NGHIÊN cứu CHẾ tạo LIỀU kế đo LIỀU PHÓNG xạ TÍCH lũy môi TRƯỜNG TRÊN nền CaSO4 PHA tạp các NGUYÊN tố đất HIẾM (RE) và tối ưu hóa CÔNG NGHỆ CHẾ tạo

Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, chế tạo các liều kế đo bằng nhiệt phát quang TLD dùng trong đo liều tích lũy môi trường, cụ thể là: - Nghiên cứu quy trình chế tạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

KHOA: KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ LỆ PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LIỀU KẾ ĐO LIỀU PHÓNG

TẠP CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM (RE) VÀ TỐI ƯU

HÓA CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHÓA: 2014 – 2018 Ngành: Sư phạm Vật Lí

Quảng Bình, 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

KHOA: KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ LỆ PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LIỀU KẾ ĐO LIỀU PHÓNG

TẠP CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM (RE) VÀ TỐI ƯU

HÓA CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHÓA: 2014 – 2018 Ngành: Sư phạm Vật Lí

GIẢNG VIÊN GƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN NGỌC

Quảng Bình, 2018

Đặc biệt với lòng biết ơn sâu sắc nhất em xin tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo PGS.TS Trần Ngọc đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Thầy đã luôn theo sát, động viên và hướng dẫn em; trang bị cho em những kiến thức hữu ích để em trưởng thành hơn; là nguồn động lực để em phấn đấu vươn lên trong học tập cũng như trong cuộc sống

Em xin cảm ơn thầy giáo Hoàng Sỹ Tài đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảo tận tình

em trong quá trình làm thực nghiệm Nhờ đó mà em có thể học hỏi được nhiều kinh nghiệm, nhiều hiểu biết trong khi làm đề tài này

Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, các bạn trong lớp Đại học sư phạm Vật Lí K56 và tất cả mọi người đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này

Khóa luận được thực hiện trong thời gian ngắn và kiến thức của em còn hạn chế nên khóa luận này không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô giáo và các bạn sinh viên để bài khoa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Quảng Bình, tháng 5 năm 2018

Sinh viên

Nguyễn Thị Lệ Phương

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Độ đâm xuyên của các tia 5

Hình 1.2: Tỷ lệ các bức xạ đóng góp trong phóng xạ tự 7

Hình 1.3: Tỷ lệ các bức xạ đóng góp trong ngôi nhà 7

Hình 1.4: Đáp ứng liều của các vật liệu TL 14

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo một hệ đo phổ nhiệt phát quang 18

Hình 1.6: Giản đồ pha hệ CaSO4.H2O 20

Hình 1.7: Giản đồ cấu trúc mức năng lượng của các ion đất hiếm hóa trị 3 24

Hình 2.1: Cân khối lượng Dy2O3 30

Hình 2.2: Lượng hơi H2SO4 được hút bằng tủ hút 30

Hình 2.3: Dung dịch đặc sệt lại thành bột 31

Hình 2.4: Nung sản phẩm ở nhiệt độ 700oC 31

Hình 2.4: Cho bột vào cối sứ để nghiền 32

Hình 2.6: Đóng gói sản phẩm 32

Hình 2.7 : Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu CaSO4:Dy (đo trên máy Simen D5500) 33

Hình 2.8: Đường cong tích phân của CaSO4:Dy 34

Hình 2.9: Sự phụ thuộc cường độ của đỉnh 220oC vào nồng độ Dy mẫu CaSO4:Dy 35

Hình 2.10 : Đường cong TL của mẫu CaSO4:Dy (chiếu xạ Gamma – tốc độ gia nhiệt 50C 36

Hình 2.11: Đáp ứng liều chiếu Gamma của mẫu CaSO4:Dy 37

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Độ giàu động vị của các nhân phóng xạ nguyên thủy 5Bảng 1.2: Công thức tính liểu chiếu ngoài của bức xạ gamma cho từng đối tượng 10 Bảng 1.3: Liều tương đương giới hạn cho từng đối tượng 10 Bảng 1.4: Suất liệu hiệu dụng hàng năm cho toàn thế giới từ các nguồn bức xạ tự nhiên ( tài liệu điều tra từ năm 1988 ) 11 Bảng 1.5: Suất liều hiệu dụng trung bình hàng năm trên toàn thế giới do bức xạ tự nhiên và bức xạ nhân tạo gây ra ( tài liệu điều tra năm 2000) 11 Bảng 1.6: Kết quả đo nồng độ Rn trong nhà và ngoài trời của 12 đô thị 12 Bảng 1.7: một số vật liệu TL đã trơt thành thương mại hóa trên thị trường quốc tế dùng trong đo liều bức xạ 16 Bảng 1.8: Cấu hình điện tử và trạng thái cơ bản của các ion RE hoá trị 3 22

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Kinh tế - Xã hội: KT – XH

Liều kế đo liều nhiệt phát quang: Thermoluminescence Dosimeter TLD

Uỷ ban Khoa học Liên hợp quốc: United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation

UNSCEAR

Hiệp hội xạ trị Châu Âu: ESTRO

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài: 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Cấu trúc khóa luận: gồm 3 phần: 3

Chương 1 - TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG 4

1.1.1 Các nguồn phóng xạ tự nhiên trong môi trường 4

1.1.2 Các nguồn phóng xạ do con người tạo ra (nguồn phóng xạ nhân tạo) 5

1.1.3 Độ phóng xạ; Sự phân bố và ảnh hưởng của các tia phóng xạ 6

1.1.4 Một số khái niện trong an toàn bức xạ 9

1.1.5 Phông bức xạ tự nhiên của một số địa điểm trên thế giới và ở Việt Nam 10

1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐO LIỀU BẰNG NHIỆT PHÁT QUANG 13

