Download luận văn thạc sĩ ngành vật lí nguyên tử với đề tài: Nghiên cứu đo hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong một số loại lương thực ở vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh bằng hệ thống phổ kế gamma phân giải cao

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN THỊ MINH
NGHIÊN CỨU ĐO HOẠT ĐỘ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
TRONG MỘT SỐ LOẠI LƯƠNG THỰC Ở VÙNG VEN BIỂN
TỈNH QUẢNG NINH BẰNG HỆ THỐNG PHỔ KẾ GAMMA
PHÂN GIẢI CAO
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2015

2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN THỊ MINH
NGHIÊN CỨU ĐO HOẠT ĐỘ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
TRONG MỘT SỐ LOẠI LƯƠNG THỰC Ở VÙNG VEN BIỂN
TỈNH QUẢNG NINH BẰNG HỆ THỐNG PHỔ KẾ GAMMA
PHÂN GIẢI CAO
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số: 60440106
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LƯU TAM BÁT
Hà Nội – Năm 2015

3. LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và nhất là thời gian làm luận văn tốt nghiệp tôi đã
nhận được nhiều sự quan tâm, động viên và giúp đỡ. Qua đây tôi xin gửi lời cảm ơn
tới Ts. Lưu Tam Bát, người hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn
này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô trong Hội đồng chấm luận văn đã
góp ý cho tôi để luận văn này hoàn thiện hơn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân,
Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã
trang bị những kiến thức bổ ích và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt
thời gian học tập tại đây.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp xung
quanh tôi đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt khóa học cũng như trong cuộc sống.
Học viên
Nguyễn Thị Minh

4. MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU.........................................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ
TRONG LƯƠNG THỰC .........................................................................................4
1.1. Phóng xạ trong lương thực thực phẩm ..........................................................4
1.2. Cơ sở vật lý....................................................................................................6
1.2.1. Phân rã gamma....................................................................................6
1.2.2. Quy luật phân rã phóng xạ ..................................................................7
1.2.3. Chuỗi phân rã phóng xạ ......................................................................9
1.2.4. Sự cân bằng phóng xạ của các chuỗi phân rã...................................10
1.2.5. Tương tác của tia gamma với vật chất...............................................12
1.2.5.1. Hiệu ứng quang điện ................................................................12
1.2.5.2. Tán xạ Compton .......................................................................13
1.2.4.3. Hiệu ứng tạo cặp.......................................................................16
1.2.6. Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ Gamma .............17
1.2.6.1. Phương pháp phổ gamma.........................................................17
1.2.6.2. Các chuỗi phân rã phóng xạ trong tự nhiên..............................22
CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .............28
2.1. Hệ phổ kế gamma bán dẫn SEGe – Canberra .............................................28
2.1.1. Sơ đồ khối...........................................................................................28
2.1.2. Detector..............................................................................................29
2.1.3. Các thông số của hệ phổ kế gamma SEGe ........................................31
2.1.4. Phần mềm Genie 2000.......................................................................32
2.1.5 Quy trình vận hành .............................................................................33
2.2. Chuẩn năng lượng........................................................................................34
2.3. Khảo sát độ phân giải năng lượng vào năng lượng bức xạ gamma ............35
2.4. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi............................................................36

5. 2.5. Lấy mẫu, xử lý mẫu và chuẩn bị mẫu đo ....................................................38
2.6. Phương pháp tính hoạt độ............................................................................39
2.7. Phương pháp tính MDA ..............................................................................40
CHƯƠNG III – KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .....................................................42
3.1. Chuẩn năng lượng........................................................................................42
3.2. Xác định một số thông số của hệ phổ kế gamma ........................................44
3.2.1. Sự phụ thuộc của độ phân giải năng lượng vào năng lượng của bức
xạ gamma............................................................................................................44
3.2.2. Khảo sát phông của hệ đo..................................................................46
3.3. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi cho mẫu lương thực...........................48
3.4. Xác định hoạt độ riêng của các mẫu............................................................50
KẾT LUẬN..............................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................58

6. DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các đỉnh gamma có cường độ mạnh nhất do các đồng vị phóng xạ tự
nhiên phát ra..............................................................................................................19
Bảng 2.1: Thông tin của các mẫu sử dụng để phân tích trên hệ phổ kế gamma.......38
Bảng 3.2: Độ phân giải năng lượng của detector SEGe – Canberra.........................44
Bảng 3.3: Số đếm tại các đỉnh năng lượng trong phổ phông của hệ phổ kế gamma
SEGe đo trong thời gian 150000 giây.......................................................................47
Bảng 3.4: Kết quả thực nghiệm xác định hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng toàn phần
của bức xạ gamma đặc trưng trong mẫu chuẩn.........................................................49
Bảng 3.5: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ trong
mẫu gạo 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng 175.8 g .....52
Bảng 3.6: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ trong
mẫu ngô 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng 175.8 g.....52
Bảng 3.7: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ trong
mẫu khoai 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng 175.8 g..53
Bảng 3.8: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu gạo đo trên hệ phổ kế
gamma bán dẫn siêu tinh khiết..................................................................................53
Bảng 3.9: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu ngô đo trên hệ phổ kế
gamma bán dẫn siêu tinh khiết..................................................................................54
Bảng 3.10: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu khoai đo trên hệ phổ kế
gamma bán dẫn siêu tinh khiết..................................................................................54
Bảng 3.11: Hoạt độ riêng trung binh của một số đồng vị trong các mẫu gạo, ngô,
khoai..........................................................................................................................55

7. 1
MỞ ĐẦU
Lương thực là những sản phẩm thiết yếu đối với con người, trước hết giúp
nuôi sống con người và sử dụng để phát triển chăn nuôi tạo nên các loại thực phẩm
quan trọng khác. Như chúng ta đã biết trong môi trường luôn tồn tại các chất phóng
xạ có nguồn gốc tự nhiên cùng với các nhân phóng xạ nhân tạo còn sót lại từ các
hoạt động thử vũ khí hạt nhận, sự cố nhà máy điện hạt nhân trong lịch sử. Cũng như
mọi sinh vật khác, lương thực bị nhiễm phóng xạ có trong môi trường, kết quả là
con người bị nhiễm xạ khi tiêu thụ các loại thức ăn này. Liều hiệu dụng đối với con
người được xác định thông qua hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong lương thực.
Chính vì vậy, trên thế giới và ở nước ta luôn coi trọng việc xác định nồng độ các
nhân phóng xạ trong lương thực, thực phẩm. Nhất là ở những vùng gần với các nhà
máy điện hạt nhân, thường phải xây dựng cơ sở dữ liệu về phóng xạ trong lương
thực thực phẩm phục vụ cho việc khảo sát, đánh giá và giám sát ảnh hưởng của nhà
máy điện hạt nhân khi đi vào hoạt động.
Quảng Ninh là tỉnh giáp với nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành của Trung
Quốc (cách khoảng 60km), sẽ hoàn thành và đưa vào sử dụng tổ máy đầu tiên vào
năm 2015, tổ máy thứ hai vào năm 2016. Khi hoàn thành, nhà máy sẽ có 6 tổ máy
với công suất 1.080 MW điện. Đây là một tỉnh ở địa đầu phía đông bắc Việt Nam,
có biên giới quốc gia và hải phận giáp giới nước Cộng hoà Nhân dân Trung Hoa.
Trên đất liền, phía bắc của tỉnh (có các huyện Bình Liêu, Hải Hà và thị xã Móng
Cái) giáp huyện Phòng Thành và thị trấn Đông Hưng, tỉnh Quảng Tây với 132,8 km
đường biên giới; phía đông là vịnh Bắc Bộ; phía tây giáp các tỉnh Lạng Sơn, Bắc
Giang, Hải Dương; phía nam giáp Hải Phòng; bờ biển dài 250 km.
Dựa vào các dữ liệu khí tượng có thể thấy rằng: Trong trường hợp nhà máy
điện hạt nhân Phòng Thành của Trung Quốc xảy ra sự cố thì vùng biên giới và
duyên hải Đông Bắc bị nặng nhất, trong đó có tỉnh Quảng Ninh. Hình 1.1 trình bày
tần suất hướng gió thổi đến Việt Nam. Hơn nữa, mỗi năm nước ta có từ 15-17 đợt
gió mùa Đông Bắc, và cũng gần số lượng đó các đợt gió mùa Đông Bắc bổ sung,

8. 2
tốc độ gió có thể trên 15m/s, sự vận chuyển các chất ô nhiễm sẽ nhanh. Theo những
phân tích ở trên, khu vực nghiên cứu tập trung là tỉnh Quảng Ninh, vùng ven biển
Hải Phòng và hai huyện ven biển Thái Bình, tất nhiên cả vùng núi Đông Bắc và
Châu thổ Sông Hồng chịu ảnh hưởng ở những mức độ khác nhau khi có tai nạn hạt
nhân
Hình 1.1: Tần suất, hướng gió thổi đến Việt Nam từ nhà máy điện hạt nhân
Vì vậy việc tiến hành đề tài “Nghiên cứu đo hoạt độ các đồng vị phóng xạ
trong một số loại lương thực ở vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh bằng hệ thống phổ
kế gamma phân giải cao” nhằm khảo sát hoạt độ phóng xạ của một số đồng vị
phóng xạ tự nhiên và đồng vị phóng xạ nhân tạo trong một số loại lương thực ở
vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh là rất cần thiết.
Có nhiều kỹ thuật để khảo sát hàm lượng các nhân phóng xạ trong môi
trường. Một trong những kỹ thuật được biết đến là kỹ thuật đo phổ tia gamma.
Trong môi trường có nhiều nguồn phóng xạ tạo ra tia gamma với năng lượng và

9. 3
hiệu suất phát khác nhau, các tia gamma này được thu thập ở dạng phổ và phân tích
trên hệ phổ kế gamma. Trong khuôn khổ của luận văn tác giả đưa ra phương pháp
thực nghiệm xác định hoạt độ trên một hệ phổ kế đại diện, và đó cũng là quy trình
phân tích cơ bản trên các hệ phổ kế gamma khác. Luận văn sử dụng detector
Gecmani siêu tinh khiết SEGe-Canberra của Trung tâm Kiểm định Phóng xạ - Viện
Y học phóng xạ và U bướu quân đội để phân tích xác định hàm lượng của một số
đồng vị phóng xạ phân rã gamma trong một số mẫu lượng thực ở tỉnh Quảng Ninh.
- Về mặt lý thuyết, luận văn tìm hiểu cơ sở vật lý của kỹ thuật xác định hoạt
độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ bằng phương pháp phổ gamma.
- Về mặt thực nghiệm: Xác định một số đặc trưng của hệ phổ kế Gecmani
siêu tinh khiết SEGe; Chuẩn năng lượng; Xây dựng đường cong hiệu suất ghi với
cấu hình đo hình trụ phục vụ cho việc phân tích mẫu lương thực; Tiến hành phân
tích xác định hoạt độ phóng xạ của một số đồng vị trong mẫu lương thực.
Luận văn gồm có 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về xác định hoạt độ phóng xạ trong lương thực thực
phẩm
Chương 2. Đối tượng và phương pháp thực nghiệm
Chương 3. Kết quả thực nghiệm

