Giáo án môn Vật lý 10 - An toàn bức xạ

LỜI MỞ ĐẦU Trong vật lý hạt nhân, các nguồn phóng xạ có vai trò đăc biệt quan trọng, chính là cơ sở ban đầu để chúng ta nghiên cứu và phát triển ngành vật lý hạt nhân. Cho đến ngày hôm nay, như chúng ta đã biết, có rất nhiều hạt nhân phát ra tia phóng xạ. Như vậy, sẽ có nhiều loại nguồn phóng xạ. Trong đề tài này, chúng tôi sẽ trình bày về một số nguồn phóng xạ được sử dụng trong phòng thí nghiệm. Chúng tôi tin tưởng rằng qua đề tài này các bạn sẽ có thêm những hiểu biết về các nguồn phóng xạ.  MỤC LỤC Nguồn Alpha Nguồn Alpha - loại A1 Loại A1 là nguồn được cố định trong một cái giá nhôm có “đường kính x cao” là 25,4 mm x 3,18 mm. Đường kính hoạt động là 5,0 mm. Tất cả các nguồn alpha được sản xuất theo một dung sai là ± 30% của độ phóng xạ ghi trên mặt. Hình 1a: Cấu tạo nguồn Alpha - loại A1. Hình 1b: Nguồn Alpha – loại A1. Nguồn Alpha – loại A2 Nguồn loại A2 được cố định trong cái giá bằng nhôm có “đường kính x cao” là 12,7 mm x 6,35 mm. Đường kính hoạt động là 5,0 mm. Tất cả các hạt chuẩn alpha được sản xuất theo một dung sai là ± 30% của độ phóng xạ ghi trên mặt. Hình 2a: Cấu tạo nguồn Alpha - loại A2 Hình 2b: Nguồn Alpha – loại A2 Nguồn Alpha - loại PM Nguồn PM được gắn trong một giá nhựa mà từ đó nó có thể được tách ra để lắp đặt trong buồng đếm. Giá có “đường kính x cao” là 25,4 mm x 3,18 mm. Đường kính các lá là 11,1 mm, đường kính hoạt động 5,0 mm. Các lá đĩa bằng platinum hoặc platinum mạ niken dày khoảng 0,127 mm đến 0,254 mm. Tất cả các nguồn alpha được sản xuất theo một dung sai là ± 30% của độ phóng xạ ghi trên mặt. Hình 3a: Cấu tạo nguồn Alpha - loại PM. Hình 3b: Nguồn Alpha - loại PM. Bảng 1: Các nguồn Alpha – loại A1, A2, PM. Nguồn Thời giam bán rã Năng lượng Alpha quan tâm (keV) Trạng thái của vật liệu hoạt động Hoạt độ phóng xạ Americium-241 432,2 năm 5388, 5443, 5486 Mạ điện lên bề mặt Platium 1nCi-100nCi(37Bq-3,7kBq) Californium-252 2,645 năm 6070, 6118 Mạ điện lên bề mặt Platium 1nCi-100nCi(37Bq-3,7kBq) Curium-244 18,11 năm 5763, 5805 Mạ điện lên bề mặt Platium 1nCi-100nCi(37Bq-3,7kBq) Gadolinium-148 75 năm 3184 Tùy theo yêu cầu Neptunium-237 2,14.106 năm 4640 – 4873 Mạ điện lên bề mặt Platium 1nCi-10nCi(37Bq-370 Bq) Polonium-210 138,376 ngày 5304 Phủ lớp mạ lên bề mặt bạc 1nCi-100nCi(37Bq-3,7kBq) Plutonium-238 87,74 năm 5456, 5499 Mạ điện lên bề mặt Platium 1nCi-100nCi(37Bq-3,7kBq) Plutonium-239 2,411.104 năm 5105, 5143, 5156 Mạ điện lên bề mặt Platium 1nCi-10nCi(37Bq-370 Bq) Radium-226 1600 năm 4601, 4784, hạt nhân con 5489 Mạ điện lên bề mặt Platium 1nCi-100nCi(37Bq-3,7kBq) Thorium-228 698,2 ngày 5341, 5423, hạt nhân con 5449 Mạ điện lên bề mặt Platium 1nCi-100nCi(37Bq-3,7kBq) Thorium-230 7,54.104 năm 4621, 4688 Mạ điện lên bề mặt Platium 1nCi-10nCi(37Bq-370 Bq) Thorium-232 1,405.1010 năm 3952, 4010 Mạ điện lên bề mặt Platium 0,007 nCi (0,26Bq) Uranium-235 7,037.108 năm 4215 – 4597 Mạ điện lên lá nhôm Max: 0,4 nCi (14,8 Bq) Uranium-238 4,468.109 năm 4147, 4196 Mạ điện lên lá nhôm Max: 0,05 nCi (1,85 Bq) Uranium-238D 4,468.109 năm 4147, 4196 Mạ điện lên lá nhôm Max: 0,032 nCi Nguồn Alpha “tổng hợp” (composite) - AF Comp Các nguồn