Nghiên cứu phát triển vật liệu Lithium Aluminate đo liều photon

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ----------------------------- NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LITHIUM ALUMINATE (LiAlO2) ĐỂ ĐO LIỀU PHOTON LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ----------------------------- NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LITHIUM ALUMINATE (LiAlO2) ĐỂ ĐO LIỀU PHOTON LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân Mã số: 9.06 Người hướng dẫn khoa học: 1. Nguyễn Trọng Thành Hà Nội - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Văn Giáp và TS. Nguyễn Trọng Thành.

Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng bảo vệ ở bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận án Nguyễn Thị Thu Hà i LỜI CẢM ƠN. Để hoàn thành được chương trình tiến sĩ và viết luận án, tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của các tổ chức, cá nhân.

Lời đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn là TS. Trịnh Văn Giáp và TS. Nguyễn Trọng Thành đã tận tình hướng dẫn truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong chuyên môn, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn các thầy cô, các cán bộ tham gia giảng dạy và công tác tại Trung tâm Đào tạo hạt nhân - Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ và hỗ trợ mọi thủ tục cần thiết cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án.

Trong quá trình thực hiện luận án “Nghiên cứu và phát triển vật liệu lithium aluminate (LiAlO2) để đo liều photon”, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể ban lãnh đạo, các nhà khoa học, cán bộ Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, Viện Khoa học vật liệu, Trung tâm Đào tạo Hạt nhân. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó. Cuối cùng tác giả muốn giành tình cảm chân thành gửi lời cảm ơn bố mẹ, người thân và đặc biệt là người chồng yêu quý đã luôn ở bên cạnh động viên, hỗ trợ và giúp đỡ tôi học tập, làm việc và hoàn thành luận án. Luận án không tránh khỏi còn nhiều khiếm khuyết, thiếu sót, tác giả mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp của quí thầy cô, nhà khoa học, đồng nghiệp và những người quan tâm, để tác giả tiếp tục hoàn thiện luận án của mình.

Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thu Hà ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. ix MỞ ĐẦU.

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN .1 Tương tác của bức xạ với vật chất .1 Sự ion hóa trực tiếp và gián tiếp .2 Tương tác của bức xạ ion hóa với vật chất.2 Các đại lượng, đơn vị và phương pháp đo liều bức xạ .1 Các đại lượng và đơn vị trong đo liều bức xạ .2 Các phương pháp đo liều bức xạ .3 Phương pháp đo liều nhiệt phát quang.4 Các tham số động học trong đo liều nhiệt phát quang .5 Vật liệu dùng trong đo liều nhiệt phát quang .3 Tổng quan về vật liệu LiAlO2 .1 Vật liệu LiAlO2 và ứng dụng trong đo liều bức xạ .2 Tổng quan nghiên cứu về vật liệu LiAlO2 trên thế giới và trong nước .4 Tiểu kết chương 1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU LiAlO2 .1 Phương pháp chế tạo vật liệu LiAlO2 .1 Dụng cụ và thiết bị chính dùng cho chế tạo vật liệu.2 Phương pháp chế tạo vật liệu LiAlO2 .2 Khảo sát đặc trưng cấu trúc hình thái học của vật liệu LiAlO2 .1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM).3 Nghiên cứu khảo sát đặc tính đo liều của vật liệu LiAlO2 .1 Nguồn chiếu xạ.2 Thiết bị đo nhiệt phát quang .4 Phân tích đường cong TL của LiAlO2 bằng phương pháp giải chập .5 Tiểu kết chương 2. 51 iii Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LiAlO2.

Kết quả chế tạo và khảo sát đặc trưng cấu trúc của vật liệu LiAlO2 .1 Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết và giá trị pH đến cấu trúc pha của mẫu được chế tạo .2 Kết quả đo phổ nhiễu xạ tia X .3 Kết quả đo kính hiển vi điện tử quét .2 Kết quả nghiên cứu khảo sát đặc tính đo liều của vật liệu γ-LiAlO2. Phông và giới hạn phát hiện của LiAlO2. Độ đồng đều của vật liệu LiAlO2 sau khi được chế tạo .4 Độ nhạy tín hiệu nhiệt phát quang của LiAlO2 .5 Nghiên cứu, khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu LiAlO2 .6 Đáp ứng liều của vật liệu LiAlO2 .7 Độ suy giảm tín hiệu TL sau khi chiếu xạ .3 Nghiên cứu, khảo sát đường cong TL và các tham số bẫy của vật liệu LiAlO2 .1 Dạng đường cong ứng với các loại bức xạ khác nhau .2 Nghiên cứu khảo sát tín hiệu TL của vật liệu LiAlO2 khi thay đổi tốc độ gia nhiệt .4 Phân tích đường cong TL của LiAlO2 bằng phương pháp giải chập .1 Đường cong TL mô phỏng được so sánh với đường cong thực nghiệm của vật liệu LiAlO2 được chế tạo bằng phương pháp sol-gel .2 Đường cong TL mô phỏng được so sánh với đường cong thực nghiệm của vật liệu LiAlO2 được chế tạo bằng phương pháp sol-gel kết hợp với EDTA.5 Tiểu kết chương 3. ÁP DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ NHẬN DẠNG, ĐÁNH GIÁ LIỀU CỦA VẬT LIỆU LiAlO2 .1 Giới thiệu mạng nơron nhân tạo .1 Khái niệm mạng nơron nhân tạo .2 Phân loại mạng nơron nhân tạo .3 Mô hình mạng nhiều lớp .4 Quá trình học của mạng nơron .5 Thuật toán lan truyền ngược .2 Xây dựng cấu trúc mô hình mạng .3 Xây dựng cơ sở dữ liệu dùng cho việc huấn luyện mạng .4 Quá trình huấn luyện .5 Kết quả áp dụng mạng nơron nhân tạo để nhận dạng, đánh giá liều của vật liệu LiAlO2 .1 Kết quả áp dụng ANN để nhận dạng, đánh giá liều của vật liệu LiAlO2 sau 52 lần học .2 Kết quả áp dụng ANN để nhận dạng, đánh giá liều của vật liệu LiAlO2 sau 109 lần học .3 Viết chương trình thu thập, tính toán dữ liệu, ứng dụng mạng nơron .6 Tiểu kết chương 4.