10. 4
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ
TRONG LƯƠNG THỰC
1.1. Phóng xạ trong lương thực, thực phẩm
Đồng vị phóng xạ xuất hiện tự nhiên trong môi trường, bao gồm các cơ
quan của cơ thể, lương thực thực phẩm và nước uống của con người. Chúng ta tiếp
xúc với nguồn bức xạ này hàng ngày. Bức xạ đến từ không gian (các tia vũ trụ)
cũng như các nhân phóng xạ tự nhiên có trong đất, nước, và không khí. Hoạt độ
riêng của các chất phóng xạ tự nhiên trong lương thực thực phẩm và nước thay đổi
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện thổ nhưỡng, phân bón đối với cây trồng
(địa chất), thức ăn đối với các loài nuôi thả; điều kiện khí hậu và tình hình sản xuất
nông nghiệp của khu vực. Ngoài ra, con người cũng có thể tiếp xúc với bức xạ từ
những hoạt động tạo ra chất phóng xạ của chính mình như: Tập trung nhân phóng
xạ tự nhiên, vận hành các thiết bị, các vụ vận hành hạt nhân dân sự và quân sự. Chất
phóng xạ có thể gây ô nhiễm lương thực thực phẩm sau khi được thải ra môi trường.
Cho dù có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo thì chất phóng xạ cũng đi qua
chuỗi thức ăn theo cách giống như vật chất không phóng xạ. Mức độ nguy hại tới
sức khỏe con người phụ thuộc vào loại nhân phóng xạ và khoảng thời gian con
người tiếp xúc với nó. Lượng bức xạ con người tiếp xúc thay đổi từ nơi này đến nơi
khác và giữa các cá nhân.
Các mức phông phóng xạ trong thức ăn khác nhau và phụ thuộc vào nhiều
yếu tố, bao gồm loại thức ăn và vùng địa lý sản xuất ra loại thức ăn đó. Các nhân
phóng xạ thường có trong thức ăn là: K40
, Ra226
, U238
và các đồng vị con cháu liên
quan. Nhìn chung, K40
thường là đồng vị phóng xạ tự nhiên. Các đồng vị phóng xạ
khác tồn tại ở nồng độ rất thấp, có nguồn gốc từ chuỗi phân rã của uran và thori.
Khi xảy ra sự cố hạt nhân, một lượng lớn chất phóng xạ được phát thải vào môi
trường, các loại rau và lương thực bị nhiễm xạ chủ yếu do tiếp xúc trực tiếp với
không khí nhiễm phóng xạ hoặc hấp thụ các nhân phóng xạ từ đất thông qua hệ
thống rễ. Trong đó chỉ một lượng nhỏ nhân phóng xạ được vận chuyển lên cây bởi

11. 5
sự hấp thu của rễ. Các sản phẩm có nguồn gốc từ động vật như sữa, thịt, trứng và
mật ong sẽ chứa các nhân phóng xạ khi những động vật hấp thu phóng xạ từ hệ sinh
thái của chúng thông qua việc ăn thức ăn bị nhiễm xạ, uống nước nhiễm xạ và có
thể hít phải không khí chứa chất phóng xạ. Hình 1.2 mô tả khái quát các con đường
mà chất phóng xạ đi vào cơ thể con người qua lương thực thực phẩm.
Hình 1.2: Sơ đồ chất phóng xạ đi vào cơ thể con người thông qua lương
thực thực phẩm
Mặc dù có nhiều loại nhân phóng xạ khác nhau có thể được giải phóng sau
khi xảy ra sự cố hạt nhân, nhưng một vài nhân phóng xạ có thời gian sống rất ngắn
và một số nhân phóng xạ khác không vận chuyển vào thức ăn ngay lập tức. Các
nhân phóng xạ được tạo ra trong các cơ sở hạt nhân có thể ảnh hưởng đáng kể đối
với chuỗi thức ăn, nhưng 137
Cs được quan tâm nhiều nhất trong khi xác định phông
phóng xạ trong thực vật bằng phương pháp phổ gamma do đồng vị này có thời gian
sống khoảng 30 năm. Ngoài ra các đồng vị: triti (3
H), carbon (14
C), technetium

12. 6
(99
Tc), sulphur (35
S), cobalt (60
Co) strontium (89
Sr and 90
Sr), ruthenium (103
Ru và
106
Ru), iodine (131
I và 129
I), uranium (235
U) plutonium (238
Pu, 239
Pu và 240
Pu),
caesium (134
Cs và 137
Cs), cerium (103
Ce), iridium (192
Ir), và americium (241
Am) cũng
là mối quan tâm hàng đầu đối với khả năng vận chuyển vào thức ăn. Mối quan tâm
trước mắt là 131
I, nó được phân bố trên diện rộng, được tìm thấy trong nước và trên
cây trồng, ngay lập tức được vận chuyển từ thức ăn nhiễm xạ vào sữa. Tuy nhiên,
I131
có thời gian sống tương đối ngắn và sẽ phân rã trong vòng vài tuần. Canxi
phóng xạ cũng vận chuyển từ thức ăn gia súc vào sữa tương đối nhanh. Sự hấp thu
Canxi vào trong thức ăn cũng là mối quan tâm lâu dài. Một số nhân phóng xạ khác
cũng là mối quan tâm lâu dài nếu được giải phóng, đó là strontium và plutonium.
Sr90
có chu kỳ bán rã khoảng 29 năm và plutonium có chu kỳ bán rã nhiều hơn thế
(Pu-238: 88 năm, Pu-239: 24100 năm, Pu-240: 6564 năm). Tuy nhiên, cả strontium
và plutonium đều có nồng độ rất thấp và tương đối ổn định trong môi trường, nhất
là trong lương thực thực phẩm nên không là vấn đề lớn trong lương thực thực phẩm,
trừ khi xảy ra các sự cố hạt nhân có phát thải phóng xạ đáng kể [9]
.
1.2. Cơ sở vật lý
1.2.1. Phân rã gamma
Phân rã alpha hoặc beta thường kèm theo dịch chuyển gamma vì sau khi
phân rã alpha và beta hạt nhân phóng xạ mẹ trở thành hạt nhân con thường nằm ở
trạng thái kích thích. Khi hạt nhân con chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái
cơ bản có thể phát ra một hoặc nhiều tia gamma, đặc trưng cho sự chênh lệch năng
lượng giữa các trạng thái nội tại của hạt nhân.
Khi hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích cao về trạng thái kích thích
thấp hay về trạng thái cơ bản, ngoài dịch chuyển gamma còn có quá trình biến hóa
nội. Trong quá trình này hạt nhân truyền năng lượng cho một electron ở lớp vỏ
nguyên tử. Nếu năng lượng này lớn hơn năng lượng liên kết của electron trong
nguyên tử thì electron bị đánh bật ra khỏi nguyên tử. Electron này được gọi là
electron biến hóa nội. Năng lượng của electron biến hóa nội bằng hiệu số giữa

13. 7
năng lượng của mức kích thích hạt nhân và năng lượng liên kết của electron trong
nguyên tử. Cường độ quá trình biến hóa nội được xác định bằng tỷ số giữa số
electron biến hóa nội Ie so với số photon Iγ phát ra:


I
Ie
 (1.1)
Trong đó: α là hệ số biến hóa nội
Quá trình dịch chuyển gamma được đặc trưng bởi hệ số phân nhánh. Hệ số
phân nhánh ký hiệu Iγ là xác suất phát ra bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng
Eγ trong mỗi phân rã của hạt nhân mẹ. Thường hệ số phân nhánh của gamma có
năng lượng đặc trưng Eγ được tính theo công thức:

 
Sè tia bøc x¹ gamma cã n¨ng l­îng E ®­îc ph¸t ra
I
100 ph©n r· cña h¹t nh©n mÑ
(1.2)
1.2.2. Quy luật phân rã phóng xạ
Các nhân phóng xạ là những hạt nhân không bền. Những hạt nhân này trở
về trạng thái bền bằng cách phân rã alpha, beta, positon, chiếm electron hoặc phân
hạch tự phát. Mối liên hệ giữa số nguyên tử ở thời điểm t (N) và số nguyên tử ở thời
điểm ban đầu (N0) như sau:
= (1.3)
Trong đó:
λ là hằng số phân rã phóng xạ
N là số nguyên tử phóng xạ ở thời điểm t;
N0 là số nguyên tử phóng xạ ở thời điểm ban đầu.
Hằng số phân rã phóng xạ được định nghĩa là xác suất mà một phần nhất
định nhân phóng xạ trong một mẫu sẽ phân rã trên một đơn vị thời gian. Hằng số
này khác nhau đối với các nhân phóng xạ khác nhau và đơn vị của λ tỷ lệ nghịch
với đơn vị thời gian giây-1
, phút-1
, giờ-1
, năm-1
.

14. 8
Hơn nữa, hoạt độ phóng xạ (A) của một mẫu là tốc độ phân rã của mẫu đó.
Tốc độ phân rã này thường được đo đạc là số phân rã trong một giây. Hoạt độ là
tích của hằng số phân rã phóng xạ với số nguyên tử có mặt trong mẫu:
= (1.4)
Trong đó:
A là hoạt độ của hạt nhân (phân rã/giây);
λ là hằng số phân rã (giây-1
);
N là số nguyên tử của hạt nhân trong mẫu.
Do λ là hằng số nên hoạt độ và số nguyên tử luôn luôn tỷ lệ thuận, đơn vị
hoạt độ cũ là Ci (Curie), đơn vị trong hệ SI là Bq (Becquerel), trong đó 1 Bq là một
phân rã trong 1 giây. Từ phương trình (1.4), do hoạt độ và số nguyên tử luôn luôn tỷ
lệ thuận nên ta có thể hoán đổi cho nhau để mô tả cho nhân phóng xạ bất kỳ:
= (1.5)
Trong đó:
A0 là hoạt độ tại thời điểm ban đầu;
A là hoạt độ tại thời điểm t
λ là hằng số phân rã ([thời gian]-1
)
t là thời gian.

15. 9
Hình 1.3: Quy luật phân rã phóng xạ
Hình 1.3 minh họa quy luật phân rã phóng xạ. Chu kỳ bán rã là khoảng thời
gian mà số nhân phóng xạ ban đầu hoặc hoạt độ của nó giảm đi một nửa. Mối quan
hệ giữa chu kỳ bán rã và hằng số phân rã có thể được phát triển từ phương trình
(1.5). Chu kỳ bán rã có thể được tính bằng cách giải phương trình (1.5) đối với thời
gian khi hoạt độ A bằng A0, ta được:
/ =
( )
(1.6)
Nghịch đảo của hằng số phân rã là thời gian sống trung bình τ của hạt nhân,
là thời gian trung bình mà một nguyên tử có thể tồn tại trước khi hạt nhân của nó
phân rã.


1
 (1.7)
1.2.3. Chuỗi phân rã phóng xạ
Khi một hạt nhân mẹ (hạt nhân 1) phân rã thành hạt nhân con (hạt nhân 2)
thì số hạt nhân con tại thời điểm t là [1]
:
dN2(t) = 1N1(t)dt - 2N2(t)dt (1.8)
mà dN1(t) = - 1N1(t)dt (1.9)

16. 10
Trong đó N1(t) và N2(t) là số hạt nhân của các đồng vị 1 và 2 tại thời điểm t,
1 và 2 là các hằng số phân rã của các hạt nhân 1 và 2. Từ hai phương trình này ta
được hệ hai phương trình vi phân sau:
dt
(t)dN1
= - 1N1(t) (1.10)
dt
(t)dN2
= 1N1(t) - 2N2(t) (1.11)
Giải hệ hai phương trình vi phân trên ta đặt điều kiện ban đầu tại thời điểm
t=0 như sau: số hạt nhân 1 là N1(0) = N10 và số hạt nhân 2 là N2(0) = N20. Khi đó ta
được các nghiệm bằng:
N1(t) = N10
t1
e 
(1.12)
N2(t) =   t
20
tt
2
10 221
eNee
N 

 

 1
1
(1.13)
Nếu ở thời điểm ban đầu chỉ có đồng vị 1 mà không có đồng vị 2, nghĩa là
N20 = 0 thì (1.13) trở thành:
N2(t) =  tt
2
10 21
ee
N 

 

 1
1
(1.14)
1.2.4. Sự cân bằng phóng xạ của các chuỗi phân rã
Trong một chuỗi phân rã phóng xạ, hạt nhân mẹ (1) phân rã với hằng số
phân rã (λ1), trong khi hạt nhân mẹ phân rã thì nồng độ của hạt nhân con (2) tăng và
hạt nhân con này phân rã với hằng số λ2. Quá trình diễn ra liên tục cho đến khi đạt
được hạt nhân bền. Cân bằng phóng xạ xảy ra khi tốc độ phân rã của mỗi hạt nhân
con bằng với tốc độ phân rã của hạt nhân mẹ. Do đó:

17. 11
Hoạt độ của mỗi nhân phóng xạ sẽ là:
111 NA  (1.15)
và 222 NA  (1.16)
trong đó:A1 là hoạt độ của hạt nhân 1 (Bq);
A2 là hoạt độ của hạt nhân 2 (Bq);
N1 là số nguyên tử của hạt nhân 1;
N2 là số nguyên tử của hạt nhân 2.
Để đơn giản ta giả sử rằng chuỗi phân rã chỉ có hai bước và hạt nhân 2 cũng là nhân
phóng xạ, chu kỳ bán rã của hạt nhân mẹ và hạt nhân con cháu có thể được phân
loại như sau:
Khi chu kỳ bán rã của hạt nhân mẹ lớn hơn rất nhiều chu kỳ bán rã của sản
phẩm con cháu:
Nhân phóng xạ con cháu tạo ra nhiều bức xạ hơn. Sau khoảng bẩy chu kỳ bán rã
của hạt nhân con thì hoạt độ của hạt nhân mẹ và hạt nhân con bằng nhau. Dạng cân
bằng này được gọi là cân bằng thế kỷ. Do đó, giả sử rằng có nhiều thế hệ phân rã
phóng xạ kế tiếp, chúng ta có phương trình [1]
:
nn NNN   ...211 (1.17)
Khi chu kỳ bán rã của sản phẩm con cháu dài hơn hoặc bằng chu kỳ bán rã
của hạt nhân mẹ:
Kết quả của sự phân rã kết hợp của hạt nhân mẹ và hạt nhân con là hoạt độ tổng
tăng và cuối cùng đạt cân bằng. Hoạt độ tổng tiếp đó phân rã với tốc độ phân rã của
hạt nhân mẹ. Trường hợp này được gọi là cân bằng động. Từ biểu thức 1.16 ta thấy
rằng sau khoảng thời gian t lớn thì số hạng thứ hai trong dấu ngoặc đơn có thể bỏ
qua so với số hạng thứ nhất và (1.14) trở thành:

18. 12
N2(t) = tλ
12
110 1
e
λλ
λN 

(1.18)
Nhân cả hai vế biểu thức này với 2 và chú ý rằng N1(t) = N10
t1
e 
ta có hệ
thức cân bằng phóng xạ động như sau:
12
2
11
22
λλ
λ
λN
λN

 (1.19)
1.2.5. Tương tác của tia gamma với vật chất
Việc nhận diện các đồng vị phóng xạ phát tia gamma dựa trên cơ sở tương
tác của gamma với môi trường vật chất. Đối với các tia gamma có năng lượng nhỏ
hơn 3 MeV thì khi đi vào môi trường vật chất chủ yếu xảy ra các hiệu ứng: Hấp thụ
quang điện, tán xạ Compton, tạo cặp. Đối với tia gamm có năng lượng bé hơn 1022
keV thì có thể xảy ra hiệu ứng quang điện và tán xạ Compton, với năng lượng trên
1022 KeV cũng có thể xảy ra cả hiệu ứng tạo cặp.
1.2.5.1. Hiệu ứng quang điện
Khi năng lượng của bức xạ gamma lớn hơn thế năng ion hóa nguyên tử, xác
suất xảy ra hiện tượng hấp thụ quang điện bắt đầu tăng. Năng lượng photon tới
được truyền toàn bộ cho một electron của nguyên tử. Một phần năng lượng để thắng
thế năng ion hóa, phần còn lại biến thành động năng của điện tử bị bứt ra khỏi
nguyên tử. Hấp thụ quang điện ưu tiên xảy ra với các electron liên kết mạnh với hạt
nhân (lớp K, L). Xác suất xảy ra hiệu ứng quang điện càng lớn khi Z càng lớn và tỷ
lệ nghịch với năng lượng. Hình 1.4 ở dưới mô tả quá trình trên.

19. 13
Hình 1.4: Mô hình hiện tượng quang điện
Hiệu ứng quang điện là quá trình có lợi nhất cho phổ kế gamma bởi vì tất cả
năng lượng của photon được truyền cho electron trong detector. Sau khi electron
được phóng ra để lại một lỗ trống. Lỗ trống này được lấp đầy bởi một electron khác
nằm ở mức năng lượng cao hơn. Sự dịch chuyển này tạo ra tia X đặc trưng. Trong
trường hợp của phổ kế gamma, tia X này cũng được hấp thụ bởi detector. Hiệu ứng
quang điện tăng nhanh theo số khối nguyên tử (Z4-5
) của hạt nhân bia.
1.2.5.2. Tán xạ Compton
Theo sự tăng năng lượng của bức xạ gamma, tiết diện xảy ra hấp thụ quang
điện giảm và tiết diện tán xạ Compton tăng lên, đây là quá trình chủ yếu làm suy
giảm năng lượng của bức xạ gamma đi trong môi trường vật chất.
Tán xạ Compton là quá trình tán xạ không đàn hồi của photon gamma với
các electron tự do hoặc electron liên kết yếu trong nguyên tử của môi trường. Trong
quá trình tán xạ Compton, photon gamma tới truyền một phần năng lượng của mình
cho electron làm bứt electron khỏi nguyên tử. Nguyên tử và photon sau tán xạ bị
lệch khỏi phương chuyển động ban đầu như minh họa dưới hình 1.5.

20. 14
Hình 1.5: Mô hình Tán xạ Compton
Khác với hiệu ứng quang điện, tia gamma bị lệch một góc θ so với hướng
ban đầu. Photon tán xạ có năng lượng thấp hơn và sự chênh lệch năng lượng giữa
photon tới và photon tán xạ được truyền cho electron. Năng lượng này có thể biến
thiên từ 0 đến một phần đáng kể năng lượng của tia gamma ban đầu, tùy thuộc vào
góc lệch θ.
Sự truyền năng lượng và góc lệch đối với mọi tương tác kể trên có thể xác
định bằng cách giải các phương trình với giả định rằng tổng năng lượng và xung
lượng tuyến tính được bảo toàn [1]
:
2
e
h
h
h
1 (1 cos )
m c

 

  
(1.20)
Trong đó:
hν là năng lượng photon tới;
hν’
là năng lượng photon tán xạ;
θ là góc tán xạ;
moc2
là năng lượng nghỉ của electron bị dịch chuyển (0,511 MeV).

21. 15
Động năng của electron bị dịch chuyển được xác định bởi phương trình
sau[1]
:
(1.21)
2
o
e
2
o
h
(1 cos )
m c
E h
h
1 (1 cos )
m c


 
 
 
   
 
(1.22)
Trong trường hợp θ ≈ 0, điện tử bị dịch chuyển mang theo rất ít năng
lượng và tia gamma bị tán xạ có năng lượng xấp xỉ tia gamma tới. Phương trình
1.20 và 1.21 cho thấy trong trường hợp này hυ ≈ hυ’ và Ee– ≈ 0. Tuy nhiên, trong
trường hợp xảy ra va chạm trực diện (nghĩa là góc lệch θ = π) và tia gamma bị tán
xạ ngược về hướng ban đầu thì năng lượng truyền cho electron trong tán xạ
Compton có giá trị cực đại, dẫn tới một đặc trưng quang phổ được gọi là “rìa
Compton”, tia gamma tán xạ ngược lại hướng ban đầu tương tác với vật chất của
detector tạo lên đỉnh tán xạ ngược trong phổ gamma. Trong những trường hợp
thông thường, tất cả các góc tán xạ có thể xảy ra trong một detector có kích thước
giới hạn. Do đó, năng lượng có thể được truyền cho electron Compton dưới dạng
một miền liên tục, biến thiên từ 0 cho tới giá trị cực đại được dự đoán bởi phương
trình (1.22) khi θ = π.
Sự khác biệt năng lượng hay “khoảng cách” giữa năng lượng cực đại của
electron Compton và năng lượng của tia gamma tới được xác định bởi phương
trình [1]
:
c e
2
o
h
E h E
h
1 2
m c
 

   


(1.23)
Trong trường hợp hυ >>
2
om c
2
, giá trị khác biệt này là một hằng số
e
E h h    

22. 16
2
o
c
m c
E ( 0,256MeV)
2
  (1.24)
1.2.4.3. Hiệu ứng tạo cặp
Hiệu ứng tạo cặp xảy ra trong trường Coulomb của hạt nhân, trong đó năng
lượng của một photon gamma được biến đổi hoàn toàn thành một cặp electron –
positron (Hình 1.6).
Hình 1.6: Hiện tượng tạo cặp trong trường Coulomb hạt nhân
Hiện tượng tạo cặp xảy ra mạnh trong trường Coulomb của hạt nhân khi
môi trường có nguyên tử số càng lớn và khi năng lượng của lượng tử gamma càng
tăng. Năng lượng cần để tạo ra một cặp electron-positron là 2moc2
, do đó năng
lượng tối thiểu của tia gamma phải là 1,022 MeV để mọi photon tới đều trải qua
quá trình này. Toàn bộ năng lượng dư thừa chuyển thành động năng của cặp
electron-position. Tổng động năng của cặp electron-positron sẽ là:
2
oe e
E E h 2m c     (1.25)
Electron và positron thường di chuyển vài milimet trong vật liệu trước khi
bị môi trường hấp thụ năng lượng. Khi các positron bị chậm lại do va chạm với
môi trường, các position sẽ kết hợp với electron của môi trường tạo thành hai bức

23. 17
xạ gamma có năng lượng 0,511 MeV bay ngược chiều nhau (để bảo toàn xung
lượng). Hai photon này có thể bị hấp thụ hoặc thoát ra khỏi detector và hình thành
lên các đỉnh thoát trong phổ gamma. Nếu một photon thoát ra khỏi detector thì
đỉnh quan sát được có năng lượng hν – moc2
, nhưng nếu cả hai tia đều thoát ra
ngoài thì xuất hiện đỉnh thoát có năng lượng hν – 2moc2
trong phổ.
1.2.6. Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ Gamma
1.2.6.1. Phương pháp phổ gamma
Đa số các hạt nhân phóng xạ con được hình thành ở trạng thái kích thích,
chúng phát ra bức xạ gamma để trở về trạng thái kích thích có năng lượng thấp và
cuối cùng về trạng thái cơ bản. Phổ bức xạ gamma do đồng vị phóng xạ phát ra là
phổ gián đoạn, có năng lượng hoàn toàn đặc trưng cho nguyên tố đó. Cường độ bức
xạ gamma đặc trưng của mỗi nguyên tố phóng xạ tỷ lệ thuận với hàm lượng của
nguyên tố đó.
Trong thực tế, để xác định hàm lượng của các đồng vị phóng xạ theo
phương pháp phổ gamma đều dựa vào diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của các
vạch bức xạ gamma đặc trưng có cường độ lớn và ở xa các vạch khác. Với các thiết
bị phổ kế gamma bán dẫn có độ phân giải cao, cho phép tách được hầu hết các đỉnh
hấp thụ toàn phần của các vạch bức xạ gamma đặc trưng do các nguyên tố phóng xạ
phát ra. Với việc trợ giúp của máy tính, các chương trình xử lý phổ ngày càng hoàn
thiện, diện tích của các đỉnh hấp thụ toàn phần được xác định một cách nhanh
chóng với độ chính xác cao. Như vậy, với hệ phổ kế gamma bán dẫn có độ phân
giải năng lượng cao có thể xác định được hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ
phát ra bức xạ gamma có trong mẫu.
Xét trường hợp hạt nhân con tạo thành ở trạng thái kích thích, khi đó chúng
sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ gamma đặc trưng, để về trạng thái kích
thích thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản. Từ phổ gamma thu được khi đo mẫu trên hệ
phổ kế ta sẽ tính được hoạt độ của các nhân phóng xạ có trong mẫu.