1.2.1 Cơ sở đo liều bằng nhiệt phát quang 13

1.2.2 Sự phụ thuộc của liều phát quang 14

1.2.3 Vật liệu và thiết bị đo liều trong nhiệt phát quang 15

1.2.3.1 Vật liệu đo liều bằng nhiệt phát quang 15

1.2.3.1.1 Vật liệu đo liều môi trường 15

1.2.3.1.2 Họ vật liệu nền 15

1.2.3.2 Thiết bị đo liều bằng nhiệt phát quang 17

1.3 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ ĐO LIỀU 18

1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu quốc tế và trong nước 18

1.3.2 Cơ sở khoa học khi chọn vật liệu CaSO4 pha tạp RE. 19

1.3.2.1 Lý thuyết về vật liệu nền CaSO4 19

1.3.2.2 Lý thuyết về đất hiếm (RE) 21

1.3.2.2.1 Lý thuyết về Ion Dy3+ 25

Chương 2 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

2.1 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LIỀU KẾ CaSO4:Dy 27

2.1.1 Nghiên cứu phương pháp chế tạo TLD trên nền CaSO4 pha tạp nguyên tố đất hiếm (RE) dạng bột. 27

2.1.1.1 Chọn hóa chất, phối liệu, dụng cụ 27

2.1.1.2 Tính toán phối liệu và các phản ứng 27

2.1.2 Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo TLD trên nền CaSO4 pha tạp nguyên tố

đất hiếm (RE) dạng bột 28

2.1.2.1 Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo TLD trên nề CaSO4 pha tạp nguyên tố Dy3+ 29

2.1.2.1.1 Phương pháp chế tạo 29

2.1.2.1.2 Chế tạo mẫu 29

2.1.3 Các kết quả đạt được sau chế tạo 33

2.1.3.1 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu CaSO4:Dy 33

2.1.3.2 Đường cong tích phân của mẫu CaSO4:Dy 34

2.2 TỐI ƯU HÓA CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LIỀU KẾ CaSO4:Dy 34

2.2.1 Tối ưu hóa theo nồng độ tạp 34

2.2.2 Tối ưu hóa các điều kiện nhiệt độ và thời gian nung 35

2.3 KIỂM TRA ĐÁP ỨNG LIỀU GAMMA 36

Chương 3 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38

3.1 KẾT LUẬN 38

3.2 KIẾN NGHỊ 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài:

Phóng xạ môi trường là tất cả các bức xạ có khả năng gây ion hóa tồn tại trong

môi trường sống của con người, chúng được sinh ra do hai nguồn gốc chính: tự nhiên

và nhân tạo [3, 9]

+ Bức xạ tự nhiên bao gồm: bức xạ vũ trụ đến từ không gian (tia cosmic); từ các chất bẩn của nhiên liệu hóa thạch trong lòng đất, khi bị đốt cháy chúng được thải vào khí quyển rồi sau đó khuếch tán trở lại vào đất; từ các nguyên tố phóng xạ tự nhiên chứa trong lòng đất của Trái Đất (chúng tồn tại ngay từ khi Trái Đất hình thành); từ các nguyên tố phóng xạ có trong nước (gồm nước mặt, nước dưới đất, nước biển ), từ các nguyên tố phóng xạ có lớp khí quyển gần bề mặt Trái Đất (gồm bụi phóng xạ và các đồng vị phóng xạ dạng khí mà chủ yếu là radon) và từ các nguyên tố phóng xạ hình thành do tương tác của các tia vũ trụ với vật chất của Trái Đất Tất cả được gọi chung là các nguyên tố phóng xạ nguyên thủy

+ Bức xạ nhân tạo được tạo ra qua những hoạt động của con người, bao gồm: các bức xạ ion hóa, các đồng vị phóng xạ, các nguồn phóng xạ được dùng trong y tế, công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, kĩ thuật quốc phòng, các mạnh hoặc hạt phân hạch gây

ra bởi các vụ thử vũ khí hạt nhân, sự cố hạt nhân Ngoài ra trong khai thác, chế biến,

sử dụng các sa khoáng cũng dẫn đến sự làm giàu và tăng khả năng xâm nhập của các nguyên tố phóng xạ vào môi trường xung quanh gây ô nhiễm phóng xạ

Bên cạnh sự phát triển về kinh tế - xã hội (KT – XH), những tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên cũng phát sinh, đặc biệt là môi trường phóng xạ Vì vậy vấn

đề ô nhiễm môi trường và cảnh báo ô nhiêm môi trường đang là vấn đề bức xúc của toàn cấu nói chung và Việt Nam nói riêng [9] Với nhu cầu sử dụng năng lượng cho sự phát tiển KT – XH như hiện nay của các quốc gia, thì năng lượng hóa thạch sẽ không mấy nữa là cạn kiệt Trong khi năng lượng tái tạo chưa thể đáp ứng và giá thành đầu tư rất cao thì giải pháp năng lượng hạt nhân vẫn là hi vọng nhất cho các quốc gia (đặc biệt là các nước đang phát triển) và là đích đến trong vấn đề an toàn năng lượng cho sự phát triển KT- XH trong đó có Việt Nam Để đảm bảo cho sự phát triển bền vững, nhiều năm qua Đảng và Nhà nước ta đã rất quan tâm đến việc bảo vệ môi trường Tuy nhiên, về bức xạ môi trường thì còn nhiều vấn đề phải làm, bởi vì: để phát triển công nghiệp, tất yếu phải tăng cường công tác tìm kiếm, thăm dò, khai thác, chế biến khoáng sản; Muốn đạt được chỉ tiêu điện năng phải phát triển công nghiệp điện điện nguyên tử; Trong y học, để hiện đại hóa việc chuẩn đoán và điều trị bệnh thì cần phát triển mạnh mẽ ngành y học phóng xạ chính những lý do trên nên việc quan sát độ phóng xạ tồn tại trong môi trường phải được chú ý tiến hành một cách thường xuyên

Đã đến lúc mỗi người dân cũng nên biết mức độ phóng xạ nơi mình sinh sống để giảm

thiệu những rủi ro gây ra trong hiện tại và tương lai Vì vậy, điều cần thiết và cấp bách

là phải điều tra, đánh giá phông bức xạ tự nhiên trong môi trường (đặc biệt phải tiến hành quan trắc thổ nhưỡng, đáy biển nông sản, thủy sản, gia súc nuôi ) nhằm xác định tổng liều tích lũy trung bình hằng năm của bức xạ tự nhiên có ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng dân cư Từ đó có thể giúp kiểm soát ô nhiễm môi trường về mặt bức xạ và đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời, làm cơ sở khoa học cho việc quy hoạch

sử dụng đất, phát triển thương mại và du lịch bảo đảm sự phát triển kinh tế bền vững

và bảo vệ sức khỏe cho cộng đồng dân cư

Hiện nay có nhiều thiết bị đo bức xạ như: máy theo dõi phông bức xạ; các loại liều

kế môi trường, liều kế cá nhân đang hoạt động tại các Bệnh viện, Viện nghiên cứu, Nhà máy để theo dõi mức phóng xạ tại các cơ sở này Các loại liều kế này có thể là nhiệt phát quang (Thermo luminesscense Dosimerter – TDL) hoặc liều kế tấm phim (Fiml Badge Dosimerter – FBD) [9]

