Nghiên cứu giới hạn phát hiện hoạt độ của hệ phổ kế gamma với các cấu hình che chắn khác nhau

Science & Technology Development, Vol 20, No.T4-2017 
Trang 56 
Nghiên cứu giới hạn phát hiện hoạt độ của 
hệ phổ kế gamma với các cấu hình che 
chắn khác nhau 
• Lê Quang Vương 
• Võ Hoàng Nguyên 
• Huỳnh Đình Chương 
• Lầu Minh Phúc 
• Trần Thiện Thanh 
• Châu Văn Tạo 
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM 
(Bài nhận ngày 19 tháng 12 năm 2016, nhận đăng ngày 30 tháng 10 năm 2017) 
TÓM TẮT 
Trong kỹ thuật phân tích hoạt độ bằng hệ 
phổ kế gamma, kết quả phân tích phải lớn hơn 
giới hạn phát hiện hoạt độ (MDA). Việc cải thiện 
khả năng giảm phông là một trong những 
phương pháp phổ biến để giảm MDA, tăng khả 
năng phân tích hoạt độ của hệ phổ kế gamma. 
Trong công trình này, chúng tôi thiết kế buồng 
chì có cấu hình gồm 5 cm chì, lót thêm 2 mm 
đồng bên trong, MDA của 40K (1460,8 keV), 232Th 
(208Tl- 2614,5 keV) và 238U (214Pb- 352 keV; 214Bi- 
609,3 keV; 214Bi- 1764,5 keV) giảm thấp nhất 2,6 
lần, cao nhất 4,24 lần. Mặt khác, với cấu hình 
che chắn cải tiến này, MDA của 238U nhỏ hơn 
hoạt độ phân tích từ các mẫu đất bề mặt tại Việt 
Nam. Điều đó chứng tỏ hệ phổ kế gamma sử 
dụng đầu dò NaI(Tl) với cấu hình che chắn cải 
tiến phù hợp cho việc phân tích hoạt độ 238U 
trong mẫu môi trường. 
Từ khóa: giới hạn phát hiện hoạt độ, hệ phổ kế gamma, phân tích hoạt độ 
MỞ ĐẦU 
Phông phóng xạ môi trường bao gồm phóng 
xạ tự nhiên từ các đồng vị như 40K, 232Th, 238U, 
235U (và sản phẩm phân rã của chúng), bức xạ vũ 
trụ,.... Khi đo phổ gamma của mẫu phân tích sẽ 
có đóng góp của phông và làm kết quả phân tích 
hoạt độ bị sai lệch so với hoạt độ thực tế của 
đồng vị có trong mẫu. Do đó, việc nghiên cứu 
giảm phông môi trường được xem là phương 
pháp quan trọng để nâng cao độ chính xác cho kỹ 
thuật phân tích hoạt độ bằng hệ phổ kế gamma. 
Đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) hoặc bán dẫn 
Germanium siêu tinh khiết (HPGe) thường được 
đặt trong một buồng chì che chắn để hạn chế 
phông môi trường. Cấu hình che chắn thường là 
nhiều loại vật liệu xếp chồng khít lên nhau có số 
bậc nguyên tử Z giảm dần (từ ngoài vào trong). 
Vojtyla và Povinec [1] đã tiến hành khảo sát 
phông với nhiều cấu hình che chắn khác nhau và 
nhận thấy rằng khi tăng kích thước, hoặc bề dày 
lớp che chắn, hoặc lót thêm lớp vật liệu có số bậc 
nguyên tử Z thấp hơn sẽ làm gia tăng tương tác 
của muon vũ trụ với vật liệu che chắn, và khi đó 
phổ phông do thành phần vũ trụ gây ra cao hơn. 
Ngoài ra, để hạn chế muon từ bức xạ vũ trụ đến 
đầu dò thì hệ phổ kế cần thiết kế dạng đối trùng 
phùng hoặc đặt sâu dưới lòng đất. 
