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
T R Ư Ờ N G ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỤ N H IÊ N
***********************

XÂY DỤ NG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH
HÀM LƯỢNG PHÓNG XẠ U, TH,K
TRONG MẢU ĐỊA
CHẤT VÀ MỒI T R Ư Ờ N G
*

MÃ SÓ QT-04-08

CHỦ TRÌ ĐẺ TÀI: PGS. TS N G U Y Ề N TRIỆU TỦ
CÁC CÁN B ộ THAM GIA:
1. TS. N g u y ễ n T r u n g T í n h
2. C N . N g u y ễ n Thị C h a n h
3. KS. T r ần T h a n h T â n
4. C N . Lê X u â n C h u n g
5. C N . N g u y ễ n N g ọ c H u y n h
6 . C N . N g u y ễ n T iế n P h o n g

HÀ NỘI - 2005


r

*

^

n

1. Báo cáo tóm tăt băng tiêng Việt
a. Tên đề tài: X â y d ự n g quy trình phân tích h à m lư ợng p h ó n g xạ Ư, Th, K trong
mẫu địa chất và môi trường
M ã số: Q T -0 4 - 0 8
b. Chủ trì đề tài: PGS. TS N g u y ễ n Triệu Tú
c. Các cán bộ tham gia:

1. TS. N g u y ễ n T r u n g Tí nh
2. CN . N g u y ễ n Thị C h an h
3. KS. Trần T h a n h Tân
4. CN. Lê X u â n C h u n g
5. CN . N g u y ễ n N g ọ c H uyn h
6 . C N .N g u y ễ n Tiến P h o n g

d. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Xây d ự n g quy trình phân tích hàm lư ợng u , Th, K t rong các m ẫ u địa chất
và môi trường.
- Nội du ng n ghiên cứu:
- Khảo sát hệ đo g a m m a hoạt độ nhỏ
- Xây d ự n g quy trình phân tích hàm lượn g p h ó n g xạ Ư, Th, K trong m ẫu
địa cliât và môi trườ ng

e. Các kết quả đạt được
- Xây d ụ n g quy trình phân tích h à m lượn g Ư, Th, K tro ng m ẫ u địa chất và
môi trường
- K.ểt quả xác định hàm lượn g u , Th, K trong m ột số m ẫ u thực tế
f. Tình hình kinh phí của đề tài: đã chi hết

1

Khoa quán lý
(Ký và glii rõ liọ tên)

— '

Cliiỉ trì đề fìii
(Ký và glii rõ ||Ọ fên)

;

t k u ở n c dại h ọ c k h o a

n ọ c TỰNIIIÉN

*HÓ

GS.TS.j Tw

2

ĨRƯỚNQ

i@ & ($


Mục Lục
M ở đ ầ u ........................................................................................................................................4

Chuong I: Hệ phổ kế gamma hoạt độ nhỏ..........................................................5
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.

Detectơ bức xạ g a m m a .............................................................................................5
Các n guồn tạo ra p h ô n g ............................................................................................6
Thiết bị G i ả m p h ô n g ..................................................................................................8
Hệ phổ kế g a m m a hoat độ n h ỏ ..............................................................................8

Chưoìig II: Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng Uran, Thori, Kali
............... : ........ . . . . . . . . . . . ’. . . . 7 . . . . . . . . ................ .................. ......................... ...................... ................. . . . . „ 1 1

II. 1. Một số p h ư ơ n g pháp xác định hàm lượng u 238, T h 232, K 40 trong m ẫ u 11
11.2 . Khảo sát hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ phổ k ế ..........................................13
11.3. Khảo sát sự tích luỹ của R n 222 và con cháu của n ó .................................. 17

Kết lu ậ n ........................................................................................................................23
Tài liệu tham khảo.................................................................................................... 24

3


Mở đầu
Ur anium , thorium, kalium là các đồng vị p h ó n g x ạ có thời gian sổng dài;
chú ng có m ặt k h ắ p nơi trên trái đất. Tuỳ vào cấu tạo địa chất, vị trí địa lý, khí
h ậ u , . .. nhìn c h u n g h à m lư ợ n g của các đồng vị này k h á n hỏ, nh ất là đối với các
mẫu môi trường. D o vậy việc xác định hàm lượn g của c h ú n g tro ng các m â u cân
nghiên cứu th ư ờ n g khó khăn và k h ô n g phải lúc nào c ũ n g thực hiện đ ư ợ c với độ