Ở các nước, để đo liều tích lũy môi trường lòng đất, người ta sử dụng nhiều nhất vẫn là liều kế chế tạo từ vật liệu CaSO4:Dy hoặc CaSO4:Tm (tên thương mại gọi là TLD-900), vì chúng có độ suy giảm tím hiệu vào loại thấp nhất so với các loại vật liệu phát quang khác (khoảng 7 đến 12% trong 6 tháng đầu, tùy theo công nghệ chế tạo) và đều có độ nhậy rất cao (vào cỡ 1Gy) Tuy nhiên do giá thành các liều kế CaSO4:Dy hoặc CaSO4:Tm rất cao (cỡ 5đôla/1 liều kế) lại không chủ động trong việc triển khai vì phụ thuộc vào khả năng nhập ngoại [5] Vì vậy trong những năm gần đây, loại liều kế này đã được nghiên cứu và chế tạo thành công tại một số phòng thí nghiệm ở Việt Nam và chúng tôi là một trong các nhóm đó

Vì những lý do trên chúng tôi chọn “Nghiên cứu chế tạo liều kế đo liều phóng xạ tích lũy môi trường trên nền CaSO4 pha tạp các nguyên tố đất hiếm (RE) và tối ưu hóa công nghệ chế tạo’’ cho nghiên cứu của đề tài này

2 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, chế tạo các liều kế đo bằng nhiệt phát quang (TLD) dùng trong đo liều tích lũy môi trường, cụ thể là:

- Nghiên cứu quy trình chế tạo liều kế đo liều phóng xạ tích lũy trong môi trường trên cơ sở nền CaSO4 pha tạp đất hiếm Các liều kế chế tạo phải có độ nhậy cao và độ suy giảm tín hiệu theo thời gian (fading) thấp, có sức chịu đựng hóa học và độ ẩm cao giá thành có thể chấp nhận được

- Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình công nghệ chế tạo liều kế CaSO4:Dy

3 Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo TLD trên nền CaSO4 pha tạp các nguyên tố đất hiếm (RE)

- Nghiên cứu tối ưu hóa công nghệ chế tạo các TLD trên nền CaSO4 pha tạp các nguyên tố đất hiếm có độ nhậy liều kế cao, độ suy giảm tín hiệu theo thời gian và nhiệt

độ thấp, có sức chịu đựng hóa học và độ ẩm cao

4 Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp lý thuyết: Tìm hiểu tổng quan lý thuyết nhiệt phát quang, lý thuyết vật liệu nền và vật liệu tạp đất hiếm

+ Phương pháp thực nghiệm: Đề tài thực nghiệm nên các số liệu thu thập được phải từ thực nghiệm để làm luận cứ khoa học cho đề tài, tham gia chế tạo mẫu

5 Phạm vi nghiên cứu

+ Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo các liều kế CaSO4:Dy dạng bột

+ Nghiên cứu tối ưu hóa công nghệ chế tạo liều kế CaSO4:Dy

6 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo đồng bộ liều kế môi trường phù hợp với thiệt bị đọc và phân tích liều phóng xạ tích lũy trong môi trường Chế tạo các liều kế có độ nhậy, có sức chịu đựng hóa học, độ ẩm cao và độ suy giảm tín hiệu thấp Với các nội dung được cụ thể hóa như sau:

+ Tập hợp thông tin tư liệu, viết báo cáo, trình bày seminar về các đặc trưng của liều phóng xạ tích lũy môi trường và phương pháp đo liều tích lũy môi trường

+ Nghiên cứu quy trình chế tạo mẫu làm liều kế đo liều tích lũy môi trường + Chế tạo và thử nghiệm mẫu

+ Thực hiện các phép đo kiểm tra chất lượng mẫu; các phép đo chuẩn liều kế + Nghiên cứu tối ưu hóa công nghệ chế tạo liều kế

+ Thử nghiệm đo liều tại hiện trường

7 Cấu trúc khóa luận: gồm 3 phần:

Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo thì cấu trúc của khóa luận gồm 3 phần:

Chương 1 - Các nghiên cứu tổng quan (Tổng quan về phóng xạ môi trường;

Tổng quan về đo liều bằng nhiệt phát quang; Tổng quan về vật liệu và công nghệ liên quan đến đề tài)

Chương 2 - Kết quả và thảo luận (Nghiên cứu công nghệ chế tạo; Nghiên cứu

tối ưu hóa công nghệ chế tạo)

Chương 3 - Kết luận và kiến nghị

Chương 1 - TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG

1.1.1 Các nguồn phóng xạ tự nhiên trong môi trường

Các đồng vị phóng xạ tự nhiên vốn tồn tại hàng tỷ năm nay trong lòng đất Có rất

nhiều nguyên tố phóng xạ khác nhau, trong đó phải kể đến các nguyên tố phổ biến

nhất như K-40 (Kalium), Rb (Rubidium), Th (Thorium), U (Uranium), chúng tạo nên

các chuỗi phóng xạ khác nhau Trong môi trường lòng đất nếu không có các quá trình

biến đổi gây ra sự mất cân bằng phóng xạ thì các chuỗi phóng xạ này thường có sự cân

bằng phóng xạ Điều này cũng đồng nghĩa với hoạt độ phóng xạ của các cân bằng

phóng xạ có trong mỗi chuỗi là bằng nhau và bằng với hoạt độ phóng xạ của nhân bắt

đầu mỗi chuỗi Bảng 1.1 đưa ra giá trị độ giàu đồng vị của các nhân phóng xạ này[10]

Bảng 1.1: Độ giàu đồng vị của các nhân phóng xạ nguyên thủy

Nhân phóng xạ Thời gian bán rã (năm) Độ giàu đồng vị (%)

Do tính chất hóa học của các nguyên tố phóng xạ khác nhau nên trong quá trình

phong hóa, các nguyên tố này bị rửa trôi khác nhau, điều này dẫn tới sự cân bằng

phóng xạ của các chuỗi phóng xạ này là khó thực hiện được trong môi trường đất

Các nguyên tố phóng xạ khác nhau thì phát ra các loại bức xạ khác nhau và tác

dụng ion hóa môi trường của chúng cũng khác nhau [7], như:

