Nghiên cứu phát triển liều kế màng mỏng PVA nhuộm màu ứng dụng trong đo liều bức xạ gamma và nơtron

Wednesday, 27/02/2019, 00:00

       Sự phát triển bền vững của vật lý hạt nhân, công nghệ hạt nhân, công nghệ bức xạ và các lĩnh vực ứng dụng liên quan trong nền kinh tế quốc dân như công nghiệp, nông nghiệp, y tế, v.v… đều gắn liền với lĩnh vực liều lượng học bức xạ. Kỹ thuật đo liều bức xạ nói chung đều dựa trên quá trình đánh giá năng lượng hấp thụ mà bức xạ truyền trực tiếp cho vật chất thông qua quá trình tăng nhiệt độ, hoặc đo năng lượng hấp thụ thông qua các quá trình thứ cấp diễn ra trong vật chất như ion hoá, biến đổi cấu trúc, các phản ứng hoá học, sinh học, sự biến màu của vật liệu, v.v…

       Các loại liều kế màng mỏng nhuộm màu Polyvinyl Alcohol (PVA) sử dụng vật liệu hữu cơ là loại vật liệu tương đương mô, do đó chúng rất thích hợp dùng làm liều kế trong đo liều gamma đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ bức xạ với liều chiếu cao. Các loại liều kế màng mỏng PVA cũng có thể dùng để đo liều nơtron và các loại bức xạ khác nhưng chúng ít được chú ý vì khó đánh giá độ nhạy trong dải liều nghiên cứu do chưa biết chính xác dạng hàm đặc trưng liều. Với quan điểm đo liều trong dải rộng và áp dụng các hàm toán học mô tả đường đặc trưng liều hợp lý, cũng như việc lựa chọn các chất nhuộm thích hợp nhóm nghiên cứu đã giải quyết được vấn đề: xác định hàm đặc trưng và độ nhạy của loại liều kế màng mỏng dùng để đo liều gamma và nơtron.

Hình ảnh: Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm màu Methylene blue với khối lượng axit boric khác nhau tại bước sóng 668nm

       Màng mỏng PVA nhuộm methylene blue có chứa hàm lượng axit boric khác nhau bị biến đổi màu khi chiếu xạ gamma. Vì thế chúng được nghiên cứu áp dụng như các liều lượng kế dùng trong phép đo liều cao của tia gamma. Nhóm nghiên cứu sử dụng nguồn phát gamma 60Co tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội với khoảng liều chiếu từ 0 tới 150 kGy để khảo sát sự mất màu của các màng mỏng này. Sau khi chiếu xạ, phổ hấp thụ đặc trưng của màng mỏng được đo bằng phương pháp quang phổ kế UV-VIS 2450 với đỉnh năng lượng hấp thụ đặc trưng của màng mỏng là 668 nm. Xác định hàm liều đặc trưng trên các màng mỏng biến đổi màu chiếu xạ gamma phù hợp với dạng hàm mũ bão hoà của mô hình truyền năng lượng. Hiện tượng mất màu theo thời gian của màng mỏng sau khi chiếu xạ cũng được tiến hành nghiên cứu một cách chi tiết. Kết quả, nhóm thực hiện đã nghiên cứu thành công màng mỏng PVA được nhuộm màu dùng trong kiểm soát liều phóng xạ gamma ở khoảng liều rộng từ 0 đến 150kGy. Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã đánh giá được sự biến đổi màu của màng mỏng PVA nhuộm màu khi chúng được chiếu xạ ở các mức liều khác nhau. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu đã khảo sát và đánh giá độ nhạy màu với bức xạ trên các màng mỏng được nhuộm các màu khác nhau. Kết quả nghiên cứu cho thấy màng mỏng nhuộm màu xanh methylence có độ nhạy màu tốt nhất so với các thuốc nhuộm còn lại với bức xạ gamma ở khoảng liều rộng từ 0 đến 150 kGy. Nhóm nghiên cứu cũng đã tiến hành khảo sát vai trò và sự ảnh hưởng của hàm lượng dung dịch phần trăm PVA lên khả năng làm việc của màng mỏng và cho thấy màng mỏng với hàm lượng 2,94% PVA thì độ suy giảm mật độ quang riêng của màng mỏng đạt giá trị cao nhất, đồng nghĩa với việc màng mỏng có khả năng làm việc tốt nhất so với các hàm lượng %PVA khác được khảo sát. Để tăng độ nhạy bức xạ của màng mỏng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu đưa thêm một lượng axit boric phù hợp vào trong màng mỏng. Lượng chất axit boric được đưa thích hợp vào đã làm tăng giá trị mật độ quang của màng mỏng trước chiếu và độ suy giảm mật độ quang riêng của màng mỏng cũng tăng lên cho thất độ nhạy bức xạ gamma của màng mỏng cũng được cải thiện rõ rệt.

       Màng mỏng PVA được nhuộm màu xanh methylene bị biến đổi màu khi chúng được chiếu trên chùm nơtrron nhiệt tại kênh số 2 của Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Thông lượng nơtron nhiệt tại vị trí chiếu mẫu là 1,6×106 nơtron/cm2.s. Các màng mỏng nhuộm màu được chiếu liên tục trên nguồn nơtron trong khoảng thời gian từ  1 giờ đến 24 giờ tương ứng với khoảng liều nơtron từ 0,059 đến 1,411 Gy. Phương pháp quang phổ kế UV-VIS 1249 được sử dụng trong việc xác định mật độ quang của màng mỏng trước và sau khi chiếu trên nguồn nơtron nhiệt tại bước sóng 668 nm. Màng mỏng PVA nhuộm màu được đưa thêm vào axit boric nhằm cải thiện các tính chất vật lý của màng mỏng. Giá trị mật độ quang của màng mỏng giảm khi thời gian chiếu trên nguồn tăng lên. Sử dụng mô hình truyền năng lượng để xác định đường đặc trưng mô tả mối quan hệ giữa giá trị mật độ quang và thời gian chiếu màng mỏng.

Các kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả đã được công bố trên các tạp chí khoa học quốc tế có uy tín:

Anh Thi Vo,  Nghiep Dai Tran,  Giap Van Trinh, Diep Bang Tran, Binh Van Nguyen (2018) Investigation characteristics of polyvinyl alcohol films dyed Methylene blue as a radiation dosimeter,  Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, https://doi,org/10,1007/s10967-018-5921-2

Anh Thi Vo,  Nghiep Dai Tran,  Giap Van Trinh, Son Ngoc Pham (2018) Effect of thermal neutron irradiation at No. 2 channel of Dalat nuclear research reactor on dyed polyvinyl, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, https://doi.org/10.1007/s10967-018-6177-6

Võ Thị Anh – Trung tâm Kỹ thuật hạt nhân

Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân

Lượt xem: 73