1. Vật lý MÁY ĐO PHÓNG XẠ ĐA NĂNG: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM Vũ Thị Kim Duyên1*, Nguyễn Văn Sĩ2, Nguyễn Thanh Hùng2 Tóm tắt: Nghiên cứu này trình bày quá trình thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm một máy đo phóng xạ đa năng (có thể đo được nhiều loại bức xạ khác nhau với dải đo liều phóng xạ gamma rộng, từ 0,15 µSv đến 20 Sv). Máy đo phóng xạ bao gồm 2 phần cơ bản: đầu dò và hệ điện tử. Để đo được đa dạng các loại phóng xạ khác nhau (α, β,, và n) thì các loại đầu dò khác nhau (kết hợp giữa tinh thể CLYC (Cs2LiYCl6:Ce) ghi nhận và n với diode bán dẫn Silic PIN photodiode S3590-08; và kết hợp giữa tinh thể (Cs2LiYCl6:Ce)-BGO ghi nhận α, β với diode bán dẫn Silic PIN photodiode S3590-09) được sử dụng đồng thời trong một máy đo. Hệ điện tử với bộ phận chính là các vi điều khiển hiện đại (đang được nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới sử dụng) và các cấu kiện khác được lựa chọn sao cho máy đo có thể chịu đựng được các điều kiện hoạt động khắc nghiệt khác nhau trong môi trường quân sự. Quá trình hiệu chuẩn, kiểm nghiệm máy đo phóng xạ đa năng (được chế tạo bởi nhóm nghiên cứu) được thực hiện tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành trong nước nhằm khẳng định khả năng hoạt động tương đương của máy tự chế tạo với thiết bị thương mại thành phẩm của quốc tế. Từ khóa: PIN Photodiode; Gamma; Alpha; Beta; Neutron; Vi điều khiển. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, với các mục tiêu hoạt động của các cơ sở quân đội, đòi hỏi các khí tài, trang thiết bị trong các cơ sở quân đội ngày càng hiện đại, vừa đáp ứng được tính cơ động, linh hoạt, hiện đại vừa phải đáp ứng được các yêu cầu hoạt động trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Với yêu cầu ngày càng cao trong việc áp dụng các loại máy đo phóng xạ vào trong yêu cầu hoạt động thực tiễn của môi trường quân đội thì vấn đề đánh giá, đảm bảo an toàn bức xạ cho các cán bộ quân nhân là một nhu cầu cấp bách, để thực hiện được điều này một cách hiệu quả, thì công tác thiết kế, chế tạo các máy đo phóng xạ là hết sức cần thiết nhằm giúp cho lực lượng quân đội chủ động về công nghệ, kỹ thuật trong quá trình từng bước tiến lên chính quy, hiện đại làm chủ được các công nghệ, khí tài của mình. Do đó, trong nghiên cứu này nhóm tác giả đề cập đến việc thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm tính năng hoạt động của máy đo phóng xạ đa năng dùng trong ứng phó các sự cố phóng xạ, đánh giá an toàn bức xạ ion hóa cho các đơn vị quân sự có ứng dụng phóng xạ trong quá trình nghiên cứu, ứng dụng tại đơn vị. Việc chế tạo các loại thiết bị đo phóng xạ đã được nhiều tập đoàn, công ty công nghiệp lớn trên thế giới thực hiện với các công nghệ hiện đại tiên tiến như Bruker, Ortec (Đức), Canbera (Mỹ). Tại Việt Nam, nhiều nhà khoa học, cơ sở nghiên cứu đã chế tạo các máy đo phóng xạ. Tuy nhiên, các loại máy phóng xạ được chế tạo tại Việt Nam, tính đến nay, đều thường chỉ nhằm vào mục đích đo đạc một loại bức xạ cụ thể nào đó (không đo được nhiều loại bức xạ khác nhau). Do đó, khi có sự cố bức xạ, hạt nhân xảy ra cần sử dụng nhiều các loại máy đo phóng xạ khác nhau, điều này gây ra không ít khó khăn trong quá trình thực hiện nhiệm vụ. Với những thực tại như trên, nhóm nghiên cứu đã thiết kế chế tạo một máy đo phóng xạ tích hợp khả năng đo đạc nhiều loại phóng xạ khác nhau (các loại phóng xạ α, β,, và n) đáp ứng được tính linh hoạt trong di chuyển, thỏa mãn được các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của một máy đo phóng xạ đang tồn tại trên thị trường. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả trình bày thiết kế hệ điện tử, chế tạo các cấu kiện trong quá trình chế tạo một máy đo phóng xạ đa năng, tích hợp khả năng đo các loại phóng 162 V. T. K. Duyên, N. V. Sĩ, N. T. Hùng, “Máy đo phóng xạ đa năng: thiết kế … kiểm nghiệm.”
