Thạc Sĩ Thiết kế chương trình tính suất liều của nguồn gamma có dạng hình học trụ đặc

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH SUẤT LIỀU CỦA NGUỒN GAMMA CÓ DẠNG HÌNH HỌC TRỤ ĐẶC

MỞ ĐẦU

Ở nước ta hiện nay, ứng dụng hạt nhân trong các lĩnh vực như năng lượng, y tế, công nghiệp, nông nghiệp, khai khoáng đã được triển khai rộng rãi. Nhiều nguồn phóng xạ hạt nhân với độ phóng xạ cho trước đã trở thành những công cụ hữu hiệu trong chẩn đoán, điều trị bệnh, xạ hình công nghiệp, bảo quản lương thực - thực phẩm, thăm dò tài nguyên . Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực đó, các bức xạ ion hóa còn có thể gây ra những mối nguy hiểm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường.
Khi sử dụng nhiều nguồn phóng xạ và thời gian làm việc càng lâu thì nguy cơ nhiễm phóng xạ càng lớn. Do đó, thay vì phải tiếp xúc trực tiếp với những chất phóng xạ để đo đạc nghiên cứu thì chúng ta có thể sử dụng máy tính để tính suất liều ở các vị trí khác nhau quanh nguồn phóng xạ và sẽ thu được kết quả một cách an toàn hơn. Vì vậy, việc tính toán để xây dựng một chương trình mô phỏng cho ra những kết quả nhanh chóng, chính xác là rất cần thiết giúp giảm tối thiểu những tốn kém và nguy hiểm cho những người làm việc liên quan đến các nguồn phóng xạ. Trên thế giới đã có một số chương trình mô phỏng tính suất liều cho các nguồn có dạng hình học khác nhau : Mercurad – 3D [11], MicroShield [14]. Các chương trình này cho phép tính suất liều chiếu, tính bề dày vật liệu che chắn. Tuy nhiên chúng khá đắt tiền và chưa phổ biến ở Việt Nam. Trong nước có một số đề tài nghiên cứu về vấn đề xây dựng chương trình mô phỏng các suất liều chiếu cho nguồn bức xạ gamma. Đặc biệt là ở khoa Vật lí - Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP HCM, những công trình khoa học của PGS.TS. Châu Văn Tạo và những luận văn tốt nghiệp của học viên cao học do thầy hướng dẫn đã ứng dụng ngôn ngữ lập trình Matlab để mô phỏng [1]. Những công trình đó đã nghiên cứu nguồn gamma có các dạng hình học nói chung và dạng hình học trụ đặc nói riêng. Tuy nhiên những chương trình này còn hạn chế vì chưa tính đến sự tự hấp thụ của nguồn trụ đặc dẫn đến kết quả chưa thật chính xác. Trong khuôn khổ đề tài này, các công thức giải tích tính suất liều chiếu tại một điểm của nguồn gamma có dạng hình học trụ đặc đã được trình bày trong hai trường hợp không sử dụng và có sử dụng che chắn đã có tính đến sự tự hấp thụ của nguồn. Chương trình áp dụng cho một số nguồn phóng xạ thông dụng được sử dụng trong công, nông, y, sinh như : 27Co60, 53I131, 55Cs137, 77Ir192, 18Ar41, 19K40, 29Cu64, 30Zn65. Với các vật liệu che chắn được mô phỏng trong chương trình là : bê tông, nhôm, sắt, thiếc, chì. Phương pháp nghiên cứu chủ yếu của đề tài này là dựa trên nghiên cứu lí thuyết và thực hành trên máy tính. Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab [7, 13] và phương pháp giải tích số [3] để mô phỏng chương trình. Luận văn được trình bày trong 3 chương chính :
Chương 1 : Các khái niệm về an toàn bức xạ.
Chương 2 : Sự che chắn bức xạ gamma.
Chương 3 : Chương trình tính suất liều đối với nguồn bức xạ gamma có dạng hình học trụ đặc

MỤC LỤC

Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Mục lục 1
Danh mục các bảng . 3
Danh mục các hình vẽ . 4
Mở đầu 6
Chương 1 - Các khái niệm về an toàn bức xạ . 8
1.1. Các khái niệm liên quan đến an toàn bức xạ 8
1.1.1. Liều hấp thụ . 8
1.1.2. Liều chiếu 9
1.1.3. Liều hiệu dụng . 9
1.2. Liều giới hạn được phép . 12
Chương 2 - Sự che chắn bức xạ gamma 14
2.1. Tương tác của bức xạ gamma với vật chất 14
2.1.1. Hiệu ứng quang điện . 14
2.1.2. Hiệu ứng Compton 15
2.1.3. Hiệu ứng tạo cặp . 15
2.1.4. Sự suy giảm của bức xạ gamma khi đi qua vật chất . 16
2.2. Suất liều của nguồn bức xạ gamma dạng hình học điểm . 18
2.2.1. Trường hợp không che chắn . 18
2.2.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dày d . 18
2.3. Suất liều của nguồn bức xạ gamma dạng hình học dây thẳng . 20
2.3.1. Trường hợp không che chắn . 20
2.3.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dày d . 22
2.4. Suất liều của nguồn bức xạ gamma dạng hình học trụ đặc 24
2.4.1. Trường hợp không che chắn . 24
2.4.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dày d . 29
Chương 3 - Chương trình tính suất liều đối với nguồn bức xạ gamma
có dạng hình học trụ đặc . 32
3.1. Yêu cầu của chương trình 32
3.2. Giao diện chương trình 34
3.2.1. Giao diện chính (form main) 34
3.2.2. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 1) 35
3.2.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 2) 37
3.2.4. Tính bề dày vật liệu che chắn (form 3) . 38
3.2.5. Vẽ đường đẳng liều trong trường hợp không che chắn (form 4) 39
3.2.6. Vẽ đường đẳng liều trong trường hợp có che chắn (form 5) 41
3.3. So sánh kết quả với suất liều của nguồn gamma dạng trụ đặc chưa tính
đến sự tự hấp thụ của nguồn 43
3.3.1. Thay đổi khoảng cách từ điểm xét đến tâm nguồn . 43
3.3.2. Thay đổi chiều cao của nguồn 45
3.3.3. Thay đổi bán kính nguồn 47
3.4. So sánh kết quả với suất liều của nguồn gamma dạng dây thẳng 49
Kết luận và kiến nghị 51
Công trình 53
Tài liệu tham khảo . 54
Phụ lục 1 : Các hằng số của các nguồn phóng xạ . 56
Phụ lục 2 : Các hằng số A1, α1, α2, δD, à của một số vật liệu che chắn . 57
Phụ lục 3 : Các giải thuật sử dụng trong chương trình . 58
Phụ lục 4 : Kết quả tính suất liều của nguồn trụ đặc . 60