Tương tác của bức xạ gamma với vật chất

Tương tác của bức xạ gamma
với vật chất
a)tán xạ râylây
Hiện tượng này quan sát đc trong
các trường hợp khi mà năng
lượng của photon tương đương
với năng lượng liên kết của
electron với hạt nhân, sự tán xạ
các photon quan sát thấy trên các
electron của các lớp vỏ điện tử
khi năng lượng photon dưới
30KeV, tức là trong vùng bức xạ
ronghen, E càng lớn thì tán xạ
râylây càng nhỏ. Tán xạ Râylây
trong đa số trường hợp có thể bỏ
qua đặc biệt khi E > 200KeV.
Nhưng khi phân tích ronghen thì
dạng tương tác này trong một số
trường hợp cần phải được quan
tâm trong tính toán.
b) Tán xạ Kompton
hiệu ứng Kompton quan sát được
trong các trường hợp, khi mà
năng lượng liên kết electron nhỏ
hơn năng lượng photon tới
Do tương tác với electron, photon
sẽ truyền một phần năng lượng
của mình w1 cho electron và bị
tán xạ lệch đi 1 góc

só với

hướng ban đầu và mang theo
mình năng lượng còn lại w2.
Nhận đc năng lượng w1, electron
sẽ bị bứt ra khỏi trạng thái liên
kết và chuyển sang trạng thái tự
do với động năng mv2/2
E =E’ + mv2/2
Tỷ lệ năng lượng của các thành
phần tán xạ cũng như các góc
giữa hướng ban đầu với hướng
electron bay ra ( ) và hướng
lượng tử tán xạ h

phụ thuộc

vào vị trí tương đối của
electron và photon tới khi chúng
tương tác với nhau và tuân theo
các luật ngẫu nhiên
Năng lượng tia gâm tán xạ đc xác
định theo công thức kompton
E
Từ đó thấy rõ rằng photon tán xạ
có thể lệch theo mọi hướng, vì
vậy tại điểm đo bất kì có thể ghi
đc không những các tia gâm
nguyên sinh mà cón có cả một
phần đáng kể của gamma tán xạ
Hiệu ứng kompton phụ thuộc vào

Nếu ký hiệu tất cả các đại lượng
đặc trưng cho bức xạ bằng một
hệ số K, thì có thể biểu diễn hấp
thụ Kompton vởi công thức:
k

o

Thành phần đất đá của vỏ quả đất
gồm chủ yếu là các nguyên tố
nhẹ (có Z<30) vì vậy Z/A=0,5 và
do đó

k

phụ thuộc tuyến tính vào

khối lượng riêng p. chính vì vậy,
dựa vào hiệu ứng Kompton có
thể xác định đc khối lượng riêng
của đất đá môi trường
c)hấp thụ quang điện
Hiệu ứng quang điện đc đặc
trưng bởi sự hấp thụ toàn phần
năng lượng của photon tới, năng
lượng đó đc tiêu phí để chuyển e
liên kết thành e tự do và truyền
cho nó động năng
hv = Elk + mv2/2

So với tán xạ Râylây và
Kompton thì tiết diện hấp thụ
trong hiệu ứng quang điện giảm
rất mạnh theo sự tăng của năng
lượng
Bằng thực nghiệm người ta đã
xác định đc hệ thức của hấp thụ
quang điện phụ thuộc vào các
đặc trưng của môi trường vật
chất
t

Từ đó thấy rằng

tỉ lệ với mũ

bậc ba của số thứ tự Z của môi
trường hấp thụ. Do vậy có thể kết
luận: đối với hiệu ứng quang điện
thì sự hấp thụ thể hiện mạnh hơn
trong các môi trường vật chất bao
gốm các nguyên tố có số thứ tự Z
lớn
d)Tạo cặp
Khi có những photon năng lượng
cao tương tác với trường hạt
nhân của môi trường vật chất,
người ta quan sát đc hiện tượng
tạo ra cặp e và phản hạt e là
positron. Quá trình tạo cặp chỉ có

thể xảy ra khi năng lượng của
photon E

1,02MeV.

e)Hiệu ứng hật quang hạt nhân
Hiệu ứng quang hạt nhân là các
phản ứng hạt nhân xảy ra dưới
tác dụng của photon. Thường có
các loại phản ứng kiểu
. Năng lượng

Trong hiệu ứng quang hạt nhân,
lượng tử gamma tương tác với
hạt nhân nguyên tử và tạo ra một
hạt nhân trung gian không bền
vững, hạt nhân này phân rã với
sự phát xạ các hạt có phân bố góc
gần đối xứng hình cầu. Do có
hang rào thế culon, xác suất xảy
ra các phản ứng
thường nhỏ hơn đáng kể so với
xác suất phản ứng
g) Hấp thụ cộng hưởng


2.4 Sự tương tác của Notron với
vật chất
Vì notron có 1 nucleon hay số
khối bằng 1 nhưng không có diện

tích nên dễ dàng tiếp cận với hật
nhân nguyên tử và do đó tương
tác của notron với vật chất chủ
yếu là tương tác với hạt nhân
nguyên tử
Sự va chạm của notron với hạt
nhân sẽ dẫn đến hoặc là sự làm
lệch nó trong trường lực hạt
nhân, hoặc là sự bắt giữ notron
bởi hạt nhân và kích thích hạt
nhân, sự chuyển hạt nhân từ trạng
thái kích thích về trạng thái năng
lượng thấp hơn có thể xảy ra
hoặc bằng cách phát xạ bức xạ
gamma hoặc là bằng cách phân ra
với sự phát xạ một loại hạt nào
đó
Hạt nhân của một số nguyên tố
nặng có thể phân chia thành các
mảnh và giải phòng năng lượng
dới tác dụng của notron
2.4.2 Các phản ứng hạt nhân dưới
tác dụng của notron
Các phản ứng hạt nhân dưới tác
dụng của notron xảy ra theo 2
giai đoạn.thoạt đầu notron xâm
nhập vào hạt nhân và bị bắt giữ
tạo ra hạt nhân hợp phần, tiếp
theo sau một thời gian nhất định
sẽ bắt đầu giai đoạn thứ hai-phân

hủy hạt nhân hợp phần và phát ra
các nucleon hoặc phát xạ lượng
tử gamma
Đại lượng đặc trưng cho khả
năng phản ứng hạt nhân là tiết
diện hấp thụ notron. Thực
nghiệm chứng tỏ có sự tồn tại ba
vùng năng lượng, trong đó tiết
diện hấp thụ notron phụ thuộc
khác nhau vào năng lượng. Vùng
đầu tương ứng với các notron
nhiệt và thường kéo dài phía
năng lượng cao… Tiếp theo là
vùng cộng hưởng
*Phản ứng hạt nhân loại (n,p)
Để thực hiện phản ứng loại (n,p)
năng lượng của notron phải lớn
hơn 1MeV
Thong thường sản phẩm của
phản ứng (n,p) là các hạt nhân
phóng xạ beta

