báo cáo nghiên cứu phương pháp chuẩn k0-inaa tại kênh nhanh của hệ phân tích kích hoạt với nguồn am-be

LOGO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA- THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Tp. HỒ CHÍ MINH- 09/2014
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CHUẨN HÓA k
0
−INAA TẠI KÊNH NHANH CỦA HỆ
PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT VỚI NGUỒN Am–Be
Người hướng dẫn khoa học:
TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG
NGUYỄN THỊ HOÀI THU
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao
Mã số: 60 44 05
Nội dung
Lý do chọn đề tài
1
Tổng quan về phân tích kích hoạt neutron
2
Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
của một số nguyên tố tại kênh nhanh nguồn
Am-Be
3
Áp dụng phương pháp chuẩn hóa k
0
-INAA phân tích hàm lượng một số nguyên tố
4
5
Kết luận và kiến nghị

2
Lý do chọn đề tài
Hệ thống phân tích kích hoạt neutron của Bộ môn Vật lý Hạt nhân sử dụng nguồn neutron đồng vị Am-Be
Kênh neutron nhiệt
Kênh nhanh
Kênh nhiệt
nghiên cứu và phát triển phương pháp chuẩn hóa k
0
tại kênh neutron nhiệt của
nguồn Am-Be
Kênh neutron nhanh: φ
f
φ
e
α f
cần thiết nghiên cứu phương pháp chuẩn hóa k
0
-INAA tại kênh nhanh của hệ phân tích kích hoạt.
3
I. Tổng quan
I.1. Phân tích kích hoạt neutron (Neutron ActIIation Analysis – NAA)

Cho phép xác định định tính và định lượng các nguyên tố.

Khả năng phân tích đồng thời đa nguyên tố.

Độ nhạy đến ppm hoặc ppb.

Không phá mẫu.


Thích hợp trong việc xác định các mức hàm lượng rất thấp trong vật liệu siêu sạch hoặc khi lượng mẫu phân
tích rất nhỏ.
4
I.2. Nguyên lý của phương pháp
phân tích kích hoạt neutron
Sơ đồ mô tả phản ứng (n,γ)
I. Tổng quan
5
A 1 A 1 * A 1
Z 0 Z Z
X n ( X) X
+ +
+ → → + γ

Nguồn neutron (nguồn ĐV, máy phát/máy gia tốc, lò phản ứng)

Dụng cụ thích hợp để phát hiện/ghi nhận & xử lý phổ gamma

Kiến thức tổng hợp về:
- Phản ứng hạt nhân của neutron tương tác với hạt nhân bia trong mẫu;
- Quá trình phân rã của hạt nhân phóng xạ tạo thành sau phản ứng.
I.3. cơ sở vật chất của NAA
I. Tổng quan
6
S =1-exp(-λt
i
) D = exp(-λt
d
) C = [1-exp(-λt
m

)]/(λt
m
)
I.4. phương trình kích hoạt
7
I. Tổng quan
p
A
th th 0 e e p
m
N
N .w.
[G . G I( )].S.D.C. .
t M
θ
= φ σ + φ α γ ε
I. Tổng quan
I.5. các phương pháp chuẩn hóa
Chuẩn hóa tuyệt đối
Chuẩn hóa tương đối
Chuẩn đơn nguyên tố
Chuẩn hóa k
0
8
I. Tổng quan
I.5. các phương pháp chuẩn hóa

Phương pháp chuẩn hóa tuyệt đối
Thông số trường
neutron

Thành phần đo phổ Số liệu
hạt nhân
Hiệu suất detector
Ảnh hưởng bởi nhiều nguồn sai số do sử dụng một loạt số liệu hạt nhân và số liệu thực nghiệm
9
p m
*
* * * * * *
p
0 th 0
* *
sp 0 th e 0
p
.
6
e
N / t
M. . G .f G .Q ( )
w.S.D.C
( g / g) . . . 10
A M . . . G .f G .Q ( )
.
ε
θ γ σ + α
ρ µ =
θ γ σ + α ε
I. Tổng quan
I.5. các phương pháp chuẩn hóa

