4. Nguyên lý của phương pháp đo

Đo tích hợp nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng của sản phẩm phân rã sống ngắn của radon dựa trên các yếu tố sau:

a) Sử dụng màng lọc có hiệu suất cao để liên tục lấy mẫu sản phẩm phân rã sống ngắn của radon trong một thể tích khí đại diện cho không khí đang được điều tra;

b) Sử dụng detector vết hạt nhân trạng thái rắn để đếm và phân biệt theo bốn dải năng lượng, đối với các hạt alpha được phát ra bởi các sản phẩm phân rã sống ngắn của radon-222 thu thập được (hạt alpha có năng lượng  và  được sinh ra bởi sự phân rã ²¹⁸Po và ²¹⁴Po, và sự phân rã ²¹⁴Pb và ²¹⁴Bi ghi lại các nguồn phát hạt alpha thuộc loại này);

c) Tính nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng của sản phẩm phân rã sống ngắn của radon.

CHÚ THÍCH: Đối với sản phẩm phân rã của radon-220, phương pháp đo này liên quan tới việc phân biệt, và đếm các hạt alpha có năng lượng  và , được phát ra sự phân rã ²¹⁶Po và ²¹²Po, và sự phân rã ²¹²Pb và ²¹²Bi của các nguồn phát alpha thuộc loại này).

5. Thiết bị

5.1. Khái quát

Hệ thiết bị gồm một thiết bị đo, trong đó có hệ thống lấy mẫu, hệ thống phát hiện (xem Hình 1), và một hệ thống đếm. Thiết bị đo phải phù hợp với IEC 61577-1 và IEC 61577-3.

...

...

...

CHÚ DẪN

1  detector vết hạt nhân trạng thái rắn (SSNTD)

2  khe hút khí

3  lưu lượng kế

4  lối ra khí

5  bơm chân không

6  cái lọc hiệu suất cao

7  màng ngăn (rào ngăn khuếch tán)

8  ống chuẩn trực

...

...

...

10  dải quét

^a  mặt trước

^b  mặt bên

Hình 1 - Ví dụ bố trí của một thiết bị đo dùng để xác định nồng độ năng lượng hạt alpha tiềm tàng trung bình của sản phẩm phân rã sống ngắn của radon-222 theo bốn dải năng lượng

5.2. Thiết bị đo

5.2.1. Hệ thống lấy mẫu

Hệ thống lấy mẫu gồm các bộ phận sau:

a) Một màng lọc hiệu suất cao trong axetat xeluloza để thu thập sản phẩm phân rã của radon,

b) Một bơm lấy mẫu có tốc độ lấy mẫu phù hợp với khí và các đặc điểm giữ lại của hệ thống phát hiện.

...

...

...

Hệ thống lấy mẫu được đặt đối diện hệ thống phát hiện.

5.2.2. Hệ thống phát hiện

Hệ thống phát hiện gồm các bộ phận sau:

a) Ba màng boPET có độ dày khác nhau đặt tại một đầu của ống chuẩn trực được sử dụng để phân tách các hạt thuộc ba dải năng lượng. Bố trí hình học này được sử dụng để giảm thiểu năng lượng ban đầu của các hạt alpha được phát ra bởi các hạt nhân phóng xạ thu thập được trong một dải năng lượng tương thích với đặc điểm của cảm biến (SSNTD) được sử dụng.

b) Detector vết hạt nhân trạng thái rắn (SSNTD).

5.3. Hệ thống đếm

Hệ thống đếm gồm các bộ phận sau:

a) Thiết bị và thuốc thử hóa học thích hợp để tạo vết lên detector (SSNTD);

b) Kính hiển vi quang học và thiết bị đi kèm để quét và đếm các tạo vết.

...

...

...

6.1. Mục tiêu lấy mẫu

Mục tiêu lấy mẫu là thu thập liên tục tất cả các sol khí mang sản phẩm phân rã sống ngắn của radon, bất kể kích thước như thế nào (các phần đính kèm và không đính kèm), có trong không khí xung quanh trong suốt một khoảng thời gian lấy mẫu xác định (ít nhất một tuần).

6.2. Đặc điểm lấy mẫu

Việc lấy mẫu được thực hiện trong các điều kiện như quy định trong TCVN 10759-1 (ISO 11665-1).

Các sản phẩm phân rã sống ngắn của radon được lấy mẫu liên tục và trực tiếp từ không khí đang được điều tra bằng cách bơm và lọc một thể tích khí biết trước qua một màng thu có hiệu suất cao. Mẫu khí phải lấy từ nhiều hướng.