40

K (K-40) 87 Rb (Rubidium) 232 Th (Thorium) 238,235 U (Uradium)

   

,   , ,  , , 

+ Tia alpha () là hạt nhân helium mang điện tích dương, có độ đâm xuyên trong

môi trường đất thường rất bé (cở 0,01 đến 0,05 mm) nên dễ dàng bị chặn lại bởi các

vật mỏng như tờ giấy hoặc da người Nếu hấp thụ vào cơ thể qua đường hô hấp hay

đường tiêu hóa, những chất phát tia alpha mới gây tác hại cho cơ thể

+ Tia beta () là chùm tia điện tử, có độ đâm xuyên của nó mạnh hơn so với tia

alpha (cở 2 đến 3mm), nhưng có thể bị chặn lại bằng tấm kính mỏng hoặc tấm kim loại

có độ dày vài mm, nhưng những chất phát ra tia beta thường dễ bị cơ thể hấp thụ nên

thường nguy hiểm hơn tia alpha

+ Tia gamma () là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (nhỏ hơn 10-9m) Trong lòng đất có độ đâm xuyên rất lớn (cở 30cm) nên chỉ có thể chặn lại bằng vật liệu có nguyên tử lượng lớn như chì hoặc bêttông, nước nặng

+ Tia cosmic (gọi là tia vũ trụ) đến từ không gian và có độ đâm xuyên rất lớn (cở 100cm) nên gây ra tác dụng ion hóa khá mạnh

Ngoài ra, trong quá trình phân rã tự nhiên, còn có các nơtron được sinh ra, chúng

là hạt không mang điện tích nên có độ đâm xuyên rất lớn Tuy không gây ion hóa trực tiếp nhưng khi tương tác với nguyên tử, chúng có thể sinh ra tia alpha, beta, các tia gamma, tia X Có thể chặn tia nơtron bằng lớp nước dày Độ đâm xuyên của các tia được mô tả bởi hình vẽ 1.1

Hình 1.1 Độ đâm xuyên của các tia

Hoạt độ phóng xạ của các nguyên tố phóng xạ sẽ giảm dần theo thời gian, vì các nguyên tử của chúng dần dần bị biến đổi thành các nguyên tử ổn định khác Thời gian

mà hoạt độ phát tia phóng xạ giảm xuống một nửa gọi là chu kỳ bán rã Chu kỳ bán rã của các chất phóng xạ khác nhau, có loại chưa đầy 1 giây và cũng có loại lên đến vài triệu năm

1.1.2 Các nguồn phóng xạ do con người tạo ra (nguồn phóng xạ nhân tạo)

Các nguồn phóng xạ nhân tạo là nguồn phóng xạ mà chất phóng xạ được chế tạo dưới dạng một khối rắn, hoặc lớp phóng xạ được bao kín bằng lớp vỏ bọc có cấu trúc đặc biệt, bảo đảm cho chất phóng xạ không thoát ra môi trường trong điều kiện bình thường (định nghĩa dựa theo khoản 2 Điều 3 Quy chế đảm bảo an ninh nguồn phóng

xạ, ban hành kèm theo Quyết định số 115/2007/QĐ-TTg ngày 23/7/2007 của Thủ tướng Chính phủ) [11]

Do tác dụng của nguồn phóng xạ trong phát triển các lĩnh vực của đời sống KT –

XH nên các nguồn phóng xạ nhân tạo hoặc tự nhiên vẫn được sản xuất và sử dụng nhiều, cụ thể:

+ Trong y tế: Dùng các thiết bị chiếu xạ và xạ trị để chẩn đoán và điều trị bệnh

ngoài da; tuyến giáp; tìm các khối u bất thường trong não Chẩn đoán các chức năng

và bệnh lý các cơ quan nội tạng của cơ thể như thận, gan, phổi, hệ tiêu hóa Sử dụng các nguồn phóng xạ để khử trùng các vật phẩm y tế, thanh trùng hàng thực phẩm và thuốc đông nam dược thành phẩm

+ Trong công nghiệp: Sử dụng các nguồn phóng xạ và các thiết bị phóng xạ hạt

nhân để xây dựng các hệ đo và tự động hóa trong các dây truyền sản xuất, như đo mức của các bể đựng phế liệu của nhà máy xi măng, nhà máy giấy, xác định mức chất lỏng trong các hộp bia và nước giải khát; xác định độ ẩm và mật độ giấy; chế tạo vật liệu cơ nhiệt trong nghành điện – điện tử, công nghiệp sản xuất ô tô; sử dụng máy gia tốc chùm tia điện tử trong xử lý nước thải, khí thải Ngoài ra trong khai thác, chế biến, sử dụng các sa khoáng cũng dẫn đến sự làm giàu và tăng khả năng xâm nhập của các nguyên tố phóng xạ vào môi trường xung quanh

+ Trong nông nghiệp: Thường sử dụng bức xạ gamma kết hợp với các tác nhân

khác để cải tạo giống cây trồng; sử dụng đồng vị đánh dấu để nghiên cứu quá trình sinh học; chiếu xạ một số giống cây (ngô, khoai, lúa; môt số loại hoa; dâu tằm ) để tạo giống có năng suất cao hơn, thích hợp hơn với điều kiện môi trường khắc nghiệt; chiếu xạ làm mất khả năng sinh sản của côn trùng

+ Trong nghiên cứu các quá trình tự nhiên: Sử dụng phóng xạ môi trường kết

hợp với kỹ thuật đánh dấu phóng xạ để nghiên cứu diễn biến các quá trình sa bồi, xói mòn và rò rỉ các lòng hồ; xác định các nguồn nước ngầm, nghiên cứu đánh giá khả năng nhiễm bẩn các nguồn nước sinh hoạt

1.1.3 Độ phóng xạ; Sự phân bố và ảnh hưởng của các tia phóng xạ

+ Độ phóng xạ của nguồn bức xạ là số hạt nhân của nguồn bị phân rã trong một

đơn vị thời gian, hay nói cách khác là tốc độ phân rã hạt nhân của nguồn: C(t) = -dN

dt

(trong đó dN là số hạt nhân bị biến đổi trong một khoảng thời gian dt, C(t) là độ phóng

xạ của nguồn tại thời điểm t) Trong hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị độ phóng xạ được tính bằng số phân rã trên giây, được gọi là becquerel (Bq) Đơn vị độ phóng xạ ngoại

hệ là curi (Ci) [9]