  2. Nghiên cứu khoa học công nghệ xạ α, β,, và n. Các đầu dò nhạy các loại phóng xạ khác nhau được sử dụng trong quá trình thiết kế, khối vi xử lý trung tâm sử dụng chip điều khiển STM 32F407 để thiết kế, chế tạo bộ phận điện tử của máy. Các cấu kiện khác của máy (vỏ máy, màn hình máy,…) cũng được nhóm nghiên cứu lựa chọn kiểu dáng, có tính đến điều kiện hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. Quá trình kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật của máy cũng được thực hiện theo các tiêu chuẩn TCVN, MIL-STD 810G (Mỹ) tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành trong nước để khẳng định tính năng hoạt động của thiết bị. 2. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ĐO PHÓNG XẠ 2.1. Hệ ghi nhận phóng xạ alpha, beta, gamma và neutron Để ghi nhận phóng xạ alpha (α) và beta (β), gamma () và neutron (n), nhóm tác giả sử dụng kết hợp tinh thể nhấp nháy nhạy phóng xạ và PIN photodiode (PD) bán dẫn nhạy quang. Tinh thể nhấp nháy CLYC (Cs2LiYCl6: Ce), sản xuất bởi hãng Kinheng, được sử dụng trong thiết kế hệ ghi nhận phóng xạ. Thông số cơ bản của tinh thể nhấp nháy này được mô tả trong bảng 1. PIN photodiode (PD) bán dẫn Silic nhạy quang loại 3590 (ký hiệu PIN PD S3590), sản xuất bởi hãng Hamamatsu, được sử dụng để ghi nhận ánh sáng tạo ra sau khi bức xạ α, β, và n tương tác với tinh thể nhấp nháy. Tính chất của PIN PD S3590 được mô tả trong bảng 2. Bảng 1. Thông số kỹ thuật của tinh thể CLYC (Cs2LiYCl6: Ce) [1, 2]. TT Thông số Đặc trưng - Dải đo 1 Nhiệt độ nóng chảy 6400C 2 Hàm lượng 6Li làm giàu 96% 3 Khối lượng riêng 3,31 g/cm3 4 Chiết suất 1,81 (400nm) 5 Dải bước sóng phát xạ 275 - 450 nm 6 Bước sóng phát xạ có cường độ lớn nhất 370 nm 7 Hằng số thời gian phân rã 1 ns, 50 ns, 1000 ns 8 Năng suất phát sáng 20.000 photon/MeV 9 Phân biệt xung Phân biệt được gamma và neutron Bảng 2. Thông số kỹ thuật của PIN PD S3590 tại 25oC, VR=70V [3, 4]. Thông số Đặc trưng Kích thước bề mặt nhạy photon ánh sáng 10 mm × 10 mm Điện áp ngược (cực đại) 100 V Độ dầy lớp suy giảm 0,3 mm Dải phổ bước sóng đáp ứng từ 340 nm đến 1100 nm Đỉnh nhạy tại bước sóng 960 nm Dòng tối (cực đại) 6 nA Điện dung nội tại 40 pF Để đo phóng xạ  và n, tinh thể nhấp nháy CLYC (Cs2LiYCl6: Ce) được pha với Li6 (làm giàu 96%) có kích thước 12 mm x 10 mm x 10 mm của hãng Kinheng được lựa chọn sử dụng kết hợp với PIN PD S3590, mã số 08 (ký hiệu PIN PD S3590-08) do hãng Hamamatsu sản xuất. Sau khi  và n tương tác với tinh thể nhấp nháy sẽ sinh ra chớp sáng, chớp sáng này được ghi nhận bởi PIN PD S3590-08. Từ cường độ ánh sáng ghi nhận được, thành phần phóng xạ  và n sẽ được tính toán. Để ghi nhận phóng xạ α và β, tinh thể nhấp nháy CLYC (Cs2LiYCl6: Ce) có kích thước 12 mm x 10 mm x 10 mm được sử dụng kết hợp với PIN PD S3590, mã số 09 (ký hiệu PIN PD Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, 4 - 2020 163
