DSpace at VNU: Đánh giá bằng thực nghiệm ưu điểm của phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi và một số ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

BÙI THỊ HƢƠNG

ĐÁNH GIÁ BẰNG THỰC NGHIỆM ƢU ĐIỂM CỦA
PHƢƠNG PHÁP CHUẨN NỘI HIỆU SUẤT GHI
VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

1q – 50 - xb

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

BÙI THỊ HƢƠNG

ĐÁNH GIÁ BẰNG THỰC NGHIỆM ƢU ĐIỂM CỦA
PHƢƠNG PHÁP CHUẨN NỘI HIỆU SUẤT GHI
VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

Chuyên ngành: Vật lý hạt nhân nguyên tử và năng lƣợng cao
Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Bùi Văn Loát

Hà Nội – 2015


LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TS. Bùi Văn Loát là
người hướng dẫn khoa học đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình cho em trong quá trình học
tập, nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo tại Bộ môn Vật lý hạt nhân,
Khoa Vật lý, Phòng Sau đại học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học
Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập
và thực hiện bản luận văn.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình và bạn bè đã thường
xuyên động viên, khuyến khích và dành mọi điều kiện có thể để em hoàn thành
luận văn này.
Hà nội, ngày

tháng 12 năm 2015
Học viên

Bùi Thị Hương


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. PHÂN RÃ PHÓNG XẠ .................. Error! Bookmark not defined.
1.1. Hiện tƣợng phân rã phóng xạ ......................... Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Định nghĩa và đặc điểm của hiện tượng phân rã phóng xạ . Error! Bookmark

not defined.
1.1.2. Quy luật phân rã phóng xạ.............................. Error! Bookmark not defined.
1.2. Chuỗi phóng xạ liên tiếp. Hiện tƣợng cân bằng phóng xạ Error! Bookmark
not defined.
1.2.1. Chuỗi phóng xạ liên tiếp ................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Hiện tượng cân bằng phóng xạ ....................... Error! Bookmark not defined.
1.3. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên ......... Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Dãy phóng xạ Urani ........................................ Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Dãy phóng xạ Thori ........................................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ............. Error! Bookmark not
defined.
2.1. Phƣơng pháp chuẩn nội hiệu suất ghi ............ Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Phương pháp phổ gamma ............................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi . .......... Error! Bookmark not defined.
2.2. Hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe – Canberra ............ Error! Bookmark not
defined.
2.2.1. Đầu dò bán dẫn BEGe, Model BE530 ............ Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Buồng chì: ....................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Khối tiền khuếch đại, model Canberra 2002C: ............ Error! Bookmark not
defined.
2.2.4. Khối khuếch đại phổ, model Canberra 2026: . Error! Bookmark not defined.
2.2.5. Khối cao thế, model Canberra 3106D: ........... Error! Bookmark not defined.
2.2.6. Khối phân tích đa kênh: .................................. Error! Bookmark not defined.
2.3. Phân tích phổ gamma ...................................... Error! Bookmark not defined.


2.3.1. Mục đích phân tích phổ gamma ...................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Phần mềm phân tích phổ gamma .................... Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Đường cong hiệu suất ghi của detecto ............ Error! Bookmark not defined.
2.4. Một số hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác kết quả đo . Error! Bookmark not

defined.
2.4.1. Hiệu ứng thời gian chết ................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Hiệu chỉnh chồng chập xung ........................... Error! Bookmark not defined.
2.4.3. Hiệu ứng cộng đỉnh ......................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ... Error! Bookmark not defined.
3.1. Xác định tỉ số hoạt độ của 208Tl / 228Ac trong nguồn TS5 .. Error! Bookmark
not defined.
3.1.1. Nguồn không bọc chì đặt song song với bề mặt detecto Error! Bookmark not
defined.
3.1.2. Nguồn bọc chì 1,5mm ...................................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Xác định tỷ số hoạt độ của một số đồng vị trong dãy

238

U Error! Bookmark

not defined.
3.2.1. Đánh giá tính cân bằng phóng xạ trong dãy 238U......... Error! Bookmark not
defined.
3.2.2. Xác định tỉ số hoạt độ 235U và 238U ................. Error! Bookmark not defined.
3.3. Đánh giá sai số .................................................. Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN .............................................................. Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................3


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TÊN VIẾT TẮT
BEGe - Broad Energy Germaniumdetector - Đầu dò bán dẫn gecmani siêu tinh
khiết dải rộng.
FWHM - Full Width at Half Maximum, độ rộng nửa chiều cao của đỉnh, còn gọi là
độ phân giải năng lượng.