*Phản ứng hạt nhân loại (n
Các phản ứng loại (n

cũng

như các loại (n,p) có thể xảy ra
chỉ trong trường hợp khi mà
notron tới có năng lượng đủ để

thắng lực liên kết các hạt tích
điện trong hạt nhân hợp phần
Trong trường hợp đối với các
nguyên tố nhẹ như liti và bo, do
hang rào thế tĩnh điện thấp nên
chỉ cần dưới tác dụng của notron
chậm cũng xảy ra phản ứng
*Phản ứng (n,2n)
Nếu notron tới có năng lượng lớn
hơn 10MeV thì hạt nhân hợp
phần có thể phát xạ 2 notron. Xác
suất để xảy ra loại phản ứng này
tăng theo sự tăng năng lượng của
notron tới. Đa số các đồng vị
phóng xạ tạo ra do phản ứng
(n,2n) sẽ bị phân hủy bằng cách
phát xạ positron hoặc bắt e quỹ
đạo
*Phản ứng phân hạch (n,ff)
Dưới tác dụng của notron năng
lượng rất cao (100MeV), các hạt
nhân số khối lớn bị phân chia
thành hai mảnh có khối lượng
gần bằng nhau
*Phản ứng (n

và phương pháp

phân tích kích hoạt notron
Quá trình tương tác hạt nhân phổ

biến nhất dưới tác dụng của
notron chậm là phản ứng bắt giữ
phát xạ (n

, phản ứng loại này

xảy ra với hầu hết các nguyên tố
Chính vì sự bắt giữ phát xạ
notron liên quan với sự tăng tỷ số
notron so với proton trong hạt
nhân nên sản phẩm của phản ứng
(n

thường là các chất phóng

xạ nhân tạo. Vì vậy các phản ứng
(n

đc dùng rộng rãi trong

carota lỗ khoan và đặc biệt trong
phân tích nhận dạng các đồng vị
phóng xạ, thường gọi là phương
pháp phân tích kích hoạt notron
Vận tốc phản ứng tạo thành các
nguyên tử phóng xạ (trong
trường hợp là Na)
t

�

Đồng thời ngay tại thời điểm vừa
hình thành nguyên tử phóng xạ
bắt đầu phân rã phóng xạ với
hằng số phân ra phóng xạ �. Do

Sau thời gian chiếu tch, lấy mẫu ra
và đo hoạt độ phóng xạ A* của
mấu đã chiếu
A*=�nt�(1-e-�tch)
Trong đó
A* - hoạt độ phóng xạ khi kết
thúc chiếu
� – hắng số phân rã phóng xạ
tch – thời gian chiếu
đó là nội dung của phương pháp
phân tích kích hoạt notron với độ
nhạy rất cao, có thể đạt đến
picogam, ngày càng đc ứng dụng
rộng rài


đó từ lượng nguyên tử phóng xạ
đã bị phân rã �N, ta có phương
trình biểu diễn vận tốc cơ bản
t.

�-�.N*

.

CÂN BẰNG PHÓNG XẠ
4.1. Khái niệm về cân bằng phóng xạ
Khái niệm cân bằng phóng xạ về thực chất
không đồng nhất với khái niệm cân bằng
hoá học. Để hiểu rõ khái niệm này chúng
ta khảo sát trường hợp quan trọng và
thường gặp trong hoá phóng xạ, ở đó một
đồng vị mẹ phân rã thành đồng vị con, rồi
đồng vị con này lại phân rã tiếp tục.
Những biến đổi như vậy được biểu diễn
bằng sơ đồ:
Nuclit 1→ Nuclit 2→Nuclit 3(2.21)
Tốc độ tích luỹ nuclit con (2) là hiệu giữa
tốc độ hình thành đồng vị này do sự phân
rã của nuclit mẹ (1) và tốc độ phân rã của
con:
dN2/dt = -dN1/dt - λ2N2 = λ1N1λ2N2

(2.22)

Thay vào (2.22) biểu thức của
N1 rút ra từ (2.2) ta có:
dN2/dt + λ2N2 - λ1N10e-λ1t = 0
(2.23)
Giải phương trình vi phân tuyến
tính (2.23) (xem phụ lục 1) người ta thu
được:
N2 =

λ1

−λ t
N10  e 1 − e − λ 2 t  + N 02 e − λ 2 t
λ 2 − λ1 


(2.24)

Giả định rằng ở thời điểm t=0
nuclit con đã được tách hoàn toàn khỏi
nuclit mẹ, tức là N 20=0 thì (2.24) trở
thành:
N2 =

N2 =

(

λ1
N10 e − λ 1t − e − λ 2 t
λ 2 − λ1

[

λ1
N10e − λ 1t 1 − e − (λ 2 − λ 1 )t
λ2 − λ1

]

)

(2.25) Rút

(2.26)

ra:

N2 =

[

λ1
N 1 − e − (λ 2 − λ 1 )t
λ 2 − λ1 1

]

(2.27) Từ

(2.27)

đễ dàng nhận thấy rằng trong
trường hợp λ2>λ1 sau một thời
gian t đủ lớn có thể chấp nhận :

thành (2.29) và
(2.30), hệ không thể đi đến
trạng thái cân bằng phóng
xạ.
(4)

Và cuối

e − ( λ2 −λ1 )t ≈ 0

cùng là trường hợp λ2≈λ1

(2.28)và (2.27) trở thành:

nghĩa là t1/2(1) ≈ t1/2(2).

