Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng phóng xạ U, Th, K trong mẫu địa chất và môi trường

ĐẠI HỌC QƯÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỤ NHIÊN
***********************
XÂY DỤNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH
HÀM LƯỢNG PHÓNG XẠ U, TH,K
TRONG MẢU ĐỊA CHẤT VÀ MỒI TRƯỜNG
*
MÃ SÓ QT-04-08
CHỦ TRÌ ĐẺ TÀI: PGS. TS NGUYỀN TRIỆU TỦ
CÁC CÁN Bộ THAM GIA:
1. TS. Nguyễn Trung Tính
2. CN. Nguyễn Thị Chanh
3. KS. Trần Thanh Tân
4. CN. Lê Xuân Chung
5. CN. Nguyễn Ngọc Huynh
6 . CN.Nguyễn Tiến Phong
HÀ NỘI - 2005
Mục Lục
Mở đầu 4
Chuong I: Hệ phổ kế gamma hoạt độ nhỏ 5
1.1. Detectơ bức xạ gamma 5
1.2. Các nguồn tạo ra phông 6
1.3. Thiết bị Giảm phông 8
1.4. Hệ phổ kế gamma hoat độ nhỏ 8
Chưoìig II: Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng Uran, Thori, Kali

:

’ 7

.

.

„1 1
II. 1. Một số phương pháp xác định hàm lượng u 238, Th232, K40 trong mẫu 11
11.2. Khảo sát hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ phổ kế 13
11.3. Khảo sát sự tích luỹ của Rn222 và con cháu của nó

1 7
Kết luận 23
Tài liệu tham khảo 24
3
Mở đầu
Uranium, thorium, kalium là các đồng vị phóng xạ có thời gian sổng dài;
chúng có mặt khắp nơi trên trái đất. Tuỳ vào cấu tạo địa chất, vị trí địa lý, khí
hậu, nhìn chung hàm lượng của các đồng vị này khá nhỏ, nhất là đối với các
mẫu môi trường. Do vậy việc xác định hàm lượng của chúng trong các mâu cân
nghiên cứu thường khó khăn và không phải lúc nào cũng thực hiện được với độ
chính xác mong muốn. Ngoài ra, đổi với các mẫu địa chất, một đòi hỏi thực tê là
không những cần xác định hàm lượng các nguyên tố này trong các mẫu cân
nghiên cứu với độ chính xác cần thiết mà còn phải đảm bảo được cả vê mặt thời
gian (cần xác định nhanh). Đe xác định hàm lượng các đồng vị phóng xạ u, Th,
K trong các mẫu khảo sát, có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau;
chăng hạn như phương pháp khối phổ gia tốc, .Trong đề tài này chúng tôi quan
tâm tới việc xác định hàm lượng các đồng vị trên trực tiếp thông qua việc xác
định hoạt độ phóng xạ của chúng bằng phương pháp phổ bức xạ gamma. Có hai
loại phổ kế được sử dụng: Đó là hệ phổ kế gamma nhấp nháy và hệ phổ kế
gamma bán dẫn. Hệ phô kê gamma nhấp nháy có ưu điểm là hiệu suất ghi lớn,