+ Sự phân bố và ảnh hưởng của các tia phóng xạ [9]

Tất cả các nhân phóng xạ có trong tư nhiên đều phát ra các tia phóng xạ và gây ra cho con người một liều chiếu bức xạ nhất định Các nhân phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa và nếu chúng ở bên ngoài cơ thể của con người chúng gây ra một liều chiếu ngoài Các nhân phóng xạ cũng có thể xâm nhâp vào cơ thể thông qua đường hô hấp

và tiêu hóa gây nên một liều chiếu trong Đóng góp lớn nhất vào liều chiếu phải kể đến nhân phóng xạ radon và các con cháu của nó Tổ chức UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) năm 2000 đã thống kê và cho thấy đóng góp của radon vào liều chiếu bức xạ gây ra cho con người bởi các bức

xạ tự nhiên lên tới 50% (hình 1.2) Chính vì thế radon có thể được xem như là một nguồn bức xạ tự nhiên có ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người (đường thâm nhập khí Radon vào trong ngôi nhà được mô tả như hình 1.3) Mặc dù radon đóng góp tới 50% vào liều chiếu bức xạ đối với con người, song nếu chúng ta có các biện pháp phòng chống thích hợp chúng ta có thể giảm đáng kể liều lượng chiếu do loại nhân này gây ra

Ngoài radon, liều bức xạ gây ra bởi các thành phần khác thuộc họ uran và thori cũng thay đổi mạnh theo các vị trí địa lý khác nhau, loại vật liệu xây dựng khác nhau, kiểu kiến trúc nhà ở Mức liều chiếu này có thể kiểm tra được bằng các thiết bị đo liều bức xạ xách tay hoặc liều kế bức xạ môi trường nhiệt phát quang (TLD)

Hình 1.2: Tỷ lệ các bức xạ đóng góp Hình 1.3: Đường thâm nhập khí

Radon vào trong phóng xạ tự nhiên trong ngôi nhà

Ảnh hưởng có hại của các bức xạ lên cơ thể con người là quá trình tác động của các bức xạ lên các tổ chức sống của cơ thể Khi bị bức xạ xuyên qua, khả năng hoạt động của các tổ chức yếu đi do bức xạ này nhường năng lượng để kích thích và ion hóa các nguyên tử trong tổ chức mô của cơ thể đó Các bức xạ có thể làm cho các men sống, các tuyến và các tế bào bị hủy hoại Tuy nhiên, tác động có hại của các bức xạ lên cơ thể tùy thuộc vào các yếu tố như vị trí tác động, liều lượng tác động, trạng thái

cơ thể

Trung bình trong một năm mỗi người nhận một liều phóng xạ khoảng 2,4mSv từ phóng xạ tự nhiên (trong đó khoảng 1,3mSv nhận từ Radon trong không khí, khoảng 0,38 nhận từ không gian như các tia vũ trụ, khoảng 0,46mSv từ đất, ngoài ra còn có khoảng 0,24mSv phát ra từ cơ thể thông qua đố ăn uống hàng ngày) Dù phải nhận một lượng tia phóng xạ tự nhiên như vậy nhưng chúng ta vẫn sống bình thường, vì vậy có thể hiểu là ở mức liều này thì sẽ không có vấn đề gì về sức khỏe Trong thực tế, đôi

khi cơ thể nhận ở mức độ gấp 10 lần của phông phóng xạ tự nhiên trung bình cũng chưa có ảnh hưởng xấu nào đến sức khỏe, ta có thể hiểu điều đó thông qua phép so sánh như sau: trong y tế cứ mỗi lần kiểm tra dạ dày bằng chụp tia X sẽ nhận 0,6mSv/ lần, kiểm tra chụp tia X cắt lớp vùng ngực sẽ nhận 6,9mSv/ lần, du lịch đi bằng máy bay khứ hồi New York – Tokyo sẽ nhận 0,19mSv và trong các trường hợp này chưa

hề có kết luận liên quan đến sức khỏe do chúng gây ra [9, 11]

Trong đó liều tích lũy, thường người ta sử dụng suất liều chiếu trên đơn vị thời gian gọi là liều tích lũy tương đương (Sv/h), đó là giá trị đo suất liều bức xạ, được hiểu một cách đơn giản là: Nếu giá trị suất liều bức xạ 0,2 Sv/h này ổn định liên tục ở Thành phố Đồng Hới trong tháng 8/2012 (30 ngày) và nếu bạn đang sống tại Đồng Hới và ở ngoài trời liên tục 1 ngày (24 giờ), thì có thể bạn sẽ nhận được một liều phóng xạ (gọi là liều tích lũy) là:

0,2Sv/h x 24 giờ x 30 ngày = 144Sv = 0,144 mSv Theo tiêu chuẩn của cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA thì trong 5 năm liên tục một người nhận không quá 100000 Sv (100mSv) (giá trị này chưa tính liều tích lũy tự nhiên nói trên) Giá trị liều tích lũy này không ảnh hưởng đến sức khỏe của con người trong độ tuổi lao động

Khi cơ thể sống chịu tác động của liều phóng xạ liên tục đến mức độ gần giới hạn gọi là bị nhiễm liều Đó là liều tích lũy trên cơ thể của một cá nhân trong vòng 50 năm sau khi hấp thụ một lượng chất phóng xạ Có nhiều khái niệm về nhiễm liều với hệ thống đơn vị xác định liều kèm theo: Liều hấp thụ (D) đơn vị Gy; liều tương đương (H) đơn vị là Sv; liều hiệu dụng (E) đơn vị là Sv, trong đó:

+ Liều hấp thụ (absorbed dose), là đại lượng đo liều bức xạ cơ bản, được xác định bằng năng lượng của một loại bức xạ ion hóa bất kỳ bị hấp thụ trong một khối lượng chất hấp thụ Ký hiệu là D, đơn vị là gray (Gy); 1Gy = 1J/ kg Như vậy liều hấp thụ biểu thị năng lượng bị hấp thụ trong một khoảng thời gian nhất định trong một đơn

vị khối lượng mô Đơn vị Gy được áp dụng để đo liều hấp thụ với mọi bức xạ ion hóa trong mọi trường hợp bị chiếu xạ bởi các nguồn bức xạ , hạt tích điện (, , p), hoặc notron bên ngoài (chiếu xạ ngoài) hoặc chiếu xạ bởi các lượng đơn vị phóng xạ nhiễm vào cơ thể (chiếu xạ trong): 1Gy = 1J/kg = cal/kg