  3. Vật ật lý S3590 09) có cửa S3590-09) cửa sổ trần. Quá trình nhận trình ghi nhận bức xạ α và β tương ttự như được ự như nêu ra ở tr được nêu trên. ên. 2.2. Vi điều điều khiển ARM Trong nghiên cứu cứu nnày, ày, đểđể chế tạo bộ điều khiển trung tâm cho máy đo phóng xạ, nhóm tác giả giả đã đ lựa ựa chọn vi đi điều ều khiển ARM có cấu trúc 32bit. Vi điều khiển ARM llàà lo loại ại mới, có ttốc ốc độ xử lý nhanh, với bộ nhớ lớn, sử dụng tiết kiệm năng llư ợng, hiện đang đđư ượng, ược ợc sử dụng ụng nhiều trong các thiết bị điện thoại vvàà máy tính bảng bảng thông minh, máy nghe nhạc đa phương tiện…[6 tiện…[6]. ện…[6]. Chip xửxử lý số liệu của vi điều khiển đđư ược ợc lựa chọn sử dụng llàà loại loại STM32 F407VET6 thuộc dòng thuộc dòng ARM Cortex M4 của hãng STMicroelectronic vvới của hãng ới các thông số kỹ thuật đđư ược ợc mô ttảả như bảng 3: như trong bảng Bảng 3.3 Thông ssố ố kỹ thuật của chip STM32 F407VET6 (d (dòng òng ARM Cor Cortex tex M4) [5]. Thông sốsố Đặcặc tr trưng ưng Đường truyền/tần số Đường 32 bit/ 168 MHz cổng Vào/Ra GPIO ổng Vào/Ra 82/100 Pin Bộộ nhớ Flash 512 kB Bộộ nhớ RAM 192x8 kB ADC 12bit x 16 kênh DAC 12bit x 2 kênh Bộộ đếm/ loại bộ/ 16 bit vvàà 32 bit 14 bộ/ Kết ết nối hỗ trợ CAN, USB, USART, SPI, I2C, Ethernet, DCMI Công cụ cụ lập trình trình STM32 CubeMX và Keil 2.3. Sơ đồđồ khối điện tử của máy đo phóng xạ Thiết bị đo phóng xạ đa năng bao gồm thân máy chính chứa đầu đo ,, n bên trong và Thiết một ột đầu đo bên bên ngoài có thể thể kết nối với máy chính để đo bức xạ ,   và . Sơ đđồồ khối của thiết bị đo phóng xạ đa năng được thiết được mô tả trong hình 1. Thân máy chính chứa chứa vi điều khiển nhiệm vụ điều khiển toàn làm nhiệm toàn bộ bộ hoạt động của thiết bị nh ư: đi như: điều ều khiển quá tr trình ình truyền, truyền, nhận số liệu, lưu nhận trữ, lưu trữ, hiển thị kết quả đo, ccài ài đặt, đặt, thi ết lập các tham số cấu hhình thiết hệ ình hệ thống ống … Sơ đồ ống,… đồ khối của thân máy chính đư được ợc mô tả trong hình 2. Hình 1. Sơ đồ đồ khối của thiết bị đo phóng xạ đa năng. năng đồ khối ch Hình 2. Sơ đồ chức ức năng của thân máy chính. Nguyên lý hoạt hoạt động: Thiết bị đo phóng xạ đa năng có khkhảả năng đo đư được ợc các loại bức xạạ alpha, beta, gamma vvàà neutron. Các đđầu ầu đo sẽ đảm nhận việc ghi nhận các loại bức xạ chuyển chúng thành và chuyển thành tín hiệu hiệu điện thông qua mạch tiền khuếch đại. Sau đó, đó, các tín hiệu hiệu sẽ được này sẽ đưa qua bbộ đ ợc khuếch đại tới một biện độ cần thiết đưa ộ phân biệt xung để tạo ra tín hiệu ệu xung logic. 164 V. T. K. Duyên, Sĩĩ, N. T. Hùng Duyên N. V. S Hùng, ““Máy Máy đo phóng xạ xạ đa năng: thiết kế … ki kiểm ểm nghiệm.” nghiệm.”