24. 18
Trong phương pháp phân tích hoạt độ phóng xạ theo phổ gamma ta quan
tâm đến hệ số phân nhánh Iγ của bức xạ gamma. Hệ số phân nhánh của bức xạ
gamma đặc trưng cho số gamma phát ra trong một phân rã. Như vậy hệ số phân
nhánh 0< Iγ<1. Theo định nghĩa:
Iγ=số phân rã gamma đặc trưng có năng lượng Eγ/số phân rã phóng xạ
Nếu gọi nγ là số bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng Eγ phát ra từ mẫu
trong một đơn vị thời gian thì nó được xác định theo công thức:
nγ= Iγ A (1.26)
Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ có trong mẫu.
Iγ là cường độ tia gamma (hệ số phân nhánh) có năng lượng Eγ
Với tia gamma có năng lượng xác định, Iγ biết, xác định số tia gamma
năng lượng Eγ phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian sẽ biết hoạt độ phóng xạ
A của đồng vị có trong mẫu. Để xác định nγ dựa vào diện tích đỉnh hấp thụ toàn
phần của bức xạ gamma đặc trưng.
Gọi n0 là tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong một
đơn vị thời gian, ε là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch
gamma đặc trưng, ta có:
n0 = ε nγ (1.27)
Thực nghiệm đo phổ gamma của mẫu cần phân tích trong thời gian t, sử
dụng chương trình phân tích phổ mẫu phân tích và mẫu phông. Xác định được diện
tích đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong thời gian t là s.
Tốc độ đếm đã trừ phông là n0 được xác định theo công thức:
0
s
n
t
 (1.28)
Từ công thức (1.26) và công thức (1.27), ta có:
I
n
A 0
 (1.29)

25. 19
Từ công thức (1.29) nhận thấy với mỗi vạch gamma có năng lượng Eγ xác
định, Iγ đã biết, nếu biết hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần và thực
nghiệm, xác định được n0 ta sẽ tính được hoạt độ A của đồng vị có trong mẫu.
Hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần được xác định dựa vào đường
cong hiệu suất ghi. Hệ số phân nhánh sẽ được tra cứu trong các bảng số liệu hạt
nhân. Trong bảng 1.1 đưa ra các đặc trưng năng lượng và hệ số phân nhánh của
bức xạ gamma đặc trưng của các đồng vị phóng xạ trong tự nhiên.
Bảng 1.1: Các đỉnh gamma có cường độ mạnh nhất do các đồng vị phóng xạ tự
nhiên phát ra
Đồng
vị
Chu kỳ bán
rã
Năng lượng
gamma
(keV)
Cường độ
tương đối
(%)
Ghi chú
7
Be 53,22 ngày 477,60 10,44 Can nhiễu từ 228
Ac
40
K 11
4,563 10
ngày
1460,82 10,66
Chuỗi phân rã của 235
U
235
U 11
2,571 10
ngày
185,72 57,2 Can nhiễu do 223
Ra,
226
Ra và 230
Th là
44,8%. Cần phải nhiệu
chính chồng chập đỉnh
143,76 10,96 Cần hiệu chính chồng
chập đỉnh của230
Th
163,33 5,08
205,31 5,01 Can nhiễu rất nhiều.
Không nên sử dụng
đỉnh này.
227
Th 18,718
ngày
235,96 12,6
256,23 6,8

26. 20
223
Ra 11,43 ngày 259,46 13,7 Can nhiễu từ 228
Ac
219
Rn 3,96 giây 271,23 10,8 Can nhiễu từ 228
Ac và
223
Ra
401,81 6,4
Chuỗi phân rã của 238
U
238
U 12
1,632 10
ngày
49,55 0,0697 Can nhiễu rất mạnh từ
227
Th. Không nên dùng.
234
Th 24,10 ngày 63,28 4,8 Có thể sử dụng sau khi
để lưu mẫu dài ngày
(để đạt cân bằng)
92,37 2,81 Nên dùng thêm với các
đỉnh khác
92,79 2,77 Can nhiễu rất mạnh từ
228
Ac. Can nhiễu từ tia-
X
234m
Pa 1,17 phút 1001,03 1,021 Không bị can nhiễu,
nhưng khó xuất hiện ở
hoạt độ thấp
766,37 0,391 Can nhiễu từ 214
Pb và
211
Pb.
258,19 0,075 Can nhiễu rất mạnh từ
214
Pb.
226
Ra 186,21 3,555 Can nhiễu do 235
Ra và
230
Th là 57,1%. Cần
phải nhiệu chính chồng
chập đỉnh
214
Pb 26,8 phút 351,93 35,60
295,22 18,414 Can nhiễu từ 212
Bi

27. 21
242,00 7,258 Can nhiễu từ 224
Ra và
ảnh hưởng của đỉnh
238,63 keV của 212
Pb
214
Bi 19,9 phút 609,31 45,49 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng
1764,49 15,31
1120,29 14,91 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng
1238,11 5,831 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng
2204,21 4,913
210
Pb 8,14 x 103
ngày
46,54 4,25 Can nhiễu từ 231
Pa
Chuỗi phân rã của 232
Th
232
Th 5,13 x 1012
ngày
63,81 0,27 Can nhiễu mạnh từ
234
Th. Không nên dùng
228
Ac 6,15 giờ 911,20 25,8 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng
968,97 15,8 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng
338,32 11,27 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng và can nhiễu từ
223
Ra và 214
Bi
964,77 4,99 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng
212
Pb 10,64 giờ 238,63 43,6 Cần tách đỉnh 242,00
keV của 214
Pb
300,09 3,18 Hiệu chỉnh trùng phùng

28. 22
tổng và can nhiễu từ
231
Pa
212
Bi 60,54 phút 727,33 6,74 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng và can nhiễu
mạnh từ 228
Ac
1620.74 1,51
208
Tl 3,060 phút 2614,51 99,7 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng
583,19 30,4 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng
860,56 12,5 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng
510,7 22,6 Hiệu chỉnh trùng phùng
tổng và trùng với đỉnh
hủy 511 keV
Bảng 1.1 liệt kê tất cả các đồng vị có thể phát hiện được bằng phổ kế
gamma trong chuỗi phân rã của uran và thori và 40
K, 7
Be. Bên cạnh đó có đưa ra
một số can nhiễu chính của các đỉnh. Dựa vào đây ta có thể lựa chọn các đỉnh thích
hợp nhất để phân tích sao cho sai số là nhỏ nhất. Các đỉnh gamma được chọn để
phân tích là các đỉnh hấp thụ toàn phần có cường độ mạnh, ở xa các vạch khác và ít
bị ảnh hưởng của can nhiễu. Trong một số trường hợp bắt buộc phải sử dụng các
đỉnh bị can nhiễu thì ta cần phải có những hiệu chỉnh đặc biệt để giảm thiểu sai số.
1.2.6.2. Các chuỗi phân rã phóng xạ trong tự nhiên
Uran và thori không bền, chúng phân rã alpha trở thành các hạt nhân phóng
xạ con cháu. Uran tự nhiên gồm ba đồng vị 238
U, 235
U, 234
U. Thori trong tự nhiên có
một đồng vị duy nhất là 232
Th. Các nhân phóng xạ này đều phân rã thành các nhân
phóng xạ nhẹ hơn và nhân phóng xạ nhẹ nhất ở trạng thái bền là chì.

29. 23
Chuỗi phân rã của 238
U
Các nhân phóng xạ trong chuỗi được liệt kê trong hình 1.6. 238
U chiếm
99.25 % uran tự nhiên, 238
U là đồng vị phóng xạ phân rã alpha thành 234
Th. Đồng vị
này cũng là đồng vị phóng xạ và phân rã thành 234m
Pa. Chuỗi phân rã này tiếp diễn
cho đến đồng vị cuối cùng của chuỗi này là đồng vị bền 206
Pb.
Hình 1.7: Chuỗi phân rã phóng xạ của 238
U
Nếu nhìn vào chu kỳ bán rã của các đồng vị phóng xạ trong chuỗi, ta thấy
chu kỳ bán rã của tất cả các đồng vị này đều ngắn hơn nhiều so với chu kỳ bán rã
của đồng vị mẹ 238
U. Điều này có nghĩa rằng các đồng vị con cháu của 238
U trong

30. 24
khối uran tự nhiên không bị xáo trộn sẽ cân bằng với 238
U. Hoạt độ của mỗi đồng vị
con cháu này sẽ bằng với hoạt độ của 238
U. Tổng số trong chuỗi phân rã có 14 đồng
vị phóng xạ nên hoạt độ tổng của nguồn này sẽ gấp 14 lần hoạt độ của đồng vị 238
U
hoặc của bất kỳ đồng vị phóng xạ con cháu nào trong chuỗi.
Cũng có trường hợp đồng vị con có chu kỳ bán rã dài hơn so với đồng vị
mẹ. Chẳng hạn như trường hợp 234m
Pa/234
U. Nếu chỉ quan tâm đến 234m
Pa thì hiện
tượng cân bằng phóng xạ sẽ không xảy ra. Tuy nhiên, cần nhớ rằng đối với những
nguồn có thời gian kể từ khi nó được chế tạo lớn hơn 10 lần chu kỳ bán rã của đồng
vị mẹ trước đó có thời gian sống dài nhất, trong ví dụ này là của 234m
Pa, thực chất
cũng gần như của đồng vị 238
U. Trong thực tế, điều này có nghĩa rằng hoạt độ đo
được trong mẫu của bất kỳ đồng vị con cháu nào cũng gần như là hoạt độ của đồng
vị mẹ 238
U và của tất cả các đồng vị phóng xạ khác có trong chuỗi phân rã. Có thể
đo hoạt độ của vài đồng vị trong chuỗi để có đoán nhận chính xác hơn.
Trong số các đồng vị con trong chuỗi phân rã của 238
U không phải đồng vị
nào cũng có thể đo gamma một cách dễ dàng. Thực tế chỉ có 6 đồng vị trong bảng
1.1 đã được gạch chân là có thể đo được một cách tương đối dễ. Do vậy, có thể đo
hoạt độ của các đồng vị này và từ đó suy ra hoạt độ của các đồng vị trước đó trong
chuỗi phân rã. Chú ý cần phải kiểm tra về điều kiện cân bằng vì phương pháp này
chỉ đúng cho mẫu cân bằng. Có thể đo hoạt độ của các đồng vị trong chuỗi như
234
Th, 234m
Pa, 226
Ra và 214
Pb, 214
Bi và 210
Pb để kiểm tra điều kiện cân bằng này.
Chuỗi phân rã của 235
U
Trong tự nhiên, đồng vị phóng xạ 235
U chỉ chiếm 0.72% trong tổng số uran.
Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235
U được đưa ra trong Hình 1.8. Chuỗi phân rã
này có 12 đồng vị bao gồm 11 tầng phân rã và có 7 loại hạt alpha có năng lượng
khác nhau được phát ra trong chuỗi này.

31. 25
Hình 1.8: Chuỗi phân rã phóng xạ của 235
U
Trong chuỗi phân rã này, chỉ có đỉnh gamma của đồng vị 235
U là có thể dễ
dàng đo được. Đỉnh của một số đồng vị khác như 227
Th, 223
Ra và 219
Rn đo khó khăn
hơn. Mặc dù sai số đo đỉnh gamma của các đồng vị con có thể tương đối cao nhưng

32. 26
việc đo hoạt độ của chúng cũng vẫn cho phép có những đoán nhận về hoạt độ của
235
U hoặc kiểm tra về cân bằng phóng xạ của mẫu.
Chuỗi phân rã phóng xạ của 232
Th
Đồng vị 232
Th chiếm 100% trong tự nhiên.Chuỗi phân rã của đồng vị phóng
xạ này được trình bày trong hình vẽ 1.9.
Hình 1.9: Chuỗi phân rã phóng xạ của 232
Th
Chuỗi phân rã này bao gồm 10 tầng và phát ra 6 loại hạt alpha. Có thể dùng
phổ kế gamma để đo các đỉnh của 228
Ac, 212
Pb, 212
Bi và 208
Tl một cách dễ dàng.

33. 27
Phân rã của đồng vị 212
Bi bị phân nhánh. Nó chỉ phân rã alpha về đồng vị 208
Tl với
xác suất 35,94% và phân rã beta về đồng vị 212
Po với xác suất 64,06%. Nếu đo 208
Tl
để tính hoạt độ của Thori thì cần lấy hoạt độ của 208
Tl chia cho giá trị của tỉ số rẽ
nhánh là 0,3594.