alpha “tổng hợp” (composite) được thiết kế để sử dụng như một điểm đánh dấu cho các hệ thống năng lượng quang phổ alpha. Pu-239, Am-241 và Cm-244, hoạt độ 0,01 μCi (370 Bq) được mạ platinum hoặc platinum mạ niken. Vùng hoạt động là 5,0 mm. Các nguồn cung cấp các hạt alpha từ khoảng 5100 - 5800 keV và bề rộng một nửa nhỏ hơn 20 keV. Khoảng năng lượng là đủ rộng để cung cấp năng lượng sao cho hạt alpha phát ra nhiều nhất. Nguồn Bêta Một loạt các hạt nhân phát bêta được dùng cho nghiên cứu và sử dụng trong lĩnh vực giáo dục. Nguồn được cấu tạo với tất cả các bề mặt dẫn điện để sử dụng trong cửa sổ của ống đếm tỷ lệ. Nguồn Bêta - loại A. Nguồn được gắn trong một chiếc vành nhôm mật độ là 0,9 mg/cm2. Đường kính hoạt động của nguồn là 20,4 mm. Đường kính tổng thể của nguồn là 25,4 mm và dày 3,18 mm. Hình 4a: Cấu tạo nguồn Bêta loại A. Hình 4b: Nguồn Bêta loại A. Nguồn Bêta – loại MF2 Đây là một cấu hình hầu như không tán xạ (scatterless), trong đó phóng xạ được đặt ở giữa có đường kính 3 mm, giữa hai lớp nhôm mật độ mặt là 0,9 mg/cm2. Những nguồn này được để trong một giá nhôm có đường kính là 25,4 mm và bề dày là 3,18 mm. Hình 5a: Cấu tạo nguồn Bêta - loại MF2. Hình 5b: Nguồn Bêta - loại MF2. Bảng 2: Các nguồn Bêta loại - MF2. Nguồn Thời gian bán rã Chất nền Năng lượng Bêta quan tâm (keV) Cửa sổ Carbon-14 5730 năm Màng polime 156 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Cesium-137 30,17 năm Sắt không rỉ 1175 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Chlorine-36 3,01.105 năm Sắt không rỉ 1142 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Cobalt-60 5,272 năm Sắt không rỉ 1491 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Germanium-68 270,8 ngày Sắt không rỉ 2921 (β+) Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Promethium-147 2,6234 năm Sắt không rỉ 225 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Ruthenium-106 1,02 năm Sắt không rỉ 39, 3540 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Sodium-22 950,8 ngày Sắt không rỉ 2842 (β+) Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Strontium-90 28,5 năm Sắt không rỉ 546, 2282 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Technetium-99 2,13.105 năm Sắt không rỉ 294 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Thallium-204 3,78 năm Sắt không rỉ 763 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Tin-113 115,1 ngày Lá Pt hoặc Pt mạ Ni 392 Lớp mạ nhôm 0.9 mg/cm2 Nguồn Gamma Một loạt các nguồn Gamma và tia X sử dụng cho nghiên cứu và giáo dục với năng lượng khoảng 5,9-2614 keV. Nguồn Gamma - loại C Nguồn Gamma loại C có thể được sử dụng để kiểm tra hiệu suất của các ống đếm tỷ lệ GM và detector nhấp nháy NaI (Tl). Độ phóng xạ cực đại của loại nguồn này là 10 μCi (370 kBq). Hình 6a: Cấu tạo nguồn Gamma - loại C Hình 6b: Nguồn Gamma – loại C. Nguồn Gamma - loại D Các nguồn Gamma loại D chủ yếu được sử dụng để kiểm tra hiệu suất của các ống đếm GM và detector nhấp nháy NaI (Tl). Các nguồn loại đĩa D có đường kính là 25,4 mm và dày 6,35 mm. Đường kính hoạt động là 5 mm. Hình 7a: Cấu tạo nguồn Gamma - loại D. Hình 7b: Nguồn Gamma – loại D. Bảng 3: Các nguồn Gamma - loại D. Nguồn