Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

II-P-1.2
KHẢO SÁT BƯỚC ĐẦU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT HỆ THIẾT BỊ ĐO TỔNG HOẠT ĐỘ
ALPHA-BETA PHÔNG THẤP ĐA ĐẦU ĐO
Nguyễn Thị Mỹ Dạ1, Nguyễn Văn Thắng1, Lê Công Hảo1,2, Trương Thị Hồng Loan1,2
Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt Nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TPHCM
2
Khoa Vật lý-Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TPHCM
Email:

1

TÓM TẮT
Thiết bị đo tổng hoạt độ alpha-beta phông thấp đa đầu đo là thiết bị được ứng dụng trong đo đạc
hoạt độ đồng vị phóng xạ alpha-beta, đánh giá nồng độ của đồng vị phóng xạ alpha-beta. Ưu điểm
của thiết bị là có thể đo đạc đồng thời nhiều mẫu trong cùng một thời gian dài. Hệ detector được tích
hợp trong thiết bị bao gồm hệ 4 detector đo đạc mẫu và 1 detector loại trừ bức xạ phông môi trường
có năng lượng cao. Hệ detector trong thiết bị là hệ detector khí, được cung cấp khí P-10 (90% Argon,
10% Metan) cho quá trình hoạt động. Hệ được bao bọc khối chì dày xung quanh giảm ảnh hưởng tới
30% phông môi trường lên kết quả khảo sát. Tín hiệu ghi nhận được xử lý thông qua hệ điện tử được
tích hợp vào thiết bị, kết nối với thiết bị thông qua cổng USB 2.0. Tất cả hoạt động của thiết bị đều
được điều khiển thông qua phần mềm Apex Alpha/Beta. Trong báo cáo này, chúng tôi trình bày khảo
sát bước đầu đặc tính kỹ thuật của thiết bị, kết quả khảo sát nồng độ phóng xạ alpha và beta của hai
mẫu thu thập tại cơ sở Linh Trung, Thủ Đức.
Từ khóa: Detector khí, Phóng xạ alpha, Phóng xạ beta.
GIỚI THIỆU
Hệ thiết bị đếm tổng hoạt độ alpha/beta (hình 1) bao gồm 4 detectors khí dùng để khảo sát mẫu, kích thước
5,7 cm cho mỗi detector, tương ứng với 4 khay mẫu (hình 2). Đồng thời, nhằm loại bỏ những bức xạ môi trường
có năng lượng cao, phía trên 4 detectors, thiết bị cũng được bố trí thêm 1 detector (kích thước 12,7 cm) để loại
trừ tín hiệu không mong muốn từ môi trường. Lưu lượng khí cung cấp cho detector trong suốt quá trình hoạt

động nằm trong khoảng 9,5 (PSI) đến 10 (PSI), để đảm bảo an toàn cho detector của hệ. Mặt khác, khối chì dày
bao xung quang hệ, thiết bị cũng đã giảm đến 30% ảnh hưởng của phóng xạ môi trường lên kết quả đo đạc [1].
Bức xạ đập vào detector và ion hóa môi trường khí trong detector sẽ tạo ra tín hiệu, tín hiệu từ detector được xử
lý thông qua thiết bị điện tử được tích hợp bên trong hệ. Thiết bị nối với hệ thông qua cổng USB 2.0.
Phóng xạ alpha/beta không gây nguy hiểm cho con người khi chiếu ngoài do khả năng xuyên sâu thấp (tia
alpha bị chắn bởi tờ giấy mỏng) – hình 3. Tuy nhiên, chúng lại rất nguy hiểm cho cơ thể con người đối với
trường hợp chiếu trong do năng lượng cực lớn, gây ra phá hủy cao đối với cấu trúc cơ thể [2]. Để đánh giá chính
xác ảnh hưởng của đồng vị phóng xạ alpha/beta lên cơ thể, khái niệm nồng độ phóng xạ được nêu ra. Nồng độ
phóng xạ là độ phóng xạ trên một đơn vị khối lượng, thể tích. Thiết bị alpha/beta được phát triển với mục đích
khảo sát nồng độ phóng xạ alpha/beta đối với một đơn vị khối lượng, thể tích mẫu đo.
Mọi thiết lập, cài đặt cho thiết bị đều thông qua phần mềm Apex-Alpha/beta. Thiết bị có 3 chế độ đo chính:
simultaneously mode (đo đồng thời cả hai đồng vị phóng xạ), alpha then beta mode (đo alpha trước và beta sau)
và alpha only model (chỉ đo alpha). Trong đó, chế độ simultaneously là ứng dụng nhiều trong quá trình khảo sát
tổng hoạt độ alpha/beta. Thiết bị được khảo sát những đặc tính kỹ thuật cơ bản cho quá trình hoạt động đo đạc:
vùng plateau (điện thế hoạt động của hệ), tràn tín hiệu đối với chế độ đo simultaneous, hiệu suất và phông môi
trường ghi nhận đối với hệ thiết bị.

