ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------

Đặng Thị Mỹ Linh

XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐO LIỀU CỦA HỆ PHỔ KẾ
NEUTRON HÌNH TRỤ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------

Đặng Thị Mỹ Linh

XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐO LIỀU CỦA HỆ PHỔ KẾ
NEUTRON HÌNH TRỤ
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
Mã số: 8440130.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Lê Ngọc Thiệm

TS. Nguyễn Thế Nghĩa

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành luận văn này, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Lê Ngọc
Thiệm – Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, TS. Nguyễn Thế Nghĩa – Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã dìu dắt, hướng dẫn tơi tận
tình và đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi trong q trình tơi thực hiện luận văn
này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới tập thể các thầy, cô giáo của Khoa
Vật lý và các thầy, cô giáo của bộ môn Vật lý Nguyên tử và Hạt nhân đã tận tâm chỉ
dạy, hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong q trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Lãnh đạo Viện Khoa học và Kỹ thuật
Hạt nhân cùng các đồng nghiệp của tôi đã giúp đỡ, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện giúp
tôi thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn TS. Roberto Bedogni – Viện Vật lý Hạt nhân Quốc
gia Ý đã cho phép tôi sử dụng phần mềm tách phổ FRUIT trong suốt q trình làm
việc và thực hiện luận văn này.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất đến gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ,
giúp đỡ tôi trong cuộc sống, cơng việc và trong suốt q trình học tập, nghiên cứu,
thực hiện đề tài luận văn Thạc sỹ này.

Đặng Thị Mỹ Linh

iii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
VKHKTHN

Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân


BSS

Hệ phổ kế neutron hình cầu Bonner

CNS

Hệ phổ kế neutron hình trụ

FRUIT

Frascati Unfolding Interactive Tool – phần mềm tách phổ FRUIT

��

Suất thông lượng neutron

� ̇ ∗(10)

Suất tương đương liều neutron mơi trường

�̃

Năng lượng neutron trung bình trên tồn dải tương đương liều

�̅

Năng lượng neutron trung bình trên tồn phổ thông lượng

̅
ℎ�̅


Hệ số chuyển đổi từ thông lượng sang tương đương liều

IAEA

Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế

INFN

Viện Vật lý Hạt nhân Quốc gia Ý

PSDL

Phòng chuẩn cấp một về đo liều bức xạ ion hóa

SSDL

Phịng chuẩn cấp hai về đo liều bức xạ ion hóa

VINATOM

Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam

WHO

Tổ chức Y tế Thế giới

ISO

Cơ quan Tiêu chuẩn Quốc tế



DANH MỤC HÌNH VẼ
1.1

(a) Trường bức xạ thực, (b) Trường bức xạ mở rộng và định hướng (c)

8

Trường bức xạ định hướng. Hình trịn nét đứt trong hình (b) và (c) mơ tả
kích thước
u cầu đối với trường bức xạ tương ứng.
1.2

Cấu trúc trường bức xạ của hình cầu ICRU tại điểm P′ mà tại đó tương

9

đương liều được xác định. Bức xạ có thể tương tác với hình cầu từ nhiều
hướng khác nhau trong trường bức xạ mở rộng. H′ (d, Ω) định nghĩa cho
hướng Ω trên vectơ bán kính tại độ sâu d. Trong trường bức xạ mở rộng và
định hướng, vectơ bán kính trong việc xác định H∗(d) luôn ngược hướng
với trường bức
xạ.
1.3

Mối quan hệ giữa đại lượng vật lý, đại lượng đặc trưng cho một trường

11


bức xạ neutron chuẩn và các đại lượng dùng trong chuẩn
1.4

Quá trình tương tác của neutron trong chất làm chậm.

13

1.5

Hệ BSS cùng đầu dị 6Li(Eu).

14

1.6

Phổ thơng lượng neutron tại khoảng cách 100cm và 200cm của trường chuẩn 15
neutron với nguồn 241Am-Be trần sử dụng hệ BSS.

1.7

Phổ thông lượng neutron tại khoảng cách 150 cm của trường chuẩn neutron
với các nguồn

241

16

Am-Be được làm chậm bởi các quả cầu polyethylene

đường kính khác nhau sử dụng hệ BSS.

2.1

Cấu hình nguồn 214Am – Be.

19

2.2

Phịng chuẩn liều neutron.

19

2.3

Cấu tạo của đầu dò 6LiI(Eu).

20

2.4

Hệ phổ kế neutron hình trụ cùng đầu dị 6LiI(Eu).

