân phóng xạ tự nhiên trong nước biển các đại dương (năm 1971) 6

Bảng 1.4 Một số hạt nhân phóng xạ tự nhiên chủ yếu có trong cơ thể người 7

Bảng 1.5 Hoạt độ phóng xạ của 40K và 226 Ra trong một số loại thức ăn 8

Bảng 1.6 Trọng số phóng xạ Wr của một vài loại bức xạ (ICRP-1990) 11

Bảng 1.7 Trọng số mô đặc trưng WT cho các mô trong cơ thể (1990) 13

Bảng 2.1 Số liệu tốc độ đếm và suất liều ……….….18

Bảng 3.1 Kiểm tra tần số phát và tần số nhận (độ rộng xung 100 µs)………….…33

Bảng 3.2 Kiểm tra tần số phát và tần số nhận (độ rộng xung 80 ns) 34

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ phân rã chuỗi Thori 4

Hình 1.2 Sơ đồ phân rã chuỗi Urani-Actini 5

Hình 1.3 Sơ đồ phân rã chuỗi Urani-Radi 5

Hình 1.4 Thang đo suất liều hấp thụ trên cơ thể người 15

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ đo phóng xạ môi trường online 16

Hình 2.2 Độ rộng xung của đầu dò đo liều Inspector+ 17

Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn suất liều theo tốc độ đếm 19

Hình 2.4 Sơ đồ chi tiết hệ đo phóng xạ môi trường online 19

Hình 2.5 Sơ đồ thuật toán của chương trình nhúng cho chip Xilinx Zynq-7010 20

Hình 2.6 Sơ đồ phần cứng thiết bị điện tử NI myRIO 21

Hình 2.7.(a và b) Chương trình nhúng LabVIEW cho chip Xilinx Zynq-7010 22

Hình 2.8 Hàm cài đặt thời gian (1a) 23

Hình 2.9 Hàm cập nhật thời gian lấy mẫu (1b) 24

Hình 2.10 Sơ đồ xử lý tín hiệu thành số đếm của khối trigger & mã hóa 25

Hình 2.11 Sơ đồ khối tính toán suất liều 25

Hình 2.12 Sơ đồ hàm tính giá trị lớn nhất, nhỏ nhất và trung bình của suất liều 26

Hình 2.13 Sơ đồ hàm cảnh báo suất liều 27

Hình 2.14 Sơ đồ liên hệ giữa hệ đo và các thiết bị khác 28

Hình 2.15 Giao diện hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online 28

Hình 2.16 Giao diện hiển thị của điện thoại thông minh 30

Hình 2.17 Giao diện hiển thị của máy tính bảng 30

Hình 2.18 Giao diện hiện thị suất liều trên website 31

Hình 3.1 Sơ đồ hệ đánh giá hệ đo sử dụng máy phát xung 32

Hình 3.2 Đồ thị mối liên hệ giữa tần số phát và tần số đo (độ rộng xung 100 µs) 33

Hình 3.3 Đồ thị mối liên hệ giữa tần số phát và tần số đo (độ rộng xung 80 ns) 34

Hình 3.4 (a) Sơ đồ bố trí hệ đo và (b) Hình thực tế 35

Hình 3.5 Đồ thị phóng xạ tại PTN Điện tử hạt nhân 36

Hình 3.6 Đồ thị phóng xạ tại PTN Chuyên đề 2 37

LỜI MỞ ĐẦU

Trái đất hình thành từ rất lâu, song song với sự hình thành đó có sự tồn tại của những đồng vị phóng xạ với trên 60 nhân phóng xạ được tìm thấy trong tự nhiên từ đất, đá, nước, cây cỏ và không khí, cùng với bức xạ vũ trụ Ngoài ra còn có một lượng không nhỏ các phóng xạ do con người tạo ra gọi là phóng xạ nhân tạo Ngày nay, thế giới chúng ta càng phát triển, khoa học kỹ thuật ngày càng được ứng dụng rộng rãi và mang tính toàn cầu Đặc biệt là kỹ thuật phóng xạ được ứng dụng rộng rãi hơn trong nhiều lĩnh vực như y tế, ngành công nghiệp, điện hạt nhân, vũ khí hạt nhân, hàng không… để phục vụ đời sống, nhu cầu thiết yếu của con người

