BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LITHIUM ALUMINATE (LiAlO2) ĐỂ ĐO LIỀU PHOTON LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LITHIUM ALUMINATE (LiAlO2) ĐỂ ĐO LIỀU PHOTON LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số: 9.44 Người hướng dẫn khoa học: TS Trịnh Văn Giáp TS Nguyễn Trọng Thành Hà Nội - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn TS Trịnh Văn Giáp TS Nguyễn Trọng Thành Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Tác giả luận án Nguyễn Thị Thu Hà i LỜI CẢM ƠN       Để hồn thành chương trình tiến sĩ viết luận án, tác giả nhận quan tâm, giúp đỡ tận tình tổ chức, cá nhân Lời đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn TS Trịnh Văn Giáp TS Nguyễn Trọng Thành tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu chuyên môn, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn thầy cô, cán tham gia giảng dạy công tác Trung tâm Đào tạo hạt nhân - Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam tận tình giảng dạy, giúp đỡ hỗ trợ thủ tục cần thiết cho tác giả trình học tập, nghiên cứu thực luận án Trong trình thực luận án “Nghiên cứu phát triển vật liệu lithium aluminate (LiAlO2) để đo liều photon”, tác giả nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện tập thể ban lãnh đạo, nhà khoa học, cán Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân, Viện Khoa học vật liệu, Trung tâm Đào tạo Hạt nhân Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành giúp đỡ Cuối tác giả muốn giành tình cảm chân thành gửi lời cảm ơn bố mẹ, người thân đặc biệt người chồng yêu quý bên cạnh động viên, hỗ trợ giúp đỡ tơi học tập, làm việc hồn thành luận án Luận án khơng tránh khỏi cịn nhiều khiếm khuyết, thiếu sót, tác giả mong muốn nhận ý kiến đóng góp q thầy cơ, nhà khoa học, đồng nghiệp người quan tâm, để tác giả tiếp tục hồn thiện luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thu Hà ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Tương tác xạ với vật chất 1.1.1 Sự ion hóa trực tiếp gián tiếp 1.1.2 Tương tác xạ ion hóa với vật chất 1.2 Các đại lượng, đơn vị phương pháp đo liều xạ 1.2.1 Các đại lượng đơn vị đo liều xạ 1.2.2 Các phương pháp đo liều xạ 1.2.3 Phương pháp đo liều nhiệt phát quang 1.2.4 Các tham số động học đo liều nhiệt phát quang 1.2.5 Vật liệu dùng đo liều nhiệt phát quang 1.3 Tổng quan vật liệu LiAlO2 14 15 23 28 29 Vật liệu LiAlO2 ứng dụng đo liều xạ 29 1.3.1 1.3.2 Tổng quan nghiên cứu vật liệu LiAlO2 giới nước 35 1.4 Tiểu kết chương 40 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU LiAlO2 2.1 2.1.1 41 Phương pháp chế tạo vật liệu LiAlO2 41 Dụng cụ thiết bị dùng cho chế tạo vật liệu 41 Phương pháp chế tạo vật liệu LiAlO2 42 2.1.2 Khảo sát đặc trưng cấu trúc hình thái học vật liệu LiAlO2 45 2.2 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 45 2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 46 Nghiên cứu khảo sát đặc tính đo liều vật liệu LiAlO2 48 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 2.5 Nguồn chiếu xạ 48 Thiết bị đo nhiệt phát quang 48 Phân tích đường cong TL LiAlO2 phương pháp giải chập 49 Tiểu kết chương 51 iii Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LiAlO2 