Tiêu chuẩn TCVN 9421 về điều tra, đánh giá 
và thăm dò khoáng sản – phương pháp gamma 
mặt đất đề nghị phương pháp cửa sổ (WA, 
Windows Analysis) với các đỉnh năng lượng của 
238U (214Bi – 1764,5 keV), 232Th (208Tl – 2614,5 
keV) và 40K (40K – 1460,8 keV) để xác định hoạt 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 20, SOÁ T4- 2017 
 Trang 57 
độ riêng của 238U, 232Th và 40K trong đất, đá và 
trong thân khoáng sản, phục vụ cho điều tra mẫu 
địa chất, thăm dò khoáng sản và nghiên cứu môi 
trường [2]. N.Q. Huy và cộng sự tiến hành phân 
tích hoạt độ riêng các mẫu đất bề mặt của 63 tỉnh 
thành trên lãnh thổ Việt Nam [3]. Kết quả cho 
thấy hoạt độ riêng 238U trong khoảng 15,02 – 
121,58 Bq.kg-1, 232Th là 16,07 – 129,16 Bq.kg-1 
và 40K là 10,47 – 1085,39 Bq.kg-1. 
Giới hạn phát hiện hoạt độ (MDA, Minimum 
Detectable Activity) được định nghĩa là hoạt độ 
thấp nhất mà hệ phổ kế gamma phát hiện được. 
Giới hạn này càng thấp thì khả năng phân tích 
hoạt độ của hệ phổ kế gamma càng tốt. Việc 
giảm MDA bằng cách cải tiến cấu hình che chắn 
thường được nghiên cứu bằng thực nghiệm [4, 5] 
hoặc mô phỏng [6, 7]. Trần Thiện Thanh và cộng 
sự [8] đã khảo sát ảnh hưởng phông phóng xạ tự 
nhiên với hai cấu hình không che chắn và có che 
chắn của hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò 
HPGe. Kết quả cho thấy MDA của 238U, 232Th và 
40K giảm từ 1,09 đến 5,03 lần. L. Done và cộng 
sự [9] tiến hành khảo sát MDA của hệ phổ kế 
gamma với đầu dò HPGe đặt trong buồng chì che 
chắn dày 10 cm, mẫu phân tích có cấu trúc hình 
học và hàm lượng phóng xạ khác nhau. Kết quả 
cho thấy MDA là một hàm của thời gian đo và 
không phụ thuộc vào độ nhạy của đầu dò. 
Trong công trình này, chúng tôi xác định tỉ lệ 
giảm phông của hệ phổ kế gamma sử dụng đầu 
dò NaI(Tl) với nhiều cấu hình che chắn khác 
nhau. Từ đó, cấu hình che chắn cải tiến được sử 
dụng để xác định MDA của 238U, 232Th, 40K từ 10 
mẫu địa chất. Kết quả phân tích cho thấy MDA 
nhỏ hơn hoạt độ riêng của các mẫu đất bề mặt tại 
Việt Nam [3]. 
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 
Thiết bị 
Mẫu chuẩn (RGU-1, RGTh-1, RGK-1) và 
mẫu phân tích (M1, M2,, M10) được nén chặt 
trong các hộp nhựa đường kính 7,3 cm; chiều cao 
mẫu 2,0 cm; khối lượng và mật độ mẫu được thể 
hiện trong Bảng 1. 
Bảng 1. Khối lượng và mật độ khối của các mẫu chuẩn và mẫu phân tích 
Tên mẫu Khối lượng (g) Mật độ khối (g.cm-3) 
RGU-1 130 1,55 
RGTh-1 119 1,42 
RGK-1 135 1,62 
M1 140 1,68 
M2 116 1,39 
M3 132 1,57 
M4 136 1,63 
M5 132 1,57 
M6 138 1,65 
M7 144 1,72 
M8 145 1,74 
M9 152 1,81 
M10 118 1,40 
Science & Technology Development, Vol 20, No.T4-2017 
Trang 58 
Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò NaI(Tl) có 
tinh thể nhấp nháy là một khối hình trụ, kích 
thước 7,62 x 7,62 cm được cung cấp bởi hãng 
Canberra (USA). Đầu dò NaI(Tl) được kết nối 
trực tiếp với ống OspreyTM [13], bên trong tích 
hợp bộ cấp cao thế (HVPS), bộ tiền khuếch đại, 
bộ phân tích đa kênh (MCA) và các thiết bị cần 
thiết khác để hỗ trợ ghi nhận phổ. Ống OspreyTM 
được kết nối với máy tính bằng một cổng USB để 
điều khiển và thu dữ liệu. Phầm mềm Genie2k 
được sử dụng để ghi nhận và xử lí phổ gamma 
của phông phóng xạ môi trường và phổ gamma 
của các mẫu chuẩn. 
Buồng chì che chắn thường được chế tạo 
dạng trụ, với các vật liệu có số bậc nguyên tử Z 
giảm dần (từ ngoài vào trong). Khi đặt đầu dò 
trong một lớp chì che chắn dày 10 cm, phông 
phóng xạ mô