Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Xác định vị trí tắc nghẽn đường ống PVC bằng phương pháp Gamma truyền qua

Giữa bước sóng A và nang lượng E cua bức xạ gamma có dạng như sau: bu 1.1 E Trong đó: h = 6,625.10" J.s là hang sé Planck; e = 3.10” m/s là vận tốc ánh sang trong chan không.| 2] Khi hạt

LÊ HỮU LỢI

LUAN VAN TOT NGHIEP DAI HOC

Nganh: VAT LY HOC

Mã số: 105

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

THS TRƯƠNG TRƯỜNG SƠN

TP.HÒ CHÍ MINH-2012

LỜI CẢM ƠN

Đề hoàn thành tốt khỏa học và luận van này, tôi đã nhận được sự quan tam,

giúp đờ, khích lệ rất lớn từ thay có, gia đình và bạn bè Thông qua luận vẫn này tôixin gui lời cảm ơn chân thành đến tat cả mọi người

Tôi xin gửi lời trí ân xâu sắc đến thay hưởng dan Th.S Trương Trường Son đã tận tình hưởng dan, đông viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi thực hiện

luận vẫn nay.

Thay ThS Hoàng Đức Tam đã động viên, giúp đỡ và đóng gáp nhiều ý kiển dé

tôi có thé hoàn thành luận văn cua minh.

Thay Lẻ Anh Đức đã tạo điều kiện thuận lợi, guấp đờ tôi trong quả trình thực

nghiệm, đóng gop, chia sẽ kinh nghiệm giúp tôi hoàn thành luận vẫn cua minh.

Quy thay có trong khoa Vat Ly trường Đại học Sư Phạm TP Hỏ Chi Minh đã

giảng dạy trong suốt những năm qua Những kiến thức mà tôi thu nhận được qua

từng bài giảng, từng môn học của các thay cô là nên tang dé tỏi có thé tiếp thu và

hoàn thành khóa học của minh, Cam ơn bạn bé đã giúp đồ, góp ý, động viên tôi

trong thoi gian làm luận văn cũng như những nam thang trên giảng đường dai hoc.

DANH MỤC CÁC HỈNH VỀ ccscccce RTS ROE ORO ŨĐANHMUCGÁE HÀ NGai 20 á021460260G2002200110220G(002Ÿ0.000ảýad0 3DANH MỤC CÁC CHỮ VIET TAT Sa kgah hoi nácŸeivssessee 4

TT ha eedeaeeiiedeekostetnetionednoaganasaeosesasl 5Chương |- TONG QUAN LY THUYET VE PHƯƠNG PHAP GAMMATRUYEN QUA VA UNG DUNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TAC NGHEN TRONG

ME L0 OTRO RU ENT NI eet MODINE ANTES TOD nb 02000000228 7

1.1 Tương tác gamma với vật chất cuc 7

11:3- ĐC vệ pemene es ci ee e en egeeeeae 7

1.1.2 Cơ chế tương tác gamma với vật chất - :5 555550156 §

{,1:2.1 Hiệu ứng quản điện ee eer 9

ng và —=ssrsrarreesesssn 10 1.1.2.3 Hiệu ứng tạo cặp clectron-positron «sex II

1.1.3 Sự suy giảm bức xạ gamma khi di qua môi trường vật chất 12

1.2 Phương pháp gamma truyền Qua cseecsseeccsoceecveesnneesonsessseenceeeets 19

Wee RSI aU ORG basa cca sieu 0oatossesesudaske 19

Pe BE ee 21

81128 ire <scesseersesccnsppenevtnipeemrenmereanescmtvess resaumenines 21

92D: Năng lượng ÚC Xã cv 22022002 22

I3 et V4(40601Á6606 00102200000 23

1.2.2.4 Cường độ của nguồn <2 CD, 23

L3 Ot aot Chants đề Nga 2 ceeeekaiocadeoi 24

1.2.3.1 Kiém tra lõi thép trong các cột bẻ tông - - 24 1.2.3.2, Kiêm tra mực chất lỏng trong các bình chứa kín 24

1.2.3.3 Xác định tỷ lệ đầu nước - ¿222222 9222222222723 2c2zzcvree 281.3 Hệ đo xác định vị trí tắc nghẽn trong ống PVC - 29

1:3:1: Nguyên tắt hoạt đỘNG s200552GG4 cá G000001000040100,0aA: 29

na —=——————eesaasssseasil 30

1.3.4 Detector nhấp nháy Nal model 44-10 - 5555552522 31

(343s Giải ile sec centorreatsieccre eae 31

L342: Chic dbo trung kp ĐU G642 420gi5-cdt@ceooc 31 L0 10 VI Badesile ABA du sqenebndiiỶeeecoueeeeoapsaseoe 31

(2244 Bảo OBI NIA se ccicossssiseeccsnscevessspceaccocescesestiesceecenssierversceseszsynhs 32 1.3.5 Máy don kénh Ludlum Model 2200 Scaler Ratemeter 32

1.3.5.1 Giới thiệu ceeeseeeenneeueenenevenecenuneseecnnenenenneeesenee 32

[Bich Đặu trang ÊỐ HÀ: :2222222020220220020022222/0G023000 34

[`3 3: Cách vận Nônh cuc c6 2200001202100 acces eae 34 t2: Đạo GUÁ0 HÀ» gt0 a1: canara ieee aac 36

Chương 3 - THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TÁC NGHEN TRONG ONG

ÔÔÔÔÖÖÖ.ÖÖ ÖÖÖÖÖÖÔÖ-ÔÖ- 37

2.2 Khảo sat vị trí tie nghẽn trong dmg PVC -525255252 S22 38

2.2.1 Khao sát đối với các ống có kích thước khác nhau 38

DBA Nc Bồ tí Mink ngÌhiÊDoccccnc6eu co 2nn000022206 0005026200146 38

DN: ne 38

2.2.2 Khao sát với nhiều nguồn năng lượng khác nhau 392.2.3, Khảo sát với mật độ chất gây tắc nghẽn khác nhau với nhữngnguồn năng lượng khác nhau 22-222 2C2EEZZZ2E22.zcccvvvzevzczz 392.2.4 Khảo sát với mật độ chất gây tắc nghèn khác nhau với kích thướcống Seles 8Ù: ¡G0216 6tváccGGUES0G06GãG0i0)4G2003%2860caxgg 40

Giuenig2- RET QUA VÀ A0 LUN qu~kjeSkieees«osese=cee 4l

3.1 Khao sat vị trí tắc nghẽn với các ông PVC có kích thước khác nhau 41

3.2 Khảo sat vị trí tắc nghén với nhiều nguồn nang lượng khác nhau 42

3.3 Khảo sắt nhiều vị trí tắc nghén với mật độ chất gây tắc nghẽn khácnhau với những nguồn năng lượng khác nhau 22-5555: 526222 45

3.4 Khao sát nhiều vị trí tắc nghẽn với mật độ chất gây tắc nghèn khác nhau với kích thước ơng PVC khác nhau 22 222222272 g22cccczccr 48

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 2.5222 S2 EEE2CSEEE27E115Z2Erertrrvrrcrccer 52

KẾT LUẬN aastaaiaat a eaten ae 00 2Aï 52

KIÊN BG a sissssccttnesccsesszrea các 1202105500003/026G200022/025060521ã166AS660 52HUONG PHÁT THIÊN CỬA ĐỂ TAN ác diceiecieiskiveiiraiaseeo, $2

NT HN Xi 1Ï] _—_—— ———.———= 54

110009 SHẢẢ 55 Phụ lục ! Phương pháp NDT ĂĂ Si 35

Phụ lục2 Số liệu thực nghiệm khảo sat vị trí tic nghén với các Ong PVC cĩ kích

tước Khác: TU: G0166 x84-AAG(GIiatqgttyGGi0qsa 57Phu luc 3 Số liệu thực nghiệm khao sát vị tri tắc nghẽn với nhiều nguồn nănglượng khác nhau ren Ter oe ren tre men ae Sas 88 G664G sui£S628701/:0G234Ú 61

Phụ lục 4 Số liệu thực nghiệm kháo sat vị tri tắc nghén với mật độ chất gây tắc

nghẽn khác nhau với nhừng nguồn năng lượng khác nhau - 22222222 67Phụ lục 5 Sế liệu thực nghiệm khảo sat vị trí tắc nghẽn với mật độ chất gây tắc

nghẽn khác nhau với với ống PVC cĩ kích thước khác nhau TS

ĐANH MỤC CÁC HÌNH VE

Hinh 1,1; Sự suy giảm chim tia gamma theo bẻ day chỉ 22 2525525555: 12Hình 1.2: Sự phụ thuộc cua hệ số hap thụ toàn phân theo năng lương đối với một số(VÊN đẾ:(214/2001/003241 300 UR TROT BRE RETO NON PC POR IMOY Mi NOOR a 14 Hinh 1.3: Sự suy giam cường độ chùm tia gamma theo bẻ day một nửa d;¿ 17