34. 28
CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1. Hệ phổ kế gamma bán dẫn SEGe – Canberra
2.1.1. Sơ đồ khối
Hình 2.1 là sơ đồ hệ phổ kế gamma dải rộng với detector SEGe của hãng
Canberra được đặt tại Viện Y học Phóng xạ và U bướu Quân đội.
Hình 2.1: Sơ đồ hệ phổ kế SEGe – Canberra

35. 29
Hình 2.2: Sơ đồ khối của hệ phổ kế SEGe – Canberra
1. Detector SEGe 5. Khuếch đại tuyến tính
2. Nguồn nuôi cao thế 6. Máy phân tích biên độ đa kênh
3. Tiền khuếch đại 7. Máy tính
4. Máy phát xung chuẩn
Hình 2.2 là sơ đồ khối của hệ phổ kế ở trên. Hệ phổ kế gamma bán dẫn
SEGe – Canberra gồm: Buồng chì, detector bán dẫn Gecmani siêu tinh khiết
(SEGe), các hệ điện tử thu nhận và xử lý tín hiệu như tiền khuếch đại, khuếch đại
phổ, bộ biến đổi tương tự số (ADC), máy phân tích biên độ nhiều kênh (MCA),
nguồn nuôi cao áp… Ngoài ra, còn có thể có các bộ phận khác như máy phát xung
chuẩn hoặc bộ loại trừ chồng chập xung để hiệu chỉnh các hiệu ứng gây mất số đếm
trong trường hợp tốc độ đếm lớn, bộ khuếch đại phổ… Hệ phổ kế được ghép nối
với máy tính thông qua card ghép nối, việc ghi nhận và xử lý phổ được thực hiện
bằng các phần mềm chuyên dụng như Genie 2000, Gamma Vision.
2.1.2. Detector
Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:
Detector Gecmani là đi ốt bán dẫn có cấu trúc P-I-N (Hình 2.3), trong đó
vùng ở giữa (I) là vùng nghèo nhạy với bức xạ ion hóa, đặc biệt là tia X và tia
gamma. Dưới điện áp ngược điện trường mở rộng qua vùng này. Khi photon tương
tác với vật chất bên trong thể tích vùng nghèo, các cặp điện tử - lỗ trống được tạo ra
và di chuyển vể các điện cực P, N dưới tác dụng của điện trường. Lượng điện tích

36. 30
này tỷ lệ với năng lượng tích lũy trong detector của photon tới và được chuyển
thành xung thế bởi tiền khuếch đại nhạy điện tích.
Hình 2.3: Nguyên tắc hoạt động của detector bán dẫn
Do Gecmani có khe vùng nhạy tương đối thấp nên detector phải được làm
mát để giảm nhiệt sinh ra từ các phần tử mang điện (do đó tỷ lệ nghịch với dòng rò)
đến mức chấp nhận được. Ngoài ra dòng rò còn gây nhiễu phá hủy độ phân giải
năng lượng của detector. Ni tơ lỏng ở nhiệt độ 77 o
K thường được dùng để làm mát
các detector này. Detector được đặt trên một bình chân không có gắn bình LN2 bên
trong. Hình 2.4 mô tả sơ đồ cấu tạo của bộ làm lạnh. Bề mặt của detector rất nhạy
nên được bảo vệ khỏi độ ẩm và các chất ô nhiễm khác [4]
.

37. 31
Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo của bộ làm lạnh
Một bộ làm lạnh gồm có buồng chân không, trong buồng chân không chứa
detector và một bình (bình hai thành chân không - cách điện) chứa chất làm lạnh ni
tơ lỏng. Detector được đặt ở một hốc cách điện với cột làm lạnh bằng đồng nhưng
lại có sự trao đổi nhiệt với cột này. Cột làm lạnh truyền nhiệt từ detector sang ni tơ
lỏng. Bên ngoài detector là chân không và nắp mỏng để tránh làm suy giảm các
photon năng lương thấp.
2.1.3. Các thông số của hệ phổ kế gamma SEGe
Luận văn sử dụng detector bán dẫn Gecmani đồng trục (SEGe) model
GC1518, số Seri 11037715 do hãng Canberra sản xuất.
- Detector SEGe có dải năng lượng từ 40 keV tới lớn hơn 10 MeV
- Đường kính tinh thể 52 mm,
- Chiều dày tinh thể 34.5 mm,

38. 32
- Phân giải năng lượng 1.8 keV tại đỉnh năng lượng 1.33 MeV của đồng vị
60
Co
- Tỷ số Đỉnh/Compton là 44:1
- Hằng số thời gian 4 µs
- Detector được làm lạnh bằng ni tơ lỏng từ nhiệt độ phòng 300K xuống
nhiệt độ làm việc của hệ là 90K
- Thế làm việc của detector là 3500 V
- Bề dày vỏ hốc chứa detector: 1 mm
- Cửa sổ (end-cap) có đường kính 76 mm, bề dày 1.5 mm
- Bề mặt detector được đặt cách cửa sổ 5 mm
- Buồng chì có vỏ ngoài làm bằng thép cacbon phông phóng xạ thấp dày 9,5
mm, phần chì phông thấp dày 10 cm, lớp che chắn bên trong làm bằng kẽm dày 1
mm và đồng tinh khiết dày 1,6 mm.
2.1.4. Phần mềm Genie 2000
Phổ gamma được ghi nhận, lưu trữ và phân tích bởi phần mềm Genie 2000.
Phần mềm này có thể thực hiện nhiều quy trình ghi nhận phổ độc lập cho nhiều
detector sử dụng kết nối mạng. Trong Genie 2000 khả năng ghi nhận và phân tích
được tích hợp chặt chẽ với giao diện sử dụng trực quan và vận hành đơn giản cho
nhiều ứng dụng. Màn hình của phần mềm Genie giúp cho việc theo dõi thí nghiệm
một cách dễ dàng. Phổ thu nhận được từ phổ kế được quan sát online trong suốt quá
trình đo.
Bên cạnh đó, Genie còn có đầy đủ chức năng của một phần mềm phân tích
phổ off-line, bao gồm: xây dựng các đường chuẩn cho hệ phổ kế (năng lượng, phân
giải, hiệu suất ghi), tìm đỉnh và phân tích phổ tự động, phân tích từng đỉnh cho
người dùng tự chọn. Nếu muốn người dùng có thể hiệu chỉnh các đỉnh trùng phùng
tổng trong phổ. Quy trình chuẩn được đơn giản hóa bằng cách sử dụng các file dữ

39. 33
liệu hạt nhân tích hợp trong phần mềm như: nhân phóng xạ, tỷ số phân nhánh, độ
bất định...
Genie cung cấp hai thuật toán để tính toán diện tích đỉnh là khớp bình
phương tối thiểu phi tuyến và thư viện. Bước đầu tiên là khớp bình phương tối thiểu
là xác định các giới hạn của đỉnh. Ở đây hệ thống sẽ tự động thiết lập các giới hạn
và thuật toán cũng xác định xem các đỉnh liền kề sẽ được phân tích như các đỉnh
đơn hay các đỉnh bội. Diện tích đỉnh sẽ được tính toán khác nhau đối với các đỉnh
đơn và các đỉnh bội. Tiếp đó, từ kết quả diện tích đỉnh chương trình sẽ khớp mô
hình đỉnh mong muốn (được thiết lập trong quá trình chuẩn) với mỗi đỉnh trong
phổ. Trong quá trình này, thuật toán sẽ dán nhán các đỉnh có can nhiễu trong phổ và
thực hiện hiệu chỉnh loại bỏ can nhiễu khỏi đỉnh hiện tại. Quá trình này được lặp lại
cho tất cả các đỉnh trong phổ [5]
. Do vậy, có thể xem việc sử dụng phần mềm Genie
để phân tích phổ gamma thu được cho kết quả khá tin cậy.
2.1.5 Quy trình vận hành
- Kiểm tra điều kiện làm việc của phòng đo bao gồm: hệ thống điện, điều
kiện nhiệt độ, độ ẩm và điều kiện vệ sinh sạch sẽ.
- Đổ đầy ni tơ vào bình, thời gian chờ đủ lạnh ít nhất 10 tiếng.
- Kiểm tra các khối chức năng, khối điểu khiển, máy tính hoạt động bình
thường.
- Bật máy tính chạy phần mềm thu nhận phổ Genie.
- Lên cao thế: Đưa công tác trên khối HV về vị trí ON. Chắc chắn rằng chỉ
thị cao áp trên khối này là 0 V (tức là đền chưa sáng); Nhấn nút Reset và chắc chắn
rằng đèn hiển thị tại ON bật sáng. Nếu ON không sáng sau khi nhấn Reset nghĩa là
cao áp vào đầu dò bị cấm, nguyên nhân có thể do đầu dò chưa đủ lạnh, khi đó
không được lên cao áp và kiểm tra lại các điều kiện của hệ đo; Tiếp đó bắt đầu lên
cao áp theo từng bước, cứ 5 s tăng 10 V. Tiếp tục làm như vậy cho đến khi cao áp
đạt 3500 V.

40. 34
- Chọn chế độ làm việc: Sử dụng nguồn chuẩn để chuẩn chuấn máy. Tức là
trong quá trình đo phổ nguồn chuẩn, thay đổi các chế độ của khuếch đại phổ như
COARSE GAIN, FINE GAIN, SHAPING TIME nhằm đạt được chế độ đo tối ưu
cho từng phép đo (dạng phổ đẹp). Từ thực nghiệm chọn được hệ số trên COARSE
GAIN là 10, FINE GAIN là 8, SHAPING TIME là 4 µs.
Tiến hành chuẩn năng lượng, đo phông, chuẩn hiệu suất và phân tích mẫu.
- Hạ cao thế và tắt máy: Sau khi kết thức việc đo phổ thực hiện quy trình hạ
cao áp và tắt máy. Vặn vòng số trên khối HV theo chiều ngược chiều kim đồng hồ,
mỗi lần không quá 10 V, mỗi bước hạ cao áp như vậy cách nhau 10 s. Khi vòng số
về vị trí 0, đưa công tắc về vị trí OFF.
- Tắt máy tính
2.2. Chuẩn năng lượng
Đường chuẩn năng lượng là đồ thị mô tả sự phụ thuộc của vị trí cực đại
đỉnh hấp thụ toàn phần vào năng lượng của vạch bức xạ gamma tương ứng. Hiệu
chuẩn năng lượng của một hệ detector germanium (tức là xác định số kênh của
MCA liên quan với năng lượng tia gamma) được thực hiện bằng cách đo đạc nguồn
chuẩn của các nhân phóng xạ đã biết có năng lượng xác định trong khoảng quan
tâm. Độ chính xác của việc xây dựng đường chuẩn năng lượng phụ thuộc vào độ
chính xác khi xác định vị trí cực đại của đỉnh được chọn làm chuẩn để xây dựng
đường chuẩn. Tốt nhất là chọn nguồn chuẩn năng lượng là các nguồn gamma đơn
năng. Các đỉnh được chọn xây dựng đường chuẩn năng lượng có giá trị phân bố đều
trong vùng năng lượng gamma quan tâm là tốt nhất. Trên thực tế, nếu không có
nguồn chuẩn gamma đơn năng, có thể sử dụng nguồn gamma phức tạp có nhiều
thành phần. Trong các vạch gamma của nguồn phức tạp, chọn vạch phổ có năng
lượng lớn nhất, những vạch có cường độ mạnh và ở xa các vạch khác.
Để chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế SEGe tác giả sử dụng các nguồn
chuẩn: 60
Co, 57
Co,131
I, 137
Cs.

41. 35
2.3. Khảo sát độ phân giải năng lượng vào năng lượng bức xạ gamma
Phân giải năng lượng liên quan đến sự phản hồi của detector. Độ phân giải
năng lượng được định nghĩa là khả năng phân biệt hai bức xạ có năng lượng gần
nhau của detector. Đại lượng này thường được biểu diễn bằng độ rộng ở một nửa
(FWHM) chiều cao xung. Trong trường hợp lí tưởng mỗi tia gamma có năng lượng
giống nhau sẽ cho cùng số kênh trên phổ gamma. Nhưng thực tế các đỉnh phổ trải
rộng trên một số kênh, với ưu thế tại một kênh trung tâm, mà chúng ta có thể xác
định ứng với năng lượng của tia gamma, nguyên nhân là do có thăng giáng trong
quá trình phát hiện và ghi nhận, gây ra các sự kiện giống nhau như số đếm trên các
kênh phổ khác nhau.
Thăng giáng của các nguồn có thể được xác định bởi biểu thức [7]
:
= + + + (2.1)
Trong đó: η là tổng thăng giáng được đo bằng phổ kế
ηI là thang giáng năng lượng do độ rộng mức năng lượng
ηP là thăng giáng trong việc tạo cặp điện tử - lỗ trống trong detector [7]
= 2.355 / (2.2)
trong đó : E là năng lượng bức xạ gamma, F là hệ số Fano phản ánh mức độ gián
đoạn của sự truyền năng lượng bức xạ ion hóa cho các cặp phần tử tải điện, ω là
năng lượng cần thiết để tạo 1 cặp điện tử lỗ trống.
ηC là thăng giáng do sự ghi nhận các điện tích của detector [7]
μ = (C là hằng số) (2.3)
ηe là thăng giáng điện tử trong việc xử lý xung, ηe=A (A là hằng số)
Trong các trường hợp có thể bỏ qua thang giáng do độ rộng mức năng
lượng nên:
= + + = + + (2.4)

