Phóng xạ là gì ?
Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử không bền tự biến
đổi sang trạng thái ổn định hơn, đồng thời phát ra hạt hoặc bức xạ điện từ.
Ba dạng thường gặp là alpha (α), beta (β) và gamma (γ).
Đặc tính của từng loại bức xạ quyết định khả năng xuyên qua
vật chất, mức độ ion hóa và cách chúng được phát hiện. Đây cũng là cơ sở để lựa
chọn máy đo phóng xạ và loại đầu dò phù hợp.
Cơ chế phân rã hạt nhân
Hạt nhân nguyên tử gồm proton và neutron. Với một số đồng vị,
cấu trúc hạt nhân không ổn định do tỷ lệ proton/neutron hoặc trạng thái năng lượng
không phù hợp. Hạt nhân sẽ tự biến đổi và giải phóng năng lượng để đạt trạng
thái ổn định hơn.
Hạt nhân ban đầu được gọi là hạt nhân mẹ, sản phẩm
sau phân rã là hạt nhân con. Hạt nhân con có thể tiếp tục phân rã, tạo
thành chuỗi phóng xạ.
Quá trình này xảy ra tự phát và không thể xác định chính xác
thời điểm một hạt nhân riêng lẻ phân rã. Tuy nhiên, với một lượng lớn hạt nhân,
tốc độ phân rã tuân theo quy luật thống kê xác định.
Ba dạng bức xạ chính
Phân rã alpha
Hạt alpha gồm 2 proton và 2 neutron, tương đương hạt
nhân helium. Khi phát alpha, số proton của hạt nhân giảm 2 và số khối giảm 4.
Bức xạ alpha có khả năng ion hóa cao nhưng khả năng xuyên
thấu thấp. Một lớp không khí hoặc vật liệu mỏng có thể làm suy giảm đáng kể
bức xạ này.
Do đó, khi đo alpha, hình học đo và cấu tạo đầu dò rất quan trọng. Không phải máy đo phóng xạ thông thường nào cũng có khả năng phát hiện alpha hiệu quả.
Phân rã beta
Phân rã beta xảy ra khi neutron và proton chuyển đổi lẫn
nhau trong hạt nhân.
- β⁻:
neutron chuyển thành proton, phát ra electron.
- β⁺:
proton chuyển thành neutron, phát ra positron.
Bức xạ beta có khả năng xuyên thấu cao hơn alpha nhưng vẫn bị
suy giảm đáng kể khi đi qua vật chất.
Tùy thiết kế, máy đo phóng xạ có thể sử dụng ống
Geiger-Müller, detector nhấp nháy hoặc detector bán dẫn để phát hiện beta.
Phát gamma
Gamma là bức xạ điện từ năng lượng cao phát ra khi hạt
nhân chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái năng lượng thấp hơn.
Gamma có khả năng xuyên thấu lớn hơn alpha và beta nên thường
được quan tâm trong các phép đo suất liều và khảo sát bức xạ môi trường.
Khác với alpha và beta, phát gamma không làm thay đổi số
proton hoặc neutron của hạt nhân.
Máy đo phóng xạ đo gì?
Máy đo phóng xạ là thiết bị sử dụng đầu dò để phát hiện bức xạ ion hóa, chuyển tương tác của bức xạ thành tín hiệu điện và xử lý tín hiệu đó để xác định mức bức xạ theo một đại lượng đo cụ thể, chẳng hạn tốc độ đếm (CPS/CPM) hoặc suất liều (µSv/h, mSv/h). Ngoài thông số phóng xạ thì máy đo phóng xạ có thể đo nhiều loại thiết bị khác nhau:
- CPS/CPM: số xung bức xạ được phát hiện trong một giây/phút.
- Bq: hoạt độ phóng xạ, tương ứng với số phân rã mỗi giây.
- Sv/h: suất liều, thể hiện mức liều bức xạ nhận được theo thời gian.
- Phổ năng lượng: cho biết phân bố năng lượng của các sự kiện bức xạ, phục vụ phân tích sâu hơn.
Cần phân biệt tốc độ đếm với suất liều. Một giá trị CPM hoặc CPS không thể tự động quy đổi thành Sv/h nếu không có điều kiện đo, loại đầu dò và hệ số hiệu chuẩn phù hợp.
Đầu dò quyết định khả năng đo
Không có một đầu dò duy nhất tối ưu cho mọi loại bức xạ. Khả năng phát hiện phụ thuộc vào loại detector, vật liệu, kích thước, độ nhạy, dải năng lượng và cấu hình thiết bị.
Ống Geiger-Müller
Ống Geiger-Müller (GM) sử dụng khí bên trong ống để tạo xung điện khi bức xạ ion hóa đi qua.
Ưu điểm là cấu tạo tương đối đơn giản, độ nhạy tốt và phù hợp với nhiều thiết bị đo cầm tay.
Buồng ion hóa
Buồng ion hóa đo dòng điện sinh ra từ quá trình ion hóa khí trong detector.
Loại đầu dò này thường được sử dụng khi cần đo suất liều ổn định và chính xác, đặc biệt trong các phép đo bức xạ có cường độ tương đối cao.
Đầu dò nhấp nháy
Đầu dò nhấp nháy chuyển năng lượng bức xạ thành ánh sáng, sau đó biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện.
Loại đầu dò này có độ nhạy cao và có thể được thiết kế để cung cấp thông tin năng lượng, đặc biệt trong các hệ thống đo gamma.
Đầu dò bán dẫn
Đầu dò bán dẫn tạo ra các cặp electron–lỗ trống khi bức xạ tương tác với vật liệu bán dẫn.
Ưu điểm lớn là khả năng phân giải năng lượng cao, phù hợp với các hệ thống cần phân tích phổ hoặc phân biệt các mức năng lượng khác nhau.
Cách chọn máy đo phóng xạ
Khi lựa chọn máy đo phóng xạ, cần xác định các yếu tố sau:
1. Loại bức xạ cần đo
Xác định máy có hỗ trợ α, β, γ hoặc X-ray hay không. Một thiết bị chỉ phù hợp với gamma không đồng nghĩa có thể đo alpha hiệu quả.
2. Loại đầu dò
Kiểm tra máy sử dụng GM, buồng ion hóa, detector nhấp nháy hay bán dẫn. Đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy và phạm vi ứng dụng của thiết bị.
3. Đại lượng đo
Xác định nhu cầu là đo CPS/CPM, Bq, Sv/h hay phổ năng lượng. Không phải thiết bị nào cũng hỗ trợ tất cả các đại lượng này.
4. Dải đo và độ nhạy
Dải đo phải phù hợp với mức bức xạ dự kiến. Khi làm việc với mức thấp, độ nhạy và khả năng phân biệt tín hiệu với phông nền đặc biệt quan trọng.
5. Hiệu chuẩn
Thiết bị cần có thông tin về hiệu chuẩn và điều kiện áp dụng. Kết quả đo chỉ có ý nghĩa khi Máy đo bức xạ được sử dụng đúng cấu hình và phương pháp đo.