N2 =

λ1
N1
λ2 − λ1

N2 λ 1
=
= const
N1 λ 2 − λ 1

(2.29)

Nghĩa là:

(2.30)

Trạng thái ở đó tỷ số nồng độ
nuclit mẹ và nuclit con trung

gian không thay đổi theo thời
gian gọi trạng thái cân bằng
phóng xạ. Sự khác nhau căn bản
giữa cân bằng phóng xạ với cân
bằng hoá học nằm ở chỗ cân
bằng phóng xạ không phải là
trạng thái của một quá trình
thuận nghịch.
Từ điều kiện để có các
biểu thức (2.29) và (2.30) có thể
đưa ra 4 trường hợp sau đây:
(1) λ2>>λ1 cũng có
nghĩa là thời gian bán huỷ của
nuclit mẹ t1/2(1) rất lớn so với
thời gian bán huỷ của nuclit con
t1/2(2), hệ sẽ nhanh chóng đạt
được cân bằng phóng xạ. Đây là
trường hợp cân bằng thế kỷ.
(2) λ2>λ1 nghĩa là thời
gian bán huỷ của nuclit mẹ t1/2(1)
tuy lớn so với thời gian bán huỷ
của nuclit con t1/2(2) nhưng tốc
độ phân rã của mẹ cũng không
thể bỏ qua. Đó là trường hợp cân
bằng tạm thời.


(3) λ2<λ1 nghĩa là thời gian bán
huỷ của nuclit mẹ t1/2(1) nhỏ hơn
so với thời gian bán huỷ của

nuclit con t1/2(2), khi ấy không
thể rút gọn (2.27)

Các detector bức xạ, nguyên lý
làm việc của máy đo phóng xạ
I)
Các loại detector
1)các laoi detector nhấp nháy:
Khi bức xạ ion hóa tác dụng lên vật
chất trong thể tích nhạy của detector
sẽ phát sinh sự phát quang: phát lân
quang hay huỳnh quang.
Người ta dung các chất phát huỳnh
quang để làm detector nhấp nháy.
Detector nhấp nháy còn gọi là
detector huỳnh quang phóng xạ,
trong đó dung chất phát huỳnh
quang, có năng phát ra các photon
ánh sang dưới tác dụng của bức xạ
ion hóa.thiết bị gồm detector nhấy
nháy nối thông quang vs nhân quang
điện gọi là ống đếm nhấp nháy.ưu
điểm rất quan trọng của các detector
nháp nháy là hiệu suất cao vs tất cả
các bức xạ ion hóa, tg phân giải nhỏ
(10-9 – 10-7) và có khả năng phân
giải các hạt ion hóa và các lượng tử
gamma theo năng lượng. tất cả các
tính chất này làm cho việc ứng dụng
cho các detector nhấp nháy ưu việt

hơn các ống dẫn khí trong 1 số TH
cụ thể.
Các tham số quan trọng của nhấp
nháy là khả năng chuyển đổi năng
lượng, độ trong suất của vật chất
tinh thể, mật độ và Zhd của nó
.) khả năng chuyển đổi là tính chất
của chất phát quang biến đổi năng
lượng hấp thụ của bức xạ ion hóa
thành bức xạ ánh sang.
.)hiệu suất ghi bức xạ ion hóa của
detector nhấp nháy đc xác định bởi
mật độ (p) và Zhd của nó.
.)độ trong suốt của vật liệu nhấp
nháy với bức xạ ánh sang phát sinh
trong nó là tham số rất quan

electron từ các đinot đầu tiên bị
nung nóng của nhân quang điện
và do sự rơi các electron kompton
vào lớp phôtôcatốt antimony
xeerri.
I)
Detector chứa khí
a)cấu tạo và nguyên lí làm việc
của ống đếm chứ khí.
Cấu tạo: ống đếm khí là một ống
trụ dẫn điện mỏng thường đóng
vai trò katot, dọc theo trục của nó
ng ta căng một sợ dây bằng kim

loại mảnh làm anot.không gian
bên trong ống đếm nạp đầy hỗn
hợp khí và đc hàn kín.
Nguyên lí:sự tương tác của hạt
ion or lượng tử gamma với vật
liệu catot tạo ra các electron tự do
trong thể tích công tác của ống
đếm. dưới tác dụng của điện
trường các điện tử đang chuyển
động về anot sẽ đc gia tốc nà có
năng lượng đủ để ion hóa các
nguyên tử của chất khí trong ống
đếm.kết quả của mỗi lần va chạm
của electron với ntử khí gây ra sự
ion hóa da va chạm làm cho số
electron đc nhân lên nhiều lần và
có thể vượt quá 109.để khắc phục
hiện tượng k mong muốn làm
phức tạp sự phóng điện và để làm
ngưng sự phóng điện ng ta đưa
thêm khí tắt vào hỗn hợp khí.tỉ số
các ion đạt đến các điện cực của
ống đếm trên số ion nguyên sinh
tạo ra khi hạt ion hóa hoặc photon
rơi vào ống đếm gọi là khuếch đại
khí.
Các đặc trưng của ống đếm chứa
khí
.)đặc trưng đếm là sụ phụ thuộc
tốc độ đếm vào hiệu điện thế trên

nhất đặt vào ống đếm để ống đếm
có thể ghi đc tín hiệu
.)hiệu suất đếm: tỉ số giữa số xung
đếm đc và số bức xạ đi vào
electron trong thời gian
.)hiệu suất phổ là đại lượng đặc
trưng cho hiệu suất của ống đếm
vs
các bức xạ có năng lượng khác
nhau
.) thời gian phân giải:khoảng tg
ngắn nhất giữa hai rơi của các hạt
ion hóa vào ống đếm.
.)thời giân chết là khoảng tg sau
khi phát sinh phóng điện mà trong
khoảng đó ống đếm không có khả
năng ghi các hạt.
Chú ý: các detector nhấp nháy có
ưu điểm so vs detector chứa khí:
.)hiệu suất bức xạ gamma của các
nguyên tố px tự nhiên đạt hang
chục % đối vs bức xạ gamma
năng lượng cao va 100% đối vs
năng lượng gamma mềm. hiệu
suất ghi bức xạ alpha bà beta gần
đạt 100%.
.)tỷ lệ giá trị phôn đối với tín hiệu
có ích của ống đếm nhấp nháy
thấp hơn so với của ống đếm khí.