42. 36
Suy ra
= √ + + (2.5)
Do sự thăng giáng về năng lượng của một tia gamma để lại trong hạt nhân nên phổ
thường có độ rộng hữu hạn ∆E. Nếu độ rộng ∆E càng nhỏ, tức là đỉnh càng hẹp thì
càng có thể phát hiện những đỉnh nằm cạnh nhau. Nhưng nếu độ rộng ∆E càng lớn,
các đỉnh lân cận nhau không thể tách rời thì chúng được xem như một đỉnh. Như
vậy chính độ rộng đỉnh quy định khả năng phân giải của thiết bị đo phổ.
Vì vậy tác giả tiến hành khảo sát độ phân giải của detector theo năng lượng
tia gamma. Luận văn sử dụng các nguồn chuẩn 60
Co, 57
Co, 131
I, 137
Cs. Các nguồn
chuẩn được đo sao cho diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của các bức xạ gamma đặc
trưng được chọn có sai số thống kê nhỏ hơn 1 %.
2.4. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi
Để xác định hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ trong mẫu phân tích,
theo phương pháp phổ gamma, cần biết hiệu suất ghi của detector ứng với vạch hấp
thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng. Vì vậy, ngoài xây dựng đường chuẩn
năng lượng, trước khi đưa hệ phổ kế gamma vào hoạt động, cần phải xác định được
hiệu suất ghi của detector ứng với các năng lượng gamma trong dải năng lượng làm
việc của detector.
Mẫu chuẩn dùng để lập đường cong hiệu suất ghi đối với các mẫu thực vật
theo khuyến cáo của IAEA là mẫu chuẩn IAEA 156. Trong mẫu chuẩn IAEA 156
chứa các đồng vị phóng xạ 134
Cs và 137
Cs với chu kỳ bán rã của 134
Cs là nhỏ 2,0648
năm, nhưng do trong phòng thí nghiệm chỉ có mẫu IAEA 156 được sản xuất vào
1/1/1991 nên đồng vị 134
Cs đã phân rã hết. Tính toán và thực nghiệm đã chỉ ra rằng
tốc độ đếm tại các đỉnh của 134
Cs bằng 0 ngay cả đỉnh 604,7keV (có hệ số phân
nhánh là 97,4%) và đỉnh 795,8keV (có hệ số phân nhánh 85,4%) đều không xuất
hiện với thời gian đo phổ 130000 s. Vì vậy để có mẫu chuẩn phục vụ cho việc xây
dựng đường cong hiệu suất ghi, tác giả sử dụng mẫu chuẩn hỗn hợp (mẫu chuẩn
RGU-1 kết hợp với mẫu chuẩn IAEA 156) của Bộ môn Vật lý Hạt nhân – Trường

43. 37
Đại học Khoa học Tự nhiên để chuẩn hiệu suất ghi phục vụ cho việc phân tích mẫu
thực vật. Trong mẫu chuẩn hỗn hợp ở trên có chứa 18,07g mẫu chuẩn RGU-1 với
129,75g IAEA 156. Hoạt độ phóng xạ của 238
U trong mẫu chuẩn hỗn hợp được sử
dụng là 89,27Bq và của 235
U là 4,12Bq. Mẫu chuẩn và mẫu phân tích được đặt trong
hộp hình trụ có đường kính là 8 cm, chiều cao 3 cm. Mẫu chuẩn được đặt sát
detector, thời gian đo mẫu đủ lớn để các đỉnh hấp thụ toàn phần nhỏ hơn 1,5%.
Thông qua việc đo phổ của các nguồn chuẩn và phần mềm Genie, ta xác
định được diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch bức xạ gamma ứng với năng
lượng xác định. Biết cường độ của vạch bức xạ gamma, hoạt độ phóng xạ của
nguồn chuẩn tính được thông lượng của bức xạ gamma quan tâm bay vào detector.
Từ đó xác định được hiệu suất ghi của đetector tại năng lượng tương ứng với năng
lượng của bức xạ gamma được chọn làm chuẩn theo công thức:
( ) = (2.6)
Trong đó:
n là tốc độ đếm tại đỉnh năng lượng E của mẫu chuẩn đã hiệu chỉnh phông
(xung/giây)
Iγ là hệ số phân nhánh của tia gamma có năng lượng E
A hoạt độ của nguồn tại thời điểm đo (Bq)
Sai số được xác định theo công thức:
∆ = ∆ + ∆ (2.7)
∆ =
∆
+
∆
+
∆
(2.8)
Với ∆ , ∆ , ∆ , ∆ , ∆ tương ứng là sai số của hoạt độ nguồn, sai số của
hệ số phân nhánh, sai số của tốc độ đếm mẫu chuẩn đã hiệu chỉnh phông, sai số của
tốc độ đếm mẫu chuẩn chưa hiệu chỉnh phông và sai số của tốc độ đếm phông.

44. 38
Để xác định chính xác diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch bức xạ
gamma được chọn để xây dựng đường cong hiệu suất ghi phải có cường độ lớn và ở
xa các vạch khác. Sau đó làm khớp các kết quả đo thực nghiệm với các hàm giải
tích thích hợp. Hiệu suất ghi ở từng năng lượng cụ thể được xác định bằng phương
pháp nội suy.
2.5. Lấy mẫu, xử lý mẫu và chuẩn bị mẫu đo
Vị trí lấy mẫu
Bảng 2.1: Thông tin của các mẫu sử dụng để phân tích trên hệ phổ kế gamma
Vị trí lấy mẫu
Khối lượng
tươi (Kg)
Mẫu gạo 1 Xã Vạn Ninh, huyện Móng Cái, tỉnh Quảng Ninh 10
Mẫu gạo 2 Xã Cộng Hòa, huyện Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh 10
Mẫu gạo 3 Xã Đài Xuyên, huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh 10
Mẫu gạo 4 Xã Việt Hưng, Tp. Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh 10
Mẫu ngô 1 Xã Đồn Đạc, huyện Ba Chẽ, tỉnh Quảng Ninh 10
Mẫu ngô 2 Xã Phong Dụ, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh 10
Mẫu ngô 3 Xã Quảng Đức, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh 10
Mẫu ngô 4 Xã Hải Sơn, huyện Móng Cái, tỉnh Quảng Ninh 10
Mẫu ngô 5 Xã Đài Xuyên, huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh 10
Mẫu khoai 1 Xã Phong Dụ, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh 18
Mẫu khoai 2 Xã Lê Lợi, huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh 18
Mẫu khoai 3 Xã Vạn Yên, Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh 18
Mẫu khoai 4 Xã Phong Dụ, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh 18
Mẫu khoai 5 Xã Yên Đức, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh 18
Xử lý mẫu
- Gạo, ngô sau khi lấy được nhặt sạch các tạp chất bên trong mẫu; khoai
được rửa sạch, cắt bỏ rễ, đầu đuôi và để ráo nước rồi thái lát.
- Các mẫu được sấy ở nhiệt độ 105 o
C cho đến khi khối lượng không đổi
- Than hóa 5-6 giờ cho hết khói ở nhiệt độ tối đa đối với từng mẫu. Thông
thường, ở nhiệt độ 220o
C mẫu sẽ bắt đầu cháy và có khói bốc ra từ lò đốt, khi đó để
khoảng 1,5 giờ đến 2 giờ rồi tăng nhiệt độ lên 3700
C và để trong 1,5 giờ đến 2 giờ.

45. 39
Đối với gạo, ngô, khoai, sắn nhiệt độ than hóa hoàn toàn ở 325o
C [8]
. Để than hóa
triệt để, không đặt nhiệt độ quá 325o
C. Phải duy trì than hóa ở dưới nhiệt độ này
cho tới khi hết khói hoàn toàn thì tiếp tục duy trì thêm 60 phút đến 120 phút, sau đó
tiếp tục nâng lên nhiệt độ khoảng 445o
C.
- Tro hóa ở nhiệt độ nhỏ hơn 445o
C trong khoảng tối đa 18 giờ đến khi tro
có mầu đen xám và tơi xốp là đạt yêu cầu. Để nguội tro trong lò nung đến dưới
150o
C thì có thể chuyển ra ngoài.
Tạo mẫu dùng để phân tích:
Tro sau khi tro hóa, để nguội trong bình hút ẩm, được nghiền mịn tối đa và
trộn đều bằng máy xay có lưỡi dao phủ titan. Tro được đựng trong hộp nhựa sạch
hình trụ đường kính 8 cm, nén mẫu bằng dụng cụ ép đơn giản để cấu hình đo của
mẫu và mẫu chuẩn là đồng nhất. Đổ paraphin sạch để nhốt mẫu trong 4 tuần lễ để
đạt được sự cân bằng phóng xạ giữa Rađi và các sản phẩm con cháu của nó mới đưa
đi phân tích trên hệ phổ kế gamma phân giải cao để xác định hoạt độ các đồng vị
phóng xạ.
2.6. Phương pháp tính hoạt độ
Hoạt độ của mẫu được tính theo công thức:
= (2.9)
Trong đó:
A là hoạt độ của mẫu (Bq)
ns là tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần của mẫu đã hiệu chỉnh phông
(xung/giây)
Iγ là hệ số phân nhánh của tia gamma có năng lượng E
ε hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng tương ứng. Đại lượng này được suy ra từ
đường chuẩn hiệu suất ghi ở trên.

46. 40
Sai số của hoạt độ được tính như sau:
∆ = ∆ + ∆ (2.10)
∆ =
∆
+
∆
+
∆
(2.11)
Với ∆ , ∆ , ∆ , ∆ , ∆ tương ứng là sai số của hiệu suất ghi, sai số của
hệ số phân nhánh, sai số của tốc độ đếm mẫu đã hiệu chỉnh phông, sai số của tốc độ
đếm mẫu chưa hiệu chỉnh phông và sai số của tốc độ đếm phông.
2.7. Phương pháp tính MDA
Giới hạn phát hiện (MDA) là một thuật ngữ được sử dụng để biểu diễn khả
năng phát hiện của hệ đo. MDA có thể được tính cho mỗi nhân phóng xạ phát tia
gamma nhất định. Xác định MDA bằng cách đo mẫu trắng (gọi là mẫu phông) với
cùng kích thước, mật độ và thành phần hoá học (matrix) giống như mẫu nghiên cứu
nhưng không có đồng vị phóng xạ ta quan tâm. Ví dụ cần tính MDA đối với đỉnh
137
Cs thì tạo mẫu trắng không có 137
Cs nhưng có các đồng vị phóng xạ khác (dãy
238
U, dãy 232
Th, 40
K, ...) giống như mẫu nghiên cứu. MDA tính theo công thức
sau[10]
:
MDA (Bq/kg) =
BB
B
B
mIt
t
t



 129,371,2
(2.12)
Trong đó:
NB: Diện tích đỉnh trên phổ phông trắng.
B = BN : Độ lệch chuẩn.
t: Thời gian đo mẫu nghiên cứu (s)
tB: Thời gian đo mẫu trắng (phông) (s)
ε: Hiệu suất của đỉnh toàn phần tại năng lượng xem xét.

47. 41
Iγ: Tỉ số phân nhánh (%).
mB: Khối lượng mẫu trắng (kg)
Khi tB = t và đo mẫu thật thì công thức trên trở thành (lúc đó mB là khối
lượng mẫu, trong trường hợp lấy giá trị bằng 1 thì:
MDA (Bq) =


It
B

 66,471,2
(2.13)
Luận văn dùng công thức (2.13) để tính gần đúng MDA cho hoạt độ của
một mẫu đo. Do điều kiện thực tế không có các mẫu trắng nên luận văn không đưa
ra giá trị MDA cho từng đồng vị phóng xạ trong các mẫu. Trong trường hợp tốc độ
đếm tại đỉnh năng lượng toàn phần trong phổ đo mẫu nhỏ hơn tốc độ đếm phông tại
đỉnh đó thì hoạt độ của đồng vị phóng xạ đang xét được xem như nhỏ hơn giá trị
MDA tính theo công thức (2.13), với độ lệch chuẩn B = BN , NB là diện tích đỉnh
trong phổ của mẫu.

48. 42
CHƯƠNG III – KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
3.1. Chuẩn năng lượng
Trên hình 3.1 là phổ gamma của nguồn chuẩn được đo trong thời gian
90000 giây
Hình 3.1: Dạng phổ của nguồn chuẩn được ghi nhận trên trên phổ kế gamma SEGe
Để xác định chính xác vị trí đỉnh hấp thụ toàn phần được chọn để chuẩn
năng lượng, mẫu chuẩn được đo trong thời gian thích hợp để số đếm ứng với kênh
cực đại của đỉnh không nhỏ hơn 104
xung. Trong bảng 3.1 đưa ra năng lượng của
các tia gamma và vị trí cực đại (kênh) tương ứng để chuẩn năng lượng.