+ Liều tương đương H là đại lượng thu được bằng tích của liều hấp thụ một loại bức xạ với trọng số bức xạ (WR) của bức xạ đó

H(Sv) = D (Gy) x WR (Sv)

(trong đó WR – weighting of radiation factor – trọng số bức xạ)

Liều tương đương biểu thị mức độ hủy hoại sinh học của một loại bức xạ trên mô hoặc trên cơ quan bị chiếu xạ: 1Sv = 1J/ kg

+ Liều hiệu dụng ET dùng để đánh giá đầy đủ hơn mức độ thiệt hại do chiếu xạ trên cơ thể, được xác định bằng tích của liều tương đương với một thừa số gọi là trọng

số mô WT:

ET (Sv) = HT (Sv) x WT

(trong đó WT – Tissue weighting factor – trọng số mô)

Đơn vị liều tương đương và liều hiệu dụng cũng là đơn vị đo liều hấp thụ, và bằng (J/kg), nhưng nó được gọi là siever (Sv) và được sử dụng để tránh nhầm lẫn với liều hấp thụ (Gy)

Một đơn vị khác sử dụng cho đo liều hấp thụ thường gặp trong nhiều tài liệu trước đây và hiện tại vẫn đang dùng ở nước Mỹ, đó là rad Tương tự đơn vị khác của liều tương đương là rem Cách chuyển đổi từ hệ đơn vị này sang hệ đơn vị quốc tế (SI) như sau: 1 Gy = 100 rad và 1 Sv = 100 rem

Trong Vật Lí người ta cũng dùng đơn vị của liều chiếu có tên riêng là Roentgen (R) Đó là liều chiếu của tia X hay tia gamma tạo ra được 2,08.109 cặp ion trong 1cm3không khí, ở điều kiện tiêu chuẩn hay 1,61.1012

cặp ion trong 1g không khí: 1R = 2,58.10-4 C/kg

(1R tương đương với liều hấp thụ trong không khí là 8,77.10-3 J/kg)

1.1.4 Một số khái niện trong an toàn bức xạ [9,11]

Gần đây, các nhà địa chất thuộc Liên đoàn Vật lí địa chất, Hội Vật lí Việt Nam trong nghiên cứu của mình đã cho thấy cần quan tâm tới bản chất của bức xạ tự nhiên môi trường và tác động của bức xạ đối với cơ thể nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng Việc tối ưu hóa biện pháp an toàn bức xạ dựa trên những nguyên tắc sau:

- Không có công việc gây chiếu xạ nào được chấp nhận trừ khi nó đem lại lợi ích cho cá nhân bị chiếu xạ hoặc cho xã hội đủ lớn để bù đắp những thiệt hại do nó gây ra

- Các liều cá nhân, số người bị chiếu xạ và khả năng xảy ra chiếu xạ gây ra bởi mọi nguồn bức xạ sử dụng trong một công việc, phải được giữ ở mức thấp có thể đạt được một cách hợp lý có tính đến các yếu tố KT – XH Trong các tình huống này cần

áp dụng các mức kiểm soát để hạn chế đánh giá các yếu tố KT – XH bị mất công bằng

- Liều tổng cộng trên mỗi cá nhân gây bởi mọi công việc phải tuân theo các mức giới hạn liều

- Hoạt động can thiệp là những hoạt động làm giảm liều chiếu xạ, hoạt động này dựa trên nguyên tắc: việc can thiệp phải đem lại tác dụng tốt hơn tác dụng có hại; phạm vi và thời gian can thiệp phải hạn chế ở mức mà nó đem lại lợi ích lớn hơn mức

có thể đạt được một cách hợp lý

Trên cơ sở các nguyên tắc trên ta có thể đưa ra các khái niệm:

+ Phân loại đối tượng tiếp xúc với chất phóng xa, đối tượng người bị chiếu xạ được phân 3 nhóm như sau: A: Nhân viên bức xạ làm việc trực tiếp với các chất phóng xạ; B: Những người lân cận và C: Dân chúng

+ Khi tiếp xúc với các chất phóng xạ, có 3 dạng tương tác lên cơ thể con người: chiếu xạ ngoài, chiếu xạ trong và chiếu xạ hỗn hợp Vì vậy liều tương đương (H) bức

xạ lên toàn bộ cơ thể con người là tổng liều chiếu ngoài và liều chiếu trong Đối với bức xạ gamma liều chiếu ngoài (Hn) được tính rút gọn theo công thức trong bảng 1.2:

Bảng 1.2: Công thức tính liểu chiếu ngoài của bức xạ gamma cho từng đối tượng

Hn ( mSv/năm) 1,48.10-2 I 1,74.10-2 I 7,6.10-2 I

+ Liều giới hạn ( Hgh) cho phép là giá trị lớn nhất của liều tương đương trong một năm, mà nhân viên bức xạ hoặc dân chúng bị chiếu đều đặn trong suốt 50 năm vẫn không có biến động gì về mặt sức khỏe, có thể phát hiện được bằng những kĩ thuật hiện đại Cụ thể liều giới hạn cho từng đối tượng được quy định ở bảng 1.3:

Bảng 1.3: Liều tương đương giới hạn cho từng đối tượng

+ Giá trị mức dị thường gamma (Hdt) là các giá trị liều tương đương bức xạ

(không kể phông bức xạ tự nhiên) vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với các nhóm

người (Hgh) Đây là giá trị để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường do phóng xạ

1.1.5 Phông bức xạ tự nhiên của một số địa điểm trên thế giới và ở Việt Nam

Sự nghiệp bảo vệ môi trường nhằm hạn chế tác động của bức xạ môi trường là sự nghiệp chung của mọi quốc gia, mọi dân tộc Ở Việt Nam, việc điều tra bức xạ môi trường không chỉ có ý nghĩa trong lĩnh vực bảo vệ sức khỏe cho nhân dân, mà còn có tác dụng mạnh mẽ trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Năm 1988,

Uỷ ban Năng lượng Quốc tế ( IAEA ) đã công bố suất liều hiệu dụng trung bình hàng năm cho toàn thế giới từ các nguồn bức xạ tư nhiên Kết quả cho ở bảng 1.4

Bảng 1.4: Suất liều hiệu dụng hàng năm cho toàn thế giới từ các nguồn bức xạ tự

nhiên ( tài liệu điều tra từ năm 1988 )