.)biên độ xung đầu ra của electron
nhấp nháy có tỉ lệ vs năng lượng
cac lượng tử gamma và các hạt
điện tích.điều đó cho khả năng
dung các detector nhấp nháy
trong máy phổ gamma.
.)các detector nhấp nháy có tg
phân giải nhỏ, chính vì thế có thể
dùng để đo hoạt tính phóng
xajtrong dải rộng.
.)các detector nhấp nháy có thể
chế tạo theo hình dạng và kích
thước bất kì, điều đó không có

nháy, khi tốc độ đếm lớn thì
quan sát đc mối phụ thuộc
của biên độ tín hiệu đầu ra
của nhân quang điện vào
tốc độ đếm, tức là quan sát
thấy sự dịch chuyển điỉnh
phổ.
.)trong quá trình làm việc
xảy ra sự thay đổi các tham
số có lien quan tới sụ lão
hóa. Do có sự lão hóa mà
phải khởi động máy 20-30
phút trc khi làm việc.


trọng.hiệu suất lượng tủ của các chất các điện cực của ống đếm.

phát quang phụ thuộc vào nhiệt độ
.)vùng plato cảu đặc trưng đếm là
của môi trường xung quanh.
phần thoải của đặc trưng vs cường
Detector nhấp nháy gồm tinh thể và
độ nghiêng k vượt quá giá trị cho
nhân quang điện.
trc.
.)tinh thể: đơn tinh thể NaI(T1) đc
.)độ nghiêng của plato của đặc
dùng để đo bức xạ gamma có năng
trưng đếm: sự thay đổi tốc độ đếm
lượng từ 50keV đến 3Kev
của ống đếm chứa khí trong vùng
.)nhân quang điện là dụng cụ điện tử platot/1von
dùng để khuýêch đại dòng electron
đã đc tách ra khỏi photocatot.
Đăc trưng quan trọng của Nhân
quang điện là độ nhạy của
tốc độ đếm tại điểm kết
phôtôcatốt và dòng tối.
thúc và điểm đầu plato(xung/s)
Độ nhạy của phôtôcatốt được xác
ntb tốc độ đếm trung bình đối vs
định bởi tỉ số của dongfanot tính
vùng plato
bằng ampe với dòng ánh sang tính
.)thế bắt đầu đếm U0 là thế nhỏ
bawngflumen(Lm) và đạt giá trị
1000a?lm ỏ lớ hơn.

Dòng tối phát sinh do sự phát xạ
Phương pháp khí phóng xạ.
phát hiện dị thường khí
Pp khí phóng xạ là pp đo tức
phóng xạ thì phải tiến hành
thời nồng độ khí phóng xạ
đan dầy mạng lưới khảo sát
trong đất bằng máy đo khí
nagy bằng tuyến phụ song
phóng xạ để điều tra địa chất,
song với tuyến khảo sat or
tìm kiếm khoáng sản và nghiên đan dây bc đo và đo bổ
cứu môi trường.pp này dung có sung những điểm xung
hiệu quả để tìm kiếm các than
quanh dị thường đê xd quy
quặng urani, thori...pp này chỉ
mô và đánh giá bản chất dị
đc dung trong vùng có đất phủ
thường.
không dày quá 20m và vùng
3) biểu diễn các kết quả và
không bị ngập nước.
giải thik địa chất.
*)xử lí số liệu:
Các kết quả đo khí phóng
1)tính sai số, tính nồng độ khí
xạ trong đk địa chất địa chất
phóng xạ.
môi trường và tìm kiếm
Các bước: tính sai số,tính nồng

thăm dò phóng xạ or các mỏ
độ khí phóng xạ, lập sơ đồ tài
khoáng sản cộng sinh các n
liệu thực tế, thống kê các dị
tố phóng xạ đc biểu diễn
thường , xây dựng đồ thị kiểm
bằng bản đồ đồ thị, bản đồ
tra máy, tính phông, xác định dị đẳng trị.
thường.
Giải thik địa chất:
2)xác định dị thường nồng độ
Các đứt gãy địa chất tài liệu
khí phóng xạ.
khí phóng xạ nhằm lằm rõ
- nồng độ phông của khí phóng
các yếu tố địa chất và khoán
xạ ở độ sâu 0,6-0,8m trong
sản có lien quan.
trầm tích bở rời eluvi-deluvi là: Xác định bản chất quặng
phóng xạ theo tỉ số
NphRn=5 50Bq/l;NphTn=10
100Bq/l
Nồng độ phông tổng cộng:
NphRn+ NphTn
Các dị thường nồng độ khí
phóng xaj mạnh đc xác định
trực tiếp trên biểu đồ đồ thị or
sơ đồ đẳng nồng độ. Tiêu
chuển là các dị thường phải
vượt quá phông trung bình.