Phương pháp chuẩn hóa tương đối

Mẫu
Chuẩn
rất khó để tạo ra mẫu chuẩn có thành phần hóa học giống với mẫu phân tích
không phù hợp để phân tích đa nguyên tố
10
P m
*
P m
6
N / t
w.S.D.C
( g / g) .10
N / t
WS.D.C
ρ µ =
 
 ÷
 ÷
 
I. Tổng quan
I.5. các phương pháp chuẩn hóa

Phương pháp chuẩn đơn nguyên tố
 Hệ số k
 Phương trình cơ bản
Vì hệ số k phụ thuộc vào các thông số của thiết bị chiếu và hệ đo
Không linh hoạt khi thay đổi điều kiện chiếu và đo
11
*
p

th e 0
* * * * * *
th e 0 p
G .f G .Q ( )
M . . .
k . .
M. . . G .f G .Q ( )
ε
+ α
θ σ γ
=
θ σ γ + α ε
P m
*
P m
6
N / t
1
w.S.D.C
( g / g) . .10
k
N / t
W.S.D.C
ρ µ =
 
 ÷
 ÷
 
I. Tổng quan
I.5. các phương pháp chuẩn hóa


Phương pháp chuẩn hóa k
0
 Hệ số k
0
 Phương trình cơ bản
12
*
0
0
* * *
0
M . . .
k
M. . .
θ γ σ
=
θ γ σ
p m
p,Au
0,Au
6
a
0,Au
p m
0,a p,a
Au
N t
w.S.D.C
f Q ( )

1
k (a) . . . .10
N t
(a) f Q ( )
W.S.D.C
 
 ÷
ε
+ α
 
=
ρ + α ε
 
 ÷
 
p m
*
sp 0,Au e
*
* * *
p
6
th e 0
p
th 0
.
N / t
G f G Q ( )
1
w.S.D.C

( g / g) . . . .10
A k (a) G .f G .Q ( )
ε
+ α
ρ µ =
ε
+ α
Phản ứng hạt nhân
Phản ứng hạt nhân
Thời gian chiếu
Thời gian chiếu
Thời gian rã
Thời gian rã
II.Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
II.1. Lựa chọn các yếu tố cần thiết cho phân tích kích hoạt neutron
Thời gian đo
13
II.2. Hệ phân tích kích hoạt neutron tại Bộ môn VLHN
Cấu hình nguồn neutron Am-Be
14
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
II.2. Hệ phân tích kích hoạt neutron tại Bộ môn VLHN
Hệ chuyển mẫu MTA-1527 nhờ bơm áp lực
15

II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
II.2. Hệ phân tích kích hoạt neutron tại Bộ môn VLHN
Hệ phổ kế gamma với detector HPGe.

Detector
HPGe
Bình chứa Nitơ
lỏng
Máy tính
16
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
II.3.Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
PHƯƠNG PHÁP
TỈ SỐ CADMI
17
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
(1)
( )
( )
Cd,r Cd,r 0 e,r th,r

f F R 1 Q G / G= − α
( )
( )
( )
( )
e,Au e,a
Cd,Au Cd,Au 0,Au Cd,a Cd,a 0,a
th,Au th,a
G G
F R 1 Q F R 1 Q
G G
− α = − α
Au a
f f f= =
( ) ( )
Cd,Au Cd,Au th,a e,Au
0,a 0,Au
Cd,a Cd,a th,Au e,a
(F R 1) G G
Q . . .Q
(F R 1) G G
−
α = α
−
( )
0,a
Cd,a Cd,a
f
Q
(F R 1)

α =
−
F
Cd,Au
= 0,991
F
a
= 1
W
t
i
t
m
t
d
N
P
II.3. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
f = 3,213 ± 0,013
18
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
[10]
( )
0,a
Cd,a Cd,a
f