ISBN: 978-604-82-1375-6

130


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Hình 2: Khay mẫu tương ứng detector

Hình 1. Thiết bị đo tổng hoạt độ alpha/beta (LB4200)

Hình 3. Khả năng xuyên sâu của phóng xạ
alpha, phóng xạ beta và phóng xạ gamma


ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT
Vùng plateau – điện thế hoạt động
Đối với detector khí, điện thế hoạt động là một thông số rất quan trọng, nếu điện thế được cung cấp thấp
hơn mức cho phép thì không tạo được tín hiệu điện. Ngược lại, nếu điện thế vượt quá mức điện thế cho phép thì
sẽ tạo ra hiện tượng thác lũ điện tích và không thể ghi nhận được bức xạ [3]. Đối với hệ đo này, detector được
cấp điện thế là 1290-1350 (Volt) cho phép đo đồng vị phóng xạ beta, và 420-510 (Volt) cho phép đo đồng vị
phóng xạ alpha. Theo đó, khi thiết lập đo chế độ simultaneous thì điện thế được cấp là 1290-1350 (Volt). Nguồn
đồng vị thích hợp dùng để xác định vùng plateau trong báo cáo là: Am-241 (0,01249 µCi) cho phóng xạ alpha và
Sr-90/Y-90 (0,01395 µCi) cho phóng xạ beta. Thời gian khảo sát là 192 phút cho nguồn Am-241 và 62 phút cho
Sr-90/Y-90 Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 1:
Bảng 1. Thông số kỹ thuật plateau cho từng detector ứng với thiết bị:
Plateau - Alpha

Plateau - Alpha

Detector 1

420

1290

Detector 2

390

1380

Detector 3


390

1380

Detector 4

420

1320

Kết quả khảo sát trên phù hợp với giá trị kiểm định đã được đề ra từ hãng Canberra. Trước khi thiết lập
phép đo xác định vùng điện thế hoạt động cho hệ, cần phải tính toán thời gian để số đếm thống kê được ghi nhận
tối thiểu 10000 số đếm theo yêu cầu đề ra từ hãng. Công thức tính thời gian theo công thức (1.1):

t

10000
0,25C

(1.1)

Với: t là thời gian cần xác định đủ số đếm thống kê
C: hoạt độ nguồn (Bq)
0,25: là hiệu suất tổng = hằng số

ISBN: 978-604-82-1375-6

131



Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
Vùng điện thế hoạt động cho detectors sau khi đã thiết lập sẽ được phần mềm tự động lưu trữ. Khi tiến
hành đo, hệ sẽ nâng điện thế lên vùng điện thế đã thiết lập sau khi hệ được purging. Purging là quá trình làm
sạch hệ trước mỗi lần đo đạc. Hình 4 mô tả giao diện xác định plateau của thiết bị:

a)

b)

Hình 4. Vùng điện thế khảo sát: a) Điện thế khảo sát cho việc đo beta, b) Điện thế khảo sát cho việc đo alpha
Đánh giá phông môi trường
Phông môi trường là tác nhân gây ảnh hưởng lên kết quả đo cũng như hiệu suất đo đạc. Do vậy, cần thiết
phải khảo sát ảnh hưởng của phông môi trường lên hệ. Kết quả khảo sát phông môi trường được cho như trong
bảng 2:
Bảng 2: Phông môi trường đối với từng detector
Tốc độ đếm

Tốc độ đếm

phông alpha

phông bêta

Det 1

0,043 (cpm)

0,466 (cpm)

Det 2


0,037 (cpm)

0,605 (cpm)

Det 3

0,027 (cpm)

0,519 (cpm)

Det 4

0,027 (cpm)

0,591 (cpm)

Detector

Theo giá trị nêu ra trong bảng 2, ta nhận thấy tốc độ đếm phông cho alpha và beta thấp, phù hợp với giá trị
đề ra từ hãng Canberra. Do khả năng xuyên sâu của phóng xạ alpha thấp hơn so với phóng xạ beta, nên phông
môi trường đối với phóng xạ alpha thấp hơn so với phóng xạ beta – hình 5:
Alpha

Phông môi trường detector 1

Beta

0.70


Tốc độ đếm (cpm)

