Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo liều nơtron nhằm kiểm soát liều lượng bức xạ nơtron được sử dụng trong công nghiệp

Kỹ thuật đo và định liều nơtron dựa vào những công nghệ của những năm 1960 với khối làm chậm nơtron có kích thước lớn và dải năng lượng bị 8 giới hạn (10MeV) không phù hợp với thực tế đo đạc với nơtron năng lượng cao. Việc nghiên cứu chế tạo thiết bị đo nơtron trong nước chủ yếu trong các hệ đo lường, hoặc điều khiển, định liều trên phương thức đo thụ động (liều kế nơtron).

Trong những năm gần đây việc định liều bức xạ đang được đẩy mạnh nhằm hỗ trợ cho quản lý nhà nước và đảm bảo sức khỏe con người trong quá trình vận hành nguồn phóng xạ. Với nguồn phóng xạ phát nơtron các thiết bị đo liều sử dụng thiết bị nước ngoài chủ yếu là sử dụng thiết bị “rem metter” kiểu có khối làm chậm, khối lượng và kích thước lớn. Việc nghiên cứu chế tạo thiết bị đo nơtron trong nước chủ yếu trong các hệ đo lường, hoặc điều khiển, định liều trên phương thức đo thụ động (liều kế nơtron). Kỹ thuật đo và định liều nơtron sử dụng cấu trúc đầu dò PRESCILA được nghiên cứu và đề xuất bởi phòng thí nghiệm Los Alamos (Hoa Kỳ) đã cho thấy khả năng đáp ứng của thiết bị đo liều nơtron có thể đáp ứng được đo dải năng lượng rộng từ nhiệt đến 100 MeV và ít phụ thuộc vào năng lượng. Cấu trúc đầu dò là kết hợp giữa Tinh thể nhấp nháy ZnS(Ag) đo nơtron nhanh và ZnS(Ag) liên kết 6LiF huỳnh quang đo nơtron nhiệt, cấu trúc đầu dò như trên có thể đáp ứng khả năng ghi nhận năng lượng cao nhưng lại có khối lượng và thể tích nhỏ, khả năng loại trừ can nhiễu do gamma gây ra lên tới 1 mSv/h đối phiên bản thụ động và đến 2MeV đối phiên bản chủ động.

Trên cơ sở khai thác đặc điểm nổi trội của đầu dò PRESCILA (tinh thể nhấp nháy ZnS(Ag) và ZnS(Ag) liên kết 6LiF huỳnh quang) có sẵn, thiết kế chế tạo khối 10 điện tử chức năng xử lý tín hiệu ra cho khối đầu dò PRESCILA cho ra một thiết bị đo liều nơtron (Nơtron Survey Meter) với các đặc tính như đo suất liều nơtron và liều tích lũy với độ nhạy, độ chính xác cao, đáp ứng năng lượng dải rộng (dải nơtron nhiệt, dải nơtron trung gian; dải nơtron năng lượng cao) có cấu trúc dưới dạng xách tay nhỏ gọn, nhóm nghiên cứu Trung tâm Đánh giá không phá hủy (NDE), Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam do ThS. Lương Thị Hồng chủ trì đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo liều nơtron nhằm kiểm soát liều lượng bức xạ nơtron được sử dụng trong công nghiệp”.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài thu được các kết quả như sau:

- Đã khảo sát và tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu tạo và thực hiện các thử nghiệm đối với loại đầu dò sử dụng cấu trúc PRESCILA trong đo và xác định liều lượng nơtron dải rộng (năng lượng lượng từ nhiệt tới hàng chục MeV).

- Đã chế tạo thành công thiết bị đo liều nơtron trên cơ sở sử dụng đầu dò dụng cấu trúc PRESCILA.

- Đã tiến hành chuẩn liều trên thiết bị tự chế tạo, xác lập chế độ chuẩn nhà sản xuất, điểm chuẩn ban đầu cho người sử dụng.

- Đã tiến hành tái chuẩn thiết bị tại Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, kết quả đạt được cho thấy thiết bị có độ tin cậy tốt (độ lệch trên trường liều chuẩn không quá 5%).

- Đã tiến hành đo so sánh đo trong cùng điều kiện giữa thiết bị do nhóm tự chế tạo và thiết bị của LUDLUM 2623 sử dụng trên cùng đầu dò cấu trúc PRESCILA 42-41L cho thấy sai khác giữa hai thiết bị là không nhiều (nhỏ hơn 20%), nếu coi kết quả của thiết bị đối chứng là chuẩn thì hệ số chuẩn chấp nhận được.

- Đã thực hiện việc khảo sát các yếu tố liên quan đến độ chính xác khi thay đổi năng lượng nơtron, kết quả đo kiểm cho thiết bị hoạt động, có kết quả tốt, đường chuẩn liều trên nguồn cơ bản là không ảnh hưởng nhiều khi năng lượng nơtron thay đổi.

Như vậy, nhóm đề tài đã nghiên cứu chế tạo thành công thiết bị đo liều nơtron NDE-RD-06 với các đặc tính như: đo suất liều nơtron và liều tích lũy với độ nhạy, độ chính xác cao, đáp ứng năng lượng dải rộng (dải nơtron nhiệt đến dải nơtron năng lượng cao) có cấu trúc dưới dạng xách tay nhỏ gọn, chuẩn và tái chuẩn liều lượng đơn giản bởi chỉ cần sử dụng nguồn trần không nhất thiết phải chuẩn theo năng lượng. Đầu dò đo nơtron sử dụng cấu trúc PRESCILA có độ nhạy cao nhờ hiệu suất ghi tốt của các tinh thể và việc sử dụng nhiều tinh thể phối hợp. Ngoài ra cấu trúc đầu dò này cho phép cân bằng giữa hiệu suất ghi và năng lượng, điều này dẫn đến việc thiết lập mối tương quan giữa số đếm và liều không phụ thuộc vào năng lượng, đây là ý nghĩa lớn nhất trong sử dụng của thiết bị đo liều nơtron trong thực tiễn.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17600/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)