21

2.5

Hàm đáp ứng của hệ phổ kế neutron hình trụ được mơ phỏng bằng MCNP.

22


2.6

Giao diện phần mềm tách phổ neutron FRUIT.

27


2.7

Các file thông số đầu vào và file kết quả đầu ra của phần mềm tách phổ

29

FRUIT.
3.1

Phổ thông lượng neutron tại khoảng cách 150 cm đo bởi hệ CNS và hệ BSS

31

của các trường chuẩn neutron khác nhau.
3.2

Suất tương đương liều neutron môi trường tại khoảng cách 150 cm đo bởi hệ

33

CNS và hệ BSS của các trường chuẩn neutron khác nhau.
3.3


Năng lượng neutron trung bình trên tồn dải liều tại khoảng cách 150 cm đo

34

bởi hệ CNS và hệ BSS của các trường chuẩn neutron khác nhau.
3.4

Hệ số chuyển đổi thông lượng neutron sang suất tương đương liều neutron
môi trường tại khoảng cách 150 cm đo bởi hệ CNS và hệ BSS của các trường
chuẩn neutron khác nhau

36


DANH MỤC BẢNG BIỂU

1.1

Các đại lượng dùng trong an toàn bức xạ.

11

1.2

Các đại lượng đặc trưng của các trường chuẩn liều neutron tại khoảng cách

17

150 cm được xác định bằng hệ BSS.
2.1


Kích thước của các lớp làm chậm hình trụ.

22

2.2

Số đọc thu được từ hệ CNS của các các trường chuẩn neutron khác nhau.

27

2.3

Hệ số chuyển đổi thông lượng neutron sang tương đương liều neutron môi

28

trường của neutron đơn năng tới quả cầu ICRU.
3.1

Thông lượng neutron tại khoảng cách 150 cm được đo bởi hệ CNS và hệ BSS. 32

3.2

Năng lượng neutron trung bình trên tồn dải phổ thơng lượng tại khoảng cách

35

150 cm được đo bởi hệ CNS và hệ BSS.
A.1


Hàm đáp ứng của hệ phổ kế neutron hình trụ mô phỏng bằng MCNP.

42

A.2

Dữ liệu đầu vào của phần mềm tách phổ FRUIT.

46

vii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU....................................................................................... v
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................... 3
1.1. Các thuật ngữ, đại lượng thường được sử dụng trong trường chuẩn liều
neutron [4, 9].................................................................................................. 4
1.1.1. Các thuật ngữ sử dụng trong trường chuẩn liều neutron [4].........................4
1.1.2. Các đại lượng đặc trưng cho trường bức xạ neutron trong chuẩn liều
neutron [9].................................................................................................... 6
1.2. Hệ phổ kế cầu Bonner (BSS) và các trường chuẩn neutron đã được thiết lập
sử dụng hệ BSS............................................................................................. 12
1.2.1. Hệ phổ kế cầu Bonner (BSS)...................................................................... 12
1.2.2. Các trường chuẩn neutron đã được thiết lập bởi hệ BSS............................15

1.3. Ý tưởng thiết kế hệ phổ kế neutron hình trụ (CNS)....................................... 17
CHƯƠNG 2: TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM............19
2.1.

Phòng chuẩn và nguồn chuẩn neutron........................................................... 19

2.2.

Hệ phổ kế neutron hình trụ (CNS)................................................................. 20

2.3.

Phương pháp tách phổ neutron bằng phần mềm FRUIT................................23

2.4.

Các bước thực nghiệm................................................................................... 26

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................... 30
3.1.

Phổ thông lượng neutron............................................................................... 30

3.2.

Thông lượng neutron..................................................................................... 31

3.3.

Suất tương đương liều neutron môi trường.................................................... 32


3.4.

Năng lượng neutron trung bình trên tồn dải tương đương liều.....................33

3.5.

Năng lượng neutron trung bình trên tồn dải phổ thơng lượng......................34

3.6.