  4. Nghiên cứu cứu khoa học công nghệ Mỗi bức xạ tương Mỗi tương tác với với đầu đo sẽ tạo th thành ành một một xung điện tương tương ứng ở lối ra mạch khuếch khu và theo đó ssẽẽ tạo ra một xung logic, tần số tín hiệu xung logic nnày ếch đại và ày ssẽẽ tỷ lệ thuận với suất liều bức xạ ttương thuận ương tác ttới ới đầu đo. Một bộ đếm xung sẽ thực hiện việc đếm xung logic này trong chu kkỳ ỳ thời gian nhất định, các số đếm thu đượcđ ợc sẽ được đ ợc hiệu chuẩn đểể tính ra suất liều bức xạ. 2.4. Thân máy Thiết bị dùng Thiết dùng trong m mụcục đích quân sự, có tính cơ cơ động, động, chống rung, chống chống sóc, chống ẩm vvàà chống mòn, đđồng chống ăn mòn, ồng thời phải đảm bảo độ bền, chắc của thiết bị. Với đặc tính cứng, nhẹ và nhẹ và dễ dễ thao tác, nhôm là vật liệu đđược là vật ợc chọn để thiết kế thân, vỏ máy và phụ và các ph ụ kiện kèm theo. Nhóm nghiên ccứu ứu đã đã ch chọn ọn vật liệu làlà nhôm ch ất llượng chất ợng cao A 6061 ccủa Hàn ủa Hàn Quốc (đã Quốc (đ được được anot hóa) để làm làm thân máy. Quá trình kiểm kiểm tra các đặc tính lý, hóa của vật liệu đ ợc thực hiện tại Phòng ệu được nghiệm Phòng thí nghi ệm của “Viện độ bền nhiệt đới” thuộc “Trung tâm nhiệt đới Việt-Nga” nhiệt Việt Nga” theo tiêu chuẩn chuẩn “MIL STD 810G Method 509.5” 509.5” của của quân đội Mỹ. Tổng ổng thời gian thử nghiệm llàà 2 chu kkỳ ỳ (mỗi chu kỳ gồm: 48 giờ phun mù mù muối muối (ở nhiệt độ buồng thử là buồng là 350C); 48 gi ờ sấy khô (ở nhiệt độ 250C và đđộ giờ ộ ẩm 45%). Kết quả, mẫu nhôm A 6061 sau khi đã đã anot hóa không bbịị ăn m mòn, òn, phù hợp àm vvật liệu hợp để llàm liệu chế tạo thân, vỏ máy và các phụ phụ kiện kèmkèm theo. 3. KẾT KẾT QUẢ NGHIÊN NGHIÊN C ỨU CỨU Khối đo gamma vvà 3.1. Khối à neutron gắn gắn liền đồ khối và Sơ đồ và mạch mạch điện tử (thiết kế bởi nhóm nghiên nghiên ccứu) ứu) của bộ phận đo đạc neutron và gamma (gắn(gắn liền với thân máy) đđược l ợt trong hình 3 và hình 4. Khi bbức ợc mô tả lần lượt ức xạ tương tác vào tinh th thểể CLYC sẽ tạo ra các chớp sáng, PIN PD S3590- S3590-0808 đưđược ợc cung cấp điện ện áp phân cực ng ngưược ợc sẽ biến đổi các chớp sáng nàynày thành tín hiệuhiệu điện thông qua mạch tiền ền khuếch đại nhạy điện tích. Các tín hiệu xung điện áp sau tiền tiền khuếch đại sẽ đđư ược ợc khuếch đại tới biên khuếch biên đđộộ vvài ài vôn và đưa ttới ới bộ phân tích bi ên đđộộ đđơn biên ơn kênh tạotạo ra hai cửa sổ biệt hai tín hiệu xung bức xạ  và n. phân biệt Tần ần số xung logic đđư ược ợc tạo ra sẽ tỷ lệ với suất liều bức xạ ttương ương tác tớitới đầu đo, do đó, đó, các xung logic đượcđược tạo ra sau mạch phân tích biên biên độ độ đđơn ơn kênh này đượcđược đưađưa ttới ới hai bộ đếm ếm khác nhau để đếm số xung