Dự án hợp tác Vùng Châu Á – Thái Bình Dương (RAS) của IAEA về lĩnh vực NCS triển khai từ năm 2001 đã mang đến nhận thức mới về ứng dụng của kỹ thuật hạt nhân cho các nước tham gia. Qua 4 khóa năm tài chính (RAS/8/089, RAS/8/094, RAS/8/099 và RAS/8/107), bằng việc chuyển giao kỹ thuật pha sau cao hơn pha trước, khắc phục các hạn chế và mở ra thêm ứng dụng mới, trình độ các nước được nâng lên từ việc tiếp cận, tiếp nhận chuyển giao kỹ thuật, đạt đến mức làm chủ và có thể chế tạo ra các thiết bị có tính năng tương tự. Điều mong muốn của sự hợp tác đã trở thành sự thành công của Dự án. Dự án đã viện trợ cho Việt Nam nhiều thiết bị để xây dựng Trung tâm trình diễn Vùng, trong đó có thiết bị đo độ tro theo phương pháp tán xạ ngược gamma và thiết bị đo lỗ khoan thăm dò bằng PGNAA. Năm 2008, Dự án RAS/8/107, IAEA viện trợ nguồn phát nơtron, Việt Nam có trách nhiệm chế tạo hệ đo độ tro đống than bằng kỹ thuật PGNAA. Kỹ thuật phân tích bằng phương pháp kích hoạt nơtron-gamma tức thời (PGNAA) là một trong những kỹ thuật phân tích tiên tiến. Ưu điểm của phương pháp đo này là phân tích nhanh, kết quả khá chính xác, không phải gia công mẫu, quá trình phân tích không bị ảnh hưởng của điều kiện môi trường, và phân tích được hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn Đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ thiết bị phân tích độ tro than sử dụng kỹ thuật PGNAA với nguồn phát nơtron”, triển khai từ tháng 4/2009, hoàn thành tháng 9/2011 đã thành công trong việc xác định nhanh độ tro than. Hệ đo PGNAA phân tích độ tro than có các thông số kỹ thuật chính sau đây: Kết quả xác định độ tro có sai số tuyệt đối nhỏ hơn 1%; Sử dụng nguồn nơtron Cf-252 có cường độ là 0,85 x 106 n/s; sử dụng đầu thu BGO kích thước 51 x 51mm do hãng REXON chế tạo, ADC có độ phân giải 2000 kênh; Thời gian phân tích mẫu than là 600s – 1000s; Khối lượng mẫu than phân tích là 700 kg; Hệ đo kết nối với máy tính qua cổng USB, chạy trên môi trường Win XP; Liều bức xạ gây bởi nơtron và gamma ở xung quanh hệ đo nhỏ hơn nhiều so với mức liều cho phép theo quy định của IAEA (Liều được phép đối với người làm việc trong môi trường phóng xạ là 5 àSv/h); Đề tài đã xây dựng được các quy trình: Quy trình phân tích độ tro than; quy trình lập đường chuẩn, làm mẫu chuẩn và viết hướng dẫn sử dụng thiết bị. Có hai bài báo đã được đăng tải trên Tạp chí Hoạt động khoa học – Bộ KHCN và Tạp chí Nuclear Science and Technology – Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam. Hệ thiết bị phân tích độ tro than bằng PGNAA trong phòng thí nghiệm, cần được tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ để đồng thời với việc xác định độ tro, xác định được hàm lượng các nguyên tố, độ ẩm, chất bốc và nhiệt lượng của than, mở rộng cho các loại đối tượng đo khác và cải hoán thiết bị phòng thí nghiệm thành thiết bị phân tích hiện trường. Từng bước hoàn thiện các kỹ thuật trên, làm cho thiết bị PGNAA ngày càng hoàn thiện, đáp ứng được các yêu cầu khó tính của các ngành công nghiệp. Chính vì ưu điểm nổi bật của PGNAA nên nhất định các thiết bị sử dụng kỹ thuật PGNAA sẽ phát triển để đáp ứng nhu cầu tự động hoá trong quá trình công nghiệp hoá ở Việt Nam. PHẦN I - MỞ ĐẦU 1 PHẦN II - LÝ THUYẾT TỔNG QUAN THIẾT BỊ PHÂN TÍCH THEO PHƯƠNG PHÁP PGNAA 5 I HỆ THIẾT BỊ SỬ DỤNG KỸ THUẬT KÍCH HOẠT NƠTRON 5 1 Các