không cần có nitơ lỏng đi kèm, thuận tiện trong đo đạc, vận chuyển. Nhược điểm
của hệ phô kê này là độ phân giải xấu và phông khá cao. Do vậy hệ phổ kế
gamma nhấp nháy thường chỉ được dùng trong các phép đo cần độ chính xác
không cao, thường chi sử dụng để xác định hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong
các mẫu địa chất. Đẻ có thể xác định hàm lượng các mẫu môi trường với độ
chính xác cao, cân plìải sử dụng hộ phô kế gamma bán dẫn (với detector
gemanium siêu tinh khiết (HPGe)).
Trong đô tài này, chúng tôi khảo sát một số yếu tổ cần thiết của một hệ đo
uamma hoại độ nhỏ phục vụ việc xác định hàm lượng các đồng vị phóng xạ (U,
Th, K) có trong các mẫu địa chất và môi trường và đề suất qui trình xác định
hàm lượng của chủng.
4
Chương I
Hệ phổ kế gamma hoạt độ nhỏ
1.1. Detectơ bức xạ gamma
Như đã trình bày trong phần mở đầu, để xác định hàm lượng các đông vị
phóng xạ u, Th, K có trong các mẫu đo; hai hệ phổ kế thường được sử dụng là:
- Hệ phổ kế gamma nhấp nháy với detectơ Nal(Tl)
- Hệ phổ kế gamma bán dẫn với detectơ HPGe.
Hệ phổ kế gamma nhấp nháy (Nal(Tl)), có thành phần chính là bản nhấp
nháy Nal(TI) và ống nhân quang điện. Hệ phổ kể gamma bán dẫn, có thành phần
chính là lớp bán dẫn p-n. Vói detectơ bán dan germanium, năng lượng đê tạo ra
một cặp điện tử- lỗ trống là 2,9 eV; trong khi đó đê tạo ra một photoelectron
trong tinh the Nai cần năng lượng khoảng lOOOeV. Do vậy một bức xạ gamma
năng lượng l MeV được hấp thụ hoàn toàn trong detectơ bán dẫn sẽ tạo ra
350.000 cặp điện tử- lồ trổng; còn với bản nhấp nháy Nai, chỉ tạo ra 4.000 quang
điện tử.
Phô bức xạ gamma của cletectơ bán dan được đặc trung bởi 3 thành phần
chính sau:
- Phân giải năng lượng cua detectơ

- Hiệu suât ghi của detecto'
- Tỷ sô đỉnh/ nền Compton.
Tỷ sỗ đinh/ nền Compton (hình l, bảng l) là đặc trưng rất quan trọng của
detecto bức xạ gamma; nó được xác định bởi tỷ sổ giữa độ cao của đỉnh hấp
thụ toàn phần 1332 keV của đồng vị Co60 đặt cách detecto 25cm chia cho độ
cao trung bình của nền Compton liên tục trong khoảng từ 1040 kcV đến
!096kcV. Tỷ số này phụ thuộc vào kích thước và bàn chất của detccto, nó có
giá trị từ 20- 90.
5
Hình 1. Tỷ số đỉnh trên nền Compton của detecto HPGe
Bảng 1. Các giá trị trong phổ tính tỷ số đỉnh/nền Compton của detecto HPGe
A
ROI c G
30394
511
87 44482
A- số đếm tại kênh cao nhất vùng đỉnh; ROI- sổ đếm trên 1 kênh trong vùng
quan tâm; C- số kênh trong vùng quan tâm; G- số đếm tổng cộng trong vùng
quan tâm.
Từ so liệu trên bảng 1 ta tính được tỷ số đỉnh trên nền Compton:
Tỷ số đỉnh /Compton - A/ROI=59:1
1.2. Các nguồn tạo ra phông.
Các yêu tô tạo nên phông bao gôm 3 nguyên nhân chính sau:
- Hoạt chât phóng xạ chứa trong vật liệu làm detecto.
- I loạt cliât phóng xạ chửa trong vật liệu xung quanh detecto.
- Tia vù trụ.
Tia vụ trụ tại độ cao bang mặt nước biển có thể chia ra làm hai thành phàn:
Thánh phần cứng (chiếm 73%) và thành phần mềm (chiếm 27%). Thành phần
círne, bao gồm các hạt muon và nucleon. Muon có khả năng đâm xuyên rất lớn;
để loại trừ thành phần này cần có hệ trùng phùng. Thành phần mềm tia vũ trụ