Hình 1.4: Sự phụ thuộc cua hệ s6 suy giảm khỏi theo năng lượng tia gamma đổi với

một số vật liệu chăn thông dụng -.¿- 57+ 225- 7d 222sccSzcSpx7EEZcrecvezkrecrccrcee 18Hình 1.5 Sơ đỏ khỏi phương pháp gamma truyền qua - 52-55 265522555 19Hình 1.6 Sơ đỏ do chi thi mức bằng gamma truyền qua 22 822222 2v 25Hình 1.7 Sơ đổ phương pháp đo khoảng vị trÍ 225 2221110021112 5211212 e0 c0 26Hinh 1.8: Sơ đồ phương pháp đo khoáng vị trí (nguồn đây) 22225 c22sccvz 27Hình 1.9: Sơ đồ phương pháp đo đỏ tìm mức 22-52 22522222 92118232210 226 27Hình I.10- Sơ đỏ hệ đo xác định vị trí tắc nghẽn trong ống PVC „29Hình 1.11 : Detector nhấp nháy Nal model 444- | 0 5.6 5-55 9% 5255221 31

Hình 1,12: Mặt trước may Ludlum Model 2200 Scaler Ratemeter 32

Hình 1.13: Phần mềm Modnel 2200 EIT HONOUR TROT RE RESTON 35Hình 2.1: Mô ta các ống PVC trong thực nghiệm S2252222SScrvececccececee 37 Hinh 2:2: Cáo chất gây tắc nghẦN;.‹ <c C22022 c6 000106-c2202064,0i0d000ả0L 37

Hình 2.3: Hình ánh bo trí thực nghiệm -.-22 25222S2CSv.EE221222E21111ccccvsrex 38

Hinh 3.1: Đỗ thị khảo sát vị tri tắc nghẽn trong ống PVC có kích thước ® = 116 mm4l

Hình 3.2: Do thị khảo sat vị trí tắc nghẽn trong ông PVC có kích thước © = 90 mm.41

Hình 3.3: Đỏ thị khao sắt vị trí tắc nghẽn trong ống PVC có kích thước ®=90mm,a0 TC.ï::12212nà))/01036G14164620022/023)0000605L000SG-0SI2401086g06%20%0k<veoei 43

Hình 3.4: Đề thị khảo sắt vị trí tắc nghén trong ống PVC cỏ kích thước ® = 90 mm,

NỔI TCẦ:: G2) it ta GtGttEbCSSSGG-GIytBBSGitiaeqisai 4Hinh 3.5: Đỗ thị khảo sát vị trí tắc nghén trong ống PVC có kích thước ® = 90 mm,

nguồn 'ŠÏBạ 02216 =

Hinh 3.6; Dé thị mô ta số đếm theo vị trí dng ứng với nguồn ““Co AS Hình 3.7: Để thị mô tả số đếm theo vị trí ông ứng với nguồn Ì*Ba, 46 Hình 3.8: Đồ thị mô ta số đếm theo vị trí dng ứng với nguồn '””Œs 46

Hình 3.9: Do thị mô tả số đếm theo vị tri ông ứng với nguôn `Na 47Hình 3.10: Dé thị khảo sat vị trí tắc nghẽn trong ông có ®~l l6 mm tương ứng vớiNGHĨ 2 3 Seer eee ene ROR Bae PEAT TE eT PNT PER MeN |e POT ets 49Hình 3.11: Đồ thị khảo sắt vị trí tắc nghén trong ống có ®-90 mm tương ứng với

Re TL con R0 00426 20950600000060201010460607900021000 020606404 49

Hinh 3.12: Đỏ thị khảo sát vị trí tắc nghén trong ong có ®=ll6mm tương ứng với

1v“ ĐH Ti -==- .- “sẽ =S-aẽẽễ - 50

Hình 3.13: Dé thị khao sát vị trí tắc nghén trong ông có 0e90mm tương ứng với

nguồn: CÀ:o¿c-.222 042020000 ea Pe ROR NO ORR RST RT a eee VRPT SCT 50

DANH MỤC CÁC BANG

Bang 1.1: Hệ số suy giảm tuyên tỉnh pi (cm `) 2222 —_.ẳ 14

Bang 1.2: Các nguồn phóng xạ được dùng trong phép do truyền qua 23

Bang 1.3: Bộ nguồn sử dụng trong thực nghiệm 2-255-2s 2222222222732 30

Bang 3.1: Bang thống kẻ khảo sat vị trí tắc nghén đối với các ống có kích thước khác

Bang 3.2: Bang thông kế khảo sat vị trí tắc nghẽn khi su dụng nhiều nguồn nang

lượng Khác a cccccc cá 2262646666610603)882446800:6 ka8icS(4455c26tb 8n: subšt)Xàesá:sZse2 4đ Bang 3.3: Bang thông kê khảo sat vị trí tắc nghẽn khi mật độ chất gây tắc nghẽn khác nhau với các nguon nang lượng khác nhau 2- S2 ©C222S2E24EE72472222Z222ZCCczcrcc 48

Bang 3.4 Bảng thống kê khảo sát mật độ chất gây tắc khác nhau với kích thước ông

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TÁT

SCA; May phân tích đơn kênh (Single Channel Analyzer)

NDT: Kiểm tra khong pha huy (Non ~ Destructive Testing)

PVC: Nhựa PVC (Polyvinyl chloride)

PTN VLHN-DHSP; Phong thi nghiệm vật ly hạt nhân trường Dai học Su Pham

TP.HCM: Thành Phé Hồ Chi Minh

MO BAU

Trong cuộc sống hiện dai ngảy nay, khi khoa học kỹ thuật ngảy cảng phát triển thi những đỏng góp của no cho xã hội ngay cảng thé hiện tam quan trọng của minh.Trong công nghiệp liên quan đến đường ong dẫn như dau khí, yêu cẩu dat ra lá đườngông dan phải an toàn, thông suốt Khi xay ra sự cô như tắc nghẽn hay vỡ ống, các sự

cô này phải được giải quyết nhanh chóng nhằm dam bao tinh an toàn và kinh té Trongluận văn nảy quan tâm đến việc tìm ra vị trí tắc nghẽn trong ông dẫn Phương phápgamma truyền qua là một trong những phương pháp lối ưu dé giải quyết những sự có nay vi dam bao tinh nhanh chong, kinh té va an toan.

Khi tắc nghẽn xảy ra, việc can làm ngay là phai xác định được vị trí tắc nghẽn

Sau đó mới ding các biện pháp kỳ thuật dé làm thông suốt ống dan Tac nghén trong

ông dan la một khuyết tật kin Do đó, khi tắc nghén trong ông dẫn xảy ra chúng ta chi

có thé khoanh vùng bị tắc nghén mà không thé biết chính xác vị trí tắc nghén khi sử

dụng các biện pháp thông thường như: quan sat, mở các van trên đường dẫn, Vùng

được nhận định 14 có tắc nghén thường khá dai, ching ta không thé dùng các biệnpháp thủ công như pha ống dẫn dé tìm vị trí, hoặc thay ca đoạn ông được nhận định là

có tắc nghẽn Nếu lam như vậy sẻ gây lăng phí rit lớn và tốn nhiều thời thời gian choviệc thay cả đoạn ống dẫn.

Phương pháp gamma truyền qua giúp phát hiện tết vị trí tắc nghén trong ống

dan Bang cách sử dụng nguồn phóng xạ phát gamma thích hợp kết hợp với detectorghi đo tương ửng hoặc máy đo suất liều, có thé dé dang tìm được chính xác vị trí tắcnghén Vị trí tắc nghén chỉnh lả vị tri ma hệ đo khi đến vị trí đó tốc độ đếm giảm độtngột Vị trí tắt nghẽn có mật độ vật chat lớn hơn những vị trí không tắc nghẽn nên bức

xạ gamma truyền qua sé giảm, vì bức xa gamma truyền qua sẽ giảm khi mật độ vật

chất tăng

Bồ cục luận văn được chia lảm 3 chương chính:

Chương |: “TONG QUAN VE LÝ THUYETTM, trình bảy khái quát về tương tácgamma với vật chất, phương pháp gamma truyền qua và cấu tạo, đặc diém của hệ đo

được sử dụng trong luận văn nảy.

Chương 2: “NGHIEN CỨU THỰC NGHIỆMT xây dựng được bộ ông PVC và chấtgây tắc nghẽn với kích thước thích hợp cho từng loại dng và tiến hành đo đạc thựcnghiệm va xứ lý số liệu.