Phóng xạ hạt nhân được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực dẫn đến rất nguy hiểm, ảnh hưởng đến sức khỏe con người nếu tiếp xúc mà không đảm bảo về các điều kiện an toàn Phông phóng xạ môi trường từ đó cũng có thể tăng lên do yếu

tố khách quan cũng như chủ quan từ con người Theo khuyến cáo của Ủy ban An toàn Bức xạ Quốc tế ICRP tính trung bình trong khoảng thời gian 5 năm liên tục, giới hạn liều cho nhân viên phóng xạ là 20 mSv/năm (tương đương 2,28 µSv/h), và

ở người dân là 1 mSv/năm (tương đương 0,114 µSv/h); trong đó, tính bất kỳ một năm, giới hạn liều cho nhân viên phóng xạ là 50 mSv/năm (tương đương 5,7 µSv/h)

và cho người dân là 5 mSv/năm (tương đương 0,57 µSv/h) [9] Vì vậy, việc nghiên cứu, đánh giá, kiểm soát phóng xạ môi trường nơi người dân sinh sống đặc biệt những nơi làm việc có liên quan đến phóng xạ hạt nhân là hết sức cần thiết

Vì vậy trong đề tài này, chúng tôi xây dựng một hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online Hệ đo cho phép ghi nhận liều lượng phóng xạ theo thời gian, biểu diễn đồ thị suất liều và cũng như lưu dữ liệu vào máy tính Hơn nữa, chúng tôi muốn xây dựng một website có thể tự động cập nhật dữ liệu đo liên tục (thông qua internet) nhằm tạo sự thuận tiện cho những người quan tâm, theo dõi kết quả về suất

NI myRIO (thiết bị NI myRIO) [12] và máy tính giao tiếp chương trình LabVIEW

thiết bị NI myRIO Để nhận tín hiệu xung này, chúng tôi xây dựng chương trình

nhúng LabVIEW FPGA và LabVIEW Real-Time vào thiết bị NI myRIO cho phép ghi nhận thông tin số đếm theo thời gian, điều khiển, tính toán suất liều và truyền

các dữ liệu đến máy tính thông qua wifi Trên máy tính sử dụng chương trình giao

tiếp LabVIEW có chức năng điều khiển thiết bị NI myRIO, vẽ đồ thị tốc độ đếm và

đồ thị suất liều theo thời gian, tự động cập nhật dữ liệu về suất liều liên tục lên website, cũng như lưu file thành dạng ASCII (file.csv) Bên cạnh đó, chúng tôi xây dựng biến chia sẻ cho các thiết bị ngoại vi như điện thoại thông minh, máy tính bảng, v.v…, kết nối vào thiết bị NI myRIO để xem số liệu của hệ đo Ứng dụng này của hãng National Instruments viết cho hệ điều hành android, windows phone, v.v…

Để đánh giá độ đáp ứng của hệ đo chúng tôi sử dụng máy phát xung với các tần số phát thay đổi từ Hz đến MHz Với hệ đo này, chúng tôi thực hiện khảo sát phông phóng xạ tại hai phòng thí nghiệm (PTN): (1) PTN Điện tử hạt nhân, (2) PTN Chuyên đề 2 thuộc Bộ môn Vật Lý Hạt Nhân, Khoa Vật Lý- Vật Lý Kỹ Thuật, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Thành phố Hồ Chí Minh

Nội dung khóa luận “Phát triển bộ giao tiếp điện tử cho hệ đo phóng xạ môi trường online” được trình bày theo 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về phóng xạ môi trường và định nghĩa về liều lượng Chương 2: Xây dựng hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online

Chương 3: Đánh giá hệ đo và khảo sát đo phóng xạ môi trường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG

VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ LIỀU LƯỢNG

1.1 Phóng xạ tự nhiên

Sự hình thành của Trái Đất song song cùng với sự tồn tại của các đồng vị phóng xạ trong môi trường tự nhiên, các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong các bức xạ vũ trụ, đất, nước, không khí, cơ thể con người cũng như trong thực phẩm hằng ngày Chúng tự phân rã và phát ra các tia α, β hoặc γ, các đồng vị phóng xạ tự nhiên thường có chu kì bán rã lớn

1.1.1 Phóng xạ từ bức xạ vũ trụ

Bức xạ vũ trụ (hay còn gọi là các tia vũ trụ) là bức xạ có nguồn gốc từ ngoài trái đất và chủ yếu được phát ra từ một số rất lớn các ngôi sao có trong vũ trụ Có hai loại tia vũ trụ: tia sơ cấp và tia thứ cấp