6
gồm có các hạt electron, position, gamma. Thành phần này có thể loại bỏ bừi
một tấm chì dày cỡ lOcm.
Cường độ tia vũ trụ thay đổi theo thởi gian và phụ thuộc vào rât nhiêu yêu tô;
do vậy trong trường hợp đo hoạt độ nhỏ (thời gian đo lâu) cần hết sức chú ý tới
thành phẩn này.
Các chất phóng xạ có trong vật liệu làm detecto cũng tham gia tạo nên phông
phóng xạ. Với tinh thổ Nal(TI), phông phóng xạ tạo ra do sự phóng xạ của Th, Ư
và đặc biệt là của K4I). Do được chế tạo bởi vật liệu có độ tinh khiết rất cao,
dctccto I IPGe có phông phóng xạ gây bởi vật liệu làm detecto rất thấp. Bảng 2
cho biết hoạt độ phóng xạ có trong một sổ vật liệu.
Báng 2. 'loạt độ phóng xạ có trong một số loại vật liệu (mBq/g)
loại vật liệu
Th2J2
Ư2J8
K
AI 0,7 0,07
0,9
Ti
0,004
0,06
0,02
Cu
0,04
0,06 0,2
Ge
0,02
0,02
0,2
Fe 0,01

0,01
0,1
MgO
0,2
0,3
0,4
Bức xạ từ các vật liệu xung quanh hệ phổ kế do các vật liệu này chửa các chất
phóng xạ thuộc các dãy u 238, Th232, Ư235 tồn tại từ khi hình thành trái đất. Hàm
lirợng u2-'8 trong đất đá cỡ 1 ppm; của Th232 cỡ 10 ppm và của K40 cỡ 0,1 - 1 %.
Báng 3 dua ra hoạt độ phóng xạ trung bình của một số vật liệu xây dựng
7
Bảng 3. Hoạt độ trung bình của một số vật liệu xây dựng (Bq/kg)
Loại vật liệu
Ra226 "
Thz-'2
Gran it 700
60
60
Cát
200
10
10
Ceramic 500
30 40
Clanhke
600 60 70
Đá 60 10
5
1.3. Thiết bị giảm phông
Phông phóng xạ do các thành phần bên ngoài gây nên có thể giảm được bằng

che chan; có hai loại che chăn: che chắn thụ động và che chắn tích cực.
- Che chăn thụ động:
Dùng các vật liệu có khả năng ngăn cản phóng xạ tốt (các vật liệu có số khối
lỏn) như Pb, w, Mo, Cu, Fe. Các vật liệu này cần phải là các vật liệu sạch. Hệ
che chắn thụ động thường có cấu tạo như sau:
Ngoài cùng là lóp Pb, sau đó đến lớp Cd (để hấp thụ bức xạ 72 keV của Pb),
tiếp theo là lớp Cu (hấp thụ tia X của Cd), cuối cùng là lớp che chắn bới vật liệu
có so z nhỏ hon Cu (dổ hấp thụ tia X đặc tnrng của Cu).
- Che chắn tích cực:
Che chăn tích cục thường là các hệ trùng phùng hoặc đối trùng, hệ này rất
có hiệu quả trong việc loại bỏ tia vũ trụ.
1.4. Hệ phổ kế gamma hoat độ nhỏ
Phô kế gamma dùng để xác định năng ỉirợng và hoạt độ của bức xạ
gamma có trong mầu đo. Năng lượng bức xạ gamma được xác định bời vị trí
dinh hâp thụ toàn phân cua bức xạ tới detecto. Cường độ của bức xạ được xác
đinh qua diện tích cùa đỉnh hâp thụ toàn phân này. Phô bức xạ gamma được ghi
8
nhận bởi hệ phân tích biên độ nhiều kênh và thường được xử lý bằng máy tính.
Tuy nhiên, những đánh giá ban đầu rất hữu ích trong việc lựa chọn các phương
pháp tổi ưu xử lý phổ. Phổ bức xạ gamma gồm các đỉnh năng lượng năm trên
nền Compton liên tục và phông. Diện tích đỉnh phổ- s, phông và nền Compton-
B tại miền đỉnh phổ (hình 2.) được xác định như sau:
Gọi k là sổ kênh dùng tính diện tích đỉnh phổ, I- số kênh dùng tính phông;
s„ - sô đèm trong kênh thứ n trong vùng tính diện tích đỉnh phổ; Bj, Bj - số đếm
cùa phông trong các kênh bên trái và phải đỉnh phổ. Khi đó diện tích đỉnh phổ có
thê được tính theo công thức sau:
Hình 2. Phương pháp xác định diện tích đỉnh phổ
Và phương sai của nó:
9
Với các phép đo hoạt độ nhỏ, thời gian đo mẫu thường khá lớn, do vậy cần