Hệ số chuyển đổi thông lượng neutron sang suất tương đương liều neutron
môi trường..................................................................................................... 35


KẾT LUẬN............................................................................................................. 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 39
PHỤ LỤC................................................................................................................ 42


MỞ ĐẦU
Luận văn này trình bày việc xác định các đặc trưng đo liều của hệ phổ kế
neutron hình trụ sử dụng cho mục đích đánh giá an tồn bức xạ. Quá trình thực
nghiệm và xử lý kết quả được thực hiên tại Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân
(VKHKTHN) dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Ngọc Thiệm và TS. Nguyễn Thế
Nghĩa.
Ngày nay, năng lượng nguyên từ ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong
các lĩnh vực đời sống như trong y tế, công nghiệp, nông nghiệp,… Do đó, vấn đề an
tồn bức xạ ln được quan tâm hàng đầu. Để xác định được mức độ ảnh hưởng của
bức xạ ion hóa xung quanh mơi trường làm việc trong công nghiệp, cơ sở y tế,

trường đại học, các tổ chức nghiên cứu hay trong nhà máy điện hạt nhân cần sử
dụng các thiết bị ghi đo bức xạ ion hóa. Theo khuyến cáo của Cơ quan Năng lượng
Nguyên tử Quốc tế (IAEA), mỗi thiết bị ghi đo bức xạ nên được hiệu chuẩn trước
khi đưa vào sử dụng và hiệu chuẩn lại sau khoảng 12 tháng đến 14 tháng [4].
VKHKTHN thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam là cơ quan duy nhất
tại Việt Nam có phịng chuẩn cấp hai về đo liều bức xạ ion hóa (SSDL-VN) nằm
trong hệ thống SSDL của WHO/IAEA. Nhiệm vụ của phòng chuẩn là hiệu chuẩn
các thiết bị ghi đo bức xạ ion hóa (bao gồm cả các thiết bị đo liều neutron) để chắc
chắn rằng các thiết bị hoạt động bình thường với độ chính xác có thể tin cậy được.
Phịng chuẩn neutron tại VKHKTHN sử dụng nguồn

241

Am – Be. Để thực hiện quá

trình hiệu chuẩn các thiết bị đo neutron, các đặc trưng của trường chuẩn neutron đã
được xác định bằng hệ phổ kế cầu Bonner (BSS) (bao gồm các quả cầu
polyethylene có đường kính khác nhau (2, 3, 5, 8, 10, 12 inch)). Ngồi ra, hệ BSS
cũng có thể được sử dụng để đo đạc, đánh giá an toàn bức xạ tại các cơ sở bức xạ.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp, hệ BSS bao gồm nhiều quả cầu khá nặng và
bất tiện trong việc di chuyển và bố trí thực nghiệm. Do đó, để thuận lợi cho cơng
việc, một hệ phổ kế neutron hình trụ (CNS) lồng nhau đã được thiết kế và chế tạo
thành công tại VKHKTHN.
Trong luận văn này, các đặc trưng đo liều của hệ CNS như phổ thông lượng
neutron, thông lượng neutron (�� ), suất tương đương liều neutron môi trường


1



(� ̇ ∗ (10)), năng lượng neutron trung bình trên tồn dải phổ (�̅), năng lượng
neutron trung bình trên tồn dải liều (�̃) và hệ số chuyển đổi từ thông lượng
�
neutron sang tương đương liều
neutron (ℎ̅) trong các trường chuẩn liều neutron
�

được xác định dựa trên các Tiêu chuẩn quốc tế ISO 8529, ISO 12789 [7, 8, 9, 10] sử
dụng hệ CNS. Các đại lượng này được so sánh với các kết quả thu được khi đo bằng
hệ BSS nhằm khẳng định độ tin cậy của hệ CNS.
Luận văn gồm 3 phần chính: Chương 1 trình bày các đại lượng đặc trưng của
trường chuẩn liều neutron, hệ BSS và giới thiệu về hệ CNS. Các trang thiết bị và
phương pháp thực nghiệm được đề cập ở Chương 2. Chương 3 trình bày kết quả và
thảo luận.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Thực tế, trên thế giới cũng như Việt Nam, việc sử dụng các nguồn neutron
đồng vị trong các ngành kinh tế - kỹ thuật rất phổ biến và đem lại hiệu quả kinh tế
xã hội. Ngoài các nguồn đồng vị neutron hiện có, hiện nay nước ta có nhiều máy gia
tốc xạ trị tuyến tính đã và đang được sử dụng ở các bệnh viện Trung ương và các
bệnh viện Đa khoa Tỉnh. Khi hoạt động ngoài liều bức xạ do photon gây ra cần
kiểm soát liều do bức xạ neutron sinh ra. Do đó, việc đánh giá an toàn bức xạ đối
với neutron ngày càng được quan tâm.
Việc đo đạc neutron luôn là thách thức không nhỏ với cộng đồng khoa học
trong nước và thế giới do đặc trưng vật lý của chúng:
− Neutron là hạt khơng mang điện nên q trình ghi đo gặp khó khăn vì phải ghi
đo gián tiếp qua các hạt mang điện sinh ra khi neutron tương tác với vật chất