Các dị thường nồng độ khí
phóng xạ yếu đc xd bằng pp kê
toán học theo các nguyên tắc đã
nêu trong pp gamma phổ mặt
đất.dị thường nồng độ khí

Phát hiện các đới khoáng
hóa quặng không phóng xạ
có cộng sinh của các
nguyên tố phóng xạ

khả năng đối vs các electron chứa
khí.
*) nhược điểm của detector nhấp
nháy so với chứa khí:
.) hệ số KĐ của nhân quang điện
phụ thuộc vào hiệu điện thế. Điều
này đòi hỏi sơ đồ điện của dụng
cụ phải có kết cấu phức tạp, mà
sơ đồ phức tạp thì độ tin cậy càng
kém.
.)mức nhiễu tương đối cao,đạt tới
vài chục phemtojun trong khi đó
mức nhiễu các ống đếm tỉ lệ
không vượt quá 0,15.jun
.)Độ phân giải năng lượng đối
thấp
.)đối vs các detector nhấp

**** Cơ sở địa chất của pp khí

px
Các đá luôn chứa các đồng vị của
Radi, khi phân rã chúng tạo ra các
khí px ( eman) Rn, Tn,An, Một
phần các khí đó được thoát vào
không gian lỗ hổng. Khi tích lũy
trong các đá có lỗ hổng và các khe
nứt, các khí px do có khả năng
khuếch tán nên được lan truyền từ
đối tượng eman hóa theo hướng
nồng độ giảm. Một phần khí px
thoát vào khí quyển.
Đối tượng của đo khí px là đo bức
xạ anpha của Radon và Toron. Các
chất khí trên phân rã phát ra bức xạ
anpha. Khả năng đâm xuyên của
bức xạ alpha do Radon và Toron
phát ra rất yếu nhưng khả năng ion
hoa và lan truyền của các khí lại
đáng kể. Radon có chu kỳ bán rã
tương đối lớn ( T = 3,8 ngày), nó
có khả năng lan truyền xa khỏi đối
tượng hàng chúc mét, trong điều
kiện thuận lợi ( tại các đới đứt gãy,
dập vỡ địa chất hoặc ranh giới đất
đá tạo ra các đường dẫn khí). Khí
Toron có chu kỳ bán rã rất ngắn
(TTn = 54,5 s) nên không thể đi xa
khỏi đối tượng ng cứu.
Hệ số eman hóa đặc trưng cho khả

năng thoát khí px vào môi trường
ngoài. Về mặt giá trị nó bằng tỉ số
lượng eman tự do với tổng số
lượng eman tạo ra trong cùng một
khoảng thời gian trong cùng một
thể tích. Hệ số eman hóa với các
loại đất đá quặng khác nhau có thể
thay đổi trong những giới hạn rộng.


phóng xa đc xđ theo công thức:
Ndt Nph+3S
Trong đó Nph: nồng độ khí
phóng xạ phông của đối tượng
ỏ khu vực khảo sát
S: độ thăng gián trung bình or
độ lệch bình phương trung bình
của phông.
Bản chất dị thường nồng đọ khí
phóng xạ đc xđ theo tỉ lệ nồng
độ randon NRn và toron NTn:

Khi >10 bản chất dị thường
khí phóng xạ là randon
khi <1 bản chất dị thường khí
phóng xạ là toron
khi 1<= <=10 dị thường có
bản chất hỗn hợp
2)chi tiết hóa dị thường: khi

1.Hiện tượng phóng xạ và các
dạng phân rã px.
Là sự phát xạ ra tự phát các hạt
hoặc tia gamma của các hạt nhân
nguyên tố không bền vững hoặc
sự phát xạ tia X sau khi bắt giữ
điện tử quỹ đạo, hoặc quá trình
tách vỡ tự phát.
Kí hiệu AzX biểu diễn hạt nhân
nguyên tố hóa học. X : kí hiệu
của h.nhân ng.tố. A : Khối lượng
ng.tử. Z : nguyên tử số = số
proton.
Z=
Các dạng phân rã phóng xạ.
Phân rã anpha: là phân rã phóng
xạ trong đó hạt nhân tự phân rã
và phát xạ hạt anpha, hạt nhân
mới đc tạo thành có số thứ tự Z
giảm đi 2 và khối lượng giảm đi
4.
Ví dụ:

238

92

U

234

90

Th + 42 He

+E
Phân rã anpha có thể biểu diễn
theo sơ đồ:
A
Z

X

A- 4

Z–2

X + 42

Phân rã bêta : có hai loại: Phân
rã electron và phân rã pôzitron.

Trong đó

là notrino

và phản hạt của nó.
Hiện tượng phân hạch :
Sự phân chia của mootij số hạt
nhân nặng gọi là sự phân hạch.

Khi đó hạt nhân tự vỡ thành hai
phần tạo thành các hạt nhân mới
kèm theo một số notron và giải
phóng năng lượng.
Ví dụ: 23892 U

140
54

Xe + 9638 Sr

+ 2n
Trong quá trình phân hạch cuat
hạt nhân urani tự nhiên, cứ mỗi
một phân chia phát ra hai notron,
do đó trung bình 1kg Urani sẽ
phát ra 11,8 notron trong 1 giây.

2. Các nguyên tố phóng xạ tự
nhiên- Các họ phóng xạ tự
nhiên.
Trong tự nhiên có những đồng vị
có sẵn tính phóng xạ. Đó là các
đồng vị chưa kịp phân rã hết kể
từ lúc hình thành các ng tố hóa
học của thái dương hệ như 40K,
50
V, 115In, 235U, 87Rb hoặc các
đồng vị được tạo thành dưới tác
dụng của tia vũ trụ như 7Be

(T=54 ngày), 32P (T= 14 ngày),
32
S (300 năm)… và đặc biệt là
các đồng vị phóng xạ nằm trong
các quặng phóng xạ. Những
đồng vị chứa trong quặng phóng
xạ lập thành những dãy phóng xạ
liên tiếp gọi là họ phóng xạ.
Các số khối của các ng tố trong
cùng một họ tuân theo công thức
nhất định: 4n đới với dãy Thori.
4n +2 với dãy Urani, 4n + 4 với
dãy Actini, trong đó n là số
nguyên.
Chất mẹ của họ Urani
là đồng vị 23992 U
phóng xạ

với vhu kì

bán rã bằng 4,51 tỷ
năm.
Trong họ Urani còn có các ng tố
sống lâu sau: Urani II có T =
2,48 .105 năm, I0 có T = 8,0 . 104
năm, Radi có T = 1,62.103 năm.

các đồng vị bền như 40K.
Đặc điểm sơ đồ biến đổi phóng
xạ của cả 3 họ trên:

-Cácđồng vị đứng đầu họ có T
lớn và không quá bé so với tuổi
của quả đất, vì thế cho đến nay
các quặng phóng cạ vẫn còn lại
một số lượng đáng kể chưa phân
rã hết.
-Tất cả các họ phóng xạ đề kết
thúc bằng những đồng vị bền của
chì.
-Trong mỗi họ px đều có những
biến đổi px

liên tiếp

làm cho khối lượng A của ng tử
các đồng vị trong cùng họ thay
đổi theo quy luật: A = 4n + c.
-Mỗi họ có 1 đồng vị duyu nhất ở
thể khí.