phải tính toán thời gian đo tối ưu cho đo mẫu và đo phông. Từ cực tiểu của độ
lệch chuẩn:
cr = Ậ S + B)/t + B /í
chúng ta tìm tỷ số thời gian tối ưu cho đo mẫu - Ts và đo phông - T[ị:
Ts ỈTữ = J (S + B )/B
Dặt T= Ts+ T[Ị và K = *J(S + B)! D , chúng ta có:
Ts= TK/( 1+K) và Tb= T/( 1+K)
Moạt độ phóng xạ nhỏ nhất có thể đo được Lọ được xác định bởi biểu thức
sau:
Lọ = (//2 + 2nơ4(B)!{teI ỵơ 2)
với: Iy- suất lượng phát bức xạ gamma
8 - hiệu suất ghi bức xạ gamma (có hệ số phát ỉy) của hệ phổ kế
Chương II
Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng Uran, Thori, Kali
Hàm lượng các đồng vị phóng xạ Ư238, Th232, K40 trong các mẫu địa chất,
đặc biệt trong các mẫu môi trường thường rất nhỏ. Do vậy để có thê xác định
được chúng với độ chính xác cao cần phải có hệ đo với độ nhạy cao và phông
thấp.
t
11.1. Một số phương pháp xác định hàm lượng u 238, Th232, K40 trong
mẫu
Hàm lương K4t) trong mẫu nghiên cứu được xác định qua đỉnh năng lượng
đặc tnrng 1460,8 keV của nó. Với u 238, và Th232, đây là hai đồng vị bắt đầu của
hai họ phóng xạ (hình 3). Thorium232 thường được xác định qua đỉnh năng
lượng 238,6 keV được phát ra bởi Pb212 hoặc đỉnh năng lượng 2614,6 keV được
phát ra bởi TI208, còn Uranium238 thường được xác định qua đỉnh 609,3 keV
hoặc đỉnh năng lượng 1764,6 keV được phát ra bởi Bi214. Do Bi214 là sản phẩm
con cháu của Rn222 có chu kỳ bán huỷ 3,82 ngày và Rn22 là chất khí, nên nó phải
được giữ lại trong mẫu bằng cách nhốt trong hộp mẫu kín để đảm bảo cân bằng
phóng xạ. Chu kỳ bán huỷ của Rn222 là 3,82 ngày; nên để sai sổ phép đo do ảnh