làm đầu dị;
− Neutron thường có dải năng lượng rộng, phổ liên tục (từ năng lượng nhiệt đến
hàng GeV), điều này cũng khó khăn trong q trình ghi đo (khơng đơn giản
như phổ gamma, thường là gián đoạn);
− Liều neutron phụ thuộc mạnh vào năng lượng neutron tới (không như bức xạ
photon, có sự phụ thuộc nhỏ) nên q trình ghi đo liều neutron rất dễ gây sai số
lớn.
Ngày nay, trên thế giới đã phát triển nhiều loại thiết bị ghi đo neutron khác
nhau như: các thiết bị trực tiếp ghi đo liều neutron hoặc các thiết bị ghi đo phổ
thông lượng neutron sau đó tính tốn liều neutron (để dễ dàng trong việc đánh giá
an toàn bức xạ). Về cơ bản, các thiết bị đo neutron phục vụ cho mục đích đánh giá
an tồn bức xạ ngày càng hồn thiện hơn, tuy nhiên vẫn có những khó khăn nhất
định trong từng loại thiết bị.
Luận văn này sẽ trình bày các đặc trưng đo liều của hệ phổ kế neutron hình
trụ (CNS) do VKHKTHN chế tạo. Các đặc trưng đo liều của hệ CNS được xác định
sử dụng trường chuẩn liều neutron với nguồn 241Am-Be.

3


1.1.

Các thuật ngữ, đại lượng thường được sử dụng trong trường chuẩn liều
neutron [4, 9]

1.1.1. Các thuật ngữ sử dụng trong trường chuẩn liều neutron [4]
 Thiết bị chuẩn là các thiết bị chuẩn cấp hai, được chuẩn với các thiết bị

chuẩn cấp một thơng qua các phịng thí nghiệm chuẩn quốc gia hoặc các
phịng thí nghiệm được cơng nhận trên thế giới đang giữ chuẩn với các đại

lượng chuẩn thích hợp. Ngồi ra, nếu phịng thí nghiệm chuẩn cấp hai cũng
là phịng thí nghiệm chuẩn quốc gia thì thiết bị của họ có thể được chuẩn
thơng qua phịng chuẩn cấp I trên thế giới (ví dụ phịng thí nghiệm chuẩn cấp
I BIPM – the Bureau International des Poids et Mesures ở Paris).
Khi thiết bị chuẩn không phải là chuẩn cấp hai thì chúng phải được chuẩn
thơng qua chuẩn cấp hai hoặc chuẩn cấp ba mà đã được chuẩn dựa trên
chuẩn cấp hai.
 Nguồn chuẩn là các nguồn chuẩn cấp hai, được chuẩn với chuẩn cấp một

thơng qua các phịng thí nghiệm chuẩn quốc gia hoặc các phịng thí nghiệm
được công nhận trên thế giới đang giữ chuẩn với các đại lượng chuẩn thích
hợp. Ngồi ra, nếu nguồn chuẩn cấp hai cũng là nguồn chuẩn quốc gia thì
chúng có thể được chuẩn thông qua BIPM.
Khi nguồn chuẩn không phải là chuẩn cấp hai thì chúng phải được chuẩn
thơng qua chuẩn cấp hai hoặc chuẩn cấp ba mà đã được chuẩn dựa trên
chuẩn cấp hai.
 Chuẩn cấp một là chuẩn cao nhất cho các đại lượng đo lường trong các lĩnh

vực riêng. Chuẩn cấp một được lưu giữ tại phịng thí nghiệm chuẩn quốc gia
mà tại đó thực hiện các nghiên cứu về mục đích của đo lường, tham gia các
so sánh quốc tế (được tổ chức bởi các phòng chuẩn như BIPM) với các
phịng thí nghiệm chuẩn cấp một khác.
 Chuẩn cấp hai là chuẩn mà giá trị của nó được xác định bằng cách so sánh

trực tiếp với chuẩn cấp một và được đi kèm với một chứng chỉ chuẩn xác
định q trình chuyển chuẩn đó. Chuẩn cấp hai được lưu giữ tại hệ thống
phịng thí