49. 43
Bảng 3.1: Số liệu của các tia gamma được chọn để chuẩn năng lượng và vị trí cực
đại tương ứng
Nguồn
Năng lượng đỉnh
(keV)
Hệ số phân nhánh
(Iγ)
Vị trí cực đại
(kênh)
57
Co 122 0.856 451
131
I
364 0.8176 1396
637 0.0717 2471
137
Cs 661 0.8512 2546
60
Co
1173 0.9997 4545
1332 0.9998 5170
Trong Genie 2000 đường chuẩn năng lượng được xử lý tự động, bằng cách
nhập giá trị năng lượng được chọn vào ô Energy và vị trí kênh cực đại tương ứng
sau khi đo các mẫu chuẩn vào ô Chanel, rồi chọn Accept (Hình 3.2). Tiếp tục nhập
các cặp giá trị năng lượng/kênh tiếp theo, khi kết thúc quá trình chuẩn năng lượng
chọn OK.
Hình 3.2: Chuẩn năng lượng trong Genie 2000
Từ số liệu ở trên, tác giả sử dụng chương trình Origin để thiết lập đường
chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế SEGe.

50. 44
Hình 3.3: Đường chuẩn năng lượng của hệ phổ kế SEGe
Đường chuẩn năng lượng có dạng tuyến tính:
y = 3.897 x – 22.56
R2
= 1
Trong đó: y là giá trị của kênh tương ứng với x là năng lượng E (keV)
R là hệ số đánh giá chất lượng khớp
3.2. Xác định một số thông số của hệ phổ kế gamma
3.2.1. Sự phụ thuộc của độ phân giải năng lượng vào năng lượng của
bức xạ gamma
Bảng 3.2: Độ phân giải năng lượng của detector SEGe – Canberra
Nguồn
Năng lượng đỉnh
(keV)
Hệ số phân nhánh
(Iγ)
FWHM (keV)
57
Co 122 0.856 2.27
131
I
364 0.8176 2.36
637 0.0717 2.48
137
Cs 661 0.8512 2.51
60
Co
1173 0.9997 2.66
1332 0.9998 2.72

51. 45
Bảng 3.2 là kết quả thực nghiệm xác định độ phân giải của detector SEGe
(FWHM) theo năng lượng tia gamma. Từ số liệu thu được, sử dụng chương trình
Origin ta sẽ xây dựng được đường cong mô tả sự phụ thuộc của độ phân giải năng
lượng vào năng lượng bức xạ gamma (Hình 3.4)
Hình 3.4: Độ phân giải năng lượng phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ gamma
Độ phân giải năng lượng tăng theo năng lượng bức xạ gamma theo hàm số
có dạng:
∆ = −2 × 10 + 0.002 + 4.863
R = 0.996
Trong đó: E là năng lượng tia gamma (keV)
R là hệ số đánh giá chất lượng khớp
Từ đồ thị ta thấy rằng khi năng lượng bức xạ tăng, năng lượng hao phí trong
detector tăng, số cặp điện tử - lỗ trống được tạo ra nhiều hơn dẫn tới độ phân giải

52. 46
năng lượng tăng. Từ số liệu thực nghiệm ta thấy rằng độ phân giải năng lượng của
detector tại đỉnh 1332 keV của đồng vị 60
Co là 2.72 keV. Giá trị này lớn hơn độ
phân giải 1.8 keV của nhà sản xuất đưa ra. Sự sai khác này có thể chấp nhận được.
3.2.2. Khảo sát phông của hệ đo
Phông của hệ đo ảnh hưởng đáng kể đến giới hạn phát hiện và độ chính xác
của phép đo hoạt độ mức thấp. Phông thường có nguồn gốc sau đây: Các thành
phần cứng và mềm của bức xạ vũ trụ, bức xạ gamma của vật liệu cấu trúc detector
và thiết bị, bức xạ gamma của môi trường xung quanh.
Bức xạ vũ trụ sơ cấp là các hạt nhân năng lượng cao từ không gian vũ trũ,
khi đi vào bầu khí quyển chúng va chạm không đàn hồi với hạt nhân không khí tạo
nên bức xạ vũ trụ thứ cấp. Thành phần cứng là các hạt muôn có khả năng đâm
xuyên cao, thành phần mềm là các cặp electron – positron và các lượng tử gamma.
Bức xạ vũ trụ còn tác dụng trực tiếp lên detector gây ion hóa trong thể tích nhạy của
detector hoặc tạo lên các bức xạ thứ cấp trong vật liệu xung quanh. Trong vật liệu
cấu trúc detector và các vật liệu xung quanh nó gồm có 40
K, các đồng vị thuộc dãy
uran và thori. Các đồng vị 222
Ra và 220
Rn luôn luôn có sẵn trong môi trường không
khí xung quanh hệ đo cùng với các sản phẩm con cháu của chúng.
Vì vậy đo đạc phông được thực hiện thường xuyên khi có thể và trước mỗi
phép đo rất cần thiết cho việc hiệu chỉnh phông khi phân tích phổ đo mẫu. Thời gian
đo phông đủ dài để thu được số liệu thống kê tốt. Luận văn tiến hành đo khảo sát
phông của hệ phổ kế SEGe trong thời gian 150000 giây khi đóng nắp buồng chì,
phổ phông được đưa ra trong hình 3.5 bên dưới.

53. 47
Hình 3.5: Phổ phông của hệ phổ kế SEGe trong trường hợp đóng nắp buồng chì với
thời gian đo 150000 giây
Bảng 3.3: Số đếm tại các đỉnh các đỉnh năng lượng trong phổ phông của hệ phổ kế
gamma SEGe đo trong thời gian 150000 giây
Đồng vị phóng xạ
Năng lượng
(keV)
Số đếm phông
(xung)
212
Pb 239 0
214
Pb 242 0
214
Pb 295.2 0
214
Bi 351.9 146±35
208
Tl 583 0
214
Bi 609.3 198±27
137
Cs 662 0
212
Bi 727 0
228
Ac 911 49±8
214
Bi 1120.3 0
214
Bi 1238.1 0
40
K 1461 333±40
214
Bi 1764.5 0
214
Bi 2204.1 0

54. 48
3.3. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi cho mẫu lương thực
Dưới đây là hình ảnh phổ của mẫu chuẩn ghi nhận trên hệ phổ kế gamma
SEGe trong thời gian 85000 giây
Hình 3.6: Phổ gamma của mẫu chuẩn dùng để phân tích mẫu thực vật ghi nhận trên
hệ phổ kế SEGe trong thời gian 85000 giây
Sử dụng phần mềm xử lý phổ Genie 2000 xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần
và sử dụng công thức (2.6) để tính hiệu suất ghi tương ứng với các đỉnh năng lượng.
Kết quả được ghi trong bảng dưới đây:

55. 49
Bảng 3.4: Kết quả thực nghiệm xác định hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng toàn phần
của bức xạ gamma đặc trưng trong mẫu chuẩn
Đồng
vị
E
(keV)
Iγ
Diện tích
đỉnh (xung)
Tốc độ đếm đã trừ
phông (xung/giây)
Hiệu suất ghi
214
Pb 242 0.0743 13800±146 0.1624±0.0017 0.0245±0.0003
214
Pb 295.2 0.193 29100±179 0.3424±0.0021 0.0199±0.0001
214
Pb 351.9 0.376 46900±141 0.5502±0.0017 0.0164±5E-05
214
Bi 609.3 0.461 32600±64 0.3815±0.0008 0.0093±2E-05
214
Bi 1120.3 0.151 5820±38 0.0685±0.0004 0.0051±3E-05
214
Bi 1238.1 0.058 1970±6 0.0232±0.0001 0.0045±1E-05
214
Bi 1764.5 0.153 3730±47 0.0439±0.0006 0.0032±4E-05
214
Bi 2204 0.0508 936±14 0.011±0.0002 0.0024±4E-05
Hình 3.7: Đồ thị đường cong hiệu suất ghi được ghi nhận bằng hệ phổ kế gamma
SEGe – Canberra
Sử dụng chương trình Origin và số liệu trong bảng 3.4 ta thiết lập được
đường cong hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng toàn phần có dạng:

56. 50
y = exp(1.99205 – 1.03937ln(x))
với x là năng lượng tia gamma (keV)
y là hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần tương ứng
3.4. Xác định hoạt độ riêng của các mẫu
Các mẫu sau khi được nhốt trong khoảng thời gian 4 tuần để đạt được trạng
thái cân bằng thế kỷ giữa các nhân phóng xạ mẹ và các hạt nhân con cháu sẽ được
đem đi đo. Trước khi đặt mẫu vào phổ kế dùng khăn sạch lau hộp đựng mẫu để
tránh làm bẩn phổ kế và loại trừ phông. Đặt hộp mẫu cần đo vào phổ kế sao cho
chuẩn trực với detector. Sau đó tiến hành đo mẫu và phân tích phổ. Các mẫu được
đo trên hệ phổ kế SEGe ở trên trong khoảng thời gian 150000. Trong các hình (3.8),
hình (3.9) và hình (3.10) dưới đây tương ứng là dạng phổ của mẫu gạo 1 với khối
lượng 175.8 g, mẫu ngô 1 với khối lượng 175.2 g và mẫu khoai 1 với khối lượng là
175.5 g.
Hình 3.8: Phổ gamma của mẫu gạo 1 được đo trên hệ phổ kế gamma siêu tinh khiết
SEGe trong thời gian 150000 giây

57. 51
Hình 3.9: Phổ gamma của mẫu ngô 1 được đo trên hệ phổ kế gamma siêu tinh khiết
SEGe trong thời gian 150000 giây
Hình 3.10: Phổ gamma của mẫu khoai 1 được đo trên hệ phổ kế gamma siêu tinh
khiết SEGe trong thời gian 150000 giây

58. 52
Sử dụng phần mềm Genie 2000 để xác định diện tích đỉnh tương ứng của
các đồng vị phóng xạ quan tâm. Dựa vào đường chuẩn hiệu suất ghi trong mục 3.3
để xác định hiệu suất tại các đỉnh năng lượng toàn phần tương ứng. Từ đó xác định
hoạt độ của các đồng vị phóng xạ có trong mẫu theo công thức (2.9). Hoạt độ riêng
được tính bằng cách chia hoạt độ của đồng vị phóng xạ trong mẫu cho khối lượng
mẫu dùng để tro hóa (khối lượng mẫu tươi). Số liệu thực nghiệm được trình bày
trong các bảng dưới đây.
Bảng 3.5: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ trong
mẫu gạo 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng 175.8 g
Chuỗi
phân
rã
Đồng
vị
E
(keV)
Iγ
Hiệu suất
ghi ε
Diện tích
đỉnh
(xung)
Hoạt độ (Bq)
232
Th 212
Pb 239 0.433 0.0248 306±19 0.1902±0.0118
238
U 214
Pb 295 0.1932 0.0199 38±5 0.066±0.0087
232
Th 208
Tl 583 0.8457 0.0098 144±29 0.116±0.0234
238
U 214
Bi 609 0.4615 0.0093 226±17 0.104±0.0263
137
Cs 137
Cs 662 0.8512 0.0086 356±24 0.3248±0.0219
232
Th 212
Bi 727 0.0658 0.0078 36±8 0.4689±0.1042
232
Th 228
Ac 911 0.258 0.0062 207±15 0.546±0.0396
40
K 4
K 1,461 0.11 0.0038 21900±620 343.8571±9.7348
Bảng 3.6: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ trong
mẫu ngô 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng 175.8 g
Chuỗi
phân rã
Đồng
vị
E
(keV)
Iγ
Hiệu suất
ghi ε
Diện tích đỉnh
(xung)
Hoạt độ (Bq)
232
Th 212
Pb 239 0.433 0.0248 1.3 <0.005
238
U 214
Pb 295 0.1932 0.0199 2.9 <0.0185
232
Th 208
Tl 583 0.8457 0.0098 600±74 0.4834±0.0596
238
U 214
Bi 609 0.4615 0.0093 186±9 0.0422±0.0139
137
Cs 137
Cs 662 0.8512 0.0086 76±11 0.0693±0.01
232
Th 212
Bi 727 0.0658 0.0078 192±34 2.501±0.4429
232
Th 228
Ac 911 0.258 0.0062 359±21 1.1843±0.0882
40
K 4
K 1,461 0.11 0.0038 42700±819 678.4349±13.1740