Phân rã

-

Cuối dãy Urani là đồng vị bền
của chì 20682 Pb.

electron là phân rã

mà trong hạt nhân xảy ra sự biến
đổi notron thành proton, kết quả

Các chất phóng xạ

chủ yếu
234

của họ Urani là UX1 ( 90Th),
UX2 (23491Pa), RaB (21482 Pb),
RaC(21483Bi), RaE (21083Bi)
Các chất phát xạ gamma chủ yếu
của họ Urani là là UX1 (234 90Th),
UX2 (23491Pa), RaB (21482 Pb),
RaC(21483Bi).
Chất mẹ của dãy Thori
là đồng vị 23290Th, chu kì
bán rã của nó bằng
1,40.1010 năm.
Nguyên tố con sống lâu nhất
trong dãy là mezothori (T=6,7
năm).

là phát xạ electron nhanh ( hạt
-

) Số thứ tự của ng.tố khi đó tăng

lên 1 đơn vị còn khối lượng trên
thực tế thì không đổi vì khối

lượng elecron rất bé.
Phân rã

+

poozitron là phân rã

mà trong hạt nhân xảy ra quá
trình proton biến thành notron
với sự phát xạ electron, điện tích
+

dương (hạt

), mang tên

poozitron, vì vậy số thứ tự của
ng.tố giảm đi 1 đơn vị.
Trong phân rã

-

Dãy Actinoutan có ng
tố mẹ là 235U,
T=7,1.108 năm.
Đồng vị dạng khí là Actinon
219
86An có T=3,92 ngày. Cuối dãy
là đồng vị bền của chì 20782Pb.

đồng thời với

việc phát xạ electron hoặc
poozitron có kèm theo phát xạ
notrino, thêm vào đó năng lượng
tổng cộng của electron( pozitron)
và notrino được phát xạ là như
nhau đối với phát xạ
Biểu diễn phân rã
A
Z

X

A
Z+1

X + e- +

A
Z

X

A
Z-1

Ngoài các ng tố phóng xạ trong
các dãy trên, tồn tại một số
nguyên tố phóng xạ tự nhiên mà

sẩn phẩm phân rã của chúng là

đã cho.

:
~

X + e+ +

4. Đơn vị thường dùng:
Đơn vị pháp định.
Becquerel: đơn vị hoạt độ phóng
xạ. Hoạt dộ px mà mỗi giây xảy
ra một phân rã gọi là Becquerel,
ký hiệu Bq.
Culon trên kilogam. Là đơn vị
liều chiếu xạ của bức xạ

hoặc

X.
Liều chiếu xạ : X =
Culon/kg là đơn vị liều chiếu
của bức xạ gamma hoặc
ronwghen mà dưới tác dungjcuar
liều đó tạo ra trong 1kg không
khí khô các ion với tổng điện tích
các ion cùng dấu của chúng là 1
cặp Culon (6,24.1018 cặp ion)
Gray là đơn vị liều hấp thụ.

5. SỰ PHÂN BỐ CÁC NG
TỐ PX TRONG ĐÁ.
Hàm lượng các ng tố px trong
các đã có nguồn gốc trầm tích
rất thay đổi và không có mối
liên hệ tuyến tính với hoạt độ
px của các đá nguyên sinh,
bởi vì khi phá hủy và chuyển
dời vật liệu các đá magma
vào các bể lắng đọng urani
được mang đi trong trạng thái
bị hòa tan và sự di chuyển và
tích lũy của nó có thể không
theo các con đường di chuyển
của vật liệu vỡ vụn
Hàm lượng urani trong các đá
trầm tích tuân theo quy luật:
Trong các đá của cùng một
loại, hàm lượng urani sẽ lớn
hơn trong các biến thể có kích
thước nhỏ của các hạt( đối
với các đá mảnh vụn), trong

6…PHƯƠNG PHÁP GAMMA
MẶT ĐẤT.
Cơ sở vật lý địa chất + lĩnh vực
áp dụng.
Là pp đo bức xạ gamma tổng của
đá, đất hoặc quặng, phục vụ

khảo sát bản đồ địa chất, thăm
dò ks có ích và ng cứu môi
trường.
Các nguyên tố px khi phân rã sẽ
phát ra bức xạ gamma. Đo cường
độ bức xạ gamma sẽ xác định
được sự phân bố của các ng tố
px tự nhiên có trong các lớp đất
đá nằm gần mặt đất ( độ sâu
khoảng 1m)
Các loại đất đá khác nhau có
hàm lượng kim loại px khác
nhau. Nhiều loại khoáng sản có
ích có sự cộng sinh đồng hành
với các ng tố px. Dựa vào phép
đo cường độ bức xạ gamma tự

Công tác thực địa
Tùy theo từng giai đoạn điều tra địa
chất và ks mà tiến hành pp đo
gamma thực địa cho thích hợp.
PP gamma đo theo lộ trình địa chất
nhằm ks hoạt độ px của đất đá
quặng phục vụ cho mục tiêu lập bản
đồ địa chất các tỷ lệ và kết hợp phát
hiện các mỏ px đất hiếm và mỏ có
cộng sinh px.
PP gamma theo diện tích tiến hành
trên vùng rộng lớn nhằm phát hiện
các đối tượng gây dị thường và

khoanh đinh ranh giới của các đới
triển vọng khoáng hóa px, đất hiếm
và các khoáng sản khác có các
khoáng vật px cộng sinh
PP gamma hố đào và khoan nông
được tiến hanhg trên vùng có triển
vọng mỏ px, đất hiếm ẩn hoặc phủ
bởi trần tích đệ tứ không dày lắm.
Lỗ, hố đào từ 0.5 – 3m.