14



nghiệm SSDL của IAEA. Các phịng thí nghiệm chuẩn cấp hai được chứng
nhận bởi quyết định chính thức của quốc gia và được coi như là cơ sở cho
việc xác định giá trị cho tất cả các chuẩn khác về các đại lượng liên quan
trong quốc gia đó.
 Trường bức xạ chuẩn là trường bức xạ mà các đại lượng liên quan đến

trường đó đã được xác định bằng hệ thiết bị chuẩn tương ứng.
 Giá trị thực của một đại lượng là giá trị được đánh giá là tốt nhất được xác

định bởi chuẩn cấp một hoặc cấp hai hoặc bởi thiết bị chuẩn được chuẩn bởi
chuẩn cấp một hoặc cấp hai. Giá trị thực được coi là rất gần với giá trị chính
xác với sự khác nhau khơng đáng kể cho một mục đích xác định.
 Hệ số chuẩn là tỷ số giữa giá trị thực của đại lượng cần đo H trên giá trị hiển

thị M của thiết bị đo:
��
=

�

(1.1)

�

Hệ số chuẩn là một chỉ số cho một trường bức xạ chuẩn với các điều kiện xác
định, khơng phải là một hệ số duy nhất có thể áp dụng cho toàn bộ dải đo của
thiết bị (khi đó thiết bị đo được coi là khơng tuyến tính trong dải đáp ứng của
nó).
Hệ số chuẩn khơng có thứ nguyên khi mà thứ nguyên của giá trị thực và giá

trị đo là như nhau. Một thiết bị được coi là tốt khi hệ số chuẩn của nó gần 1.
Hệ số chuẩn luôn phải đi kèm với các điều kiện chuẩn xác định.
Nghịch đảo của hệ số chuẩn là đáp ứng của thiết bị đó dưới điều kiện chuẩn
và ngược lại.
Hệ số chuẩn của một thiết bị không phụ thuộc vào đặc trưng của các thiết bị
chuẩn và kỹ thuật thực hiện hiệu chuẩn.
 Đáp ứng R của thiết bị đo là tỷ số giữa chỉ số đo M của thiết bị đo với giá trị

thực của đại lượng đo.
Ghi chú: Loại đáp ứng cần phải được chỉ rõ, ví dụ ‘đáp ứng thông lượng”:


�Φ = �/Φ

(1.2)

Hoặc “đáp ứng tương đương liều”:
(1.3)

�� = �
�
/

 Hệ số chuyển đổi là tỷ số giữa hai đại lượng. Hệ số chuyển đổi thông lượng

neutron sang tương đương liều neutron, ℎΦ, là tỷ số giữa tương đương liều
neutron, �, và thông lượng neutron, Φ, tại một điểm trong trường bức xạ:
ℎΦ = �/Φ

(1.4)


 Điểm chuẩn của thiết bị đo là điểm dùng để định vị thiết bị đo tại điểm kiểm

tra. Điểm chuẩn của thiết bị thường được đánh dấu trên thiết bị bởi nhà sản
xuất, nếu không thể đánh dấu trên thiết bị thì chúng phải được chỉ ra trong
các tài liệu đi kèm cùng thiết bị.
1.1.2. Các đại lượng đặc trưng cho trường bức xạ neutron trong chuẩn liều
neutron [9]
 Thông lượng neutron, Φ, là tỷ số giữa số neutron đến �� trên diện tích tiết

diện mặc cầu ��:
Φ=

��

(1.5)

��

Đơn vị đo của thông lượng neutron là �−2; đơn vị thường dùng là �� −2.
 Suất thông lượng neutron, φ, là tỷ số giữa lượng biến thiên thông lượng �Φ

trên một đơn vị thời gian ��:
φ=

�Φ
��

=


Đơn vị đo của suất thông lượng là ��

� 2�
��. ��
−2

(1.6)

. � −1 .

 Thông lượng neutron phổ, Φ� , là tỷ số giữa độ biến thiên thông lượng neutron

�Φ trên khoảng năng lượng �� , giữa hai điểm năng lượng � and + �� :
Φ� =

�Φ
��

(1.7)


Đơn vị của thông lượng neutron phổ là �−2 . � −1; đơn vị thường dùng là
� � −2 . �� −1.
 Suất thông lượng neutron phổ, φ� , là tỷ số giữa lượng biến thiên thông

lượng neutron phổ �Φ � theo thời gian ��:
φ� =

�Φ�
� 2Φ

=
�� . ��

Đơn vị của suất thông lượng neutron phổ là �

(1.8)
−2

. � −1 . �−1; đơn vị thường

dùng là �� −2 . � −1 . �� −1 .
 Năng lượng neutron trung bình trên tồn dải phổ thơng lượng, �̅, là

năng lượng neutron được lấy trung bình trên tồn phổ thơng lượng neutron:
∞

1
(�)��
�̅ = 0∫ �.ΦΦ

(1.9)