Màng lọc phải đặt càng gần khe hút khí khi lấy mẫu càng tốt để thu thập sản phẩm phân rã từ môi trường xung quanh với hiệu suất cao nhất.

Để đếm được chính xác số hạt alpha phát ra, hệ thống lấy mẫu phải hướng tới hạt nhân phóng xạ lắng đọng bề mặt của các đồng vị phóng xạ trên cái lọc và phải ngăn ngừa khả năng sol khí bị che lấp.

Hệ thống lấy mẫu phải được sử dụng trong điều kiện ngăn ngừa sự bít kín màng lọc, nguyên nhân gây ra tình trạng tự hấp thụ alpha phát ra từ các hạt thu thập được trên cái lọc hoặc làm giảm lưu lượng dòng lấy mẫu theo thời gian.

Lưu lượng dòng lấy mẫu phải ổn định (mức độ biến đổi không lớn hơn 10 % so với giá trị trung bình) để việc lấy mẫu thu được mẫu đại diện trong suốt quá trình lấy mẫu. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng thiết bị kiểm soát lưu lượng (khe phễu âm thanh, van điều khiển tự động, v.v...).

...

...

...

6.3.1. Khái quát

Việc lấy mẫu phải được thực hiện theo quy định trong TCVN 10759-1 (ISO 11665-1).

6.3.2. Lắp đặt hệ thống lấy mẫu

Việc lắp đặt hệ thống lấy mẫu phải được thực hiện như quy định trong TCVN 10759-1 (ISO 11665-1).

Trường hợp cụ thể đo trong nhà, hệ thống lấy mẫu được lắp đặt như sau:

a) Trong khu vực không trực tiếp nhận bức xạ mặt trời;

b) Cách xa nguồn nhiệt (lò sưởi, cửa sổ lớn, thiết bị điện, v.v...);

c) Cách xa khu vực đi lại, cửa ra vào và cửa sổ, tường và nơi thông gió (ví dụ, có thể đặt trên một đồ nội thất như giá kệ hoặc tủ).

6.3.3. Khoảng thời gian lấy mẫu

...

...

...

Thời điểm (ngày và giờ) lắp đặt và thời điểm tháo hệ thống lấy mẫu phải được ghi lại.

Khoảng thời gian lấy mẫu phải được xác định dựa theo mục đích sử dụng kết quả đo và hiện tượng được điều tra.

Khoảng thời gian lấy mẫu tối thiểu là một tuần để thu được kết quả đo nằm trên giới hạn phát hiện.

Khi đánh giá sự phơi nhiễm hàng năm đối với người, phép đo nên được thực hiện với khoảng thời gian lấy mẫu vài tháng.

Người sử dụng cần hiểu rõ đặc điểm bão hòa của cảm biến (SSNTD) và nên thực hiện cơ chế lấy mẫu sao cho không xảy ra trạng thái bão hòa.

6.3.4. Thể tích khí được lấy mẫu

Thể tích khí được lấy mẫu phải được xác định rõ cách đo lưu lượng dòng hoặc thể tích trong suốt khoảng thời gian lấy mẫu với một hệ thống lấy mẫu đã được hiệu chuẩn (ví dụ ống âm thanh).

Tổng thể tích khí được lấy mẫu trong suốt khoảng thời gian lấy mẫu phải được ghi lại.

7. Phương pháp phát hiện

...

...

...

8. Đo

8.1. Quy trình

Phép đo phải được thực hiện như sau:

a) Lựa chọn và đặt điểm đo.

b) Lắp đặt thiết bị đo (hệ thống lấy mẫu và hệ thống phát hiện).

c) Ghi lại địa điểm và thời điểm (ngày và giờ) lắp đặt thiết bị đo.

d) Thực hiện việc lấy mẫu khí được điều tra.

e) Tháo bộ thiết bị lấy mẫu sau khi kết thúc đo.

f) Ghi lại thời điểm (ngày và giờ) tháo thiết bị đo.

...

...