0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0

5

10

15

20

25

Lần đo

Hình 5. Giá trị khảo sát phông môi trường cho detector 1
Phông môi trường được đo trong thời gian là 1 ngày với số lần lặp lại là 20 lần. Sau đó, phông môi
trường sẽ được tính giá trị trung bình và giá trị phông này sẽ được lưu vào máy tính và sử dụng kết quả đo cho
những phép đo sau.
Hiệu chỉnh hiệu suất cho thiết bị
Hiệu suất cho thiết bị là một thông số quan trọng trong quá trình đo đạc, hiệu suất thể hiện khả năng ghi
nhận bức xạ của thiết bị so với bức xạ được phát ra từ nguồn phóng xạ hay mẫu đo. Tuy nhiên, trong chế độ đo


ISBN: 978-604-82-1375-6

132


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
Simultaneous tín hiệu ghi nhận do phóng xạ beta và phóng xạ alpha có thể bị lẫn vào nhau gây sai lệch cho quá
trình hiệu chỉnh hiệu suất của hệ thiết bị. Do vậy, trước khi hiệu chỉnh hiệu suất, Spillover cần thiết phải được
điều chỉnh cho phù hợp.
Hiệu điện thế được cài đặt là 1290-1350 (Volt) để ghi nhận phóng xạ beta, và 420-510 (Volt) cho việc
ghi nhận phóng xạ alpha. Khi cài đặt chế độ Simultaneous để đo đồng thời cả hai đồng vị phóng xạ alpha và
beta. Hiệu điện thế sẽ được cài đặt 1290, 1380 và 1320 cho từng detector theo bảng 1. Do vậy, số đếm alpha ảnh
hưởng lên số đếm beta và ngược lại. Để hạn chế sự ảnh hưởng này, việc điều chỉnh giá trị Spillover là cần thiết
để hạn chế ảnh hưởng qua lại giữa hai số đếm. Giá trị spillover được điều chỉnh theo bảng 3. Nguồn Po-210
(0,02112 µCi) dùng để điều chỉnh cho phóng xạ alpha, và Sr-90/Y-90 cho phóng xạ beta (0,01395 µCi). Dựa
theo sơ đồ phân rã của Po-210 mà Po-210 thích hợp cho điều chỉnh spillover hơn Am-241.
Bảng 3. Spillover ứng với từng detectors
Spillover - Alpha

Spillover - Beta

Detector 1

1,55 %

3,51 %

Detector 2


1,42 %

3,49 %

Detector 3

1,34 %

3,74 %

Detector 4

1,39 %

3,61 %

Theo đó, hiệu suất cho từng detector được cho như trong bảng 4:
Bảng 4. Hiệu suất cho từng detector
Hiệu suất

Hiệu suất

Apha (%)

Beta (%)

Detector 1

39,34 %


46,42 %

Detector 2

39,38 %

46,13 %

Detector 3

38,77 %

45,77 %

Detector 4

39,63 %

45,95 %
Alpha (%)

Hiệu suất

Beta (%)

48%
46%

Hiệu suất (%)


44%
42%
40%
38%
36%
34%
32%
30%

0

1

2
3
Detector

4

5

Hình 6. Hiệu suất cho từng detector
Theo hình 6, hiệu suất đo lớn hơn 38% và lớn hơn 45% lần lượt cho đồng vị phóng xạ alpha và đồng vị
phóng xạ beta đối với tất cả detector. Hiệu suất ghi đối với đồng vị phóng xạ beta cao hơn so với đồng vị phóng
xạ alpha. Dựa theo giá trị hiệu suất và giá trị phông, hệ đếm alpha/beta là một thiết bị cải tiến để đo đạc nồng độ
phóng xạ alpha và beta và được ứng dụng nhiều trong đo đạc nồng độ phóng xạ trong cuộc sống với khả năng đo
nhiều mẫu trong thời gian dài, hiệu suất ghi cao và ảnh hưởng phông môi trường thấp.
KHẢO SÁT MẪU
Thí nghiệm tiến hành khảo sát mẫu khí lấy từ Trường ĐH Khoa học Tự nhiên (cơ sở Linh Trung, Q. Thủ
Đức). Mẫu khí được hút từ thiết bị hút mẫu khí (hình 3), khí được hút với lưu lượng hút 2mL/ phút và thời gian

hút là 600 (phút).