Chương 3: “KET QUA VA THAO LUAN” trình bay những kết qua thu được từ thực

nghiệm và đưa ra những kết luận, đồng thời đưa ra những kiến nghị và hướng pháttriển của đẻ tải

Chuong!- |= TỎNG QUAN LÝ THUYET VE PHƯƠNG PHAP

GAMMA TRUYEN QUA VA UNG DUNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ

TAC NGHEN TRONG ONG PVC

1.1 Tương tác gamma với vật chất

1.1.1, Bức xạ gamma

Tia gamma Ia một dang của song điền từ, có tản số hay nang lượng rat lớn Bướcsóng của bức xa gamma nhỏ hơn nhiều so với kích thước nguyên tử (cờ 10”” m).Ngoài tính chất sóng, bức xa gamma còn được xem như một dong hạt nên gọi là lượng

tử gamma Giữa bước sóng A và nang lượng E cua bức xạ gamma có dạng như sau:

bu (1.1)

E

Trong đó: h = 6,625.10" J.s là hang sé Planck; e = 3.10” m/s là vận tốc ánh sang trong

chan không.| 2]

Khi hạt nhân ẬX dịch chuyền từ trạng thái kích thích có mức năng lượng cao vẻ

trạng thái có mức năng lượng thấp hon và din chuyên vẻ trạng thái cơ ban nó có thé

phat ra một số tia gamma, các giá trị số khỏi A và số hiệu nguyên tử Z của hạt nhân

vẫn không thay đối, phổ thu được là dạng phố vạch Năng lượng của các tia gamma bị

lượng tử hóa và có mức năng lượng băng hiệu hai mức năng lượng mà nó chuyên đôi.

E.=hv=E—=E (1.2)

Trong đó: E, là nang lượng tia gamma; E, va Ey lần lượt là nang lượng mức trước va

sau địch chuyến; b lả hằng sé Planck; v là tin số của tia gamma, đơn vị là Hz

Trong các dịch chuyên thông thường, năng lượng gamma cao từ hàng chục KeV đếnhàng chục MeV Trong khi đó, các máy gia tốc hiện đại tạo được lượng tử gamma trên

20 GeV Trong các ứng dụng thực tế gamma năng lượng khoảng từ 2 MeV đến 30

MeV là thích hợp nhất [S}

Sự dich chuyên gamma có thé được hình thành trong những quả trình cơ bản

sau:

> Phân ra alpha và beta thưởng kèm theo dịch chuyển gamma, vì sau khí

phân rả alpha và beta hạt nhân phóng xạ mẹ biến thành hạt nhân con

thưởng ở trạng thái kích thích.

> Khi dùng các hạt tích điện, ncutron, vả proton bắn vao hạt nhắn, hạt nhân

có thê chuyên lên trạng thái kích thích Khi hạt nhân chuyên vẻ trạng thái

cơ ban, nó có thẻ phat ra một số bức xạ gamma.

>» Ngoài ra, bức xa gamma còn được hình thành khi có sự hủy cap

clectron-positron Positron là phản hat của clectron, khi chúng gặp nhau, sẽ tự hủy

nhau va phat ra hat bức xạ gamma có nẵng lượng là Š1 Ì KeV.

Vẻ ban chat thi bức xạ gamma của hạt nhân là do tương tác của các nucleon

riéng rẻ trong hạt nhân với trường điện từ Và đây là quá trình không xảy ra bén trong

nucleon ma xảy ra bên trong hạt nhân Một nucleon tự đo cô lập không thé bức xạ hay

hắp thụ lượng tử gamma đo yêu cầu của định luật bảo toàn động lượng vả xung lượng

Trong hạt nhân, nucleon có thé bức xạ hay hấp thụ gamma do nó có thê truyền động

lượng cho các nuclcon lân cận.

Ngoài ra khi hạt nhân chuyên từ trang thai kích thích cao vẻ trang thái kích thíchthấp hơn hoặc trang thai co bản không chi bằng cách phát ra lượng tử gamma mà cònbằng cách truyền năng lượng cho một electron của vỏ nguyên tử Nếu năng lượng nàylớn hơn năng lượng liên kết ey của electron trong nguyên tử thi electron này bị đánh

bat ra khỏi nguyên tử Đây được gọi là quá trình biến hoán nội trong nguyên tử [2]

1.1.2 Cơ chế tương tác gamma với vật chất

Cũng giống như các hạt tích điện, bức xạ gamma bị vật chất hấp thụ do tương tác

điện từ Tuy nhiên cơ chế của quá trình hấp thụ bức xạ gamma khác với các hạt tích

điện với hai lý do:

> Thứ nhất, lượng tử gamma không mang điện tích nén không chịu tương

tác dưới trường lực Coulomb Tương tic của lượng tử gamma với electron

xảy ra trong miền bán kinh cỡ 10!” m, nhỏ hơn kích thước nguyên tử

khoáng 3 bậc Nên khi đi vào vật chất lượng tư gamma ít va chạm với các

clectron va hạt nhân do đỏ gamma ít lệch khỏi phương bay ban dau của

mình.

> Thứ hai, khỏi lượng cua lượng tư gamma bằng 0 nên không có vận tốc

khác với vận tốc anh sáng Điều này có nghĩa là lượng tư gamma không bilàm chậm trong môi trường Lượng tử gamma chí có thé bị hap thụ hoặc

tản xa va đôi phương bay, thường xay ra ở các góc lớn Do đỏ, cường độchùm tia gamma giam dẫn [2]

Khi xét đến cơ chế tương tác của bức xạ gamma với môi trường ta phải xét đến

tính lượng tử của nó Nghia là tỉnh chất sóng hạt cua bức xạ gamma Theo cơ họclượng tử, bài toán tương túc giữa lượng tử gamma và nguyên tử chỉ có thể giải được

dựa trên cơ sở điện động lực học lượng tử Mặc dù các tia gamma có thể tương tác với

vật chất theo các cơ chế khác nhau nhưng trong ghi đo bức xạ ba qua trình đóng vai trỏquan trọng nhất la quang điện, Compton vả tạo cặp [8]

1.1.2.1 Hiệu ứng quang điện

Khi lượng tử gamma va chạm với electron quỹ đạo của nguyễn tử, gamma biểnmat và năng lượng gamma được truyền toàn bộ cho electron quỳ đạo dé nó bay ra khỏi

nguyên tử Electron nảy được gọi là quang electron Quang electron nhận được động

năng là E, bằng hiệu số giữa nang lượng gamma vao E va năng lượng liên kết eq của

electron trên lớp vo trước khi bị bức ra.

E, =E - cụ (1.3)

Hiệu ứng quang điện không xáy ra đối với electron tự do vi không dam bảo định

luật báo toản động lượng và năng lượng Hiệu ứng quang điện xảy ra chủ yếu đếi với

electron lớp K vả với tiết diện rất lớn đôi với các nguyên tứ nặng (chăng hạn chi) ngay

ca ở vùng năng lượng cao, còn đổi với các nguyên tử nhẹ (chăng hạn cơ thé sinh học) hiệu ứng quang điện chỉ xuất hiện đáng kẻ ở vùng năng lượng thấp Khi electron được

bit ra từ một lớp vỏ nguyên tử, thi tại đó xuất hiện một lỗ trống Lỗ trong nay sẽ

nhanh chóng bị lắp bei một electron từ lớp trên Quá trình này dẫn tới bức xạ ra tia X

đặc trưng hay electron Auger Trong đa so trường hợp lượng tử gamma ứng với tia X

đặc trưng sẽ bị hấp thụ trong nguyễn tử bị ion hỏa lan cận do nó gay ra một hiệu ứng

quang điện khác.[^2]

Tiết diện hap thụ of E) cua hiệu ứng quang điện phụ thuộc vao nẵng lượng của

lượng tư gamma vả bậc số nguyên tu Z của vat chất Theo đỏ, tiết điện hap thụ ti lệ với

Z` nên tăng rat nhanh với các nguyên tổ nặng Tiết điện hap thụ tì lệ với E'*Ý khi năng

lượng E cua lượng tứ gamma chi xắp xí lớn hơn năng lương liên kết eg, điều đó có

nghĩa là tiết điện hap thụ của hiệu ứng quang điện sẽ giảm nhanh khi năng lượng ting

Vậy hiệu ứng quang điện la cơ chế tương tác xáy ra chủ yếu ơ vùng năng lượng thấp

va không đáng kẻ o vùng nang lượng cao.[§]

1.1.2.2 Hiệu ứng Compton

Khi tăng năng lượng gamma đến giá trị lớn hơn nhiều so với năng lượng liên

kết của các electron lớp K trong nguyên tử thi vai trò của hiệu ứng quang điện không

còn đáng kế và bắt đầu hiệu ứng Compton, Khi đó có thé bỏ qua năng lượng liên kết của electron so với nẵng lượng gamma vả tan xạ gamma lên electron có thể xem như

là tắn xạ với electron tự do Tản xạ nảy gọi lả tan xạ Compton, lả tán xạ đàn hỏi củagamma vào với các electron chu yếu ớ quỳ đạo ngoài cùng của nguyên tử Sau tán xạlượng tử gamma thay đổi phương bay vả bị mắt một phan năng lượng còn electron

được giải phóng ra khỏi nguyên tr Tia gamma sau tán xạ có bước sóng A’ lớn hơn

bước sóng A của gamma tới, Gia số tăng bước sóng phụ thuộc vảo góc tán xạ như

ÄXsX Cà s <6) (1:4)

mục

mục

(A, là bước sóng Compton)

Sau tán xạ Compton, năng lượng tia gamma giảm và phần năng lượng giảm đó

truyền cho electron giật lùi Như vậy năng lượng electron giật lùi càng lớn khi gamma

tắn Xa với góc @ cảng lớn Gamma truyền nắng lượng lớn nhất cho electron khi tin xạ

ớ góc p= 180", tức là khi tán xạ giật lùi.