59. 53
Bảng 3.7: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ trong
mẫu khoai 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng 175.8 g
Chuỗi
phân rã
Đồng
vị
E
(keV)
Iγ
Hiệu suất ghi
ε
Diện tích
đỉnh (xung)
Hoạt độ (Bq)
232
Th 212
Pb 239 0.433 0.0248 481±75 0.299±0.0466
238
U 214
Pb 295 0.1932 0.0199 235±34 0.4084±0.0591
232
Th 208
Tl 583 0.8457 0.0098 398±20 0.3207±0.0161
238
U 214
Bi 609 0.4615 0.0093 815±43 1.0141±0.0664
137
Cs 137
Cs 662 0.8512 0.0086 179±27 0.1633±0.0246
232
Th 212
Bi 727 0.0658 0.0078 103±12 1.3417±0.1563
232
Th 228
Ac 911 0.258 0.0062 698±67 2.6078±0.2814
40
K 40
K 1,461 0.11 0.0038 63500±992 1013.0128±15.9568
Bảng 3.8: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu gạo đo trên hệ phổ kế
gamma bán dẫn siêu tinh khiết
Chuỗi
phân rã
Đồng vị
phóng xạ
Hoạt độ riêng (Bq/kg tươi)
Mẫu gạo 1 Mẫu gạo 2 Mẫu gạo 3 Mẫu gạo 4
232
Th 212
Pb 0.019±0.001 0.01±0.004 <0.006 0.013±0.003
238
U 214
Pb 0.007±0.001 0.007±0.001 0.008±0.002 0.019±0.006
232
Th 208
Tl 0.012±0.002 0.009±0.002 0.004±0.001 0.004±0.001
238
U 214
Bi 0.01±0.003 0.008±0.002 0.016±0.005 0.021±0.007
137
Cs 137
Cs 0.032±0.002 0.029±0.002 <0.004 0.068±0.004
232
Th 212
Bi 0.047±0.01 0.044±0.003 0.053±0.0041 0.074±0.006
232
Th 228
Ac 0.055±0.004 0.032±0.007 0.018±0.004 0.019±0.003
40
K 40
K 34.386±0.973 26.222±0.693 31.827±0.811 33.404±0.859

60. 54
Bảng 3.9: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu ngô đo trên hệ phổ kế
gamma bán dẫn siêu tinh khiết
Chuỗi
phân
rã
Đồng
vị
phóng
xạ
Hoạt độ riêng (Bq/kg tươi)
Mẫu ngô 1 Mẫu ngô 2 Mẫu ngô 3 Mẫu ngô 4 Mẫu ngô 5
232
Th 212
Pb <0.005 0.046±0.0029 0.0588±0.0043 0.091±0.026 0.0407±0.003
238
U 214
Pb <0.0185 0.1014±0.007 0.071±0.0099 0.036±0.008 0.025±0.001
232
Th 208
Tl 0.048±0.006 0.0165±0.003 0.0247±0.0043 0.015±0.003 0.0407±0.003
238
U 214
Bi 0.004±0.001 0.078±0.0077 0.0914±0.0085 0.035±0.009 0.0633±0.006
137
Cs 137
Cs 0.007±0.001 0.0114±0.003 0.3569±0.0102 0.01±0.007 0.2082±0.006
232
Th 212
Bi 0.25±0.044 <0.0083 <0.138 0.033±0.005 <0.013
232
Th 228
Ac 0.118±0.009 0.1937±0.016 0.2778±0.023 0.103±0.03 0.0755±0.014
40
K 40
K 67.843±1.317 84.462±1.699 102.93±2.089 91.689±1.983 45.78±1.095
Bảng 3.10: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu khoai đo trên hệ phổ kế
gamma bán dẫn siêu tinh khiết
Chuỗi
phân
rã
Đồng
vị
phóng
xạ
Hoạt độ riêng (Bq/kg tươi)
Mẫu khoai 1 Mẫu khoai 2 Mẫu khoai 3 Mẫu khoai 4 Mẫu khoai 5
232
Th 212
Pb 0.017±0.003 0.016±0.004 0.017±0.0045 - 0.005±0.0004
238
U 214
Pb 0.023±0.003 0.036±0.007 0.02±0.005 0.013±0.00057 0.002±0.0001
232
Th 208
Tl 0.018±0.001 0.014±0.004 0.012±0.0031 0.0029±0.0001 0.0013±0.0005
238
U 214
Bi 0.056±0.004 0.036±0.008 0.023±0.007 0.013±0.0014 0.005±0.0003
137
Cs 137
Cs 0.009±0.001 0.015±0.003 0.009±0.002 0.002±0.0002 0.001±0.0004
232
Th 212
Bi 0.075±0.009 0.121±0.013 0.159±0.0149 0.011±0.0017 0.005±0.0004
232
Th 228
Ac 0.145±0.016 0.088±0.017 0.047±0.0095 0.019±0.0009 0.013±0.0027
40
K 40
K 56.28±0.886 73.13±1.953 97.36±2.556 5.071±0.011 14.652±0.034

61. 55
Bảng 3.11: Hoạt độ riêng trung binh của một số đồng vị trong các mẫu gạo, ngô,
khoai
Chuỗi
phân rã
Đồng vị
phóng xạ
Mẫu gạo
(Bq/kg tươi)
Mẫu ngô
(Bq/kg tươi)
Mẫu khoai
(Bq/kg tươi)
232
Th 212
Pb 0.014±0.0027 0.0591±0.0091 0.011±0.003
238
U 214
Pb 0.0103±0.0025 0.0584±0.0065 0.0188±0.0031
232
Th 208
Tl 0.0073±0.0015 0.029±0.0039 0.0096±0.0017
238
U 214
Bi 0.0138±0.0043 0.0543±0.0066 0.0266±0.0041
137
Cs 137
Cs 0.043±0.0027 0.1187±0.0056 0.0072±0.0013
232
Th 212
Bi 0.0545±0.0058 0.1415±0.0245 0.0742±0.0078
232
Th 228
Ac 0.031±0.0045 0.1536±0.0184 0.0624±0.0092
40
K 40
K 31.46±0.834 78.54±1.6366 49.3±1.088
Hình 3.11: So sánh hoạt độ riêng của một số đồng vị phóng xạ trong gạo, ngô, khoai
Hình 3.11 là biểu đồ so sánh hoạt độ riêng (Bq/khối lượng tươi) của các đồng vị
phóng xạ xác định được trong các mẫu gạo, ngô và khoai. Trục nằm ngang của biểu

62. 56
đồ là các đồng vị phóng xạ, trục thẳng đứng là hoạt độ riêng tương ứng được vẽ trên
thang logarit. Nhìn vào biểu đồ này ta thấy rằng:
Hoạt độ của đồng vị 40
K là cao nhất, với hoạt độ lớn nhất là 102.93±2.089
Bq/kg trong mẫu ngô 3, thấp nhất trong mẫu gạo 2 là 26.222±0.693 Bq/kg. Đây có
thể là do hàm lượng của 40
K ở trong đất và hệ số vận chuyển của 40
K từ đất vào cây
trồng cao hơn so với một số nhân phóng xạ tự nhiên khác.
Bên cạnh đó, 137
Cs, đồng vị được tạo ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân
trong các vụ thử vũ khí hạt nhân và các sự cố hạt nhân trong lịch sử, cũng được phát
hiện trong một số mẫu nhưng với hoạt độ rất nhỏ so với giới hạn cho phép của thế
giới[6]
.
Các đồng vị con cháu thuộc hai dãy uran, thori là 214
Bi, 214
Pb, 212
Bi, 212
Pb,
208
Tl, 228
Ac cũng được phát hiện nhưng với hoạt độ rất nhỏ và khác nhau nhiều
trong mỗi mẫu. Điều đó chứng tỏ các đồng vị trong mỗi dãy không cân bằng với
nhau. Điều này được giải thích là do các đồng vị phóng xạ nói riêng và các nguyên
tố vi lượng trong đất đi vào thực vật chủ yếu qua con đường sinh dưỡng là rễ cây,
nên các đồng vị có tính chất hóa học khác nhau nên sự hấp thu các nhân phóng xạ
sẽ khác nhau. Ngoài ra mỗi loại cây trồng sẽ có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau nên
hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong từng loại lượng thực không giống nhau.

63. 57
KẾT LUẬN
Luận văn này được thực hiện với mục đích khảo sát nồng độ của một số
đồng vị phóng xạ trong ba loại lượng thực: gạo, ngô, khoai. Luận văn đã tìm hiểu
phương pháp và kỹ thuật xác định hoạt độ phóng xạ của các đồng vị tự nhiên và
nhân tạo trong các mẫu thực vật theo phương pháp phổ gamma.
Về mặt lý thuyết
Luận văn trình bày cơ sở vật lý, cơ sở của phương pháp phổ gamma. Luận
văn cũng tìm hiểu khái quát cấu tạo của hệ phổ kế gamma bán dẫn và nguyên lý
hoạt động của detector bán dẫn siêu tinh khiết.
Về mặt thực nghiệm
Luận văn tiến hành chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế sử dụng các nguồn
phóng xạ chuẩn 60
Co, 57
Co, 137
Cs, 131
I.
Khảo sát sự phụ thuộc của độ phân giải năng lượng vào năng lượng tia
gamma và khảo sát phông của hệ phổ kế SEGe.
Tiến hành đo mẫu chuẩn IAEA RGU-1+IAEA 156. Từ số liệu thu được xây
dựng đường cong hiệu suất ghi phục vụ cho việc phân tích mẫu thực vật.
Xử lý mẫu và tiến hành đo mẫu. Dựa vào đường chuẩn hiệu suất ghi và phổ
gamma đo mẫu tiến hành phân tích hoạt độ phóng xạ của trong từng mẫu. Kết quả
cho thấy 40
K được phát hiện nhiều nhất trong các đồng vị phóng xạ; các đồng vị
trong chuỗi phân rã uran, thori có hoạt độ rất thấp và khác nhau đối với từng loại
lương thực. 137
Cs được phát hiện trong tất cả các mẫu đo nhưng với hoạt độ rất nhỏ
so với mức chỉ dẫn của thế giới.
Như vậy, luận văn đã khảo sát nồng độ một số đồng vị phóng xạ phát
gamma trong 4 mẫu gạo, 5 mẫu ngô, 5 mẫu khoai trên địa bàn của tỉnh Quảng Ninh
tại thời điểm lấy mẫu. Tuy nhiên, ba loại lương thực trên chỉ là một trong những
thành phần chủ đạo của chế độ ăn uống và là trọng tâm trong việc khảo sát các
nguồn phát gamma. Để thu được dữ liệu thiết thực hơn, cần khảo sát nhiều mẫu hơn
nữa nhằm nâng cao độ chính xác và xác định nồng độ của các đồng vị phóng xạ
trong nhiều loại thực phẩm khác như rau, thịt, các loại thủy hải sản khác.

64. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ
thuật.
2. Lương Thị Thơm (2014), Xác định hoạt độ riêng của các nguyên tố phóng
xạ trong mẫu đất đá và thực vật bằng phương pháp phổ gamma, Khóa luận
tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia
Hà Nội.
Tiếng Anh
3. Bui Van Loat, Le Tuan Anh, Dong Van Thanh, Nguyen The Nghia, Pham
Duc Khue (2012), “Measurement of some characteristics of the BEGe
detector”, VNU Journal of Science, Mathematics - Physics 28, 19-25.
4. Canberra industries Inc (2003), Germanium Detectors User’s Manual, New
York.
5. Canberra industries Inc (2013), Genie™ 2000 Spectroscopy Software, New
York.
6. Codex Committee on Food Additives and Contaminants (2011), “Codex
Guideline Levels for Radionuclides in Foods Contaminated Following a
Nuclear or Radiological Emergenc”, General General Standarts for
Contaminants and Toxins in Food and Feeds.
7. Glenn F. Knoll (2010), Radiation Detection and Measurement, John Wiley
& Sons, New York.
8. International Atomic Energy Agency (1989), Measurement of radionuclides
in food and the environment, TRS 295, Vienna.
9. International Food Safety Authorities Network (INFOSAN) (2011),
Information on nuclear accidents and radioactive contamination of foods.
10.Winchester Engineering and Analytical Center (2010), FDA-
WEAC.RN.Method.3.0 (Ver 7.1), “Determination of Gamma-Ray Emitting

65. 59
Radionuclides in Foods by High-Purity Germanium Spectrometry”,
LABORATORY PROCEDURE, FDA Office of Regulatory Affairs, pp.2-25.
11.http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/nucSearch.asp