�

 Năng lượng neutron trung bình trên tồn dải tương đương liều, �̃, là năng

lượng neutron được lấy trung bình trên tồn dải phổ tương đương liều:
∞

(1.10)


1��
Φ
�
0H
�̃= ∫
�. ℎ (�). Φ
 Liều hấp thụ, � , là tỷ số giữa năng lượng trung bình �

của bức xạ iom

truyền cho khối lượng �� :
�=
Đơn vị của liều hấp thụ là . ��

−1

�
��

đơn vị thường dùng là ( (� �)

(1.11)
.

 Tương đương liều, � , là tích số của liều hấp thụ � tại 1 vị trí trong mơ với

hệ số phẩm chất � của bức xạ gây ra liều hấp thụ � tại điểm đó:
� = �. �


(1.12)

Đơn vị của tương đương liều là �. ��−1, đơn vị thường dùng là � ������().


 Suất tương đương liều, �̇ , là độ biến thiên tương đương liều �� trong

khoảng thời gian ��:
��
�̇ = � �
Đơn vị của suất tương đương liều là .
((.

−1

(1.13)
−1

.

−1

, đơn vị thường dùng là

).

 Tương đương liều môi trường, � ∗ (�) tại một điểm trong trường bức xạ

là tương đương liều tạo ra bởi trường bức xạ mở rộng và định hướng trong
quả cầu ICRU tại độ sâu d trên bán kính ngược hướng của trường bức xạ.

Đơn vị của tương đương liều môi trường là . ��
( (��)

−1

, đơn vị thường dùng là

.

Hình 1.1. (a) Trường bức xạ thực, (b) Trường bức xạ mở rộng và định hướng
(c) Trường bức xạ định hướng. Hình trịn nét đứt trong hình (b) và
(c) mơ tả kích thước u cầu đối với trường bức xạ tương ứng đó [6].
Đối với bức xạ đâm xuyên mạnh, độ sâu d = 10 mm hiện đang được khuyến
cáo sử dụng. Tương đương liều môi trường trong trường hợp này ký hiệu là �∗(10).
Đối với bức xạ đâm xuyên yếu, độ sâu d = 0,07 mm và d = 3 mm hiện đang được
khuyến cáo sử dụng cho da và mắt. Tương đương liều môi trường trong trường hợp
này được ký hiệu lần lượt là �∗(0.07) và �∗(3).


 Tương đương liều định hướng, � ′ (�, � ), tại một điểm trong trường bức xạ

là tương đương liều được tạo ra bởi trường bức xạ mở rộng tại độ sâu � trên
bán kính của quả cầu ICRU theo hướng � .
Đơn vị đo của tương đương liều định hướng là . ��

−1

, đơn vị thường dùng là

((��) .

 Tương đương liều cá nhân, � �(), là tương đương liều trong mơ ICRU, tại

Hình 1.2. Cấu trúc trường bức xạ của hình cầu ICRU tại điểm �′ mà tại đó
tương đương liều được xác định. Bức xạ có thể tương tác với hình
cầu từ nhiều hướng khác nhau trong trường bức xạ mở rộng.
�′(�, �) định nghĩa cho hướng � trên vectơ bán kính tại độ sâu �.
Trong trường bức xạ mở rộng và định hướng, vectơ bán kính trong
việc xác định �∗(�) ln ngược hướng với trường bức xạ [6].
một điểm thích hợp d bên dưới cơ thể. Đơn vị của tương đương liều cá nhân
là �. ��−1, đơn vị thường dùng là ������� (). Mọi giá trị tương đương
liều cá nhân cần phải đưa ra giá trị độ sâu �.
+ Đối với bức xạ đâm xuyên mạnh, độ sâu d = 10 mm, hiện tại, đang được
khuyến cáo sử dụng. Tương đương liều cá nhân trong trường hợp này ký


hiệu là ��(10).
+ đối với bức xạ đâm xuyên yếu, độ sâu d = 0,07 mm và d = 3 mm, hiện tại,
đang được khuyến cáo sử dụng cho da và mắt. Tương đương liều cá nhân
trong trường hợp này được ký hiệu lần lượt là ��(0,07) và ��(3).
+ Việc chuẩn liều kế cá nhân, các đại lượng được định nghĩa H p(d), phải quan
tâm tới các phantom tương ứng chứa mô ICRU như sau:
 phantom cơ thể người với kích thước 30 cm x 30 cm x 15 cm để