Xác suất xảy ra tấn xa Compton phụ thuộc vào năng lượng của gamma Trongvùng nang lượng 0,1 MeV ~ 10 MeV, hiệu ứng Compton đóng vai trò quan trọng nhấttrong sự tương tắc của gamma Còn khi gamma tới có năng lượng rất cao thì tắn xạcompton dẫn tiễn vẻ 0 [2]

Khi tan xạ compton, electron được xem là tự do Vì vậy tương tác giữa lượng tư

gamma và clectron được xem là độc lập với hạt nhân nên tiết diện tấn xa compton ø,

độc lập với điện tích hat nhân Do vay, hệ số hap thu tuyến tinh cua hiệu img tản xạ

compton ju, chi phụ thuộc bậc nhất vào Z Ta có biểu thức tinh pa, như sau :

pw = nZo (1.6)

Vớt 4, có thứ nguyên fa cm’; n la mật độ nguyên tử (cm ”) ; ø, có thứ nguyên là cm’,

1.1.2.3 Hiệu ứng tạo cap electron-positron

Nếu năng lượng tia gamma lớn hơn hai lan nang lượng nghỉ cua electron2m,c`~I,022 MeV thi khi di qua điện trường cua hạt nhân no sinh ra một cặp clectron

va positron, đó là hiệu ứng sinh cập clectron ~ positron, Xác suất của tương tắc nảy rấtthấp cho đến khi năng lượng của tia gamma đạt giá trị vải MeV Năng lượng dư sẽ

chuyên thành động năng của electron và positron.

Electron bị mat dẫn nang lượng của minh để ion hóa các nguyên tử của môi

trường Positron mang điện tích dương nén khi gặp electron của nguyên tử, điện tích

của chúng bị trung hòa chúng huy lẫn nhau, gọi là hiện tượng hủy clectron-positron va một cặp photon 0,51 MeV xuất hiện Có 3 kha năng xảy ra :

> Cá 2 photon đều được hấp thu, như vậy tia gamma mat hoàn toàn nang

lượng nên ta có sự đóng góp vào số đếm toàn phản.

> Chỉ một photon hủy bị hap thụ, một photon thoát ra ngoài nên năng lượng

tia gamma bị mat trong vùng nhạy là #v—0,51 MeV Các xung nảy đóng

góp số đếm vào phé biên độ xung tạo thành đính thoát cặp thứ nhất (đỉnhthoát đơn Single Escape Peak).

> Khi ca hai photon hủy đều thoát khoi tinh thé, nang lượng tia gamma bị

mat trong vùng nhạy là /-I.02 MeV Các xung này đóng góp số đếm

vao phô biển độ xung tạo thanh định thoát cap thứ hai (định thoát đôi,

Double Escape Peak).

Tuy nhiên các xác suất phát định thoát đơn và thoát đôi là rất thấp do đó cần có nguồn

cường độ mạnh hoặc thời gian đo đài mới khảo sat được các đính nay.[7]

Ở vùng năng lượng rất cao (>10 MeV), anh hướng cua hiệu ứng quang điện và

compton không dang kẻ trong tương tác với vật chất nén cơ chế tương tác chu yếu o

vung nang lượng nay lả sự tao cặp clectron — positron O moi năng lượng, tiết điệntương tác tạo cập o, tí lệ với ZỶ Tiết diện này chi xảy ra khi gamma tới có năng lượnglớn hơn 1,022 MeV va tăng dan va đạt đến giá trị không doi ơ năng lượng rất caokhoảng 1000 mạc”.

1.1.3 Sự suy giảm bức xạ gamma khi đi qua môi trường vật chat

Khi chùm tia gamma đi qua môi trường vật chất, sự suy giảm của nó khác với sự

suy giảm của các hạt tích điện Các hạt tích điện đều có khối lượng nghỉ khác không,

và đều bị làm chậm trong môi trường vật chất, nên các hạt mang điện sẽ bị hap thu

hoàn toản trong môi trưởng vat chat img với bẻ day hữu han, bẻ day nảy được gọi là

quãng chạy của hạt mang điện trong vật chất tương tác Trong khi đó, chim tia gamma

chi bị suy giám về cường độ khi tăng bẻ day vật chat ma không bị hap thụ hoản toàn

Do vậy, gamma không có khái niệm quảng chạy Khi cho một chùm tia gamma đã được chuân trực đi qua bản vật liệu va đo cường độ chùm ta sau ban vật liệu, ta về sự

phụ thuộc cường độ chùm tia đo được theo be day vật liệu trên đỏ thị bán légarit, ta

được một đường thăng Trên hình |.1 đường thang ứng với vật liệu chỉ giảm tuyến tính khi tăng bẻ day vật liệu, do đỏ cho thấy cường độ chùm tia giảm theo ham số

Đường liên nét la đường làm khớp băng Excel.

I là cường độ đã chuẩn trực đo được sau bẻ diy

I, là cường độ đo được khi bẻ day bang 0

Ngày đo: 31/03/2011.

Thiết bị do: Máy do đơn kênh nhấp nhảy đầu dò Nal tại PTN VLHN-DHSP TP HCM

Nguồn “Co; hoạt độ ItCí; Ngày sản xuất: 1/2008,

Khoảng cách do: 10em; Thời gian do: 30 giây; Cao thể: 400V,

Ta xét một chùm gamma hẹp đơn năng với cường độ ban dau lạ Sự thay đôi cường độ

khi chùm tra di qua một lớp vật liệu mong dx:

di = —ldx (1.7)

Trong đó ụ là hệ số suy giảm tuyến tinh, có thứ nguyên là ( độ day)", thường lả em `

Từ (1.5) có thé viết lại như sau:

Khi đi vào môi trường vật chất, gamma tương tác với vật chất theo các cơ chế

như: hấp thụ quang điện, tan xa compton và tạo cặp Do đó, hệ số hap thụ tuyến tính ạt

lả sự tổng hợp của 3 hệ số hap thụ tuyến tính thành phan:

kì =1 #6 te} (I.10)

Trong đó: jp fe fie: lần lượt là hệ só hap thụ tuyển tính quang điện, compton, tạo cặp

Số hang wy trong công thức (1.10) chiếm ưu thể ở miễn năng lượng thấp

(E<0,5MeV), số hạng Ị chiếm ưu thế ở miền năng lượng trung bình

(2.5McV < E.<0.5MeV) so hạng cuối g„ chiếm uu the ở miễn năng lượng cao

(E >1,SMeV) Do vậy, hệ số hap thụ tuyến tính đạt cực tiểu trong khoảng hiệu ứng

compton chiếm ưu thể Cực tiêu nảy cảng rd nét đối với các nguyên 16 nặng vì fy fy

lan lượt ti lệ với Z° và Z°, trong khi y, ti lệ với Z, Các tinh chat nảy được minh hoa rõ

hơn o hình 1.2 đưới đây.[§]

01 Q2 Qs 1 2 5 10 2” w 00 Z0 1000

Hình 1.2: Sự phụ thuộc của hệ số hap thụ toàn phan theo năng lương đối với một

số nguyên tố

Qua đó cho thấy được hệ số suy giảm tuyến tính pp phụ thuộc vào nang lượng của bức

xạ tới va mật độ hay bậc số nguyên tử Z của môi trường hấp thụ Những bức xạ sơ cấp

có năng lượng thấp hoặc mém dé bị hap thụ hơn những bức xạ có năng lượng cao hoặc

cứng Những chất hip thụ có bậc số nguyên tử Z lớn hơn sé hap thụ bức xạ nhiều hơn

những chất có Z nhỏ Bang 1 1 trình bay hệ số gi của một số vật liệu thông dung doivới các giá trị năng lượng gamma tir 0,1 MeV đến 10 MeV.[2]

Bảng 1.1: Hệ số suy piảm tuyến tính g (em `)

Vật Mật độ Năng lượng bức xa gamma E (MeV)

a | aoe) I me | SỞ | oe | 6S | ee |

Vật liệu Năng lượng bức xạ gamma MeV

Khi thiết lập công thức (1.9), người ta đã giả thiết rằng chi những bức xa không chịu một tương tắc nào đối với mỏi trường vật chất sé đến được detector Trong thực

tế dé thỏa mãn điều kiện nảy gan như là khong thể Do 46 sự lam khớp các số liệuthực nghiệm nghiên cửu về sự truyền qua vat chất của bức xạ với định luật ham e mũ

luôn là một bai toán gan đúng Điều kiện giả thiết trên có thé hiểu là điều kiện của

một chùm bức xạ mảnh song song Do vậy người ta thường dùng các hệ chuân trực có

cửa sd cảng nhỏ càng tot Người ta chứng minh được răng, công thức (1.9) đúng cho

sự suy giam bức xạ khi truyền qua vật chat chi khi bẻ day x phái nhỏ hơn giá trị I/p của bức xạ trong vật chất đó Vì sau một vải va chạm, xác suất bức xạ đến được detector là rất thấp Tuy nhiên, đối với vật chap hap thụ có bẻ day quả lớn thi bức xạ sau nhiều lần va chạm, sẽ có một xác suất lớn nhất định dé bức xạ sau tin xạ vẫn đến

được detector.