ISBN: 978-604-82-1375-6

133


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Hình 7. Thiết bị lấy mẫu khí
Mẫu khí được lấy từ hai điều kiện khác nhau, mẫu 1 môi trường bình thường, mẫu 2 được lấy trong môi
trường có bụi xi măng. Điều kiện khảo sát được cho trong bảng 5:
Bảng 5. Thông tin điều kiện khảo sát mẫu
Tên mẫu

Mẫu 1

Ngày lấy

Thời gian lấy

Điều kiện

mẫu

mẫu (phút)

lấy mẫu

20/03/2014


600

Bình
thường

Mẫu 2

24/03/2014

600

Bụi xi
măng

Bảng 6. Kết quả khảo sát nồng độ phóng xạ alpha/beta trong mẫu môi trường

Lần
lặp

Mẫu 1
Nồng độ
Nồng độ
phóng xạ
phóng xạ
alpha
beta
(cps/mL)
(cps/mL)


Mẫu 2
Nồng độ
Nồng độ
phóng xạ
phóng xạ
alpha
beta
(cps/mL)
(cps/mL)

1

-0,0011

0,000724

0,0197

0,105

2

0,000348

-0,00045

0,0177

0,0888


3

-0,0011

-0,000514

0,0134

0,0772

4

-0,000232

0,00344

0,0122

0,0659

5

0,0000579

0,000131

0,0108

0,048


6

-0,000811

0,0051

0,00874

0,0558

7

-0,0011

0,00196

0,00701

0,0345

8

-0,000232

0,00195

0,00961

0,0359


9

0,0000578

0,00187

0,00353

0,032

10

0,000348

0,000293

0,00469

0,0287

Theo kết quả khảo sát, mẫu 2 có nồng độ phóng xạ lớn hơn so với nồng độ phóng xạ có trong mẫu 1. Kết
quả được tính đã được trừ giá trị phông môi trường đã được khảo sát trước đó. Do vậy, khi giá trị ghi nhận từ
mẫu thấp hơn giá trị phông môi trường, kết quả ghi được sẽ mang giá trị âm. Từ kết quả, nồng độ phóng xạ beta
luôn cao hơn so với nồng độ phóng xạ alpha, do khả năng xuyên sâu của alpha thấp hơn beta. Hơn nữa, trong bụi
xi măng có thể tồn tại đồng vị phóng xạ. Tuy nhiên, nồng độ phóng xạ không cao và không gây nguy hiểm cho
con người. Từ kết quả thu được dễ dàng nhận thấy, hệ đếm tổng alpha/beta thích hợp ghi nhận những đồng vị
phóng xạ có nồng độ thấp, thích hợp nghiên cứu phân tích ứng dụng trong phân tích mẫu môi trường.

ISBN: 978-604-82-1375-6


134


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
KẾT LUẬN
Thiết bị đếm tổng alpha/beta là một thiết bị thuận lợi trong đo đạc hạt nhân, với hiệu suất đo đạc 38% cho
đồng vị phóng xạ alpha và 45% cho đồng vị phóng xạ beta, hệ ứng dụng trong xác định nồng độ phóng xạ hạt
nhân đối với mẫu môi trường. Được bao bọc bởi khối chì dày xung quanh, số đếm của phông môi trường thấp
(≤0,05n cpm và ≤0,6 cpm lần lượt cho alpha và beta) kết quả khảo sát mẫu đươc tính chính xác hơn. Hệ có thể
đo đạc trong một thời gian lâu và đồng thời nhiều mẫu. Điều này thuận lợi trong việc phân tích nhanh nồng độ
phóng xạ của mẫu môi trường khi có sự cố hạt nhân xảy ra.

INITIAL INVESTIGATION THE SCIENTIFICT SPECIFICATION OF MULTI-DETECTOR
LOW BACKGROUND ALPHA/BETA COUNTING SYSTEM
ABSTRACT
The multi-detector low background alpha/beta counter (model LB4200) is the nuclear equipment,
to be applied to measure both alpha and beta radiation, and estimate the alpha/beta concentration
activity. The LB4200 perfects for application measuring number of sample at the same time
throughput with long times. The counter consists of four detectors to investigate the measured sample.
The high energy background is extracted by the gross detector to be located above the four detectors.
All of the detectors to be the Gas detector (model Gas State) are provided air (P-10) during the
operation period. The thickness lead shielding is shielded around all of detector, there is decrease in
30% influence of background for the result. The signals, to be recorded by the detectors, are treated
via the electronic device – integrated with the equipment via USB 2.0 cable. Apex Alpha/beta software
controls the LB4200’s operation. In this work, the basic technical instructions of the counter and using
the counter for analysing alpha/beta radioactivities of some environmental samples were presented.
Key words: Lb4200 detector, Apex Alpha/beta software, alpha radiation, beta radiation.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. />[2]. />[3]. />
ISBN: 978-604-82-1375-6


135