hưởng cùa sự chưa cân bằng phóng xạ hoàn toàn nhỏ hơn 1%, cần phải nhốt mẫu
ít nhât 27 ngày (> 7 chu kỳ bán huỷ).
Hai phương pháp sau được sử dựng để xác định hàm lượng uranium,
thorium, kalium trong các mẫu:
- Phương pháp tương đối:
Với phương pháp này, phô bức xạ gamma của mẫu chuẩn và mẫu cần nghiên
cứu được ghi nhộn. Hệ phổ kế xác định diện tích các đỉnh phổ đặc trưng cho
từng đồng vị. Tỷ số các diện tích này được tính toán. Trên cơ sở tỷ sổ này
cũng như các thông sô cùa hệ phô kế và hàm lượng các đồng vị cần quan tâm
đã biết trong mẫu chuẩn, ta xác định được hàm lượng các đồng vị trong mầu
cần nghiên cứu.
- Phương pháp tuyệt đối
Phương pháp này không cần mẫu chuẩn hàm: Hàm lượng các đồng vị cần
quan tâm được xác định trực tiếp qua các số liệu ghi được trên phổ (như diện
tích đỉnh phố, ) và các thông số của hệ phổ kế (như hiệu suất ghi, )-
Trong đê tài này, chúng tôi quan tâm tới phương pháp thứ 2; xác định hàm
lượng uranium, thorium, kalium bằng phương phcỉp tuyệt đối.
Trong phương pháp tuyệt đối, phổ bức xạ gamma của mẫu nghiên cứu được
kháo sát; các dính phổ năng lượng đặc trung: đỉnh 609 keV cho u 238, đỉnh 238
keV cho Th232; đỉnh 1460 cho K40 được xác định chính xác cả về vị trí và diện
tích. Thông qua các thông tin có được trên đỉnh phô đặc trưng, người ta xác định
được hoạt độ của đồng vị phát bức xạ:
H- hoạt độ của đồng vị phát bức xạ đặc trung
I- suất lượng của vạch năng lượng đặc trưng
8- hiệu suất ghi bức xạ đặc trưng cùa hệ phô kế
m- khối lượng mẫu đo
t- thời gian đo
S- diện tích dinh phô
Chúng ta nhận thấy, diện tích đỉnh phổ s đưọc xác định trên phổ bức xạ
ghi nhận được; suất lượng bức xạ I có thể tìm thấy trong các bảng tra cứu; khối

lượng mẫu đo m được xác định trước khi đo; thời gian đo t được xác định trong
khi đo. Còn một đại lượng cần xác định đó là hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ phổ
kế.
12
11.2. Khảo sát hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ phổ kế
Như trong chương I đã trình bày, hiệu suất ghi cùa hệ phổ kế gamma bán
dẫn phụ thuộc vào năng lượng có dạng rất phức tạp. Trong bài “Surveying the
HPGe detector absolute efficiency” chúng tôi đã khảo sát sự phụ thuộc hiệu suât
ghi tuyệt đối của detecto HPGe vào năng lượng bức xạ tới với nguồn có dạng
đĩa, đường kính 1 cm và đặt cách detecto 5 cm. Ket quả như sau:
Bảng 4 Sổ liệu thực nghiệm hiệu suất ghi tuyệt dổi cùa hệ phổ kế Gieni 2000
Order
Number
Energy
(KeV)
ly
(%)
Count
Count per
sccond
Activity
of source
Detection
efficiency
1 121.7793 30.6788 37400
10.3889
1057.0718
0.0098±1.72%
2
244.6927

7.7193 5740
1.5944
265.9770
0.0060±2.71%
3
295.96 0.4324
269
0.0747 14.8988 0.0050±1,16%
4 344.32
27.2
15500 4.3056
937.2059
0.0046±2.01%
5 444.03 2.8832
1320
0.3667 99.3438 0.0037±4.82%
6
688.62 0.8514
220 0.0611
29.3359 0.0021±13.6%
7
778.91
12.7187
3310
0.9194 438.2368 0.0021 ±3.16%
8
867.39
4.0963 852
0.2367
141.1425

0.0017±6.36%
9 964.05
14.3344
2990 0.8306
493.9075
0.0017±3.17%
10 1005.06
0.6364 134 0.0372
21.9306
0.0017± 16.81%
]]
1085.81
10.0966 1960
0.5444
347.8895
0.0016±3.6%
12 1089.73 1.8115 356
0.0989 62.4172
0.0016±1.16%
13 1112.08
13.4042
2560
0.0711
461.8565 0.0015±3.02%
14 1212.94 1.496 230 0.0639
51.5463
0.0012±l 1.24%
15
1299.2
1.74624