(mSv)

Chiếu trong (mSv)

Tổng liều chế (mSv)

Bảng 1.5: Suất liều hiệu dụng trung bình hàng năm trên toàn thế giới do bức xạ

tự nhiên và bức xạ nhân tạo gây ra ( tài liệu điều tra năm 2000)

Phông tự nhiên ( tổng tất cả các loại nguồn ) 2,4 46,07

Bảng 1.6: Kết quả đo nồng độ Rn trong nhà và ngoài trời của 12 đô thị

Radon ngoài không khí (Bq/m 3 )

Radon trong nhà (Bq/m 3 ) Ghi chú

trong đó có

3 vị trí có mức nồng độ Rn vượt qua mức giới hạn là 148 Bq/m3

( loại nhà có kiểu kiến

trúc không thông thoáng; loại nhà xây dựng bằng vật liệu granit; loại nhà xây dựng trên nền địa chất có nồng độ phóng xạ cao, như: trên nền đá magma, trên các dị thường

sa khoáng ven biển ( ilmenit, titan ), trên các đứt gãy của kiến tạo vỏ Trái Đất; hoặc vật liệu xây nhà như gạch, ngói đốt bằng những loại than có hoạt độ phóng xạ cao

1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐO LIỀU BẰNG NHIỆT PHÁT QUANG

1.2.1 Cơ sở đo liều bằng nhiệt phát quang

Nhiệt phát quang (ThermaLuminescence – TL) là sự phát xạ ánh sáng của một chất bán dẫn hoặc điện môi đã được chiếu xạ trước đó khi bị nung nóng Ngay từ những năm đầu của thập kỷ 30 của thế kỷ XX, các nghiên cứu về hiện tượng TL đã được thực hiện và ngày nay nó đã được phát triển thành một phương pháp áp dụng nhiều trong đo liều phóng xạ, tính tuổi trong khảo cổ, địa chất và nghiên cứu các tâm khuyết tật trong vật rắn Trong ứng dụng đo liều, các vật dẫn có tính chất nhiệt phát quang được sử dụng như một cảm biến đọc liều (ThermaLuminescence Dosemeter –TLD gọi tắt là liều kế) Liều kế TLD có thể tạo ra bằng rất nhiều dạng khác nhau, phụ thuộc vào đối tượng và công việc sử dụng Với ưu điểm nhỏ gọn, độ nhạy cao, ít chịu tác động của môi trường và khả năng lưu giữ thông tin tốt, các liều kế TLD là lựa chọn cho các ứng dụng trong đo liều y tế, đo liều cá nhân và đặc biệt là đo liều môi trường [1]

Tóm lại: ta có thể tóm tắt nguyên lý của phương pháp đo liều TL như sau:

Trong một số vật liệu bán dẫn và điện môi nếu tồn tại khuyết tật mạng (có thể do pha tạp), khi được chiếu bởi các tia phóng xạ sẽ có khả năng hấp thụ và tích trữ năng lượng của các tia phóng xạ này ở các bẫy năng lượng (chúng sinh ra do các tật của tinh thể) Sau đó, nếu ta đưa nhiệt độ vật liệu lên cao, năng lượng đó sẽ được giải phóng dưới dạng ánh sáng, ta gọi là nhiệt phát quang (TL) Tín hiệt TL này được ghi nhận bởi một thiết bị ghi quang – điện và chuyển thành dạng tín hiệu điện có cường độ

tỷ lệ với liều phóng xạ được hấp thụ trước đó

Ý tượng khoa học đó đã biến thành sản phẩm thị trường từ khi người ta đạt được

2 bước tiến: tìm được vật liệu TL (liều kế - TLD) đủ tin cậy và phát triển được hệ thống ghi tín hiệu TL (thiệt bị đọc TLD-Reader) tự động hóa và ổn định

1.2.2 Sự phụ thuộc của liều phát quang

Quá trình đáp ứng liều của các vật liệu TL không phải lúc nào cũng là một hàm tuyến tính Liều đáp ứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lịch sử chế tạo mẫu, nồng độ tạp ngoại lai, hiệu ứng bề mặt, ảnh hưởng của môi trường

Các liều kế TLD chỉ là các liều

kế đo gián tiếp, đường đáp ứng liều

thường có dạng: lúc đầu là sự phi

tuyến, tiếp đến là tuyến tính và sau

nữa là tiến tới bão hòa

Để giải thích cho sự không

tuyến tính cho đường cong đáp ứng

liều của các vật liêu TLD, ta có thể

xem trong vật liệu xuất hiện thêm

các mức năng lượng gián đoạn thứ

hai đóng vai trò là bẫy cạnh tranh và

không liên kết nhiệt, sự xuất hiện

các mức này là do các tính chất tạp có trong tinh thể và vị trí, vai trò của nó đối với quá trình hấp thụ liều

Trong trường hợp liều nhỏ, cách giải thích cho sự phi tuyến là do trong vật liệu

có tồn tại các bẫy cạnh tranh cùng với các bẫy điện tử nhưng lại không tham gia vào

sự gia tăng cường độ nhiệt phát quang Các bẫy này xảy ra sự bão hòa sớm hơn so với các bẫy liên quan đến nhiệt phát quang, và vì vậy, khi các bẫy cạnh tranh bão hòa một cách từ từ, thì độ nhạy tăng đến giá trị không đổi Sự cạnh tranh có thể xuất hiện trong suốt quá trình dịch chuyển các điện tử từ các bẫy liên quan nhiệt phát quang đến các tâm phát quang, trong trường hợp đó ta quan sát được sự “cạnh tranh trong quá trình ghi nhận” ngược lại với sự “cạnh tranh trong quá trình chiếu xạ” [1]

Ngoài ra có một sự giải thích khác dựa vào sự gia tăng theo liều chiếu của số tâm phát quang có sẵn trong vật liệu (tức là các bẫy lỗ trống sẵn sàng bắt các điện tử) Nếu cường độ nhiệt phát quang tỷ lệ với sự hình thành số lượng bẫy và số tâm phát quang

và cả hai tỷ lệ với liều chiếu, thì cường độ TL sẽ tỷ lệ với bình phương của liều chiếu Tuy nhiên khi tính đến điều đó thì sự giải thích sẽ phức tạp hơn nhiều