kỹ thuật sử dụng nguồn nơtron 5 2 Nguồn phát Nơtron 7 II CÁC KỸ THUẬT PHÂN TÍCH THAN 10 1 Kỹ thuật huỳnh quang tia X 10 2 Kỹ thuật đo gamma tự nhiên 11 3 Kỹ thuật đo gamma truyền qua 11 4 Kỹ thuật đo gamma truyền qua 2 năng lượng 11 5 Kỹ thuật đo gamma tán xạ ngược 12 6 Kỹ thuật tán xạ Nơtron 12 7 Kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron gamma tức thời 13 III ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PGNAA TRONG NGÀNH THAN 14 1 Các loại thiết bị sử dụng kỹ thuật PGNAA 14 2 So sánh kỹ thuật PGNAA với một số kỹ thuật khác 14 3 Tình hình nghiên cứu chế tạo thiết bị PGNAA ở Việt Nam 15 4 Thiết bị phân tích đống PGNAA theo cấu hình của IAEA 16 PHẦN III - NGHIÊN CỨU, THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO THIẾT BỊ PGNAA PHÂN TÍCH ĐỘ TRO THAN 19 I THIẾT KẾ HỆ PHÂN TÍCH ĐỘ TRO THAN PGNAA 19 1.1 Cấu hình chung của các thiết bị/máy đo hạt nhân 19 1.2 Nguồn phát nơtron trong hệ đo chế tạo 21 II THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP CHỨA NGUỒN VÀ THÙNG ĐO 23 2.1 Thiết kế hệ chứa nguồn và thùng đo 23 2.2 Chế tạo hộp chứa nguồn và thùng đo 28 - 4 - 2.3 Nạp nguồn phóng xạ vào hộp chứa nguồn 32 III CHẾ TẠO CÁC KHỐI ĐIỆN TỬ CỦA HỆ PHÂN TÍCH 33 3.1 Detector BGO. 33 3.2 Tiền khuếch đại 34 3.3 Khuếch đại phổ – AMP 34 3.4 Thiết kế và lắp ráp bộ phân tích biên độ đa kênh – MCA 38 3.5 Phần mềm xử lý tín hiệu biến đổi đa kênh (MCA) 42 IV CHẾ TẠO MẪU THAN CHUẨN CHO HỆ ĐO 42 V ĐÁNH GIÁ AN TOÀN BỨC XẠ HỆ ĐO 45 PHẦN IV – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 I LỚP CHẮN BỨC XẠ GIỮA NGUỒN VÀ ĐẦU THU 48 1.1 Chọn vật liệu che chắn 48 1.2 Lựa chọn cấu hình 49 1.3 So sánh phổ CẤU HÌNH I và CẤU HÌNH V 53 1.4 Lựa chọn lớp chắn tối ưu cho CẤU HÌNH ĐO 54 1.5 Xác định khối lượng than thích hợp theo cấu hình đo 55 II CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ PHỔ PGNAA 57 2.1 Xây dựng thư viện vạch năng lượng phổ PGNAA của than 57 2.2 Chuẩn năng lượng 59 2.3 Lưu đồ phần mềm 63 2.4 Mô tả các chức năng chính trong chương trình 64 III XÂY DỰNG QUY TRÌNH LÀM ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ TRO 66 3.1 Phương pháp luận 67 3.2 Xây dựng đường chuẩn độ tro 68 3.3 Số liệu thực nghiệm 69 3.4 Kết quả đo xác định độ tro than 74 3.5 Tính sai số kết quả đo 76 3.6 Quy trình làm đường chuẩn 79 IV MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA HỆ ĐO 79 - 5 - PHẦN V – KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHẦN PHỤ LỤC 1 Phụ lục 1.1 Phần mềm xử lý tín hiệu biến đổi đa kênh – MCA. 87 2 Phụ lục 1.2 DÙNG PHẦN MỀM MOCA ĐỂ MÔ PHỎNG XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀY BÃO HÒA MẪU THAN CHO HỆ ĐO PGNAA. 94 3 Phụ lục 1.3 Hướng dẫn sử dụng. 103 4 Phụ lục 1.4 Quy trình làm đường chuẩn. 111 PHỤ LỤC 2 – VĂN BẢN LIÊN QUAN 1 Quyết định số 1473/QĐ-BHKCN, V/v phê duyệt giao thực hiện các nhiệm vụ KH&CN cấp Bộ năm 2009-2010. 2 Số 03/09/HĐ/ĐT, ngày 03 tháng 8 năm 2009, Hợp đồng thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp Bộ. 3 Quyết định số 3058/QĐ-BKHVN V/v chỉnh sửa tên và gia hạn thời gian thực hiện đề tài. 4 Biên bản xác nhận tài chính. 5 Quyết định số 49/ QĐ-BKHCN, ngày 17/11/2012, V/v thành lập Hội đồng KHCN đánh giá, nghiệm thu đề tài cấp Bộ. 6 Biên bản đánh giá kết quả đề tài KHCN cấp Bộ, ngày 22/3/2012 của Hội đồng khoa học đánh giá, nghiệm thu cấp Bộ.