chính xác m o n g muốn . Ngoài ra, đổi với các m ẫ u địa chất, m ộ t đòi hỏi thực tê là
kh ông n h ữ n g cần xác định hàm lượng các nguy ên tố này trong các m ẫ u cân
nghiên cứu với độ chính xác cần thiết mà còn phải đ ả m bảo đ ư ợ c cả vê m ặt thời
gian (cần xác định nhanh). Đe xác định hàm lư ợn g các đ ồ n g vị p h ó n g xạ u , Th,
K trong các mẫu khảo sát, có thể thực hiện bằn g nhiều p h ư ơ n g p h á p khá c nhau;
ch ăn g hạn n h ư p h ư ơ n g pháp khối phổ gia t ố c , - . .Trong đề tài n ày c h ú n g tôi quan
tâm tới việc xác định hàm lượng các đồ ng vị trên trực tiếp t h ô n g q u a việc xác
định hoạt độ p h ó n g xạ của c h ú n g bằn g p h ư ơ n g pháp phổ bứ c xạ g a m m a . C ó hai
loại phổ kế đư ợ c sử dụng: Đó là hệ phổ kế g a m m a nhấp nháy và hệ p h ổ kế
g am m a bán dẫn. Hệ phô kê g a m m a nhấp nháy có ưu điểm là hiệu suất ghi lớn,
k hông cần có nitơ lỏng đi kèm, thuận tiện trong đo đạc, vận chuyể n. N h ư ợ c điểm
của hệ phô kê này là độ phân giải xấu và p h ô n g khá cao. Do vậy hệ phổ kế
g a m m a nhấp nháy th ư ờ n g chỉ đư ợc d ù n g trong các phép đo cần độ chính xác
k hông cao, th ư ờ n g chi sử d ụ n g để xác định hoạt độ các đ ồ n g vị p h ó n g xạ trong
các mẫu địa chất. Đẻ có thể xác định hàm lượng các m ẫ u môi tr ư ờ n g với độ
chính xác cao, cân plìải sử d ụ n g hộ phô kế g a m m a bán dẫn (với detector
g e m a n iu m siêu tinh khiết (HP Ge) ).
T r o n g đô tài này, c h ú n g tôi khảo sát m ột số yếu tổ cần thiết c ủ a m ộ t hệ đo
uam m a hoại độ nhỏ phục vụ việc xác định hàm lượn g các đ ồ n g vị p h ó n g xạ (U,
Th, K) có trong các m ẫu địa chất và môi trư ờng và đề suất qui trình xác định
hàm lượng của chủng.

4


Chương I
Hệ phổ kế gamma hoạt độ nhỏ
1.1.

D etectơ bức xạ gam m a

N h ư đã trình b ày trong p hần m ở đầu, để xác định h à m lư ợ n g các đ ô n g vị

ph óng xạ u , Th, K có t rong các m ẫ u đo; hai hệ phổ kế t h ư ờ n g đ ư ợ c sử d ụ n g là:
- Hệ phổ kế g a m m a nhấp nháy với detectơ N al( T l)
- Hệ phổ kế g a m m a bán dẫn với detec tơ

HPGe.

Hệ phổ kế g a m m a nh ấp nháy (Nal(Tl)), có thành p h ầ n ch ín h là bản nhấp
nháy Nal(TI) và ố n g nhân q u a n g điện. Hệ phổ kể g a m m a bán dẫn, có thành phần
chính là lớp bán dẫn p-n. Vói detectơ bán dan g e r m a n iu m , n ă n g lư ợ n g đê tạo ra
một cặp điện tử- lỗ trống là 2,9 eV; trong khi đó đê tạo ra m ộ t ph otoelectron
trong tinh the Nai cần n ă n g lượn g k h o ả n g lOOOeV. Do vậy m ộ t bứ c xạ g a m m a
năng lượng l M e V đ ư ợ c hấp thụ hoàn toàn tro ng detectơ bá n dẫn sẽ tạo ra
350.000 cặp điện tử- lồ trổng; còn với bản nhấp nháy N a i , chỉ tạo ra 4.000 q u a n g
điện tử.
Phô bức xạ g a m m a của cletectơ bán dan được đặc tr u n g bởi 3 thành phần
chính sau:
-

Phân giải n ăn g lư ợ n g cua detectơ

-

Hiệu suât ghi của detecto'

-

Tỷ sô đỉnh/ nền C o m p to n .
Tỷ sỗ đinh/ nền C o m p t o n (hình l , b ả n g l ) là đặc t r ư n g rất q u an trọ ng của

detecto bức xạ g a m m a ; nó được xác định bởi tỷ sổ g i ữ a độ cao của đỉnh hấp
thụ toàn phần 1332 keV của đ ồ n g vị C o 60 đặt cách detec to 2 5 c m chia cho độ
cao trung bình của nền C o m p to n liên tục trong k h o ả n g từ 1040 kcV đến
!096kc V. 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 C o m p to n của det ec to H P G e