Đối với trường hợp bị bão hòa trên đồ thị khi liều chiếu tăng lên đến một giá trị nào đó được giải thích: khi liều tăng lên xảy ra sự kích thích hai bẫy một cách tuyến tính, nhưng khi liều tăng lên quá lớn, bẫy cạnh tranh trở nên bão hòa và điện tử sẽ dồn

về bẫy ban đầu Điều đó sinh ra sự lấp đầy nhanh hơn bẫy ban đầu, chính vì thế ta quan sát thấy hiện tượng tuyến tính trở lại của phần liều cao ở một số bẫy, vì lúc này cường độ TL cuối cùng tỷ lệ với mật độ n [1]

1.2.3 Vật liệu và thiết bị đo liều trong nhiệt phát quang

1.2.3.1 Vật liệu đo liều bằng nhiệt phát quang [1]

1.2.3.1.1 Vật liệu đo liều môi trường

Các chất điện môi, bán dẫn là những chất có khả năng phát quang trong quá trình đốt nóng, nhưng không phải tất cả chúng đều có thể sử dụng làm liều kế nhiệt phát quang (TLD) Các chất được dùng làm TLD cần có những tính chất sau:

- Cấu trúc đường cong TL phải tương đối đơn giản, đỉnh dùng trong đo liều phải

có độ nhạy cao, ngưỡng đo liều thấp

- Trơ với các yếu tố môi trường như: độ ẩm, các dung môi hóa chất, ánh sáng

- Thông tin được giữ ổn định và bền với thời gian

- Hiệu suất phát quang ít phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ ion hóa

- Có sự phụ thuộc tuyến tính giữa tín hiệu TL với liều hấp thụ trong khoảng liều quan tâm Thường thì các liều kế TLD có những ưu điểm như kích thước nhỏ (chỉ cần 10mg là có thể đo được liều, có khoảng liều khá rộng (10-1 cGy đến 104 Gy), có hình dạng tùy ý cách xử lý, có độ ổn định tín hiệu TL trong một thời gian dài cho phép đo bất kỳ thời điểm nào sau chiếu xạ, sai số có thể đạt < 3% đối với liều trong khoảng vài mGy đến 10Gy, ít nhạy với các yếu tố môi trường như ánh sáng, độ ẩm và hóa chất trong phòng thí nghiệm ngoài ra nó còn có thể tái sự dụng thông qua khâu xử lý nhiệt

1.2.3.1.2 Họ vật liệu nền

Hiện có 4 họ vật liệu được nghiên cứu và chế tạo thành công các liều kế (tùy theo

mục đích sử dụng): họ vật liệu trên nền Sulphate; họ vật liệu trên nền Litium Fluoride;

họ vật liệu trên nền Lithium borate; và họ vật liệu trên nền Fluoride kiềm

a) Vật liệu trên nền Sulphate:

Các vật liêu trên nền Sulphate, bao gồm: CaSO4, BaSO4 và SrSO4 đã được nghiên cứu các tính chất TL của chúng khi được pha tạp các nguyên tố chuyển tiếp (như Mn) hoặc đất hiếm RE (RE=Dy, Eu, Sm, Nd và Gd ) Tuy nhiên, trước đây các vật liệu Sulphate được nghiên cứu như một vật liêu quang học nhiều hơn là như một liều kế Trong khoảng 15 năm trở lại đây, họ vật liệu này mới được nghiên cứu theo hướng đo liều Việc chế tạo các vật liệu họ Sulphate theo hướng đo liều thường được thực hiện bằng phương pháp “ tái kết tinh trong môi trường acid dư”, sau đó sản phẩm được nung và ủ ở nhiệt độ cao để ổn định cấu trúc và các đặc trưng quang học của chúng

b) Vật liệt Litium Fluoride:

Các vật liệu đo liều thuộc họ Litium Fluoride chiếm vai trò ngày càng quan trọng trong chế tạo các liều kế hiện đại (các liều kế LiF:Mg, Ti, Mg:LiF, Cu, Na, Si và LiF:Mg,Cu,P đươc dùng trong xạ trị) Thường các liều kế chế tạo trên nền Litium

Fluoride đều có độ nhạy cao nên được dùng làm liều kế cá nhân và kiểm tra môi trường Tuy nhiên quy trình chế tạo khá phức tạp, phương pháp chủ yếu kết hợp phản ứng pha rắn, kết tinh và gốm nung

c) Vật liệu Lithium Borate:

Cùng với các vật liệu Sulphate, Fluoride có thể nói borate cũng là một loại vật liệu đo liều rất có triển vọng Các vật liệu Lithium borate pha tạp Cu (LiB4O7:Cu) đã được nghiên cứu chế tạo cả ở hai dạng: bột và tinh thể Ngoài ra đơn tinh thể

Li2B4O7:Cu được nuôi bằng kĩ thuật Bridgman từ bột đa tinh thể Li2B4O7 và Cu2O tinh khiết cho thấy, không những Li2B4O7:Cu có hiệu suất TL tốt mà vật liệu này có triển vọng dùng làm detecrtor nhấp nháy

d) Vật liệu Fluoride kiềm và các Đất hiếm (RE):

Các liều kế Fluoride chứa đất hiến thuộc họ K2LnF5:RE Đây là hệ vật liệu cho

những triển vọng đặc biệt thích hợp để đo liều neutron, vì các kim loại đất hiếm nhất

là Gadilinium có tiết diện bắt neutron rất lớn Các liều kế này đã được chế tạo cả ở dạng tinh thể và dạng bột Bảng 1.7 cho ta các liều kế điển hình đã trở thành thương mại hóa trên thị trường quốc tế dùng trong đo liều bức xạ

Bảng 1.7: một số vật liệu TL đã trở thành thương mại hóa trên thị trường quốc tế dùng

trong đo liều bức xạ

Vật liệu

Tên thương mại

Đỉnh đọc liều (C)

Dãi bức xạ (nm)

Z eff hiệu dụng

Độ nhạy tối đa

Dãi tuyến tính (Gy)

Liều bão hòa (Gy)

LiF:Mg,Ti TLD-100 235 415 8.2 1 5.10-6 – 1 105 LiF:Mg,Cu,P Gr-200 210 410 8.2 35 3.10-6 – 0 10 CaF2:Mn TLD-400 310 495 16.3 7 10-5 – 10 2.102 CaF2:Dy TLD-200 185 480.5 16.3 30 10-5 – 10 5.102 CaF2:Tm TLD-300 170 360.4 16.3 3 1 – 10 10