mơ tả cơ thể người (cho việc chuẩn liều tồn thân)
 phantom gối, là một hình trụ trịn với đường kính 7,3 cm, dài 30

cm, để mơ tả cẳng tay hoặc cẳng chân (cho việc chuẩn liều kế
đeo tại cổ tay hoặc mắt cá chân)
 phantom que, là một hình trụ trịn với đường kính 1,9 cm, dài 30


cm, để mơ tả ngón tay (cho việc chuẩn liều kế nhẫn)
Bảng 1.1 trình bày tóm tắt các đại lượng dùng trong an tồn bức xạ.
Hình 1.3 mơ tả mối quan hệ giữa đại lượng vật lý, đại lượng hoạt động và
trường bức xạ neutron.


Bảng 1.1.

Các đại lượng dùng trong an toàn bức xạ [4].
Đại lượng hoạt động
Đại lượng giới

Bức xạ chiếu
ngoài

trường

Bức xạ đâm xuyên
mạnh
Bức xạ đâm xuyên
yếu

Đo liều môi

hạn

Đo liều cá nhân

Liều hiệu dụng


� ∗ (10)

��(10)

Liều da

� ′ (0,07,
�)

��(0,07)

Liều mắt

� ′ (3, �)

��(3)

Trường bức xạ neutron chuẩn

Đại lượng vật lý mô tả trường bức xạ neutron chuẩn:
Thông lượng neutron, (Φ,( )
Liều hấp thụ, �

Đại lượng dùng trong chuẩn, bắt nguồn từ đại lượng vật
lý: Tương đương liều môi trường, � ∗(�)
Tương đương liều định hướng, � ′ (�, � )
Tương đương liều cá nhân, � �()

Hình 1.3. Mối quan hệ giữa đại lượng vật lý, đại lượng đặc trưng cho một
trường chuẩn neutron và các đại lượng dùng trong chuẩn [4].



Đại lượng vật lý sử dụng trong trường chuẩn liều neutron (liều hấp thụ) có
thể được xác định chính xác bằng buồng ion hóa hoặc nhiệt lượng kế tại phịng
chuẩn cấp một về đo liều bức xạ ion hóa (PSDL) [4]. Tuy nhiên, các đại lượng hoạt
động như suất tương đương liều neutron môi trường, �̇ ∗(10), thường được đo tại
phịng chuẩn liều bức xạ ion hóa cấp hai (SSDL). Các đại lượng hoạt động có thể
được xác định bởi các thiết bị chuẩn sử dụng cho việc đo đạc các đại lượng tương
đương này. Tuy nhiên, các loại thiết bị chuẩn này khơng có sẵn. Do đó, để đánh giá
chính xác liều neutron gây ra tại một điểm trong trường chuẩn neutron, thông
thường cần: xác định phổ thông lượng neutron (phân bố thơng lượng theo năng
lượng) sau đó tính tốn liều neutron thơng qua hệ số chuyển đổi [6] . Phổ thông
lượng neutron được sử dụng như một đại lượng cơ bản cho việc hiệu chuẩn các
thiết bị đo neutron và có thể được xác định thơng qua các phương pháp thực
nghiệm thích hợp.
Các đại lượng đặc trưng khác của trường chuẩn liều neutron (thông lượng
neutron, tương đương liều neutron mơi trường, năng lượng neutron trung bình trên
tồn dải phổ, năng lượng neutron trung bình trên tồn dải liều và hệ số chuyển đổi
từ thông lượng neutron sang tương đương liều neutron) cũng sẽ được xác định
thông qua phổ thông lượng neutron.
1.2.

Hệ phổ kế cầu Bonner (BSS) và các trường chuẩn neutron đã được
thiết lập sử dụng hệ BSS

1.2.1. Hệ phổ kế cầu Bonner (BSS)
Phổ kế neutron thường được sử dụng để xác định phổ thơng lượng neutron.
Có rất nhiều loại thiết bị khác nhau được sử dụng để đo phổ thông lượng neutron,
tuy nhiên, hệ BSS đã và đang được sử dụng phổ biến và rộng rãi trong các phịng
thí nghiệm cũng như tại phịng chuẩn liều neutron ở VKHKTHN.