Tia sơ cấp: là những tia vũ trụ chưa tương tác với vật chất trong bầu khí quyển, vỏ trái đất và thủy quyển Chúng bao gồm các photon (≈85%), các hạt alpha (≈14%) và với một số ít hơn (<1%) các hạt nặng [4]

Tia thứ cấp: là những tia được tạo ra bởi sự tương tác của các tia vũ trụ sơ cấp trong khí quyển, bao gồm phần lớn các hạt như pion, muon và electron

Ba hạt nhân phổ biến nhất tồn tại do tương tác của bức xạ vũ trụ tạo ra là 3H,

7Be, 14C, chúng có thời gian sống tương đối dài được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Những hạt nhân phóng xạ phổ biến do bức xạ vũ trụ tạo ra [13]

Beryllium-7

giữa N và O

0,27 pCi/kg (0,01 Bq/kg) Carbon-14

(14C) 5730 năm Tương tác bức xạ vũ trụ, 14N(n,p)14C

6 pCi/g (0,22 Bq/g)

Th, 235U, 238U

Chuỗi Thori là kết quả phân rã từ 232Th, với chu kì bán rã là 1,4x1010 năm và đƣợc tìm thấy trong hầu hết các loại đất, đá, vật liệu xây dựng cũng nhƣ bê tông và gạch Chúng sẽ phân rã qua quá trình biến đổi thành đồng vị khác không bền và kết

212Pb là 239 keV, của 208Tl là 511 keV, 583 keV và 2614 keV, của 228Ac là 911 keV

và 969 keV [6]

Chuỗi Urani-Actini là kết quả phân rã của 235U, với chu kì bán rã là 7,47x108 năm Chúng phân rã qua quá trình biến đổi thành đồng vị hạt nhân khác không bền và kết thúc bằng đồng vị bền 207Pb

Hình 1.1 Sơ đồ phân rã chuỗi Thori [4]

Hình 1.2 Sơ đồ phân rã chuỗi Urani-Actini [4]

Chuỗi Urani-Radi là kết quả phân rã từ 238U, với chu kì bán rã là 4,5x109 năm, nhƣ Thori đƣợc tìm thấy trong hầu hết các loại đá, đất và vật liệu xây dựng Chúng phân rã qua quá trình biến đổi thành các đồng vị hạt nhân khác và kết thúc bằng

1120 keV và 1764 keV [6]

Hình 1.3 Sơ đồ phân rã chuỗi Urani-Radi [4]

Đồng vị Kali-40 không có chuỗi phân rã, trong đó chu kì bán rã là 1,28x109 năm Năng lượng tia gamma đặc trưng là 1461 keV

Một số hạt nhân phóng xạ khác có trong đất đá được trình bày như bảng 1.2

Bảng 1.2 Một số hạt nhân phóng xạ có trong đất đá trong một dặm vuông ở độ sâu

Bảng 1.3 Hoạt độ nhân phóng xạ tự nhiên trong nước biển các đại dương

Tất cả đại dương (Ci)

1.1.4 Phóng xạ tự nhiên trong không khí

Phóng xạ trong không khí do tro bụi các hạt nhân tạo nên, gồm nguồn từ vũ trụ, nguồn phóng xạ phát ra từ đất Phóng xạ phát ra từ đất, đá và nước trong tự nhiên khuếch tán và lan truyền trong không khí Các hàm lượng phóng xạ chủ yếu

1.1.5 Phóng xạ tự nhiên trong cơ thể con người

Cơ thể con người chứa các nguyên tố hóa học, vì vậy trong cơ thể con người

có các nhân phóng xạ khác nhau Bảng 1.4 trình bày một số nhân phóng xạ tự nhiên chính trong cơ thể người lớn nặng 70 kg

Bảng 1.4 Một số hạt nhân phóng xạ tự nhiên chủ yếu có trong cơ thể người [13]

Hạt nhân Tổng khối lượng đồng vị

tìm thấy trong cơ thể

Tổng hoạt độ đồng vị tìm thấy trong cơ thể

Lượng hấp thụ hằng ngày

1.1.6 Phóng xạ tự nhiên trong thực phẩm

Do các chất phóng xạ có mặt ở khắp mọi nơi trong tự nhiên nên trong đồ ăn thức uống hàng ngày có lượng phóng xạ trong đó Các hạt nhân phóng xạ phổ biến trong thực phẩm là Kali-40 (40K), Radi-226 (226Ra), Urani-238 (238U) và con cháu liên quan Bảng 1.5 trình bày hoạt độ phóng xạ của 40K và 226