trong một đđơn vị thời gian nhất định. Bằng ph ơn vị phương ương pháp hiệu ệu chuẩn số đếm với suất liều sẽ xác định đđược tương tác ttới đầu ợc giá trị suất liều bức xạ tương đầu Đặc trưng đo. Đặc kỹ thuật của khối đo gamma vvàà phát hiện trưng kỹ hiện neutron đđư ược kê trong bảng ợc liệt kê ảng 4. đồ khối mạch đo bức xạ gamma vvà Hình 33. Sơ đồ à neutron. neutron Hình 44.. Hình ảnh khối ghi nhận bức xạ gamma vvà à neutron. neutron Tạp ạp chí Nghiên Nghiên cứu cứu KH&CN quân sự, Số 66, 4 - 2020 uân sự, 2020 165
  5. Vật ật lý Bảng 4.4 Đặc ặc tr ưng kkỹỹ thuật khối đo liều gamma và trưng v phát hi hiện ện neutron. neutron. Thông ssốố Đặc ặc trưng trưng thể đo phóng xạ Tinh thể CLYC (Cs2LiYCl6: Ce) thước kích thư ớc 12 mm x 10 mm x 10 mm Diode bán dẫndẫn Silic PIN PD S3950-08 S3950 08 Dải lượng ải năng lư ợng 70 keV - 2,2 MeV Dải ải suất liều 0,15 µSv/h ÷ 20 Sv/h Điện áp phân cực Điện 41,8 V Điện áp nguồn Điện nguồn nuôi 3 V - 5 V, 24 mA Kích thước thước (dài rộng) (dài x rộng) 112 mm x 39 mm 3.2. Khối 3.2. Khối đo alpha, beta và và gamma n nối ối ngo ngoài đồ khối và Sơ đồ và mạch mạch điện tử (thiết kế bởi nhóm nghiênnghiên ccứu) ứu) của bộ phận đo đạc alpha, beta, và gamma (nối(nối ngo ngoài) được mô tả lần llượt ài) được ợt trong hình 5 và hình 6. Khi bbức ức xạ ttương ương thể CLYC sẽ tạo ra các chớp sáng, Diode PIN PD S3590 tác vào tinh thể S3590--09 09 đư được ợc cung cấp điện ện áp phân cực ngngưược ợc sẽ biến đổi các chớp sáng này này thành tín hiệu hiệu điện thông qua mạch tiền ền khuếch đại nhạy điện tích. Tiếp theo, các xung điệ điệnn đư được ợc khuếch đại vvàà đưa ttớiới bộ biệt xung để tạo th phân biệt thành ành các xung logic đưa tới tới bộ đếm, số đếm của xung điện nnày sẽ ày sẽ tỷ ỷ lệ với số đếm bức xạ ttương ương ứng đi tới đầu dò. dò. Đặc ặc tr ưng kkỹ trưng ỹ thuật của khối đo alpha, beta, và gamma (nối(nối ngo ngoài) được liệt kkêê trong bảng ài) được ảng 5. đồ khối mạch ghi nhận bức xạ alpha, beta, gamma. Hình 55. Sơ đồ gamma Hình 66. Hình ảnh khối ghi nhận bức xạ alpha, beta, gamma. gamma. Bảng 55. Đặc Đặc trưng trưng kỹ kỹ thuật khối đo alpha, beta, gamma. gamma. Thông ssố ố Đặc ặc trưng trưng thể đo phóng xạ Tinh thể CLYC (Cs2LiYCl6: Ce), BGO thước kích thước 12 mm x 10 mm x 10 mm Diode bán dẫn dẫn Silic PIN PD S3950-09 S3950 09 Dải lượng ải năng lư ợng gamma 70 keV - 2,2 MeV Dải ải suất liều gamma 0,15 µSv/h ÷ 20 Sv/h Dải ải số đếm alpha, beta 0 - 300.000 cps Điện áp phân cực Điện 41,8 V Điện áp nguồn nuôi Điện 3 V - 5 V, 24 mA Kích thước thước (dài rộng) (dài x rộng) 102 mm x 60 mm 166 V. T. K. Duyên, Sĩĩ, N. T. Hùng Duyên N. V. S Hùng, ““Máy Máy đo phóng xạ xạ đa năng: thiết kế … ki kiểm ểm nghiệm.” nghiệm.”