Khi bức xạ đi qua bé day x lớn hon gid tri 1 của bức xạ trong vật chat đó thixác suất tương tác cua bức xạ với vật chất tăng, din đến xác suất bức xạ thứ cấp đếnđược detector cũng tăng Do đỏ đối với vật chất day thì lượng bức xạ thứ cấp đếnđược detector tăng đáng kẻ củng với bức xạ sơ cấp không tham gia tan xạ Vi thé,cường độ bức xạ mà detector đo được sẽ lớn hơn so với khi tính bằng công thức (1.9).

Hiện tượng này được gọi lả hiện tượng tích lũy bức xạ do tán xạ nhiều lin, Khi đó

công thức (1.9) được viết lại như sau:

I=BlI.e" (1.11)

Trong đó B được gọi là hệ số tích lũy hay hệ số Build-up Hệ số này phụ thuộc vao vật liệu che chắn, chiều day x của môi trường hap thụ và nàng lượng của bức xạ tới B cỏ giả trị lớn hơn 1 Giả trị của B có thê được xác định bằng tỉ số giữa cường độ bức xạ

thực và cường độ được tính theo (1.9):

Bê day một nửa đ, ; là độ day vật chất mà chùm tia đi qua bị suy giảm và cường

độ chi còn lại một nửa so với ban đầu Mối liên hệ giữa bẻ day một nửa d,,; và hệ sốsuy giảm tuyến tính pt như sau:

Hình 1.3; Sự suy giảm cường độ chùm tia gamma theo bề day một nửa dy,

Ngoài hệ số suy giam tuyến tính ụ, chúng ta còn su dụng hệ số suy giảm khối p, , đạilượng nảy có thứ nguyên là (gcm')' Hệ số suy giảm khối /„ thường được sư dụng

hơn hệ số suy giám tuyển tính p vì tránh sự phụ thuộc của hệ số hap thụ tuyén tính vào

mat độ vật chất Có thé hệ số suy giảm khối ;„ áp dụng cho bat kỳ dạng vật chất nào

(rin, long, khí) cua chất được khao sát và có thể so sánh kết quả giữa các chất khác

nhau một cách dé ding vì cùng một đơn vị Hệ số suy giảm khối y,, được xác định như

sau:

be = £ (1.14)p

Trong đó p (g/cm’) là mật độ vật chat môi trường vật chat tương tác.

Ta có thể viết lại biểu thức (1.9) như sau:

Năng lượng gamma E (MeV)

Hình 1.4: Sự phụ thuộc của hệ số suy giảm khối theo năng lượng tia gamma đối

với một số vật liệu chắn thông dụng

Trong các ứng dụng thực tế, các đối tượng cin đo đạc có kích thước tương đối

lớn Do đó ta thường sử dung gamma có năng lượng từ 2 đến 5 MeV Khi đó, hiệu ứng

compton là cơ chế tương tác chú yếu, tức là hệ số suy giảm khối xắp xi bằng hiệu ứng

suy giảm khối của hiệu ứng tán xạ compton Do hệ số suy giảm khối của hiệu ứng tán

xạ compton bằng nhau đối với các chất khác nhau, nên hệ số suy giảm khối gin bằng

nhau đối với các chất khác nhau vả sự suy giảm gamma cùng năng lượng đối với các

chất khác nhau la như nhau khi bể day của chúng tinh bằng g/cm’ là như nhau.

Hệ só suy giảm khối của môi trường vật chất cấu tạo từ nhiều thánh phan khác nhau

được cho bởi công thức:

ụ ụ

Trong đỏ:

©œ : 0 lệ khối lượng trong mdi trường của thành phan vật chat i.

(`) : hệ số hấp thụ khỏi cua thành phần vật chất thứ i, đơn vị là (g/cm?) ˆ [8]

p

1.2 Phương pháp gamma truyền qua

1.2.1 Nguyên tắcPhương pháp gamma truyền qua là một phan của phương pháp kiểm tra không

pha hủy mẫu NDT Sử dụng chủm tia gamma truyền qua để kiểm tra phat hiện các

khuyết tật bên trong hoặc & bẻ mặt vật kiểm tra mà không gây hại đến kha năng sử

dụng chúng Nói theo cách khác, chúng ta có thé xác định vị trí và kich thước khuyết

tắt trong các chi tiết, cấu kiện bằng cách sử dụng chùm tia gamma truyền qua ma

không làm hư hại đến vat cân kiểm tra Điều nay rat quan trọng vì nêu chúng ta pháhuy vật can kiểm tra, nó sẽ không còn tinh trạng tốt [3].{5].{I 1]

Phương pháp này gồm có một nguồn phát bức xạ gamma được che chin sao cho

phát ra chim tia chuẩn trực, đặt đối diện trên đường đẳng trục với nguồn là detector.Trong khoảng giữa nguồn va detecter là vat thé can kiểm tra

Nguèẻn Vật liệu đo

Hình 1.5 Sơ đồ khối phương pháp gamma truyền qua

Dựa vào cơ chế tương tác của bức xạ gamma khi di qua vật chất, cường độ

chim gamma sẽ bị giảm do hiệu ứng hấp thy, Chim tia gamma sau khi di qua vật chat

can kiểm tra sẽ được detector ghi nhận Sau đó detector sẽ đưa ra những tín hiệu xungđiện đi đến cúc bộ phận điện tử phía sau dé khuếch đại và xứ lý Khi bức xạ gammatruyền qua vật liệu đo, cường độ của chim chuẩn trực sẽ suy giảm theo quy luật ham

mũ được mô ta bor công thức:

~tj).X

THU VIEN

Hoc Su-Phan

{C*CHI-MINH

Trong đó I là cường độ chim tia gamma sau khi truyền qua vật liệu đo có bẻ day là x,

ly là cường độ chùm tia phát ra từ nguồn, jt, là hệ số suy giảm khối, p lá mật độ khói

lượng cua vat chat

Tir cong thức (1.17) ta có thé xác định vị wi tắc nghén chính là vi trí ma hệ do

khi đến vị trí dé tốc độ dém giảm đột ngột Vị trí tắt nghẽn có mật độ vat chất lớn hơnnhững vị trí không tắc nghẽn nên bức xạ gamma truyền qua sẽ giám, vì bức xạ gamma

truyền qua sẽ giảm khi mật độ vật chất tăng.

Ngoái ra với các đại lượng da được xác định bằng thực nghiệm ta sẽ tính toán

va Xác định được | trong các thông SỐ sau:

> Bẻ bảy x khi biết ji, vả p.

> Hệ so hap thụ tạ, khi biết x va p

> Mật độ khói p khi biết jt, vax.

Tir công thức (2.1.1) ta lấy Lo hai về:

Lait) = La(Ip) + Ln(exp(-H„ px)

Lj

<=> Hm 0 = Ln( ) (1.18)

Từ (1.18) ta có thé tính toán dé xác định các thông số g„ hoặc p hoặc x mà ta quan

tâm.

Trong thực nghiệm xác định bẻ day bằng kỹ thuật bức xạ gamma truyền qua, dựa vào

số đếm ma detector ghi nhận được khi chùm tia bức xạ truyền qua các lớp vật chất

mẫu có bể day khác nhau ma ta xây dựng được phương trình đường chuẩn tuyến tinh

bé day theo số đếm có dang :

x=aN+b (1.19)

Trong đó: x là bể day vả N 1a số đếm (hoặc suất liều) còn a, b là những hệ số

Từ phương trình trên dựa vào số đếm N (hoặc suất liều) mà may đếm ghi nhận được khi đo lớp vật chất có bẻ day bat kỳ x nằm trong giới hạn khảo sát, thay vào phương

trình chuắn đã xây dựng sẽ xác định được bẻ dày bat ky đó.

Tuy nhiên dé phan ánh được tinh chất suy giảm cường độ của chim tia gamma khi

xuyên qua vật chất ta thưởng làm khớp các số liệu thu được trong thực nghiệm dưới

dang ham mũ :

Y - A exp(-i„ X) (1.20)

Trong đó Y la số đếm hoặc suất liêu mà máy đêm ghi nhận, A la hệ so thu được khi

làm khớp sẻ liệu, pip là hệ số hap thụ khối của vật chất khảo sát X chính là p.x là khối

lượng mặt của vật chất khao sát Với p là mật độ khối cua vật chất khảo sat, x la be

day khao sat

Từ phương trinh (1.20) đựa vào số đếm (hoặc suất liều) mà may đếm ghi nhận khi khảo sát vật chất có bẻ day bắt kì nằm trong giới hạn khảo sát sé tính được bé day can

tích điện, máy phat neutron, may phat tia X

Nguồn phóng xạ được chia lam hai loại là nguồn phóng xạ tự nhiên và nguồn

nhiền, là các chất phóng xạ có trên trái đắt, trong nước, trong khí quyển hoặc có nguồn

gốc từ các tia vũ trụ Còn nguồn phóng xạ nhân tạo là đo con người tạo ra, có thể là lò

phản ứng hạt nhân, máy gia tốc, máy phát tia X, Mỗi nguồn phóng xạ phát ra các

tia bức xạ có thẻ là n, a, B’, f3, y, hoặc hỗn hợp của các bức xạ này có chu kỷ bán rãkhác nhau Do đó, khi sử dụng cần phải xác định loại bức xạ mà nguồn phát ra loại

chất như đỏ xuyên sảu, hay sự ion hóa mỏi trưởng Tia gamma có ban chất la sóng

điện từ, không mang điện nên không bị lệch trong điện trường va chuyên động với vận

tắc ánh sáng nén có kha năng xuyên thấu lớn Các tia gamma có năng lượng khoảng

10 MeV thường được sử dụng trong công nghiệp Tia gamma có thê dùng chụp anhphóng xạ như tia X đề tim khuyết tật của vật, đo bẻ dày những vật liệu day, có mật độ

khỏi lượng cao hay được cau tao từ các nguyên to nặng Cac nguồn gamma được sử

dụng khá rộng rai trong công nghệ bức xạ Co và '””Cs được sử dụng phó biến nhất

vi những lý đo nỗi trội của chúng:

> Đối với nguồn “Co:

- Việc chế tạo nguồn “Co không phức tạp Ta có thé đưa “Co (độ phd cập100%) vào lò phán ửng có thông lượng neutron nhiệt cao Sau phan ứng bắt neutron,

`*Co biển đổi thành “Co,

- Cobalt là kim loại ré tiền, trơ vẻ mặt hóa học nên không bị oxy hóa, không pháttan trong môi trường do đó công tác bảo quan, che chắn phóng xạ đơn giản nhờ nước

thường hoặc bẻ tông Các phương tiện va kỹ thuật ngay nay cho phép vận chuyen %Cọ

với hoạt độ cao một cách an toàn nén thuận lợi cho việc thương mại hóa nguồn này.

- Nguồn “Co có chu kỳ bán rã lớn (5,3 nam), phát bức xạ tương đối cứng (1,33

MeV va 1,17 MeV) nên có kha năng xuyên sâu cao, cho phép sử dụng dé đo các vật

liệu day hoặc chiều xa hàng hóa hay vật có kích thước lớn

> Đổi với nguồn '””Cs:

- Nguồn '””Cs được chế tạo bằng cách phân hạch **“U trong nhiên liệu của lò

phan ứng hạt nhân nên chúng có thé sản xuất với số lượng lớn dẫn đến gid thành rẻ

- Nguồn '’Cs có chu ky bán rã dai (30,07 nam), phát gamma với năng lượngtrung bình (0,662 MeV) được dùng dé chiếu xạ hàng hóa, vật có kích thước nho.[1]

1.2.2.2 Năng lượng bức xa

Mỗi nguồn phóng xạ phát ra một hay nhiều loại tia bức xạ có năng lượng khác

nhau hoặc phát ra cùng loại bức xạ nhưng cỏ năng lượng khác nhau Khả năng xuyên

thấu của bức xạ tùy thuộc vào năng lượng của bức xạ Vi vậy tùy theo vật được kiểm

tra có bề day và mật độ khói lớn hay nhỏ mà ta dùng loại đông vị phóng xa phát bức

xạ có năng lượng thích hợp Nếu vật cần đo có bẻ day và mật độ khối lớn thì phải dùng

nguồn có năng lượng lớn và ngược lai, như vậy phép đo mới đạt độ chính xác cao.Thông thường nguồn được chọn cỏ năng lugng sao cho bé day vat can kiểm tra đúng bằng bẻ day một nửa của bức xạ đỏ tương ứng với vật liệu vật can kiểm tra Từ bang

(1.2) dưới day, ta có thê chọn nguồn có năng lượng thích hợp ứng với be day tương

ứng.{ I |

Bang 1.2; Các nguồn phóng xạ được dùng trong phép do truyền qua

Chu ky bản ra Năng lượng tia (MeV) Vùng sử dung tôi

Nếu một nguồn cỏ chu ky bản rã ngắn dẫn đến cường độ của nó sẽ giảm rất

nhanh, việc này dẫn đến việc đo đạc gặp nhiều khỏ khăn Vì không những phải thaythế nguồn ma còn phải hiệu chỉnh sự gia tăng độ phóng xạ của nguồn dé bù lại những

sai lệch do sự giảm cường độ Do vậy khi thực hiện phép đo, ta nên chọn những nguồn

có chu kỳ bán rä đủ dài để hạn chế những sai số đưa vào phép đo Thường những

nguồn được sử dụng trong phép đo bể day cỏ chu ky bán rã lả nhiều năm, chỉ một số it

trưởng hợp la đưới 1 năm.[ I ]

1.2.3.4 Cường độ của nguồn

Việc chọn nguồn có hoạt độ cao hay thắp tùy thuộc vảo độ nhạy hoặc hiệu suấtcua detector và thời gian đo đạc Dé giảm sai số thống kế thì ta phái tăng thời gian do

hoặc tăng cường độ cua nguồn phóng xạ Trong phương pháp gamma truyền qua, đê

đạt độ chỉnh xác cao trong phép đo bẻ day, ta phải chọn nguồn có hoạt độ thích hợp

với thời gian kháo sát.

1.2.3 Một số ứng dụng

1.2.3.1 Kiếm tra lõi thép trong các cột bê tông

Dé kiểm tra các công trình xây dung đặc biệt lả lỗi thép trong các cột bẻ tong

do các yếu tỏ khách quan ma người quan lý không theo đöi được chất lượng công trình

tử khi bắt đầu xây dựng cho đến khi kết thúc công trình xây dựng Kỳ thuật đo bức xa

gamma truyền qua có thẻ cho biết kết quả kiểm tra một cách nhanh gọn chính xác mà

không làm ảnh hương đến chất lượng công trình

Do tinh chat của bức xa gamma sẽ bị suy giảm cường độ khi di qua vật chat theo quy

luật:

T= Igexp(- & Mạ„„.p,.X\) (1.21

Trong đó 1 là cường độ bức xạ sau khi truyền qua lớp vật chất, Ip là cường độ bức xạ

ban đầu, 11, li hệ số hip thụ khối của lớp vật chat thứ i, p, là mat độ khối của lớp vật

chat thứ i va x, là bé dày lớp vật chất thứ i

Dựa vào các thông số vẻ mật độ khối vả hệ số hap thụ khối của bẻ tông, sắt (đã biết) ta

thiết lập hệ phương trình tử phương trình (1.21):

Ï = lo€XP(~MaeXe ~ terereXze) (1.22)

Xu = Xụ + Xc (1.23)

Trong đó, pigs và py là hệ số hấp thụ khối va mật độ khối của lớp vật liệu bê tông, tu;

là hệ số hap thụ khối của lớp vật liệu sắt va xp, Xpe xụ lẫn lượt là bể day lớp vật liệu bê

tông, sắt và tông của chúng Từ hệ phương trình (1.22),(1.23) cùng với những tínhtoán cụ thé ta sẽ xác định được kích thước của lõi thép bẻn trong [4]

1.2.3.2 Kiếm tra mực chất lỏng trong các bình chứa kín

Ứng dụng ky thuật hạt nhân vào kiểm tra chiều cao mức chất long trong các

bình chứa kin đóng một vai tro khá quan trọng Nó có thé kiểm soát định lượng cả hai

quá trình bing tay hay tự động nhằm hai mục đích chính là do báo mức hoặc chi thị

mức liên tục.

Chi thi mức là sự quan sát mức chất lỏng (vật chất) có trong bon chứa, chi đơn

thuần dựa vào độ lệch hap thụ tương đối tia gamma đổi với các chất khác nhau đẻ chi

ra có hay không mức vật liệu trên đường đi giữa nguồn phỏng xạ gamma và thiết bị

ghi bức xạ gamma được áp dụng Từ đó ma đưa ra những thay đôi hay chi thị can thiết

giá trị mà ta quan tâm nao đó của mức vật liệu Trong ứng dụng thực tế, dựa vào cau

hình của bồn chứa và sự hấp thụ tia gamma của thành bỏn chứa mà tính toán tăng

giam hoạt độ nguôn phủ hợp dé đạt được kết qua tốt nhất.

Hình 1.6 Sơ dé đo chỉ thị mức bằng gamma truyền qua

Các nguồn phóng xạ thường được dùng trong kỳ thuật này là Co hoặc '””Cs

dải hoạt độ dùng trong công nghiệp thường từ 1 mCi đến 100 mCi tùy theo vật liệu

nhẹ hay nặng Dé phép đo được chính xác hơn người ta thường sử dụng các loại dau

đỏ có độ nhạy cao như Detector nhấp nhảy hoặc ông đếm Geiger -Muller Ngảy naycác loại Detector bán dẫn đang được sử dụng rộng rai vi chúng có nhiều ưu điểm như

có độ phân giải năng lượng cao, công suất tiêu thụ điện năng thấp vả có thé điều khiến

dễ dàng, trực tiếp

Đo báo mức liên tục có ba dạng cơ bản được ứng dụng cho các thiết bị côngnghiệp cần báo mức từ xa một cách liên tục

Dạng 1 (Phương pháp đo liên tục theo câu hình đứng): Trong phương pháp này

nguồn và detector được đặt đồng trục xuyên qua mức vật liệu theo phương thắng đứng

Vật liệu trong bồn chứa sẽ hap thụ bức xạ theo chiều cao tương ứng do đó có thé biếtđược thông qua các thiết bị phi nhận bức xạ

Dạng 2 (Phương pháp đo khoảng vị trí): Phương pháp này có thể chí thị đa mứcvật liệu có trong bồn chứa, Phát hiện liên tục mức vật liệu trong khoảng chiều cao canquan tâm Nguồn va đầu dò được bố trí củng trên một mat phẳng đồng trục với nhau,

ở giữa là bén chứa vật liệu quan tâm Phần diện tích đầu đò bị che phủ tỉ lệ với lượngvật liệu bên trong bên chứa tang cao dan hay giám dan.