...

h) Tháo detector (SSNTD) khỏi hệ thống phát hiện.

i) Hiển thị kết quả phát hiện trên detector bằng cách tạo vết có sử dụng phương pháp hóa học thích hợp trong phòng thử nghiệm. Các vết ẩn gây ra bởi hạt alpha sinh ra từ sự phân rã radon và các sản phẩm phân rã sống ngắn của radon được chuyển thành các “vết nhìn thấy được”.

j) Quét hệ thống phát hiện dưới kính hiển vi quang học. Các dải quét trên detector được đánh dấu như trong Hình 1:

1) dải P₁ ghi lại các hạt alpha sinh ra từ ²¹⁸Po, ²¹²Bi và ²²²Rn;

2) dải P₂ ghi lại các hạt alpha sinh ra từ ²¹⁴Po và ²²²Rn;

3) dải P₃ ghi lại các hạt alpha sinh ra từ ²¹²Po;

4) dải P₄ ghi lại các hạt alpha sinh ra từ ²²²Rn.

k) Xác định mức phông nền của detector: lấy mười detector cùng lô có trong hệ thống phát hiện và đặt trong môi trường khí không có radon trong một khoảng thời gian bằng với khoảng thời gian lấy mẫu. Lặp lại các bước từ h) đến j) để xác định mức phông nền.

l) Tính toán để xác định nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng.

...

...

...

8.2. Đại lượng ảnh hưởng

Các đại lượng khác nhau có thể dẫn tới phép đo bị sai lệch và cho ra kết quả không mang tính đại diện. Tùy thuộc vào phương pháp đo và việc kiểm soát các đại lượng ảnh hưởng thông thường như được nêu trong IEC 61577-1 và TCVN 10759-1 (ISO 11665-1), các đại lượng sau phải được xem xét cụ thể:

a) Sự tồn tại ²²⁶Ra và bất kỳ chất phát alpha nào khác thu được trên màng lọc: Tình trạng này có thể tạo ra kết quả sai nếu không thực hiện việc hiệu chính thích hợp. Phải đếm tổng lượng alpha của màng lọc. Nếu kết quả đếm là cao thì có thể sử dụng phép đo phổ alpha để xác định và tính lượng hạt nhân phóng xạ phát alpha tồn tại.

b) Nhiệt độ (ảnh hưởng quá trình lấy mẫu) và độ ẩm (ảnh hưởng hiệu suất của thiết bị lấy mẫu): Sự ảnh hưởng của các biến số này có thể được hạn chế bằng cách tạm dừng lấy mẫu nếu các giá trị khuyến cáo bị vượt quá.

Phải tuân theo các khuyến nghị của nhà sản xuất trong bản hướng dẫn vận hành thiết bị đo.

8.3. Hiệu chuẩn

Thiết bị đo (hệ thống lấy mẫu và hệ thống phát hiện) phải được hiệu chuẩn như quy định trong TCVN 10759-1 (ISO 11665-1).

Sử dụng lưu lượng kế chuẩn để hiệu chuẩn lưu lượng của hệ thống lấy mẫu.

Mỗi quan hệ giữa các biến số đo được bởi hệ thống phát hiện và nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trung bình của các sản phẩm phân rã radon trong không khí phải được thiết lập bằng cách sử dụng các nguồn phóng xạ chuẩn hoặc chuẩn khác (ví dụ như môi trường không khí quy chiếu) được thừa nhận thông qua các chương trình so sánh chéo trên thế giới.

...

...

...

9. Biểu thị kết quả

9.1. Nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trung bình

Nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trung bình của sản phẩm phân rã sống ngắn của radon-222 được tính theo Công thức (1) (xem thêm TCVN 10759-1 (ISO 11665-1)):

(1)

Công thức (2) đạt được bằng cách xem xét các dải hạt alpha khác nhau mà thiết bị ghi nhận được và tính hiệu quả của việc thu thập và phát hiện.

(2)

Trong đó:

...

...

...

(3)

CHÚ THÍCH: Phương pháp này được sử dụng để xác định nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trung bình của các sản phẩm phân rã sống ngắn của radon cũng như của các sản phẩm phân rã của đồng vị radon-220 dựa trên việc đếm vết thuộc dải P₃.

Nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trung bình của sản phẩm phân rã radon-220 có thể được tính theo Công thức (4)

(4)

9.2.. Độ không đảm bảo tiêu chuẩn

Theo TCVN 9595-3 (ISO/IEC 98-3), độ không đảm bảo tiêu chuẩn của  được tính như trong Công thức (5):

(5)

Trong đó:

...

...

...

(6)

Ngoài ra, các yếu tố sau được áp dụng khi sử dụng Công thức (5):

a) Độ không đảm bảo tiêu chuẩn của  và  được coi như không đáng kể;

b) Độ không đảm bảo tiêu chuẩn của a và b được coi như không đáng kể;

c) Độ không đảm bảo tiêu chuẩn của tính hiệu suất phát hiện, e _hc, được tính toán bằng cách sử dụng phương pháp MONTE-CARLO và thường được cung cấp bởi nhà sản xuất;

d) Độ không đảm bảo tiêu chuẩn của tính hiệu suất thu thập, e _hc, đạt được bằng phép đo và thường được cung cấp bởi nhà sản xuất.