246 0.0683 60.1686 0.0011 ± 1.16%
16 1408.08
20.7264
3140
0.8722
714.1509
0.0012±2.81%
Chúng tôi khớp đường cong hiệu suất ghi theo hai biểu thức sau:
e = ỵ p , E - ' (2.2)
£ = |n(£ )"
Kct quả khớp như sau:
£|(E)= 1.65095 E'1- 30.281 E'2 - 3103.08 E'3 (2.3)
82(E) = 0.360458(lnE)''-7.62022 (InE)'2 +43.9916(lnE)° -84.6571(1nE)-
13
Hiệu suất ghi
tuyệt đổi
0.012
0.01
0.008
0.006
0.001
0.00?
• •
?no
400
80D ìnno 1200
Ì^inn
1., krV
Hình 3. Hiệu suất ghi tuyệt đối của detecto HPGe
nguồn đĩa đường kính lcm

0.04!:.
0.04 -
0.035 -
0.03 -
0.025 -
0 02 -
0.015
0.01 -
0.005 -
0
0
* UÍ2 3&?
« Thí222)
* KKO)
00
000
500
2000
2500
Hình 4. niệu suât ghi tuyệt đôi của detecto HPGe
nguồn là mầu chuân u, Th, K chứa trong hộp nhựa hình trụ
E, keV
14
Mình 5. Các đỉnh có trong mẫu chuẩn để chuẩn hiệu suất ghi
15
Bảng 5. Các đỉnh năng lượng dùng xác định hiệu suất ghi của hệ phổ kế I IPGe
Đông vị
Năng lượng
Suât lượng
Rr 2(ì

186,1
0,05789
Pb"4
295,1
0,185
Pb214
352,0
0,358
B\m
768,4
0,05
Bi214
934,0
0,032
Bi^14
ỉ 120,3
0,15
Bi214
1238,1
0,059
Bi214
1377,7
0,04
Bizl4
1764,5
0,159
Bi214 2204,1
0,05
Acin
338,4

0,124
Bi212
727,3
0,067
* 21H
Ac
794,8 0,046
Y|2()8
860,3 0,043
Ac22ii
911,2
0,29
966,8
0,232
K4"
1460,8
0,1066
Đe xác định hiệu suất ghi của hệ phổ kế phụ thuộc vào năng lượng bức xạ
gamma ghi nhận trong trường hợp mẫu đo không có dạng hình đĩa, mà có dạng
hình trụ, chúng tôi đã sử dụng mẫu chuân u, Th, K đựng trong hộp hình trụ (hộp
này sẽ được sứ dụng khi đo mầu cần nghiên cứu). Các sô liệu cho trong bảníi 5
và hỉnh 4, hỉnh 5.
16
11.3. Khảo sát sự tích luỹ của Rn222 và con cháu của nó
Như đã trình bày trong phần II. 1 một trong các khó khăn trong việc xác
định hàm lượng u 21s trong mẫu nghiên cứu là mẫu cần phải được nhốt kín ít nliât
27 ngày trước khi đo nếu muốn sai số do điều này gây ra không vượt quá 1%.
Liệu có giải pháp nào tránh được việc phải chờ tới 1 tháng sau khi chuân bị mâu
mới tiến hành đo không. Các tác giả Mauziori et al. đã khảo sát quá trình này
Sau khi mẫu được xử lý và nhốt kín chúng ta có các hệ thức sau:

dN ,
dí
(IN
~dt
(IN(
~dí
(ỈN,
P - W ,
= ẲliN lỉ- Ẳ cN c (2.4)
= ẢCN c - ẤnNn
dt
Vói p- hằng số tốc dộ san phấm của Rn222
A, B. c, D- là ký hiệu cho các hạt nhân Rn222, Po218, Pb214, Bi2l4tương ứng
Chúng ta giả thiết rang một phần 4, nào dó cùa Rn222 tạo ra li. n lục bị phái
ra từ mẫu nguyên khối, một phần khác -X khác thoát ra trong quá trình xử lý mẫu
(nghiền, xay, Do vậy ta có 0 < < 1; 0< X <1 •
Ngay sau khi xử lý mẫu (t=0), ta có:
^aNa(O) = (1 - ^ - x)p (2.5)
ằbNb(0) = XcNc(O) = ^dNd(O) = (1- S)p (2.6)
Giài plurơng trình (2.4) với các điều kiện (2.5), (2.6) chúng ta được:
Ản ẲA Ảlf
(ỉ+X)e~A' -{ Ẹ ^ r + x V ^
/\rn
Ẩr (A/( - /í.( )(/l„ - Ẳr )(ẦC - ẢA)
(2 .8 )
(2.9)
U K - Ấ c)(ặ+x)e^ - Ả M ỉ + Ẫ a k ^ + ịÁ \ — a i ỉ+ \- x ) ẽ >'‘
p
N0i!) = f - - p
Ájy

Ả/ịẦ^+ỵ)
-e * +-
'lA -£ + M ỉ4r
-ẢRf
(ẲfJ - ẢÁ)(ẲC - ẰA){ẰD-Ấ A) (ẲA - ẰR)(/\. - XB){ẰD - ẢB)
(2.10)
(ẪA -Ẳr){ẢB -Ầr)(Ãp -Ãr ) ^I)(^A ~^p)(^ỉi ~^d)
Từ công thức (2.10) ta nhộn thấy hoạt độ phóng xạ của Bi214 trong mẫu
sau khi xử lý là một hàm sô của thời gian (hình 6).
Chú ý rằng hằng số phân rã Ả của các đồng vị u 238, Til232, K4I) khác nhau
và có giá trị như sau:
\ a= 2 ,I 0 .1 0 "6/s
Ằb=3,80.10'-7s
^c=4,3 1.10'4/s
( 2. 11)
ằ.d=5,86. 10‘4/s
Từ biểu thức (2.1 1), sau khi mẫu được xử lý 5 h (18.000 s), các sổ hạng
trong dẩu ngoặc vuông [] trong biểu thức (2.10) có giá trị rất nhổ có thể bo qua
so với so hạng với thừa số exp(-Ằ.At). Như vậy có thê viêt:
Ị)Ả„ẢcẢl)(ặ + x)
ẢnN,Á0 = p -
(
2
.
12
)
Do đó, nếu thực hiện hai phép đo tại các thời điêm t = t| và t = t2, thì từ phương
trình (2.12) ta có thế xác định được tốc độ sản phẩm của Rn222, p.
18
thời gian (giờ)

Hỉnh 6. Hoạt độ phóng xạ của Bi214 sau khi xử lý mẫu là hàm số cùa thời
gian t (a) 0 < t < 24 giờ; (b) 1 < t < 30 ngày; (£, = 0)
19
Nếu đặl:
K _

£ H í IJW— ——

(2 13)
^ ) U r - A,)(Ad - ả a) K '
Từ biểu thức (2.12) và (2.13) ta có:
p[l-(X+OK,] = ^ DN D(t1)
p[l-(X+^)K2] = A.DN D(t2) (2.14)
Giải hệ phương trình (2.14) ta xác định được giá trị của p:
K\A.DN-ịịỆ2)—K 2ẪDN l}(ti)
1

K ~ K :

( 2 I 5 )
với sai sô:
r _ k iổ2 - k ìổ,
s ’ = K, - k ] <2 1 6 >
Sử dụng phương pháp trôn, chúng tôi đã xác định giá trị p của mâu đầt tại
I loà Lạc như sau: mẫu đất khảo cứu được cho vào túi polime sau đó được
chuyển về phòng thí nghiệm. Tại phòng thí nghiệm, đất được xay khô, nghiền
nhỏ, dây để được dạng hạt đường kính 0,5 cm; sau đó được cho vào hộp nhựa bịt
kín. Mầu được đem đo sau các khoảng thời gian: t| = 7 ngày (604.800 s), t2= 16
ngày (1.382.400) và t = 30 ngày (2.592.000 s) cho kết quả như sau:
A,DNn (t|) = 13,78 ±1,12 Bq/kg