Hình 1.7 Sơ đồ phương pháp đo khoảng vị tríGia sử các tia bức xạ từ nguồn phát ra tới dau dé là đẳng đều theo chiều cao, ta

có công thức tỉnh mức vật liệu có chiều cao t, :

I,-T,

1Ý“ (1.24)

Trong đó, lạ là cường độ bức xa ứng với không có chút vật liệu quan tam nao che phủ

dau đò, l¡ là cường độ bức xạ ứng với dầu dò bị che phú hoàn toàn bởi vật liệu bêntrong, t là tông chiều cao của khoảng vật liệu cắn báo chí thị mức, I, là cường độ bức

xạ thực tế ghi được.

Tuy nhiên trong thực tế áp dụng, cường độ bức xạ 1, thường rất nhỏ so với Ip nên trong

nhiều trường hợp cỏ thé bo qua, khi đó:

x.“ (1.25)

Hệ thống đo khoảng vị trí này có thé mớ rộng dai đo lên tới từ 50 cm đến 100 cm bằng

cách thay vai trò của Detector bằng một nguồn đây tuyến tính và chi dùng một đầu đò

dé hạn chế hiệu ứng tán xạ như hình sau:

Hình 1.8: Sơ dé phương pháp đo khoảng vi trí (nguồn dây)

Nhược điểm của phương pháp trên là phái gắn n thiết bị với n nguồn phóng xạ

do đó không tránh khói sai số lớn do ảnh hướng tán xạ bơi các nguồn đặt gần nhau nên

trong thực té thường áp dung thay thể n nguồn bằng một nguôn đơn và thiết bị ghi làmột Detector có khoảng thu nhận tuyến tính như Hình 3.2.

Dạng 3 (Phương pháp đo dò tìm mức): Trong phương pháp nảy nguồn va

Detector được đặt chuân trực đồng trục trên một mặt phẳng hai bên cua binh chứa kin

được kéo từ dưới lên trên để dò tim mức vật liệu chưa biết trước trong bỏn chứa kin Dựa vào các thông số ma máy đo ghi nhận ta sẽ phân tích và xử lý các thông số đó thé

tim được mức vật liệu trong bồn chứa, đồng thời nếu phép đo đạt độ chính xác cao ta

có thé biết được vật liệu trong bổn chứa là loại vật liệu gì thông qua việc xác định các

hệ số suy giảm khối m va mật độ khối p của chúng [4]

1.2.3.3, Xác định tý lệ đầu nước

Kỹ thuật gamma truyền qua được áp dụng trong công nghiệp dâu khi xác định

ty lệ dau vả nước có trong sản phâm dau thé khi khai thác được Trong kỹ thuật này

người ta sẽ sử dụng nguồn gamma phát hai năng lượng Gọi lạ là cường độ cham tia

gamma ban đầu khi di qua môi trưởng gồm các vat chất có tỷ lệ va mật độ khối khácnhau thì sẽ tuân theo quy luật trong công thức (1.21) da dé cập ở trẻn

Gia sử nguồn gamma được sử dung phát ra hai năng lượng E, vả E; như vậy

cường độ chùm tia ban dau sẽ là lạ, vả lạ;, khi đi qua môi trường vật chất gồm haithành phan dầu và nước có mật độ khối ø;, py khác nhau và có bẻ day x,, x; ta xác lậpđược hai phương trình:

Ty = luieXP(-emi+Ø4XỊ ~ Me ¡202X:) (1.26)

Và 2 = Ïoj€XP(~Hạ 2;Ø4XỊ ~ He 32:X:) (1.27)

Trong đó: I, và 1, tương img là cường độ chùm tia gamma có năng lượng E, va E sau

khi truyền qua dau vả nước; lọ, vả lọ; là cường độ chùm tia gamma ban đầu có năng

lượng E; va Ea; ples) (cm”⁄g) là hệ số hap thụ khối của dau đối với tia gamma truyền qua có năng lượng ban dau E;; 14:2 (cm /g) là hệ số hap thụ khối của nước đối với tia gamma truyền qua có năng lượng ban đầu E); pies) (cmẺ⁄g) là hệ số hấp thụ khối của

dầu đổi với tia gamma truyền qua có nang lượng ban đầu E>; {go> (cmẺ/g) là hệ số hap

thụ khỏi của nước đối với tia gamma truyền qua có năng lượng ban đầu E;; p;, p2, Xị,

x; lan lượt là mật độ khói vả chiều day của dau và nước.

Xác định được các hệ số j„¡\, Me¡2, Hezis Hm22> Pir P2 kết hợp với hai phương trình (1.26) và (1.27) ta sẽ xác định được xạ, x; qua đó sẽ xác định được hàm lượng của dầu

vả nước.

Tuy nhiên trong thực tế các nhà khai thác cần phải kiểm tra hàm lượng ngay

trong khi đang còn trong đường ống dẫn dé điều chỉnh ngay từ sớm, kỹ thuật dùng

nguồn gamma hai nang lượng có thê phân biệt được ba pha gồm dau, nước và không

khí, khi đó ta sẽ thiết lập được hệ 3 phương trình:

Ty = Lope xp (pent fi) ~ Me2iF282 ~ HmsiFs â+)R] (1.28)

Ly = laseXp[(=MumzF48; ~ Hm22f2a2 ~ Hms2ty a)R] (1.29)

a; >> a;+ a;= Ï (1.30)

Với fins) Mạ„y (cmẺ/g) lần luợt là hệ số hap thụ khỏi của không khí đối với tia gamma

truyền qua có năng lượng ban đầu E,, E và a), a, a) lan lượt là ham lượng cua dau,

nước va không khí trong ông dẫn có ban kính là R

Từ hệ ba phương trình trên ta hoán toản xác định được ham lượng các thành phan dau,nước, không khí có trong dng tai sản phẩm dau khai thác từ đó có thê đưa ra nhừngđiệu chính hợp ly dé nâng cao hiệu suất khai thác [4]

1.3 Hệ đo xác định vị trí tắc nghẽn trong ống PVC

1.3.1 Nguyên tắt hoạt động

Hoạt động của hệ đo dựa trên phương pháp gamma truyền qua nên nguyên tắc

can được dam bao là cham gamma từ nguồn phát ra phải dược chuẩn trực, xuyên qua

vật liệu can đo đạc và sau đỏ là đến được detector ghi nhận gamma Tin hiệu mà

detector nhận được sé được đưa đến hệ điện tử xử lý vả được số hóa Dữ liệu sẽ được

lưu lại trên may tinh.

Nguôn được đặt đối điện trên đường đăng trục với detector Trong khoảng giữatrên đường đăng trục lả vật thê cần đo

Hình 1.10: Sơ đề hệ đo xác định vị trí tắc nghẽn trong ống PVC

Khi bức xa gamma khi đi qua ông PVC sé bị giảm năng lượng do hiệu img hap thụ

Detector sẽ ghi nhận bức xạ trực tiếp phát ra từ nguồn gamma khi di qua ông PVC cần

kiêm tra Sau đỏ detector sé đưa ra những tín hiệu xung điện đi đến các bộ phận điện

tư phía sau dé khuếch đại va xu ly, Khi truyền qua dng PVC, cường độ gamma sé suy

giảm theo quy luật ham mũ như công thức (1.9):

I=Lerȣ"

Sau khi xư lý bộ sé liệu thu được, ta sẽ xác định được vị trí ma ông PVC bị tắc nghén,

Vị trí bị tắc nghẽn chỉnh là vị tri ma số đếm thu được giảm đột ngột so với cde vị trí

lan cận Dựa vào phương pháp nảy ta có thé xác định vị trí tắc nghén trong ông PVC

mà nhìn bên ngoài ta hoan toản không thê xác định.

1.3.2 Giá đỡ hệ

Giá đờ hệ gồm giá dd detector, nguồn va giá dé dng PVC giúp ống PVC trượt đi

trong quá trinh đo Giả đỡ có kết cầu sao cho nguồn và detector phải đăng trục, vị trí

phải được cố định không xẻ dịch trong quá trình đo, Phản giá đỡ ống PVC có chiều

cao sao cho trục của ống phải cắt vuông gốc với đường đảng trục của nguồn và

detector.