Bảng 1. Các giá trị tr on g phổ tính tỷ số đỉnh/nền C o m p t o n của detecto H P G e
A

ROI

c

G

30394

511

87

44482

A- số đếm tại kênh cao nhất vù ng đỉnh; ROI- sổ đếm trên 1 kê nh trong vùng

quan tâm; C- số kên h trong v ù n g quan tâm; G- số đếm tổ ng c ộ n g t rong v ù n g
qu an tâm.
T ừ so liệu trên b ản g 1 ta tính đư ợ c tỷ số đỉnh trên nền C o m p t o n :
Tỷ số đỉnh / C o m p t o n - A / R O I = 5 9 : 1

1.2. Các nguồn tạo ra phông.
Các yêu tô tạo nên p h ô n g bao gô m 3 nguyên nhân chính sau:
-

Hoạt chât p h ó n g xạ chứ a trong vật liệu làm detecto.

-

I loạt cliât p h ó n g xạ chử a trong vật liệu x u n g qua nh detecto.

-

Tia vù trụ.

Tia vụ trụ tại độ cao b a n g mặt nước biển có thể chia ra làm hai th ành phàn:
T h á n h phần cứ n g (ch iếm 7 3 % ) và thành phần m ề m (chiếm 27 % ). T h à n h phần
círne, bao gồm các hạt m u o n và nucleon. M u o n có khả n ă n g đâm xu yên rất lớn;
để loại trừ thành phần này cần có hệ trùng phùng. T hà nh p h ầ n m ề m tia vũ trụ

6


gồm có các hạt electron, pos ition, g am m a. T h à n h phần này có thể loại bỏ bừi
một tấm chì d à y c ỡ lOcm.
C ư ờ n g độ tia vũ trụ thay đổi theo thởi gian và p h ụ thuộ c v ào rât nhiêu yêu tô;

do vậy trong tr ư ờ n g hợp đo hoạt độ nhỏ (thời gian đo lâu) cần hết sức chú ý tới
thành phẩn này.
Các chất p h ó n g xạ có tr on g vật liệu làm detecto c ũ n g tham gia tạo nên p h ô n g
phóng xạ. Với tinh thổ Nal(TI), p hô ng p hóng xạ tạo ra do s ự p h ó n g xạ của Th, Ư
và đặc biệt là của K 4I). Do được chế tạo bởi vật liệu có độ tinh khiết rất cao,
dctccto I IPGe có p h ô n g p hóng xạ gây bởi vật liệu làm de tecto rất thấp. B ản g 2
cho biết hoạt độ p h ó n g xạ có trong m ột sổ vật liệu.
Báng 2. 'l o ạ t độ p hóng xạ có trong một số loại vật liệu ( m B q / g )
loại vật liệu

T h 2J2

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

M gO

0,2

0,3

0,4

Bức xạ từ các vật liệu x u n g quanh hệ phổ kế do các vậ t liệu này chử a các chất
p h óng xạ thuộc các dãy
lirợng

u 238, T h 232, Ư 235 tồn

u 2-'8 trong đất đá cỡ 1ppm;

Báng 3 du a ra hoạt

độ p h ó n g

tại từ khi hình th à n h trái đất. H à m

của T h 232 cỡ

10 ppm

và củ a K 40 cỡ

0,1 - 1 %.

xạ trung bình của một số vật liệu xây d ự n g

7

Bản g 3. Hoạt đ ộ trung bình của m ộ t số vật liệu xây d ự n g (Bq/kg)
R a 226

Loại vật liệu

"

T h z-'2

G ran it

700

60

60

Cát

200

10

10

Ceramic

500

30

40

Clanhke

600

60

70

60

10

5

Đá

1.3. Thiết bị giảm phông
Phông p h ó n g xạ do các thành phần bên ngoài g ây nên có thể giảm đư ợ c bằng
che chan; có hai loại che chăn: che chắn thụ độ ng và che c h ắ n tích cực.
- Che chăn thụ động:
Dùng các vật liệu có khả năng ngăn cản p h ó n g xạ tốt (các vật liệu có số khối
lỏn) như Pb, w , Mo, Cu, Fe. C ác vật liệu này cần phải là các vật liệu sạch. Hệ
che chắn thụ đ ộ n g t h ư ờ n g có cấu tạo n h ư sau:
Ngoài c ù n g là lóp Pb, sau đó đến lớp Cd (để hấp thụ bứ c x ạ 72 k e V của Pb),
tiếp theo là lớp Cu (hấp thụ tia X của Cd), cuối cù n g là lớp che c h ắ n bới vật liệu
có so z nhỏ hon Cu (dổ hấp thụ tia X đặc tn rn g của Cu).