A.DND(t2) = 16,81 ± 1,23 Bq/kg
Sử dụng phương trình (2.15) và (2.16) chúng ta tìm được:
p = 18,21 ± 1,50 Bq/kg
Giá trị p xác định đuợc sau khi nhốt mẫu 30 ngày:
p= 18,37 ± 1,13 Bq/kg
20
Trên cơ sở các phân tích trên, có thể đưa ra quy trình phân tích hàm lượng
các đồng vị phóng xạ Ư238, Th232, K.40 trong các mẫu khảo sát (bao gồm các mẫu
địa chất và môi trường) như sau:
- Mau được lấy, đựng trong túi polime và đem về phòng thí nghiệm
- Mau được xử lý (xấy khô, nghiền, đây)
- Cho mẫu vào hộp nhựa, bịt kín
- Xác định thời gian đo mẫu và đo phông
- Đo phông của hệ đo
- Đo mẫu để thu được phổ bức xạ gamma sau một thời gian nhốt mẫu
- Xử lý phổ để xác định diện tích các đỉnh phổ cần thiết
- Xác định ham lượng (hoạt độ) các đồng vị phóng xạ có trong mẫu
Dựa vào quy trình nêu trên, chúng tôi đã xác định hoạt độ các đồng vị phóng
xạ u 238, Th232, K40 trong một số mẫu (bảng 7; hình 7)
Bảng 7. Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị Ư238, Til2'12, K40 (Bq/kg)
trong rrìầu khảo sát
Mill,
\Jm
Th?32
K4„
Mâu đât 1
18,37± 1,13
9,73± 0,56
287,2± 14,31
Mâu đât 2 11,78± 0,74

14,23± 0,78 327,1± 15,47
Mầu đá 81,14± 3,74 60,05± 2,91 650,7± 25,46
21
Hình 7. Phô gamma thu được của mẫu đât 1 và phông
22
Kết luận
Đc tài dà tlụrc hiện được các nội dung dề ra, cụ thổ:
- Khảo sát hệ phổ kế gamma hoạt độ nhỏ
- Xác định hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ phổ kế gamma bán dẫn HPGe phụ
thuộc vào năng lượng bức xạ gamma tới
- Khảo sát quá trình tích luỹ Rn222 trong mẫu được nhốt kín, từ đó chỉ ra khả
nãng có thể xác định chính xác hoạt độ u 238 trong mẫu không cần đợi thời
gian nhốt mẫu lâu (> 30 ngày).
- Đc xuất quy trình xác định hàm lượng các nguyên tố phóng xạ u 238, Th232,
K40 trong mẫu địa chất và môi trường
- Xác định hàm lượng các đồng vị Ư238, Th232, K40 trong một số mẫu đất và
đá.
23
Tài liệu tham khảo
[1] Boston M., Erduran M.N.,Sirin M. and Subast M., Physical Review (1997).
[2] Kolev D., Dobva E., Nenov N. and Todorov V., Nuclear instruments and
methods in physic reseach (1994).
[3] Vanska R. and Rieppo R., Nuclear instruments and methods 179, (1981)
[4] Sellschop J., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B29, 439 (1989)
[5] Mauziori et al. J. Radiol. Prot. 22 67-76
[6]Malanca A, et al. Appl. Radiat. Isotop. 46 1387-92
[7]Tran Tri Vien et al. J. of Natural Science, VNU,H (2004)
[8]Nguyễn Triệu Tú, Giáo trình Vật ]ý hạt nhân
24