Thiết bị phân tích độ tro của than bằng kỹ thuật PGNAA

Friday, 12/10/2012, 10:10

     Đề tàinghiên cứu KHCN cấp Bộ giai đoạn 2009-2011“Nghiên cứu xây dựng hệ thiết bị phân tích độ tro sử dụng kỹ thuật PGNAA với nguồn phát nơtron” do Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân chủ trì thực hiện và tiến sĩ Nguyễn Thanh Tùy làm chủ nhiệm.  Đề tài được đặt ra để đạt 2 mục tiêu: 1) Xây dựng được một hệ thiết bị phân tích độ tro của than sử dụng kỹ thuật PGNAA để phục vụ công tác khai thác và sản xuất than; 2) Thực hiện nội dung của Dự án RAS/8/107 “Tối ưu hoá quá trình thăm dò, khai thác và chế biến khoáng sản bằng sử dụng kỹ thuật hạt nhân” nhằm xây dựng thiết bị cho Phòng thí nghiệm Vùng của IAEA tại Hà Nội. Thiết bị chế tạo được dùng để biểu diễn kỹ thuật đo PGNAA trong các khóa đào tạo tổ chức tại Việt Nam.

     Thiết bị phân tích độ tro của than bằng kỹ thuật PGNAA (Prompt gamma neutron activation analysis- phân tích bằng kích hoạt nơtron-gamma tức thời) là sản phẩm chính của đề tài đã được nghiệm thu chính thức và được Hội đồng nghiệm thu đánh giá kết quả tốt. Dưới đây sẽ giới thiệu tóm tắt về thiết bị           

1. Cấu hình:

     Thiết bị phân tích độ tro của than bằng kỹ thuật PGNAA là một thiết bị hạt nhân dùng để đo lường và phân tích dựa trên sự tương tác giữa bức xạ ion hóa với vật chất. Thiết bị (H.1) được cấu thành từ các thành phần (H2) như sau:     

H.1: Hệ thiết bị nhìn bên ngoài (bên trái là hộp bảo vệ nguồn bức xạ, bên phải là thùng đo)  

                    

        

H.2: Cấu hình của thùng đo

 

a. Nguồn bức xạ: Nguồn bức xạ trong hệ thiết bị này là nguồn đồng vị Cf-252 (Mỹ) có cường độ 0,85x106 n/s, phổ năng lượng cực đại ở 2 MeV và suy giảm mũ cho đến 10 MeV. Khi không đo, nguồn được bảo vệ trong hộp chứa nguồn ở phía dưới và bên ngoài thùng đo. Hộp chứa nguồn được tính toán che chắn bằng paraffin, Bo chì và thép để đảm bảo an toàn bức xạ. Các số liệu đo đạc kiểm tra về mức độ an toàn bức xạ cho thấy tại các điểm cách tâm nguồn từ 1 m, 2 m và 3 m  liều bức xạ tổng cộng tương ứng là 3,5 μSv/h; 1,2 μSv/h và 0,6 μSv/h đều nằm trong giới hạn cho phép là 5 μSv/h.

b. Đầu thu (detector): Hệ thiết bị đã sử dụng detector BGO- một loại detector nhấp nháy do hãng REXOX sản xuất- làm đầu thu các tín hiệu thứ cấp được phát ra do sự tương tác giữa bức xạ và đối tuợng đo. Detector được lắp đặt trong thùng đo tại tâm trục.  

c. Thùng đo: Thùng đo (H.2) dùng để chứa mẫu đo, đầu thu, nguồn phát nơtron và cũng là không gian xảy ra quá trình tương tác giữa bức xạ với vật chất. Thùng đo là một hình lăng trụ tròn có bán kính 0,5 m, cao 1 m. Thùng đo được gắn kết với hộp chứa nguồn qua một ống thép Φ = 5 cm đi qua tâm hộp chứa nguồn. Nguồn được đặt trong ống thép và có thể dịch chuyển từ hộp chứa vào tâm thùng đo khi cần đo mẫu. Thùng đo được che chắn bảo vệ bức xạ bằng các loại vật liệu hữu ích. Kết quả tính toán liều bức xạ gây bởi nơtron ở bên ngoài thùng tại khoảng cách 1 m, 2 m và 3 m là 4,1 μSv/h, 1,6 μSv/h và 0,8 μSv/h tương ứng.

d. Hệ phân tích xử lý tín hiệu: Hệphân tích bao gồm đầu đo, các khối điện tử (tiền khuếch đại, khuếch đại phổ, bộ xử lý ADC, phân tích đa kênh) và các phần mềm thu – xử lý tín hiệu. Các tín hiệu sau xử lý được nối đến máy tính qua cổng USB.

 2. Nguyên lý đo:

     Nguyên lý của phương pháp PGNAA trong việc xác định độ tro của than là khi chiếu xạ nơtron vào mẫu than, trong mẫu sẽ phát ra các tia gamma đặc trưng cho các nguyên tố có trong than, chủ yếu là các nguyên tố đóng góp vào độ tro của than. Cường độ tia gamma phụ thuộc vào năng lượng của nơtron và hàm lượng các nguyên tố này. Tín hiệu các mức năng lượng khác nhau phát ra được thu nhận và xử lý qua hệ phân tích để nhận diện và xác định hàm lượng của các nguyên tố (H.3). Trên cơ sở xác định hàm lượng của các nguyên tố có trong than qui đổi ra độ tro của than được phân tích. 

H.3: Phổ năng lượng của hệ phân tích PGNAA

3. Kết luận:

     Thiết bị phân tích độ tro của than sử dụng kỹ thuật PGNAA với nguồn phát nơtron là nguồn đồng vị đã được chế tạo thành công với sai số tuyệt đối về độ tro trong phạm vị ± 1% so với giá trị chuẩn. Thiết bị đã đáp ứng được yêu cầu thực tiễn của ngành than. Tuy đã thành công bước đầu nhưng vẫn còn một số vấn đề đặt ra cần được tiếp tục nghiên cứu như cải tiến cấu hình thiết bị, hoàn thiện kỹ thuật phân tích để có thể sử dụng đo ngoài hiện trường cho từng vùng than khác nhau với thời gian đo hợp lý; mở rộng chức năng phân tích nguyên tố, phân tích độ ẩm  của than, mở rộng thêm đối tượng đo. Ngoài ra cần chuyển đổi thiết bị từ phân tích đống thành thiết bị phân tích online và chuyển đổi nguồn đồng vị thành ống phát nơtron để giảm nhẹ kết cấu che chắn bảo vệ bức xạ.

       Bên cạnh ý nghĩ thực tiễn được nêu ở trên, thiết bị còn là một công cụ rất tốt để giới thiệu, trình diễn và đào tạo về ứng dụng các kỹ thuật phân tích hạt nhân hiện đại PGNAA trong các  lĩnh vực khai thác than và mỏ kim loại.

 Địa chỉ liên hệ:

TS. Nguyễn Thanh Tùy

Giám đốc Trung tâm Kỹ thuật hạt nhân

Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân

179 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Email: thanhtuyf@yahoo.com.vn

Lượt xem: 1629