Các đầu dị neutron thường có độ nhạy cao với neutron nhiệt nhưng độ nhạy
rất thấp với neutron có năng lượng cao hơn vì tiết diện tương tác của neutron tỷ lệ
nghịch với năng lượng. Do đó, khi đo neutron nhanh người ta không sử dụng trực
tiếp các đầu dị kể trên vì hiệu suất ghi khơng cao, người ta phải làm chậm neutron


đến năng lượng mà ở đó có hiệu suất ghi tốt hơn. Một cấu hình đo ra đời là sự kết
hợp giữa: đầu dò neutron nhiệt và các khối làm chậm. Để làm chậm neutron, người
ta có thể sử dụng phản ứng tán xạ đàn hồi trên hạt nhân nhẹ như hydro, ngồi ra có
thể kể đến polyethylene và parafin cũng là các chất làm chậm phổ biến.
Đối với hệ BSS với các quả cầu làm bằng vật liệu polyethylene, khi neutron
đến sẽ tương tác với cacbon và hydro trong chất làm chậm bao xung quanh đầu dò
neutron nhiệt chủ yếu thông qua phản ứng tán xạ đàn hồi, tán xạ không đàn hồi và
phản ứng hấp thụ. Khi neutron bị mất năng lượng, bị nhiệt hóa do tương tác với
chất làm chậm chúng có thể trải qua các quá trình sau:
(a) Thốt ra khỏi chất làm chậm.
(b) Bị hấp thụ trong chất làm chậm nhưng không đến được đầu dò neutron
nhiệt ở tâm của quả cầu.
(c) Bị bắt ở đầu dị neutron nhiệt thơng qua phản ứng hấp thụ năng lượng
neutron nhiệt.

Hình 1.4. Quá trình tương tác của neutron trong chất làm chậm.


Dữ liệu của một quả cầu Bonner không cung cấp trực tiếp cho chúng ta thông
tin về phân bố phổ thông lượng của chùm bức xạ neutron. Mỗi một tổ hợp của đầu
dò và chất làm chậm chỉ cung cấp một hàm đáp ứng đối với một phổ năng lượng
neutron. Để xác định được thông tin về phổ của chùm bức xạ neutron, người ta phải
sử dụng một bộ các quả cầu có kích thước khác nhau.
Để có thể xác định được phổ neutron, hàm đáp ứng của hệ BSS phải được xác

định. Hàm đáp ứng của đầu dò neutron nhiệt trong một quả cầu nhất định được định
nghĩa là: số đọc của đầu dị trên một đơn vị thơng lượng. Hàm đáp ứng này chỉ phụ
thuộc vào năng lượng bức xạ của neutron đến. Đường kính của các quả cầu
polyethylene thường trải dài cho đến 12 inch để bao trùm một dải năng lượng từ
neutron nhiệt cho đến neutron mang năng lượng 20 MeV. Hàm đáp ứng của hệ BSS
có thể được xác định theo 02 cách: đo đạc từ các neutron đơn năng hoặc tính tốn từ
các code mô phỏng [3, 13]. Hàm đáp ứng của hệ BSS được mô tả trong tài liệu
ICRP74 [6].
Hệ BSS tại VKHKTHN bao gồm một đầu đo neutron nhiệt 6LiI(Eu) và tập
hợp 6 quả cầu làm chậm bằng polyethylene khối lượng riêng 0,95 g/cm 3 có đường
kính khác nhau (2, 3, 5, 8, 10, 12 inch). Tinh thể 6Li(Eu) trong đầu dò có khối lượng
riêng là 3,84 g/cm3. Neutron nhiệt được ghi nhận thông qua phản ứng 6Li(n,α)3H (Q
= 4.78 MeV). Hệ BSS này cho phép ghi nhận thông tin phổ với neutron năng lượng
từ nhiệt đến 20 MeV [2].

Hình 1.5. Hệ BSS cùng đầu dò 6Li(Eu).


1.2.2. Các trường chuẩn neutron đã được thiết lập bởi hệ BSS
Đặc trưng của các trường chuẩn liều neutron sử dụng nguồn

241

Am-Be tại

VKHKTHN đã được xác định trong một vài các cơng bố trước đó. Hình 2.3 và Hình
2.4 mơ tả phổ thông lượng neutron của các trường chuẩn liều neutron được xác định
bằng hệ BSS [11, 12, 18]. Từ phổ thông lượng neutron, các đại lượng đặc trưng
khác cũng đã được xác định thông qua các hệ số chuyển đổi.


Hình 1.6. Phổ thơng lượng neutron tại khoảng cách 100cm và 200cm của trường
chuẩn neutron với nguồn 241Am-Be trần sử dụng hệ BSS [17, 18].