Thời gian bán rã Năng lượng photon (keV) Hoạt độ phóng xạ Barium-133 3862 ngày 80; 303; 356 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Beryllium-7 53,284 ngày 478 25nCi-500mCi (925Bq-18,5MBq) Cadmium-109 4626 ngày 88; 22-26 50nCi-1mCi (1,85kBq-37MBq) Cesium-134 754,28 ngày 563; 569; 605; 796 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cesium-137 30,17 năm 662; 32-37 5nCi-1mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-56 77,31 ngày 846,8; 1238; 1771; 2035; 2598; 3253 10nCi-100mCi (370Bq-3,7MBq) Cobalt-57 271,79 ngày 14; 122; 136,5 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-58 70,86 ngày 810 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-60 5,272 năm 1173; 1333 25nCi-100mCi (925Bq-3,7MBq) Germanium-68 270,8 ngày 511; 1077 100nCi-100mCi (3,7kBq-3,7MBq) Iodine-125 59,43 ngày 35 10nCi-100mCi (370Bq-3,7MBq) Iodine-129 1,57.107 năm 40 50nCi-1mCi (1,85kBq-37kBq) Iron-59 44,51 ngày 1099; 1292 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Radium-226 1600 năm 47-2448 50nCi-10mCi (1.85kBq-370kBq) Thorium-228 698,2 ngày 84-2616 10nCi-10mCi (370Bq-370kBq) Uranium-235 7,037.108 năm 143; 186 10nCi-100nCi (370Bq-3,7kBq) Uranium tự nhiên 4,468.109 năm 22-2448 10nCi-100nCi (370Bq-3,7kBq) Nguồn Gamma - loại M. Loại M- đĩa mỏng hầu như không tán xạ; được sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến trạng thái rắn của detector có độ phân giải cao. Đĩa nhôm có mật độ mặt là 9 mg/cm2 ,và được bao phủ bằng Kapton (polime) có mật độ mặt là 0,9 mg/cm2. Những nguồn này được để trong một giá nhôm có đường kính tổng thể là 25,4 mm và chiều dày là 3,18 mm. Hình 8a: Cấu tạo nguồn Gamma - loại M. Hình 8b: Nguồn Gamma - loại M. Bảng 4: Các nguồn Gamma - loại M. Nguồn Thời gian bán rã Năng lượng photon (keV) Hoạt độ phóng xạ Barium-133 3862 ngày 80; 303; 356 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Beryllium-7 53,284 ngày 478 25nCi-500mCi (925Bq-18,5MBq) Cadmium-109 4626 ngày 88; 22-26 50nCi-1mCi (1,85kBq-37MBq) Cesium-134 754,28 ngày 563; 569; 605; 796 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cesium-137 30,17 năm 662; 32-37 5nCi-1mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-56 77,31 ngày 846,8; 1238; 1771; 2035; 2598; 3253 10nCi-100mCi (370Bq-3,7MBq) Cobalt-57 271,79 ngày 14; 122; 136,5 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-58 70,86 ngày 810 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-60 5,272 năm 1173; 1333 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Germanium-68 270,8 ngày 511; 1077 100nCi-100mCi (3,7kBq-3,7MBq) Iron-55 999 ngày 5,8-6,7; 1mCi-100mCi (37kBq-3,7MBq) Iron-59 44,51 ngày 1099; 1292 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Manganese-54 312,3 ngày 835 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Silver-110m 249,8 ngày 657; 884,6 5nCi-50mCi (185Bq-1,85MBq) Nguồn Gamma - loại R. Thanh loại R được sử dụng trong các detector NaI (Tl). Nó được xây dựng bằng nhựa, có ba kích thước là: cao x đường kính là 127 mm x 15,9 mm, 127 mm x 12,7 mm và 74,9 mm x 12,7 mm. Đường kính hoạt động của thanh tiêu chuẩn là 4,75 mm Hình 9a: Cấu tạo nguồn Gamma - loại R. Hình 9b: Nguồn