  6. Nghiên cứu cứu khoa học công nghệ Khối vi xử lý trung tâm 3.3. Khối Khối vi xử lý của máy đo phóng xạ đa năng có chức năng ghi nhận, llưu Khối ưu giữ giữ số liệu. Các hiệu xung logic ghi nhận được tín hiệu đ ợc từ các loại bức xạ khác nhau được đưa vào các bbộ ợc đưa ộ đếm khác nhau tương ứng của ủa vi điều khiển để đếm xung và cường độ, liều llượng và tính toán cường ợng bức xạ. ạ. Các số liệu về liều llượng ợng bức xạ đđượcợc llưu trữ tự động vvào ưu trữ ào bộ bộ nhớ thiết bị vvàà hi hiển ển thị trên màn hình LCD. Ng Người ời sử dụng có thể giao tiếp với máy đo phóng xạ thông qua bbàn àn phím và phần phần mềm ềm đđược ợc xây dựng cho máy đo. Do đó, các tính năng ccơ ơ bản như: bản nh đặt ư: cài đặt ngưỡng cảnh báo phóng xạ, phát tín hiệu cảnh báo, cảnh báo thông qua ánh sang đđèn, các ngưỡng èn, tạo ạo âm thanh cảnh báo, kết nối tai nghe không dây, …có thể thực hiện đđư ược. ợc. đồ khối bộ vi xử lý trung tâm vvàà bbộ Sơ đồ ộ vi xử lý trung tâm ththành ành phẩm phẩm đư được ợc mô tả trong hình 7,7 hình 8.. bảng ảng 6 li liệt kê một ệt kê một số đặc tính kỹ thuật của bộ vi xử lý trung tâm. 7 Sơ đđồ Hình 7. tâm. ồ khối vi xử lý trung tâm tâm.. Hình 8. Hình ảnh khối vi xử lý trung tâm Bảng 66. Đặc ặc trưng trưng kkỹỹ thuật khối vi xử lý trung tâm. tâm. Thông ssố ố Đ Đặc trưng ặc trưng Bộ ộ vi xử lý trung tâm Cortex M4 32 bit, tốc tốc độ 168 MHz Bộ ộ nhớ chương trình/ chương tr Bộ nhớ RAM ình/ Bộ 512 kB, 192 x 8 kB Bộ ộ nhớ dữ liệu 128 MB (có th thểể llưu ưu được được 13000 bộ số liệu) Số lượng ố lư ợng bộ đếm 5 bộ ộ 16 bit Màn hình LCD TFT 4 inch Báo động động Âm thanh, ánh sáng, hi hiển ển thị Cổng ổng kết nối USB Kích thước (dài thước mạch (d rộng) ài x rộng) 150 mm x 106 mm Tạp ạp chí Nghiên Nghiên cứu cứu KH&CN quân sự, Số 66, 4 - 2020 uân sự, 2020 167
  7. Vật ật lý 3.4. Máy đo phóng xxạ ạ đa năng thành phẩm thành ph ẩm Thân vỏ vỏ máy vàvà các chi tiết tiết cơ cơ khí sau khi gia công đưđược ợc anot hóa để đảm bảo chịu được điều kiện môi tr được trư ường ờng khắc nghiệt. Khối xử lý trung tâm vvàà các khối khối chức năng sau được thiết kết, lắp đặt và khi được hiệu chỉnh ccùng và hiệu với các hệ ccơ ùng với ơ khí đã đã chế ược chế tạo sẽ đđư ợc nhóm cứu lắp ráp đồng bộ. Máy đo sau khi đđãã đồng nghiên cứu ồng bộ có dạng như như hình hình 9, 9, ccấu ấu tạo chính gồm ồm thân máy, đầu đo ngongoài, ài, cán cầm, cầm, giắc nối. Hình 9.9 Hình ảnh máy SVG- SVG-2M phẩm 2M thành ph ẩm. Ghi chú: chú 1-- Thân máy 4- Màn hình chỉchỉ thị 7 Phím chức 7- chức năng 2 Đèn báo 2- 5- Đ ầu đo ngo Đầu ngoàiài 8 Giắc 8- Giắc nối 3 Ống pin 3- 6- Cán ccầm ầm 9 Cáp nối 9- nối Kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật đo liều của máy đo phóng xạ đa năng 3.5. Kiểm Máy đo phóng xạxạ đa năng, sau khi đđượcợc chế tạo, đãđ đư được ợc hiệu chuẩn tại Trung tâm An bức xạ (thuộc Viện Khoa học toàn bức học kỹ thuật hạt nhân, phòng chuẩn phòng chu ẩn liều bức xạ ion hóa cấp II nnằm ằm trong mạng llưưới ới các phòng chuẩn phòng chu ẩn cấp II của Cơ Cơ quan Năng lượng lượng Nguy ên ttử Nguyên ử Quốc tế, ế, IAEA và Tổ và cơ quan T ổ chức Y tế Thế giới, WHO) sử dụng nngu guồn chuẩn gamma 137Cs,, ồn chuẩn hooạt ạt độ 37MBq (18/08/2001). (18/08/2001). Kết Kết qquảả hiệu chuẩn đư được ợc tóm tắt trong bảng bảng 7. TTừ ừ các giá trịị hệ số chuẩn cho thấy, máy đo liều phóng xạ đa năng (đ (được ợc chế tạo bởi nhóm nghiên nghiên cứu) hoàn toàn đáp ứng đđư ứu) hoàn ược ợc tiêu tiêu chu chuẩn ẩn đo đạc chính xác liều phóng xạ gamma. 