109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 128 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt ANN Artificial Neural Network Mạng nơron nhân tạo E Activation Energy Năng lượng kích hoạt EDTA Etylen Diamin Tetra Acetic Hợp chất hóa học EDTA EPR Electron Paramagnetic Resonance Cộng hưởng thuận từ điện tử FOM Figure Of Merit Hệ số làm khớp GOT General Of Trap Một bẫy tổng quát Ủy ban quốc tế về An toàn bức International Commission on ICRP xạ Radiation Protection International Commission on Ủy ban quốc tế về đơn vị và đo ICRU Radiation Units and Measurements lường bức xạ LiAlO2 Lithium aluminate Vật liệu LiAlO2 LiF Lithi fluoride Hợp chất vô cơ LiF MLP Multilayer perceptron Mạng truyền thẳng nhiều lớp OSL Optical Stimulated Luminesence Phát quang cưỡng bức quang s Frequency Factor Tần số thoát SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TL Thermo-Luminescence Nhiệt phát quang TLD Thermo-Luminescence Detector Đầu dò nhiệt phát quang TSC Thermal Stimulated Conductivity Độ dẫn điện cưỡng bức nhiệt Thermally Stimulated Phát quang cưỡng bức nhiệt TSL Luminescence XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT Tiêu đề bảng Trang 1.1 Giá trị trọng số bức xạ (wR) của một số loại bức xạ ion 12 hóa có năng lượng khác nhau 1.2 Giá trị trọng số mô wT được ICRP khuyến cáo 13 1.3 Một vài tính chất của lithium aluminate 30 1.4 Đặc tính đo liều của một số vật liệu nhiệt phát quang 39 3.1 Cấu trúc pha của vật liệu bị ảnh hưởng bởi việc điều 53 chỉnh giá trị pH khi được thiêu kết ở nhiệt độ 600 0C 3.2 Cấu trúc pha của vật liệu bị ảnh hưởng bởi việc điều 54 chỉnh giá trị pH khi được thiêu kết ở nhiệt độ 800 0C 3.3 Cấu trúc pha của vật liệu bị ảnh hưởng bởi việc điều 54 chỉnh giá trị pH khi được thiêu kết ở nhiệt độ 900 0C Dữ liệu cấu trúc của vật liệu γ- LiAlO2 sau khi được chế 3.5 Giá trị phông và giới hạn phát hiện của LiAlO2 60 3.6 Kết quả đánh giá độ đồng đều của LiAlO2 62 3.7 Đánh giá độ tuyến tính đo liều của LiAlO2 63 3.8 Kết quả kiểm tra khả năng tái sử dụng của vật liệu 65 LiAlO2 được chế tạo bằng phương pháp sol-gel kết hợp với EDTA sau khi được chiếu bức xạ gamma 4mGy 3.9 Suy giảm tín hiệu TL của một số vật liệu khác nhau sử 71 dụng trong đo liều bức xạ và vật liệu do chúng tôi chế tạo 3.10 Dịch chuyển đỉnh phổ TL của LiAlO2 theo tốc độ gia 74 nhiệt 3.11 Các tham số bẫy xác định bằng phương pháp dạng đỉnh 77 của LiAlO2 được chiếu xạ gamma 0,3 Gy với tốc độ gia nhiệt 5 0C/s vii 3.12 Các tham số bẫy xác định bằng phương pháp dạng đỉnh của 77 LiAlO2 được chiếu xạ beta 30 phút với tốc độ gia nhiệt 10 0 C/s 3.13 Các tham số động học tính bằng phương pháp vị trí 78 đỉnh của LiAlO2 được chiếu xạ chiếu xạ gamma 0,3 Gy với tốc độ gia nhiệt 5 0C/s.14 Các tham số động học tính bằng phương pháp vị trí 78 đỉnh của LiAlO2 được chiếu xạ beta với tốc độ gia nhiệt 10 0C/s 3.15 Các tham số bẫy của LiAlO2 được chế tạo bằng sol-gel 81 chiếu bức xạ gamma 0,3 Gy 3.16 Các tham số bẫy của LiAlO2 được chế tạo bằng sol-gel 85 với EDTA chiếu bức xạ gamma 0,3 Gy.1 Bảng tóm tắt kết quả tính toán của mạng nơron sau 52 101 lần học 4.2 Bảng tóm tắt kết quả tính toán của mạng nơron sau 109 104 lần học P2.1 Bảng kết quả tính toán của mạng nơron sau 52 lần học 128 P2.2 Bảng kết quả tính toán của mạng nơron sau 109 lần 131 học viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Tiêu đề hình vẽ Trang 1.1 Sơ đồ phân rã của 212 83Bi 4 1.2 Sơ đồ phân rã của 64 29Cu 5 137 1.