53 53 3.1 Kết chế tạo khảo sát đặc trưng cấu trúc vật liệu LiAlO 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết giá trị pH đến cấu trúc pha mẫu chế tạo 53 3.1.2 Kết đo phổ nhiễu xạ tia X 55 3.1.3 Kết đo kính hiển vi điện tử quét 59 3.2 Kết nghiên cứu khảo sát đặc tính đo liều vật liệu γ-LiAlOLiAlO 60 60 3.2.1 Phông giới hạn phát LiAlO2 3.2.2 Độ đồng vật liệu LiAlO2 sau chế tạo 61 3.2.3 Độ tuyến tính 62 3.2.4 Độ nhạy tín hiệu nhiệt phát quang LiAlO2 63 .65 3.2.6 Đáp ứng liều vật liệu LiAlO2 65 3.2.5 Nghiên cứu, khảo sát khả tái sử dụng vật liệu LiAlO 3.2.7 Độ suy giảm tín hiệu TL sau chiếu xạ 68 3.3 Nghiên cứu, khảo sát đường cong TL tham số bẫy vật liệu LiAlO2 72 3.3.1 Dạng đường cong ứng với loại xạ khác 72 3.3.2 Nghiên cứu khảo sát tín hiệu TL vật liệu LiAlO2 thay đổi tốc độ gia nhiệt 74 3.4 Phân tích đường cong TL LiAlO2 phương pháp giải chập .79 3.4.1 Đường cong TL mô so sánh với đường cong thực nghiệm vật liệu LiAlO2 chế tạo phương pháp sol-LiAlOgel 80 3.4.2 Đường cong TL mô so sánh với đường cong thực nghiệm vật liệu LiAlO2 chế tạo phương pháp sol-LiAlOgel kết hợp với EDTA 84 3.5 Tiểu kết chương 87 Chương ÁP DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ NHẬN DẠNG, ĐÁNH GIÁ LIỀU CỦA VẬT LIỆU LiAlO2 .90 4.1 Giới thiệu mạng nơron nhân tạo .90 4.1.1 Khái niệm mạng nơron nhân tạo 90 4.1.2 Phân loại mạng nơron nhân tạo 90 4.1.3 Mơ hình mạng nhiều lớp 93 4.1.4 Quá trình học mạng nơron 93 iv 4.1.5 Thuật toán lan truyền ngược 95 4.2 Xây dựng cấu trúc mơ hình mạng 96 4.3 Xây dựng sở liệu dùng cho việc huấn luyện mạng 97 4.4 Quá trình huấn luyện 98 4.5 Kết áp dụng mạng nơron nhân tạo để nhận dạng, đánh giá liều vật liệu LiAlO2 100 4.5.1 Kết áp dụng ANN để nhận dạng, đánh giá liều vật liệu LiAlO2 sau 52 lần học 100 4.5.2 Kết áp dụng ANN để nhận dạng, đánh giá liều vật liệu LiAlO2 sau 109 lần học 102 4.5.3 Viết chương trình thu thập, tính tốn liệu, ứng dụng mạng nơron 105 4.6 Tiểu kết chương 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC 123 PHỤ LỤC 128 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu ANN Artificial Neural Network E Activation Energy EDTA Etylen Diamin Tetra Acetic EPR Electron Paramagnetic Resonance FOM Figure Of Merit GOT General Of Trap ICRP ICRU Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh International Commission on Radiation Protection International Commission on Radiation Units and Measurements LiAlO2 Lithium aluminate LiF Lithi fluoride MLP Multilayer perceptron OSL Optical Stimulated Luminesence s Frequency Factor SEM Scanning Electron Microscope TL Thermo-Luminescence TLD Thermo-Luminescence Detector Mạng nơron nhân tạo Năng lượng kích hoạt Hợp chất hóa học EDTA Cộng hưởng thuận từ điện tử Hệ số làm khớp Một bẫy tổng quát Ủy ban quốc tế An toàn xạ Ủy ban quốc tế đơn vị đo lường xạ Vật liệu LiAlO2 Hợp chất vô LiF Mạng truyền thẳng nhiều lớp Phát quang cưỡng quang Tần số thoát Kính hiển vi điện tử quét Nhiệt phát quang Đầu dò nhiệt phát quang TSC TSL XRD Thermal Stimulated Conductivity Thermally Stimulated Độ dẫn điện cưỡng nhiệt Phát quang cưỡng nhiệt Luminescence Nhiễu xạ tia X X-Ray Diffraction vi