7 K Bảng 7. Kết ết quả hiệu chuẩn máy đo phóng xạ SVG-2M xạ đa năng SVG 2M. Hệệ số chuẩn Suất Suất liều Sốố đọc của máy Nguồn phóng xạ Nguồn (Suất liều chuẩn/Số đọc (Suất chuẩn (µSv/h) chuẩn (µSv/h) của ủa máy) 15 16,4 0,91 60 66,3 0,90 137 150 148,0 1,01 Cs (662 keV) 600 594,0 1,01 1500 1514,0 0,99 6000 5870,0 1,02 Việc kiểm chứng khả năng phát hiện  Việc ,  và n của nghiên của máy chế tạo bởi nhóm nghi cứu, ên cứu, thực ực hiện bằng cách so sánh tốc độ đếm của máy đo phóng xạ tự chế tạo với tốc độ đếm máy đo cùng loại (SVG SVG-2, loại (SVG 2, được được chế tạo bởi Đức) được chiếu với ccùng Đức) khi chúng được một ùng một nguồn phóng nguồn phóng xạ xạ như nghiệm như nhau. Trong thí nghi ệm nnày, ày, các lo loại ại nguồn phóng xạ đđược ợc sử dụng như sau: nguồn nguồn phóng xạ alpha, bêta (hoạt bêta (hoạt độ ban đầu vào vào 300Bq, khoảng khoảng cách đo đạc làlà 5 nguồn neutron 241Am-Be mm) và nguồn Am Be (cư ờng độ ban đầu llàà 1,299E+07 s--1 vào ngày (cường 23/01/2015, hình học học chiếu là thời là như nhau, th ời gian đo 300 giây). Kết quả đư được ợc chỉ ra trong bảng ảng 8 cho thấy, thấy, máy SVG-2M SVG 2M tự đ ợc các bức xạ ,,  và n tự chế tạo có khả năng phát hiện được tương đương với với máy SVG2 của hãnghãng Bruker ssản ản xuất. 168 V. T. K. Duyên, Sĩĩ, N. T. Hùng Duyên N. V. S Hùng, ““Máy Máy đo phóng xạ xạ đa năng: thiết kế … ki kiểm ểm nghiệm.” nghiệm.”
  8. Nghiên cứu khoa học công nghệ Bảng 8. Kết quả đo bức xạ ,  và n của máy SVG-2M và SVG-2. Số đếm của máy Số đếm của máy Tỷ số Nguồn phóng xạ SVG-2M (A) SVG-2 (B) (A/B) Nguồn alpha 25,55 29,31 0,87 Nguồn bêta 15,69 15,89 0,99 Nguồn neutron không làm 33 (phát hiện được) chậm Nguồn neutron làm chậm 28 (phát hiện được) 3.6. So sánh chức năng cơ bản của máy đo phóng xạ SVG-2M và SVG-2. Tính năng tương đương của máy đo phóng xạ (tự chế tạo) và máy đo thương mại tương ứng (SVG-2, Đức chế tạo) được so sánh thông qua các chức năng cơ bản liệt kê trong bảng 9, 10. Từ bảng 9, 10 cho thấy, tính năng của máy đo phóng xạ đa năng tự chế tạo dựa trên sản phẩm thương mại của máy đo phóng xạ SVG-2 (Đức chế tạo) có các tính năng tương tự nhau. Bảng 9. Bảng so sánh kết quả đo suất liều gamma của máy SVG-2M và SVG-2. Suất liều gamma Suất liều gamma Tỷ số suất liều của Nguồn phóng xạ SVG2M (µSv/h) SVG-2 (µSv/h) máy SVG2M/SVG2 49,2 48,9 1,01 Gamma 47,5 51,4 0,92 137 Cs-10µCi 50,0 47,7 1,05 (Sản xuất 1/6/2013) 44,9 45,2 0,99 46,7 50,2 0,93 TB 47,7 48,7 0,98 Bảng 10. So sánh các chức năng kỹ thuật cơ bản của máy đo phóng xạ đa năng SVG2M và máy đo phóng xạ thương mại SVG-2. SVG2 SVG-2M TT Thông số ĐVT (Bruker, Đức) (Máy tự chế tạo) 1 Dải đo suất liều gamma 0,50 µSv/h ÷ 20 Sv/h 0,15 µSv/h ÷ 20 Sv/h 2 Đo tổng liều gamma 0,50 µSv ÷ 20 Sv 0,15 µSv ÷ 20 Sv 3 Năng lượng gamma keV 70 – 2200 70 – 2200 4 Dải tốc độ đếm beta cps 0 ÷ 300.000 0 ÷ 300.000 5 Dải tốc độ đếm alpha cps 0 ÷ 300.000 0 ÷ 300.000 6 Phát hiện neutron Có Có 7 Nguồn pin V 3 x 1,5 3 x 1,5 8 Đổi đơn vị đo Có Có 9 Kết nối với máy tính Có Có Báo động bằng âm thanh, 10 Có Có ánh sáng 11 Hiện thị kết quả Bằng số Bằng số 0 12 Nhiệt độ hoạt động C 0 - 50 0 - 50 13 Độ ẩm %