Gamma loại R. Bảng 5: Các nguồn Gamma - loại R. Nguồn Thời gian bán rã Năng lượng photon (keV) Hoạt độ phóng xạ Barium-133 3862 ngày 80; 303; 356 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Beryllium-7 53,284 ngày 478 25nCi-500mCi (925Bq-18,5MBq) Cadmium-109 4626 ngày 88; 22-26 50nCi-1mCi (1,85kBq-37MBq) Cesium-134 754,28 ngày 563; 569; 605; 796 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cesium-137 30,17 năm 662; 32-37 5nCi-1mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-56 77,31 ngày 846,8; 1238; 1771; 2035; 2598; 3253 10nCi-100mCi (370Bq-3,7MBq) Cobalt-57 271,79 ngày 14; 122; 136,5 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-58 70,86 ngày 810 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-60 5,272 năm 1173; 1333 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Germanium-68 270,8 ngày 511; 1077 100nCi-100mCi (3,7kBq-3,7MBq) Iodine-125 59,43 ngày 35 10nCi-100mCi (370Bq-3,7MBq) Iodine-129 1,57.107 năm 40 50nCi-1mCi (1,85kBq-37kBq) Iron-59 44,51 ngày 1099; 1292 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Radium-226 1600 năm 47-2448 50nCi-10mCi (1.85kBq-370kBq) Manganese-54 312,3 ngày 835 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Silver-110m 249,8 ngày 657; 884,6 5nCi-50mCi (185Bq-1,85MBq) Thorium-228 698,2 ngày 84-2616 10nCi-10mCi (370Bq-370kBq) Uranium-235 7,037.108 năm 143; 186 10nCi-100nCi (370Bq-3,7kBq) Uranium tự nhiên 4,468.109 năm 22-2448 10nCi-100nCi (370Bq-3,7kBq) Nguồn Gamma - loại T. Ống nghiệm nhựa loại T được sử dụng trong nghiên cứu y học. Mỗi ống nhựa PP (polipropin) có chứa 0,75 ml epoxy hoạt động với sự cân bằng của các ống chứa đầy epoxy lạnh. Ống có kích thước (cao x đường kính) là 75 mm x 12 mm hoặc 55 mm x 12 mm. Hình 10a: Cấu tạo nguồn Gamma loại T. Hình 10b: Nguồn Gamma loại T. Bảng 9: Các nguồn Gamma - loại T. Nguồn Thời gian bán rã Năng lượng photon (keV) Hoạt độ phóng xạ Barium-133 3862 ngày 80; 303; 356 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Beryllium-7 53,284 ngày 478 25nCi-500mCi (925Bq-18,5MBq) Cadmium-109 4626 ngày 88; 22-26 50nCi-1mCi (1,85kBq-37MBq) Cesium-134 754,28 ngày 563; 569; 605; 796 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cesium-137 30,17 năm 662; 32-37 5nCi-1mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-56 77,31 ngày 846,8; 1238; 1771; 2035; 2598; 3253 10nCi-100mCi (370Bq-3,7MBq) Cobalt-57 271,79 ngày 14; 122; 136,5 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-58 70,86 ngày 810 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Cobalt-60 5,272 năm 1173; 1333 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Germanium-68 270,8 ngày 511; 1077 100nCi-100mCi (3,7kBq-3,7MBq) Iodine-125 59,43 ngày 35 10nCi-100mCi (370Bq-3,7MBq) Iodine-129 1,57.107 năm 40 50nCi-1mCi (1,85kBq-37kBq) Iron-59 44,51 ngày 1099; 1292 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Manganese-54 312,3 ngày 835 5nCi-100mCi (185Bq-3,7MBq) Silver-110m 249,8 ngày 657; 884,6 5nCi-50mCi (185Bq-1,85MBq) TÀI LIỆU THAM KHẢO Eckert & Ziegler Isotope Products, Eckert & Ziegler Reference & Calibration Sources (Product Information), 24937 Avenue Tibbitts Valencia, CA 91355 USA.