CHÚ THÍCH 1: Độ không đảm bảo tiêu chuẩn của số đếm đối với phông nền, , có được từ một mẫu của 10 detector lắp trong hệ thống phát hiện đặt trong môi trường khí không có radon trong vòng hai tháng là không đáng kể so với độ thay đổi gây ra bởi việc tạo ra và đếm các vết.

CHÚ THÍCH 2: Theo TCVN 9595-3 (ISO/IEC 98-3) độ không đảm bảo tiêu chuẩn của nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trung bình của sản phẩm phân rã của radon-220, ,được tính theo Công thức (7):

...

...

...

Trong đó:

(8)

9.3. Ngưỡng quyết định và giới hạn phát hiện

Trong đo thực tế nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng, việc tính ngưỡng quyết định và giới hạn phát hiện là không cần thiết vì cả hai giá trị này đều thấp hơn nhiều so với bất kỳ giá trị nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng nào trong môi trường thực tế. Chỉ cần cung cấp độ không đảm bảo tiêu chuẩn của kết quả đo và nếu được yêu cầu thì cùng khoảng phủ.

CHÚ THÍCH: Các kết quả mẫu trắng thu được từ việc đánh giá hệ thống phát hiện được lưu giữ trong 6 tháng mà không bị phơi nhiễm radon-222 và radon-220 đã cho các giá trị trung bình 3 nJ, với độ không đảm bảo tiêu chuẩn 5 nJ, cho phép tính ra ngưỡng quyết định để xác định năng lượng alpha tiềm tàng thực là 12 nJ và giới hạn phát hiện của năng lượng alpha tiềm tàng thực là khoảng 24nJ.

Giả định thể tích được lấy mẫu là 40 m³ (giá trị điển hình cho khoảng thời gian phơi nhiễm trong một tháng), ngưỡng quyết định nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng thực là 0,3 nJ/m³ và giới hạn phát hiện nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng thực là khoảng 0,6 nJ/m³, thấp hơn nhiều so với nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trong môi trường thực tế.

9.4. Giới hạn khoảng tin cậy

Giới hạn dưới, , và giới hạn trên, , là các giới hạn khoảng tin cậy được tính theo các Công thức (9) và (10) (xem ISO 11929):

...

...

...

(9)

;

(10)

Trong đó:

w = f [y/u(y)], f là hàm phân bố của phân bố chuẩn đã được chuẩn hóa;

w = 1 có thể được xác lập nếu , trong trường hợp này:

(11)

  g = 0,05 và k_{1-g /2} = 1,96 thường được chọn theo mặc định,

...

...

...

10.1. Báo cáo thử nghiệm phải tuân theo các quy định của TCVN ISO/IEC 17025 và phải bao gồm các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) Phương pháp đo (tích hợp);

c) Nhận dạng mẫu;

d) Đặc điểm lấy mẫu (chủ động);

e) Thời gian (ngày và giờ) lắp đặt và tháo thiết bị đo;

f) Khoảng thời gian lấy mẫu;

g) Vị trí lấy mẫu;

h) Các đơn vị biểu thị kết quả đo;

...

...

...

10.2. Có thể đưa các thông tin bổ sung như:

a) Mục đích đo;

b) Xác suất a, b và (1 - g);

c) Ngưỡng quyết định và giới hạn phát hiện; tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng mà có các cách thể hiện kết quả:

1) Nếu nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trung bình của sản phẩm phân rã sống ngắn của radon-222 được so sánh với ngưỡng quyết định (xem ISO 11929) thì kết quả của phép đo cần phải thể hiện là ≤ nếu kết quả thấp hơn ngưỡng quyết định;

2) Nếu nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trung bình của sản phẩm phân rã sống ngắn của radon-222 được so sánh với giới hạn phát hiện thì kết quả đo sẽ được thể hiện là ≤ nếu kết quả thấp hơn giới hạn phát hiện. Nếu giới hạn phát hiện vượt quá giá trị hướng dẫn thì phải lập thành tài liệu về phương pháp đo không phù hợp cho mục đích của phép đo.

d) Tất cả các thông tin liên quan có thể ảnh hưởng đến kết quả:

1) Điều kiện thời tiết vào thời điểm lấy mẫu;

2) Điều kiện thông gió đối với việc đo trong nhà (hệ thống thông gió cơ học, cửa ra vào và cửa sổ được mở hay đóng, v.v…).