Ra trong một số thức ăn

Bảng 1.5 Hoạt độ phóng xạ của 40K và 226Ra trong một số loại thức ăn [13]

Các vụ thử vũ khí hạt nhân: Rơi lắng sản phẩm của vũ khí hạt nhân là nguồn phóng xạ nhân tạo lớn nhất trong môi trường Từ khí quyển, các đồng vị phóng xạ

sẽ lắng đọng xuống địa cầu dưới dạng rơi lắng tại chỗ (12%), nằm trên tầng đối lưu (10%) và tầng bình lưu (78%) [3] Rơi lắng ở tầng bình lưu là rơi lắng toàn cầu và

sẽ gây nhiễm bẩn toàn cầu với hoạt độ thấp Trong khi hầu hết các đồng vị phóng xạ

sinh quyển toàn cầu Tổng lượng phóng xạ đã được đưa vào khí quyển qua các vụ thử vũ khí hạt nhân với 70% là 14C, các đồng vị khác 137Cs, 90Sr, 95Zr, và 106Ru chiếm phần còn lại

Y học hạt nhân: Người ta sử dụng tia X và các nguồn đồng vị phóng xạ để

Y, 153Sm, 89Sr, 192Ir, v.v…

Trong công nghiệp: Sử dụng các máy phát tia X và các nguồn đồng vị phóng

xạ cho việc kiểm tra các mối hàn, khoan lỗ, dò tìm nước ngầm, đánh dấu đồng vị nhân tạo để kiểm tra đập thủy điện, v.v…

1.3 Liều lượng và đơn vị đo liều [1]

1.3.1 Liều hấp thụ

a Định nghĩa

đơn vị khối lượng và là một tham số cơ bản trong bảo vệ phóng xạ

ht

E D

Đơn vị của liều hấp thụ là Gray: với 1 Gray (Gy) = 100 Rad

Đơn vị ngoại hệ là Radian: với 1 Rad = 100 erg/g

b Suất liều hấp thụ

Suất liều hấp thụ Pht là liều hấp thụ được tính trong một đơn vị thời gian

ht ht

D P

t





Trong đó Dht: liều hấp thụ trong khoảng thời gian t

Đơn vị của suất liều hấp thụ là W/kg hoặc rad/s hoặc Gy/s

Nếu suất liều hấp thụ là một hàm của thời gian, khi đó liều hấp thụ được tính thông qua công thức:

ht 0 ht

c Quan hệ giữa suất liều hấp thụ trong môi trường bất kỳ với suất liều hấp thụ trong không khí

các nguồn ở đúng khoảng cách đó và chiếu trong cùng khoảng thời gian ta có

Dkk=Itγz Khi đó ta có công thức xác định liều hấp thụ trong môi trường bất kì với bậc số nguyên tử Z, nếu biết liều hấp thụ trong không khí

để biến đổi thành động năng của hạt mang điện trong một đơn vị khối lượng của

C, 1 at)

ch

Q D

là Coulomb trên kilogam (C/kg), đơn vị ngoại hệ là Roentgen (R)

b Suất liều chiếu

Suất liều chiếu Pch là liều chiếu được tính trong một đơn vị thời gian

ch ch

DP

c Mối liên hệ giữa liều chiếu và liều hấp thụ trong không khí

là hệ số mà liều hấp thụ phải đƣợc nhận để tính đến sự tổn hại sinh học gây ra bởi

cho bảng 1.6

Bảng 1.6 Trọng số phóng xạ Wr của một vài loại bức xạ (ICRP-1990) [1]

Neutron, năng lƣợng < 10 keV

Neutron, năng lƣợng từ 10 keV tới 100keV

Neutron, năng lƣợng từ 100 keV tới 2 MeV

Neutron, năng lƣợng từ 2 MeV tới 20 MeV

Neutron, năng lƣợng > 20 MeV

b Liều tương đương

trong một tổ chức mô hoặc cơ quan của cơ thể người Liều tương đương là liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ r, nhân với trọng số phóng xạ

dt

J/Kg, rem hoặc Sievert (Sv) với 1 Sv = 100 rem

1.3.4 Liều hiệu dụng

Liều hiệu dụng (ký hiệu là E) là tổng liều tương đương của từng mô nhân với trọng số mô tương ứng tính cho tất cả các mô và cơ quan trong cơ thể, được xác định theo công thức sau:

cho ở bảng 1.7 Từ định nghĩa của liều tương đương, ta có

T r T,r r T T,r

xạ r Đơn vị của liều hiệu dụng là J/kg hoặc Sievert (Sv), 1 J/kg = 1 Sv

Cơ quan ICRP đã đề nghị các hệ số trọng số mô Các mô khác nhau nhận cùng một liều tương đương như nhau thì tổn thương sinh học cũng khác nhau Nghĩa là cùng một liều tác dụng lên các mô khác nhau, thì gây ra các tổn thương khác nhau, người ta đã đưa vào đại lượng đặc trưng của từng mô hoăc cơ quan gọi

là trọng số mô WT

Bảng 1.7 Trọng số mô đặc trưng WT cho các mô trong cơ thể (1990) [1]

mô được sử dụng để chỉ các nguy cơ tương đương của chiếu xạ cục bộ và chiếu xạ toàn thân [14]

Để nhấn mạnh khi áp dụng trọng số mô, người ta dùng thuật ngữ liều hiệu dụng Ví dụ: ICRP đã khuyến cáo là nên dùng trọng số mô bằng 0,05 trong trường hợp tuyến giáp Như vậy nếu tuyến giáp nhận một liều hấp thu gamma là 1000 mSv thì liều hiệu dụng tương đương là 50 mSv (0,5x1x1000)

Đối với công nhân: Theo khuyến cáo của ICRP (1991), thì mức liều đối với công nhân không nên vượt quá 50 mSv/năm và liều trung bình cho 5 năm không

được vượt quá 20 mSv Nếu một phụ nữ mang thai làm việc trong điều kiện bức xạ, thì giới hạn liều nghiêm ngặt hơn cần được áp dụng là 2 mSv Giới hạn liều được chọn để bảo đảm rằng, rủi ro nghề nghiệp đối với công nhân bức xạ không cao hơn rủi ro nghề nghiệp trong các ngành công nghiệp khác được xem là an toàn nói chung [14]

Đối với công chúng: Giới hạn liều đối với công chúng nói chung thấp hơn đối với công nhân ICRP (1991) khuyến cáo rằng giới hạn liều đối với công chúng không nên vượt quá 1 mSv/năm [14]

Đối với bệnh nhân: ICRP (1991) không có khuyến cáo giới hạn liều đối với bệnh nhân Ở nhiều cuộc chụp X quang, bệnh nhân phải chiếu liều cao hơn nhiều lần so với giới hạn liều cho công chúng Trong xạ trị, liều chiếu có thể tăng gấp hàng trăm lần so với giới hạn liều đối với công nhân Bởi vì liều xạ được dùng là để xác định bệnh và để chữa bệnh, nên hiệu quả của điều trị được xem là cần thiết hơn ngay cả khi phải dùng đến liều cao [14]

Nhờ có các tiêu chuẩn an toàn cao trong công nghiệp hạt nhân, những rủi ro bức xạ đối với công nhân được giữ ở mức thấp nhất

1.5 Những nguy hiểm về phóng xạ

Tùy theo mức độ tiếp xúc, các tia phóng xạ (alpha, beta, gamma, v.v…) có thể làm mất sự cân bằng của các nguyên tử nhẹ trong cơ thể Hiện tượng này được gọi là sự ion hoá (ionization) Nó làm xáo trộn các phản ứng hóa học cần thiết trong các nguyên tử của tế bào sống Các phân tử chứa những nguyên tử bị ion hóa

sẽ phản ứng lẫn nhau để tạo ra những chất độc hại cho cơ thể Một khi những phân

tử sống của các sinh vật (chẳng hạn như các phân tử protein hoặc amino-acid) bị tia phóng xạ tác động vào thì cấu trúc của các phân tử này sẽ bị phá vỡ, bị biến đổi và hoạt động bình thường của chúng bị ngưng trệ Tế bào sống sẽ bị hủy hoại, hoạt động xúc tác cho các phản ứng hóa học sẽ giảm hoặc mất đi, gây nên các bệnh ung thư và xáo trộn sự di truyền giới tính [14]