Liều hấp thụ D =
1Gy = 1 J/kg
Sinvơ: là đơn vị liều tương
đương.
Liều tương đương H là đại lượng
vật lý được dùng trong phòng hộ
px, đặc trưng cho hiệu ứng mà
bức xạ gây ra cho con người.
H = D.Q.N
1Sv = 1 J/kg
Curie: là đơn vị tốc độ phân rã
px dùng trong quá khứ. 1Curie là
hoạt độ của ng tố px mà trong 1s
xảy ra 3,7.1010 phân rã. Viết tắt
là Ci
1Ci = 3,7.1010Bq
1Bq = 2,7.10-11Ci
Eman: là đơn vị nồng độ khí px.
Kí hiệu là em:

1 em = 10-10 Ci/l = 3,7Bq/l
Rơnghen: đơn vị liều chiếu xạ.
kí hiệu R
1R = 2,58.10-4C/Kg
1C/kg = 3.88.103 R
Rad là đơn vị liều hấp thụ. Kí
hiệu rad
1rad = 10-2 Gy
1Gy = 100 rad

các biển thể có hàm lượng
cao của vật chất hữu cơ chủ
yếu là bi tum, trong các biến
thể có hàm lượng cao của
phốt pho.
Hàm lượng urani trong đất
phụ thuộc vào lượng urani
trong các khoáng vật tạo đất
và phụ thuộc vào kích thước
hạt của đất. Trong sét hàm
lượng urani cao hơn trong
đất cát.
Urani trong đá có thể ở các
dạng khác nhau: dưới dạng
các khoáng vật urani, trong
các tạp chất đồng hình được
gọi là các khoáng vật chứa
urani. Dạng tồn tại của urani
trong các đá trên thực tế
không ảnh hưởng tới sự đặc

trưng phóng xạ của chúng.
Radin trong nước dưới đất có
hàm lượng khác nhau do có
sự phụ thuộc lớn của độ hòa
tan Radi vào các loại nước và
đặc biệt vào hàm lượng các
ion CO32- và SiO42- trong
nước.
Các hợp chất của Thori là các
hợp chất khó hòa tan nhất.
Trong nước hàm lượng các
đồng vị của Thori nằm
khoảng 10-9 đến 10-7 g/l.
Các sản phẩm dạng khí của
các biển đổi px Radon và
Toron có hàm lượng khá lớn
trong nước của các khoáng
sàng urani và trong đá giàu
urani.

nhiên có thể xác định được ranh
giới một số tầng đá có hoạt độ px
khác nhau và tìm kiếm ks có ích.
PP Gamma mặt đất được áp
dụng trong đo vẽ bản đồ địa
chất, tìm kiếm thăm dò các mỏ
quặng px, tìm kiếm các mỏ ks có
cộng sinh hoặc đồng hành của cá
ng tố px, phát hiện cá diện tích
có thể liên quan với các mỏ dầu

khí, phát hiện các bồn chứa nước
trong đá móng, nghiên cứu môi
trường.
Máy, thiết bị.
CPTT68-01; 02; 03 và CPTT88H
Chuẩn máy phóng xạ:
Địa điểm quang đãng, k có vật
chắn ( cây cối, nhà cửa,
tường . . .) Khoảng cách tới các
vật chắn tối thiểu 4 -5m.
Đầu thu và nguồn Ra phải đc
cheo ở độ cao 1,5m đến 2m.
Phông dư của máy bao gồm bức
xạ vũ trụ và bức xạ gamma do
các chất bẩn trong máy gây ra)
đc xác định bằng phương pháp
đo trong nước hoặc trên mặt
nước, làm tương tự máy phổ
gamma; khi đo trong nước dùng
vài chất dẻo hoặc nilon bọc kín
đầu thu ngâm trong nước tới độ
sâu 50m ( hố nước có đường
kính

3m, độ sâu

E =1,46 MeV.
-Năng lượng bức xạ gamma do
chất con của 232Th là 208TL là lớn
nhất và bằng E

= 2,62 MeV.

Các đường phổ chủ yếu của họ
Thori còn có 0,239MeV;

Cơ sở địa chất.
Trong các đã magma axit
hàm lượng Urani, Thori
tương đối cao. Trong các đá
magma siêu mafic thì hàm
lượng Urani, Thori là nhỏ
nhất. Cùng một loại Granit,
đá càng trẻ thì hàm lượng các
nguyên tố px càng cao .
Trong các đá trầm tích, hàm
lượng cá nguyên tố px không
đồng đề. Thông thường đá
phiến sét có hàm lượng cao
nhất, hàm lượng urani, thori
trong các đá cacbonat rất
thấp. Hàm lượng urani trong
cát kết biến thiên tương đối
lớn, Hàm lượng các ng tố px
của muối mỏ và thạch cao là

2m)

Đọc ghi 10 giá trị cho mỗi thang
rồi tính trung bình. Khi đo trên

mặt nước, điểm đo phải cách bở
3 - 4m độ sâu nước

7. PP PHỔ GAMMA MẶT
ĐẤT.
Là pp đo bức xạ gamma tự nhiên
theo các mức năng lượng khác
nhau để xác định hàm lượng U,
Th, K có trong đất đá và trong
các thân khoáng trong điều tra
địa chất, ks và môi trường.
Cơ sở vật lý.
-Năng lượng bức xạ gamma do
40
K phát xạ là đơn năng và bằng

Các pp nhất thiết phải xác định được
hoạt độ px ở các đới vỡ vụn, đứt gãy
kiến tạo, các đới tiếp xúc, các đới
khoáng hóa, các đá trầm tích, biển
dầu bitum, trầm tích ao hồ, sông
suối chứa nhiều phốt pho cũng như
các khu vực đã phát hiện các dấu
hiệu tìm kiếm trực tiếp hay gián tiếp
có chưa urani
Số liệu đo đạc thực địa phải ghi chép
trung thực, rõ ràng, không tẩy xóa,
sửa chữa, sao chép. Số liệu thực địa
phải được ghi chép vào sổ thực địa
hoặc nhật kí địa chất bằng bút chì

hoặc các loại bút tương tự không bị
nhòe phai.
Tại điểm đo, đầu đo phải đặt ở nơi
bằng phẳng tránh ảnh hưởng mấp
mô của địa hình. Tại điểm đo phải
đọc ghi 3 giá trị rồi tính trung bình.
Mỗi khu vực công tác phải chọn một
điểm kiểm tra gần nơi đóng quân
trên khu vực trường gamma có giá
trị bình thường.
Hằng ngày sáng và chiều phải đo ghi
cường độ gamma tại điểm kiểm tra
có mẫu và không có mẫu ktra. Các
số liệu đo tại điểm kiểm tra dùng để
xác định sự ổn định độ nhạy máy,
phát hiện các hư hỏng nếu có.