Q
(F R 1)
α =
−
=
sp
Cd
*
sp
A
R
A
=
p m
sp
N / t
A
W.S.D.C
II.3. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
Chuẩn bị mẫu
Nguyên tố phân tích: Au, Mn, V, Mo, Br
19
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
Sấy mẫu bằng đèn
hồng ngoại
Nghiền và rây

mẫu
Trộn đều mẫu
Cân mẫu bằng
cân điện tử
Đóng gói mẫu
II.3. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
Chuẩn bị mẫu
20
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
II.3. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
Đèn hồng ngoại và cân điện tử
21
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
II.3. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
Bảng 2.1. Khối lượng của các mẫu dùng cho thực nghiệm.
Đồng vị
Khối lượng (g)
Sai số (g)
Dùng chiếu trần Dùng chiếu bọc Cadmi
197
Au 0,2210 0,2220 0,001

55
Mn 0,0503 0,0503 0,001
98
Mo 0,0806 0,0805 0,001
51
V 0,1682 0,1686 0,001
81
Br 0,0684 0,0681 0,001
22
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
Phản ứng quan tâm
Ē
r
Năng lượng phát gamma, E
γ
(keV)
Chu kì
bán hủy, T
1./2
(giờ)
197
Au(n, γ)
198
Au
5,65 411,8 64,68
55
Mn(n, γ)

56
Mn
468 846,8 2,579
98
Mo(n, γ)
99
Mo
98
Mo(n,γ)
99
Mo( β
-
)
99m
Tc
241 140,5 65,94
241 140,5 6,015
51
V(n, γ)
52
V
7230 1434,1 0,0625
81
Br(n, γ)
82
Br
152 554,3 35,3
152 619,1 35,3
152 698,4 35,3
152 776,5 35,3

152 827,8 35,3
152 1044 35,3
152 1317,5 35,3
152 1474,9 35,3
Bảng 2.2. Thông số hạt nhân của các đồng vị quan tâm [6]
23
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
II.3. Thực nghiệm xác
định hệ số Q
0
Đồng vị Chiếu
Thời gian chiếu t
i
(s) Thời gian đo t
m
(s) Năng lượng E
γ
(keV) Diện tích đỉnh N
p
(số đếm)
197
Au
Trần
13810 5937 411,8
3642 ± 1,71%
55
Mn 13810 5937 846,8 1279 ± 2,94%

197
Au
Bọc
89520 6833 411,8
20113 ± 0,72%
55
Mn 89520 6833 846,8
1422 ± 2,76%
98
Mo Trần 260800 6420 140,5
1037 ± 3,45%
98
Mo Bọc 140160 8887 140,5
808 ± 4,23%
51
V Trần 1680 1658 1434,1
74 ± 11,62%
51
V Bọc 2700 1600 1434,1
29 ± 33,44%
81
Br Trần 67200 1996
554,3
698,4
776,5
827,8
1044
252 ± 7,49%
56 ± 20,47%
196 ± 8,18%

60 ± 18,34%
56 ± 19,81%
81
Br Bọc 96480 61180
554,3
698,4
776,5
827,8
1044
5687 ± 1,82%
1242 ± 5,02%
3663 ± 2,50%
1186 ± 4,81%
1047 ± 4,85%
Bảng 2.3. Các số liệu thực
nghiệm của các mẫu.
24
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0
Đồng vị
Năng lượng
E
γ
(keV)
Hoạt độ riêng
(phân rã/giây/gam)
R
Cd

Q
0
(α)
A
sp
A
*
sp
197
Au 411,8 79,6567 70,0338 1,1374 25,2658
55
Mn 846,8 8,2411 4,8377 1,7035 4,8728
98
Mo 140,5 4,0505 4,0915 1,0101 312,5579
51
V 1434,1 1,3714 0,5338 2,5694 2,0841
81
Br
554,3
698,4
776,5
827,8
1044
5,5184
1,1463
4,0121
1,1288
1,1463
5,3241
1,1009

3,8671
1,0859
1,1054
1,0365
1,0412
1,0375
1,0395
1,0370
93,9178
83,2039
91,4133
86,7848
92,6486
Bảng 2.4: Các số liệu
tính toán của vàng và
các đồng vị.
II.3. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
25
II. Thực nghiệm xác định hệ số Q
0
và k
0