1.3.3 Bộ nguồn do

Khi tiến hảnh thực nghiệm, khỏa luận đã sư dụng các nguồn sẵn có ở PTN

VLHN-ĐHSP để tiến hành đo đạc Việc sử dụng nhiều nguồn nhằm đánh giá ảnh

hướng của năng lượng lên kết qua đo Một số nguồn đà sử dụng được trình bày ở bảng

1.3:{6]

Bảng 1.3: Bộ nguồn sử dụng trong thực nghiệm

cáo Hoạt độ ngày | Nang lượng

0,081, 0.276;

0,77 0,303; 0,365,

0,384

Fes | Mamm | 03 | 068 —

1.3.4 Detector nhấp nháy Nal model 44-10

1.3.4.1 Giới thiệu

Detector nhấp nháy Nal model 44-10 được sử dụng đo bức xa gamma có nẵng

lượng trong khoảng tir 60 KeV đến 2 MeV Detector nay dùng dé xác định độ nhạy.

phân tích phô năng lượng được sử dụng cho máy đếm đơn kênh Cấu tạo cơ ban của detector bao gồm: tinh thé Nal đường kính 2"' (5,1 cm), day 2°°(5,1 em) được nồi với

ông nhân quang điện và được bọc bằng một lớp nhôm mong 0,063" ( 0,157 em).[6]

1.3.4.2 Các đặc trưng kỹ thuật

- Chat nhấp nháy: tinh thé Nal.

- Dé nhạy: 900 số đểm/phút (đối với nguồn '’’Cs).

- _ Dây điện trở Dynode: 60 (MQ).

Kết nối công “C”.

Nhiệt độ hoạt động: 20°C - 50°C.

- _ Kích thước: đường kính 2,6'" (6,60 cm), chiều dai 11°" (27,94 cm)

- Khối lượng máy: 1,04 kg.[6]

1.3.4.3 Cách vận hành may

Kết nói đầu đò với máy đếm bang day cáp

Kiem tra detector.

Chính cao thé hoạt động phủ hop với detector

- Có thẻ tiến hành đo sau khi kiểm tra an toàn may.

1.3.4.4 Bao quản máy

Đặt nơi khô rao, không dat nơi quá cao nhâm thuận lợi thao tác và han che

hư hong khi rơi

Nhiệt độ môi trường làm việc dam bao trong khoảng tir 20°C — 50°C

Độ âm tương đôi không qua 95%

Sau khi do đạc cần sắp xép dụng cụ ngắn nắp, rút điện | 6

1.3.5 Máy đơn kênh Ludlum Model 2200 Scaler Ratemeter

1.3.5.1, Giới thiệu May đơn kénh Ludlum Model 2200 Scaler Ratemeter la thiết bi được su dung

kém với detector nhấp nháy, ông đếm Geiger - Muller va éng đếm ti lệ Máy được

dùng cho việc phản tích pho nang lượng gamma, số đếm được hiến thị trên đèn led.

Máy được két nói với máy tính thông qua công RS — 232 và có phan mém xu lý kết

qua duge cai dat trén may tinh.

Mặt trước của may có nhiều nút điều chỉnh, bao gồm các nút sau

Hình 1.12: Mặt trước máy Ludlum Model 2200 Scaler Ratemeter

- Đèn đếm (count Lamp): số đếm hiên thị trên đèn led là một day 6 số

- Công tắc đếm (count Switch): xóa va khởi động đếm, quá trình đếm tự

động dimy lạt khi ket thúc thon giản dem đã được cai dat trước

Thời gian đếm (count Time): thời gian được thiết lập dé tiến hành đo với

đơn vị la phút từ 0 đến 999, công tắc chính la X0,L và XI

Số phút (Minutes): cài đặt thởi gian cỏ thé điều chính bang tay co núm 3

số thập phân dùng dé đặt trước thời gian đếm.

Công tắc chọn chức năng (Ratemcter Function Selector): có 3 vị trí đượccải đất sẵn RATE, HV, BAT RATE cho phép điều chính tốc độ đếm của

động hè, HV cho phép cai dat cao thé cho máy, BAT giúp kiếm tra tỉnh

trạng làm việc của pin trên dong ho.

Ngưỡng (Threshold): là một nút được chia thành 10 vạch nhỏ vớt 10 vòng

dùng dé lựa chọn xung phù hợp với thang đo Thiết bị điều khiển nảy có

giá trị tăng thé từ 1,00 đến 10,00, Nếu giá trị đưới 1,00 thì nhiễu cao dẫnđến ghi nhận xung thiểu chính xác

Cửa số (Window): là nút có 10 vạch giống như Threshold được sử dụng

đẻ điều chỉnh độ rộng của số Nó được điều chính sao cho một vòng quay

của việc điều chính cửa số tương đương với một vòng quay diều chỉnh

ngưỡng.

Tat mở (ON-OFF): là công tắt bằng nút, mớ hoặc đóng cửa sỏ

Đầu nối vào detector (Detector input connection); đầu nỗi đồng trục nối

tiếp “C° Đây là đầu điều chỉnh không có số chỉ thị, cho phép chọn điểm

làm việc mà không vượt ra khỏi mạch tuyển tính của mạch

BAT: cáp nguôn từ 4 pn loại “D”

DISCR: có 1 với đồng hd điện thé dé thiết lập phạm vi ngưỡng cho điện

thể.

Công tắc chọn khoảng (RANGE Selector Switch): có 4 vị trí theo 4 hệ sốnhân 10 tương ứng là XI, X10, X100, XIK ứng với thang do của số đếm

từ 0-500 cpm (counts per minute), 0-5000, 0-50000, 0-500000 cpm.

Công tắc ZERO (ZERO Switch); khi ấn vào sé đưa đồng hé do về mức 0.Nút Fast-Slow (F-L Response): công tắc với 2 vị trí điều chỉnh ứng với haimức độ nhanh là vị trí "F", đồng hò sẽ chi từ 0 đến 90% thang đo trong 4

giây, còn vị trí “S” dong ho sé chỉ từ 0 đến 90% thang do trong 22 giây

HV (Cao thé): nút chỉnh có 10 vòng được chia làm 10 vạch điều chỉnh cao

thể từ 200 V đến 2500 V

Dé đảm bao cho qua trình đo đạc có phông tự nhiên và tiếng ồn nhỏ nhất

thì hai yếu tố ánh hưởng lớn nhất là cao thế HV vả ngường

THRESHOLD.

Say máy từ 1-2 phút trước khi bắt đầu đo.(6]

1.3.5.2 Đặc trưng kỹ thuật

-Nguồn nuôi: 85-265 V, sử dụng dòng điện xoay chiều, tan số 50-60 Hz

Pin: 4 pin, thời gian làm việc 1a 120 gid, pin được đặt bên trong máy.

Độ nhạy của thiết bị: độ nhạy điện thé cho các detector

Cao thé: điều chỉnh bằng nút xoay 10 vòng từ 200-2500 V.

Bộ tốc độ đo: máy có 4 tốc độ đếm là: 0-500 cpm, 0-5000 cpm, 0-50000

cpm, 0-500000cpm ( cpm: counts per minute — số đếm trên phút).

Thời gian đếm từ 0 đến 999 với thang nhân là XO.1 va XI

Độ chính xác thời gian: được quyết định bởi tính thẻ với độ chính xác +

2% số dém đọc trên nút điều chỉnh

Đồng hé đo: ImA, thang dải 2,5 inch với cơ chế DC (đòng một chiều) tự

động.

Độ chính xác tốc độ đếm: + 10% giá trị tham chiếu

Điều kiện lam việc thích hợp: trong phòng thí nghiệm, nhiệt độ từ 20°C 50°C, độ âm tương đói nhỏ hơn 959% {6]

-1.3.5.3 Cách vận hành

Nguồn nuôi: có thé sử dụng lưới điện hoặc dùng pin bằng công tắc nguồn.

- Vian hành bằng nguồn điện lưới ( LINE OPERATION): nỗi thiết bị với

lưới điện 85-265 V, tin số là 50-60 Hz, bật công tắc về LINE.

- Van hanh băng nguon pin: các 6 pin năm ở mặt sau thiết bị Đặt 4 pin loại

“D” vao với cực dương hướng ra ngoài Bật công tắc về BAT, kiêm tratinh trang pin bằng cách chọn BAT trên đồng hỗ RATE-HV-BAT

- Kiểm tra hoạt động của thiết bị bằng cách ấn vào nút COUNT, đèn đếm sẽ

phat sáng, máy bắt dau dém

- _ Cách sử dung phản mềm Model 2200:

e Bật về OFF ca máy tính và thiết bi Model 2200

e Nổi một đầu cáp RS232 vào Model 2200va đâu kia của công chưasử

dụng vào máy tỉnh ( công chưa sử dụng nảy có thé được ky hiệu là

COMI, COM2 COM3, COM4).

© Trude khi khởi động máy thi đảm bao rằng Model 2200 nam trong mode

“PC” vả thời gian dém được dat tại “000"

© Khi chuẩn bị do, mở phần mềm Model 2200 trên màn hình máy tính,

giao điện sẻ hiện ra.

I Set Court Time 92 minseta)

lead Court Read Court Teme Loft mantels) tof

04/27/20

04/27/2010 04/27/20

04/27/2010

Hình 1.13: Phần mềm Modnel 2200