Iγ - Gamma ray intensity, cường độ bức xạ tia gamma, còn được gọi là xác suất
phát xạ.
ADC – Analog to Digital Converter, bộ biến đổi tương tự số.
MCA – Multichannel Analyzer, phân tích biên độ nhiều kênh.


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Sơ đồ hê ̣ phổ kế gamma ............................ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.2. Hệ phổ kế gamma BEGe tại Bộ môn Vật lý hạt nhân Trường ĐHKHTHĐHQGHN .................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3. Phân tích phổ gamma bằng GammaVision 6.03.Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.4. Nhận diện sơ bộ các đồng vị bằng công cụ FitzPeaks 3.66.............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.1: Mặt trước mẫu TS5 ................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.2: Mặt sau mẫu TS5 ...................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.3: Phổ gamma của mẫu TS5 với cấu hình đo nguồn không bọc chì đặt song
song với mặt đềtéctơ thời gian đo 69270s ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.4. Đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi của phổ gamma mẫu TS5 cấu hình
đo không bọc chì song song ...................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5. Phổ gamma của mẫu TS5 với cấu hình đo bọc chì thời gian đo 83181
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6. Đường cong chuẩnnội hiệu suất ghi của phổ gamma mẫu TS5 cấu hình đo
bọc chì ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7. Đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi của phổ gamma mẫu US2 ...... Error!
Bookmark not defined.



DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các bức xạ gamma đặc trưng và hệ số phân nhánh của các đồng vị phóng

xạ trong dãy 238U ....................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 1.2. Các bức xạ gamma đặc trưng và hệ số phân nhánh của các đồng vị phóng
xạ trong dãy 235U ....................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 1.3. Các bức xạ gamma đặc trưng và hệ số phân nhánh của các đồng vị trong
dãy phóng xạ 232Th .................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.1. Kết quả thực nghiệm với cấu hình son song, thời gian đo 69270 giây
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.2. Cấu hình bọc chì thời gian đo 83181s ...... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.3: Bảng so sánh kết quả thực nghiệm với hai cấu hình đo bọc chì và không
bọc chì ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.4. Kết quả tỉ lệ hoạt độ của

208

Tl và

228

Ac với hai cấu hình đo khác nhau

................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.5. Bảng số liệu kết quả xử lý đối với mẫu US2Error!

Bookmark

not

defined.
Bảng 3.6. Bảng số liệu kết quả xử lý đối với hai đỉnh năng lượng 186,21keV và
185,75keV ................................................................. Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.7. Tỉ lệ hoạt độ của 235U và 238U theo lý thuyết và bằng thực nghiệm . Error!
Bookmark not defined.


MỞ ĐẦU
Trong nhiều bài toán Vật lý hạt nhân liên quan tới tỉ số hoạt độ của hai đồng
vị trong mẫu đo. Trong [6] đưa ra công thức xác định độ giàu và tuổi của nhiên liệu
hạt nhân. Tuổi của nhiên liệu hạt nhân được xác định thông qua tỷ số hoạt độ
. Độ giàu đồng vị được xác định thông qua việc đo tỉ số hoạt độ
và