...

...

...

Phụ lục A

(Tham khảo)

Ví dụ một phương pháp đáp ứng các yêu cầu trong TCVN 10759-2 (ISO 11665-2)

A.1. Thiết bị

Bộ đo bao gồm một hệ thống phát hiện và một hệ thống lấy mẫu (xem Hình 1).

Một màng lọc bằng axetat xeluloza hiệu suất cao (kích thước lỗ 1,2 μm) được dùng để thu thập sản phẩm phân rã radon.

Hệ thống phát hiện bao gồm các bộ phận sau:

a) Một bộ phân biệt năng lượng cơ học được đánh dấu bởi ba màn boPET có độ dày khác nhau từ 8 μm đến 40 μm và nối với ống chuẩn trực (cơ cấu hình học này được sử dụng để làm giảm năng lượng ban đầu của mỗi hạt alpha phát ra bởi hạt nhân phóng xạ thu thập được trong dải năng lượng phù hợp với đặc điểm của detector được sử dụng);

...

...

...

Detector được sử dụng không được lưu trữ ở nhiệt độ lớn hơn 50 °C.

A.2. Lấy mẫu

Lưu lượng dòng danh định của bơm lấy mẫu là 0,08 m³/h trong điều kiện vận hành bình thường.

Lấy mẫu khí và ghi lại các vết trên detector được thực hiện đồng thời.

Thiết bị đo được đặt trong một tháng (ngày 1 đến ngày 30 tháng mười một năm 2000) tại ba vùng của Pháp.

Thể tích khí lấy mẫu được tính toán, dựa trên kết quả ghi lại khoảng thời gian lấy mẫu và lưu lượng dòng đo được.

A.3. Quy trình đo

Việc đo được thực hiện như tại Điều 8.

Detector được tạo vết rõ trong phòng thử nghiệm sau giai đoạn phơi nhiễu để làm lộ các vết gây ra bởi sự đi qua của các hạt alpha.

...

...

...

A.4. Ví dụ

Kết quả đo  và  của khoảng thời gian một tháng (ngày 1 đến ngày 30 tháng mười một năm 2000) tại ba vùng của Pháp được trình bày trong Bảng A.1.

Bảng A.1 - Kết quả đo nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng

Vị trí lấy mẫu

V

...

...

...

nJ/m³

nJ/m

Parisian Basin

42,3

385

1133

498

...

...

...

42 ± 5

28 ± 4

Massif Central

55,9

321

1600

117

2

48 ± 6

...

...

...

Vendée

45,7

263

1270

217

16

44 ± 5

11 ± 2

Các giá trị sau áp dụng cho kết quả trong Bảng A.1:

...

...

...

- =1,23 x 10^-12 J

- = 9,722 x 10^-13 J

-  = 1.434 x 10^-12 J

- r = 0,56

- a = 1,099

- b = 0,045

- n = 2

- e_hc = 0,8

- e_gd = 1,037 x 10^-3

...

...

...

- u_rel(e_gd) = 0,015

- u_rel(V) = 0,05

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]  Nuclear Data base issued from the Decay Data Evaluation Project. Available at: http://www.nucleide.org.DDEP_WG/DDEPdata.htm.

[2]  UNSCEAR 2006 Report: Effects of ionizing radiation (Vol. 1, report to the General Assembly and two scientific annexes). United Nations Publication, New York, 2008.

[3]  ICRP Publacation 65. Protection against radon-222 at home and at work. In: Annals of the ICRP, 23(2), 1993.

[4]  Decree 90-222 of 9 March 1990 completing the general regulations for extraction industries instigated by Decree 80-331 of 7 May 1980. Journal Officiel de la Respublique Francaise, pp. 3067-3071,13 March 1990.

[5]  TCVN 9595-3 (ISO/IEC Guide 98-3), Độ không đảm bảo đo - Phần 3: Hướng dẫn biểu thị độ không đảm bảo đo (GUM:1995).

...

...

...

[7]  IEC 61577-4, Radiation protection instrumentation - Radon and radon decay product measuring instruments - Part 4: Equipment for the production of reference atmospheres containing radon isotopes and their decay products (STAR).

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10759-2:2016 (ISO 11665-2:2012) về Đo hoạt độ phóng xạ trong môi trường - Không khí: radon-222 - Phần 2: Phương pháp đo tích hợp để xác định nồng độ năng lượng alpha tiềm tàng trung bình của sản phẩm phân rã sống ngắn