1,5m.

Lĩnh vực áp dụng
-Phân tầng đất đá theo giá trị
cường độ và hàm lượng các
nguyên tố px trong đo vẽ bản đồ
đ/c.
-Tìm kiếm, thăm dò các mỏ
quặng px.
-Tìm kiếm các mỏ quặng có
cộng sinh hoặc đồng hành của
các ng tố px.
-Khoanh định các diện tích có

thể liên quan với các mỏ dầu khí.
-Phát hiện các bồn chứa nước
trong đá móng.
-Phát hiện các đới đập vỡ, đứt
gãy.
-Nghiên cứu địa chất môi
trường.

Công tác thực địa pp phổ gamma
mặt đất.
Căn cứ vào nhiệm vụ, các đặc điểm
cấu trúc địa chất và các giai đoạn
trong công tác tìm kiếm thăm dò;
các dạng công tác được thực hiện
như sau.
Đo phổ gamma theo lộ trình lập bản
đồ địa chất, tìm kiếm ks có ích.
Đo phổ gamma chi tiết trên diện tích
hoặc theo các tuyến mặt cắt qua dị
thường phóng xạ.
Đo phổ gamma trong hố đào trên
các diện tích có triển vọng ở những
nơi có lớp phủ dày.
-----Kỹ thuật đo máy ngoài thực địa:
Khi khảo sát trên các tuyến phải mở
máy liên tục. Tại các điểm đo ghi
đồng thời cả 4 kênh U, Th, K và


0,583MeV; 0,908MeV;

0,960MeV…
-Năng lượng bức xạ của các chất
con 214Bi, 214Pb của 238U là
0,325MeV; 0,609 MeV; 1,12
MeV; 1,76MeV; 2,20 MeV; …
trong đó nổi rõ là 1,76 MeV.
Khi ghi ở cả 3 đoạn phổ năng
lượng ứng với mức năng lượng
gamma chủ yếu của U(Ra), Th,
K có thể nhận được 3 nhóm số
đọc N1, N2,N3; giữa chúng và
hàm lượng U, Th, K có mội quan
hệ theo biểu thức sau:
N1 = a1qU + b1qTh+c1qK
N2 = a2qU + b2qTh+c2qK
N3 = a3qU + b3qTh + c3qK
Trong đó ai,bi,ci… tương ứng là
các hệ số ứng với phần góp của
các nguyên tố khác nhau đối với
đoạn phổ đã chọn.
Ni là các số ghi ( đã trừ phông)
của các đoạn phổ tương ứng.
Hàm lượng qu, qTh,qk tính đc
băng phép giải hệ trên
qj =
Các đoạn phổ được chọn cho các
máy phổ gamma gồm:
Đoạn 1 : E

= 1,35 – 1.55 MeV

Đoạn 2: E

= 1,65 – 1,85 MeV

Đoạn 3: E

= 2,40 – 2,80 MeV

Đường tổng: E

= 0,15 – 3,0

MeV
Mỗi đoạn phổ của đường phổ
của được được gọi là cửa sổ năng
lượng. Đề xác định qu, qTh,qk cần
đo phổ gamma ở ba cửa sổ năng
lượng tương ứng

nhỏ nhất U

10-5%, Th

10-4%. Hàm lượng các ng tố
px của đá biến chất và vật
chất ban đầu của chúng có
quan hệ mật thiết song quá
trình biến chất có thể làm
tăng hoặc giảm vật chất px.

Trong nước có chứa Urani,
Radi, Radon với hàm lượng
thấp, cá biệt cũng có chứa
Thori và Kali. Trong các điều
kiện khác nhau hàm lượng
của chúng thay đổi trong
phạm vi rộng. Thông thường
với đá, hamg lượng ng tố px
trong nước nhỏ hơn 2 – 4 bậc.
Nhưng vẫn có dị thường U,
Ra, Rn trong nước cao hơn
nhiều lần so với bình thường.
Vật chất px trong đất trồng có
mối qh phụ thuộc vào hàm
lượng U, Th có trong đá gốc.
Nồng độ Rn trong đất có thể
đạt 3 – 75 Bq/l.
Trong các lớp đất đá ở gần
mặt đất thường xảy ra sự phá
hủy cân bằng giữa U và Ra.
Giữa Ra và RaC cũng có sự
dịch chuyển cân bằng do sự
eman hóa và dịch chuyển
Radon. Trong dãy Thori
thường có sự cân bằng px.

kênh tổng. Đối với các điểm khảo
sát có hoạt độ px yếu thì thời gian
đo ít nhất 100s. Trên mỗi điểm phải
đo 3 giá trị của các đại lượng phổ U,

Th, K và kênh tổng, sau đó tính giá
trị trung bình cho mỗi đại lượng.
Khi đo phổ gamma hố đào phải ghi
số đọc của các kênh tại đáy hố đào
và trên mặt đất ở miệng hố đào..
Khi đo phổ gamma công trình, độ
dày vách của màn chì và độ dày tấm
đệm là 2,0cm.
Sáng và chiều, trước và sau khi đo
trên thực địa phải đo ghi các giá trị
tại điểm kiểm tra ở gần trụ sở đóng
quân để theo dõi độ nhạy của máy.
Nếu độ nhạy của máy thay đổi đáng
kể hoặc máy bị hỏng thì phải sửa
chữa và chuẩn lại máy.
Tại mỗi vùng công tác xác định
phông dư( phông riêng gây ra do
bức xạ vũ trụ và các chất bẩn trong
máy ) của máy phổ bằng pp đo
trong nước hoặc đo trên mặt nước.