  9. Vật lý Brucker - Đức chế tạo). Việc lựa chọn giải pháp thiết kế, linh kiện điện tử hiện đại, vật liệu chế tạo phù hợp, đã giúp cho đặc tính hóa lý của máy đo phóng xạ đa năng (tự chế tạo bởi nhóm nghiên cứu) đáp ứng được các điều kiện hoạt động khắc nghiệt trong môi trường quân sự tại Việt Nam. Máy đo phóng xạ được chế tạo bởi nhóm nghiên cứu cũng đã trải qua quá trình hiệu chuẩn, thử nghiệm khắt khe của các phòng thí nghiệm thích hợp (Nhà máy X61/ Binh chủng Hóa học, Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân/Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, Trung tâm nhiệt đới Việt Nga, Cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng Quân đội), đã chứng tỏ tính năng làm việc tương đương như máy đo phóng xạ thương mại quốc tế (SVG-2, Brucker - Đức chế tạo). Qua đây cho thấy, đội ngũ nghiên cứu của Viện hóa học Môi trường Quân đội đã có thể chủ động trong sửa chữa, phục hồi các trang thiết bị đo liều phóng xạ. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Berkeley Nucleonics Corporation, “CLYC Datasheet”. [2]. CapeSym Incorporation, “Cesium Ytrium Chloride (CLYC:Ce) for Dual Neutron & Gamma Radiation Detection”. [3]. https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/type/S3590-09/index.html [4]. https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/type/S3590-08/index.html [5]. “Data sheets STM 32 F405xx”, STM 32 F407xx [6]. https://advancecad.edu.vn/su-khac-biet-giua-vi-dieu-khien-avr-arm-8051-va-pic/ ABSTRACT MULTI-FUNCTION RADIATION DETECTION DEVICE: DESIGNING, MANUFACTURING AND TESTING This article presents the process of design, fabrication, and verification of a multi-functional radiation measuring device (which can measure a variety of radiation types with a wide gamma dose range, from 0.15 µSv to 20 Sv). This device consists of two basic parts: the radiation probe and the electrometer. In order to measure different types of radiation (α, β, , and n), multiple radiation probes (combination between the CLYC (Cs2LiYCl6:Ce) crystal recording , n and Silic PIN photodiode S3590-08; and combination between the CLYC (Cs2LiYCl6:Ce) crystal recording α, β and Silic PIN photodiode S3590-09) are required to be integrated into the radiation measuring device. The electrometer has the main part of modern microcontrollers (being used in various laboratories over the world) and other selected components in order to bear the harshest working conditions in military purpose. Verification of the self-developed radiation measuring device has been done in comparison with international commercial products to confirm its operational performance equivalence. Keywords: Photo multiplier tube; Geiger - Muller gas counting tube; Gamma; Alpha; Beta; Neutron; Micro controller; PIN Photodiode. Nhận bài ngày 13 tháng 01 năm 2020 Hoàn thiện ngày 12 tháng 02 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 4 năm 2020 Địa chỉ: 1Viện Hóa học Môi trường quân sự/Bộ Tư lệnh Hóa học; 2 Trung tâm chiếu xạ Hà Nội. *Email: halinh150612@gmail.com. 170 V. T. K. Duyên, N. V. Sĩ, N. T. Hùng, “Máy đo phóng xạ đa năng: thiết kế … kiểm nghiệm.”