Nếu bị tác động bởi chất phóng xạ thì hoặc các màn bao bọc tế bào sống sẽ

bị vỡ tung và tế bào sẽ chết hoặc các tế bào sẽ phát triển bất bình thường, gây ra các

chứng bệnh liên hệ như ung thư da, ung thư gan, hoại huyết, ung thư não bộ, v.v Nếu trầm trọng, có thể đưa đến cái chết trong vòng một hoặc hai ngày Nhẹ hơn thì bị nôn mửa, đau ruột, tiêu chảy hoặc xáo trộn thần kinh, hư hại tủy xương sống, hồng huyết cầu và bạch huyết cầu bị hủy diệt, ung thư tuyến giáp trạng v.v Những trường hợp nhẹ hơn thì ăn uống không ngon, rụng tóc, xuất huyết nội, phỏng hoặc phù thủng Ảnh hưởng khi tiếp xúc lâu dài với chất phóng xạ là nguyên nhân của nhiều chứng bệnh ung thư Sự xáo trộn nhiểm sắc thể (thành phần của nhân của tế bào sống có chứa DNA) là nguyên nhân của việc sinh con bị dị tật [14] Hình 1.4 thể hiện thang đo suất liều hấp thụ trên cơ thể con người

Hình 1.4 Thang đo suất liều hấp thụ trên cơ thể người [11]

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ ĐO QUAN TRẮC PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG ONLINE

Trong chương này, chúng tôi trình bày xây dựng hệ quan trắc phóng xạ môi trường online Việc xây dựng hệ đo bao gồm xây dựng bộ giao tiếp điện tử giữa đầu

thoại thông minh, máy tính bảng và tự động cập nhật dữ liệu liên tục lên một website (thông qua internet)

2.1 Hệ đo quan trắc phóng xạ môi trường online

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ đo phóng xạ môi trường online

Hình 2.1 trình bày sơ đồ khối hệ đo phóng xạ môi trường online Thiết bị của

hệ đo gồm: (I) đầu dò đo liều Insepctor+, (II) bộ giao tiếp điện tử NI myRIO (thiết bị NI myRIO) và (III) máy tính

Geiger-Muller, hình thành ra xung tín hiệu chuẩn logic TTL, có dạng xung vuông với độ

tiếp điện tử NI myRIO Dữ liệu từ thiết bị NI myRIO truyền đến máy tính thông qua đường truyền wifi theo thời gian (online) và được lưu dữ liệu trong máy tính

Chúng tôi xây dựng chương trình nhúng LabVIEW FPGA và LabVIEW Real-Time cho bộ giao tiếp điện tử NI myRIO Thiết bị giao tiếp này có chức năng ghi nhận xung tín hiệu, hình thành số đếm tích lũy theo thời gian, lưu dữ liệu ghi nhận được và truyền lên máy tính thông qua wifi, tự động cập nhật vẽ đồ thị suất liều lên website, cũng như chức năng thiết lập thời gian đo, tiến hành đo (start), v.v

Để thiết lập các thông số điều khiển cũng như hiển thị, lưu trữ dữ liệu, chúng tôi xây dựng một giao diện giao tiếp LabVIEW với máy tính

2.2 Đầu dò đo liều Inspector +

Đầu dò đo liều Inspector+ [7] được sản xuất bởi hãng S.E.Internation, Inc, USA là thiết bị an toàn theo dõi bức xạ cầm tay, nhỏ, để phát hiện các bức xạ ở mức thấp Nó có thể đo được các bức xạ hạt nhân như alpha, beta, gamma và tia X Dựa

trên phút và cho phép quy đổi về suất liều mà nhà sản xuất đã đưa ra

Tính ứng dụng của thiết bị này dùng để:

 Phát hiện và đo nhiễm bẩn bề mặt

 Theo dõi khả năng phơi nhiễm phóng xạ khi làm việc với nguồn phóng xạ

 Tầm soát sự ô nhiễm môi trường

 Giúp phát hiện khí hiếm và nguồn bức xạ ở mức thấp khác

2.2.1 Độ rộng xung, phạm vi hoạt động và độ chính xác của Inspector +

oscilloscope để kiểm tra độ rộng xung Hình 2.3 cho thấy độ rộng xung của Inspector+ là ~100 µs, có dạng xung vuông, theo chuẩn logic TTL

Hình 2.2.Độ rộng xung của đầu dò đo liều Inspector+

2.2.2 Mối liên hệ giữa tốc độ đếm và suất liều

Dựa vào bảng số liệu của thiết bị đầu dò đo liều Inspector+ [7] do nhà sản xuất cung cấp như trong bảng 2.1, chúng tôi xây dựng đường chuẩn suất liều (µSv/h) theo tốc độ đếm (số đếm/phút) và đồ thị được biểu diễn ở hình 2.3

Bảng 2.1 Số liệu tốc độ đếm và suất liều [6]