. Hiện nay độ giàu của nhiên liệu hạt nhân

cũng được xác định phổ biến theo phương pháp phổ gamma, trong đó phương pháp
xác định độ chảy theo tỉ lệ hoạt độ

cũng được ứng dụng. Trong

nghiên cứu tỉ số suất lượng đồng phân bằng phương pháp đo phổ gamma tỷ số suất
lượng cũng được xác định thông qua đo tỷ số hoạt độ.
Về nguyên tắc để xác định tỷ số hoạt độ cần xác định hoạt độ của từng đồng
vị một. Như đã biết, hoạt độ của đồng vị được xác định thông qua tốc độ đếm tại
đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng. Biết hiệu suất ghi tại đỉnh và
các hệ số hình học sẽ xác định được hoạt độ của đồng vị. Để nâng cao độ chính xác
[4] cần nâng cao hệ số tự hấp thụ trong mẫu, hiệu chỉnh sự hấp thụ của cửa sổ
detecto, hiệu chỉnh thời gian chết. Hiệu suất ghi được xác định dựa vào đường cong
hiệu suất ghi xây dựng được khi đo mẫu chuẩn có hình học giống như mẫu phân
tích. Nhưng với nhiều bài toán hình học mẫu đo hết sức khác nhau, việc tính toán
hình học đo cũng gặp nhiều khó khăn. Để khắc phục khó khăn trên trong [6] đưa ra
phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi.

Theo phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi tỷ số hoạt độ của hai đồng vị
được xác định dựa vào tỷ số tốc độ đếm chia cho hệ số phân nhánh của hai bức xạ
đặc trưng cho hai đồng vị quan tâm. Hai bức xạ được chọn có cùng năng lượng
hoặc năng lượng xấp xỉ nhau. Tỷ số tốc độ đếm chia cho hệ số phân nhánh
của một đồng vị được xác định trực tiếp thông qua việc đo phổ gamma của mẫu,.
Còn tỷ số tốc độ đếm chia cho hệ số phân nhánh

của đồng vị thứ hai thu

được từ đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi được xây dựng dựa vào các tỷ số
tại các năng lượng Eγ do đồng vị thứ hai gây ra.

1


Ưu điểm của phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi là không cần mẫu chuẩn
và có thể áp dụng cho hình học đo bất kỳ. Mục tiêu của bản luận văn là kiểm tra
bằng thực nghiệm việc xác định tỷ số hoạt độ của hai đồng vị có trong mẫu không
cần mẫu chuẩn, không phụ thuộc vào hình học đo. Mục tiêu thứ hai là áp dụng
phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi để đánh giá trạng thái cân bằng của các đồng
vị phóng xạ trong dãy

238

U trong một nguồn, và tỷ số hoạt độ của

235

U và

238

U.

Ngoài phần mở đầu, kết luận. Luận văn được chia thành 3 chương
Chương 1. Tìm hiểu khái quát về phân rã phóng xạ, hiện tượng cân bằng
phóng xạ và một số đặc điểm của các dãy phóng xạ trong tự nhiên.
Chương 2. Trình bày các phương pháp thực nghiệm, phương pháp phổ
gamma, phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi, các hệ đo và hần mềm xử lý. Một số
phương pháp hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác kết quả đo.
Chương 3. Trình bày các kết quả thực nghiệm xác định tỷ số hoạt độ
trong mẫu TS5. Xác định tỷ số hoạt độ của
bằng thực nghiệm và tính toán lý thuyết.

2


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
[1]: Nguyễn Văn Đỗ, 2005 “Phương pháp phân tích hạt nhân”, Nhà xuất bản
ĐHQG Hà Nội
[2]: Ngô Quang Huy, 2006“Cở sở Vật lý hạt nhân”, Nhà xuất bản khoa học kỹ
thuật Hà Nội.
[3]: Bùi Văn Loát, 2009“Địa vật lý hạt nhân”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
Hà Nội
[4]: Đặng Huy Uyên, 2006 “Vật lý hạt nhân đại cương”, Nhà xuất bản Đại học
Quốc Gia Hà Nội.
Tài liệu tiếng Anh
[1]: Cong Tam Nguyen,(2005)103“Age-dating of highly enriched

uranium by

gamma-spectrometry”, Nucl.Instr . And Meth. B229.
[2]: Huda Abduirahman Al-Sulaiti, 2011. Determination of Natural Radioactivity
Levels in the State of Using High- Resolution Gamma- Ray Spectrometry. A thesis
of Dortor of Phylosophy- University of Surey, UK.
[3]: K.N. Mukhin,1987 “Experimental Nuclear Physis”, Vol I. Mir Publisher
Mosscow

3