- Che chắn tích cực:
C he chăn tích cụ c t h ư ờ n g là các hệ trùn g p h ù n g h o ặc đối trùng, hệ này rất
có hiệu quả trong việc loại bỏ tia vũ trụ.

1.4. Hệ phổ kế gam m a hoat độ nhỏ
Phô kế g a m m a d ù n g để xác định n ă n g ỉirợng và h o ạ t độ của bức xạ
gam m a có trong mầu đo. N ă n g lượn g bức xạ g a m m a đ ư ợ c xác định bời vị trí
dinh hâp thụ toàn phân cua bức xạ tới detecto. C ư ờ n g độ củ a bức xạ đ ư ợ c xác
đinh qua diện tích cùa đỉnh hâp thụ toàn ph ân này. Phô bức xạ g a m m a được ghi

8


nhận bởi hệ phân tích biên độ nhiều kênh và th ư ờ n g đ ư ợc x ử lý b ằ n g m á y tính.
Tuy nhiên, n h ữ n g đ á n h giá ban đầu rất hữu ích trong việc lựa ch ọn các p h ư ơ n g
pháp tổi ưu xử lý phổ. P h ổ bức xạ g a m m a g ồ m các đỉnh n ă n g lư ợ n g n ă m trên
nền C o m p to n liên tục và phông. Diện tích đỉnh phổ- s , p h ô n g và nền C o m p to n B tại miền đỉnh phổ (hình 2.) được xác định n h ư sau:

Hình 2. P h ư ơ n g pháp xác định diện tích đỉnh phổ
Gọi k là sổ kênh d ù n g tính diện tích đỉnh phổ, I- số kê nh d ù n g tính phông;
s„ - sô đèm trong kê nh thứ n trong vùng tính diện tích đỉnh phổ; Bj, Bj - số đếm
cùa p hông trong các k ên h bên trái và phải đỉnh phổ. Khi đó diện tích đỉnh phổ có
thê được tính theo c ô n g thức sau:

Và p h ư ơ n g sai của nó:

9


Với các p h ép đo hoạt độ nhỏ, thời gian đo m ẫ u t h ư ờ n g k h á lớn, do vậy cần

phải tính toán thời gian đo tối ưu cho đo m ẫu và đo ph ông. T ừ cự c tiểu của độ
lệch chuẩn:
cr = Ậ S + B ) / t + B / í
chúng ta tìm tỷ số thời gian tối ưu cho đo m ẫu - Ts v à đo p h ô n g - T[ị :
Ts Ỉ T ữ = J ( S + B ) / B
Dặt T= T s+ T[Ị và K = *J(S + B ) ! D , c h ú n g ta có:
Ts= TK/( 1+ K) và T b= T/( 1+ K )
Moạt độ p h ó n g xạ nhỏ nhất có thể đo được L ọ đ ư ợ c xác định bởi biểu thức
sau:
L ọ = ( / / 2 + 2 n ơ 4 ( B ) ! { t e I ỵơ 2)
với:

Iy- suất lư ợng ph át bức xạ g a m m a
8 - hiệu suất ghi bức xạ g a m m a (có hệ số phát ỉy) của hệ p h ổ kế


Chương II
Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng Uran, Thori, Kali
H àm lư ợng các đ ồ n g vị p h ó n g xạ Ư 238, T h 232, K 40 tro ng các m ẫ u địa chất,
đặc biệt trong các m ẫ u môi trư ờng th ư ờ n g rất nhỏ. Do vậy để có thê xác định
được chúng với độ ch ính xác cao cần phải có hệ đo với độ n h ạ y cao và p h ô n g
thấp.

t

11.1. Một số phư ơng pháp xác định hàm lượng u 238, Th232, K40 trong
mẫu
Hàm lư ơng K 4t) tro ng m ẫu nghiên cứu đ ư ợ c xác định q u a đỉnh n ă n g lượn g
đặc tn rn g 1460,8 k e V của nó. Với u 238, và T h 232, đây là hai đ ồ n g vị bắt đầu của
hai họ phóng xạ (hình 3). T h o r i u m 2 3 2 th ư ờ n g được x ác định q u a đỉnh nă ng

lượng 238,6 k e V đ ược phát ra bởi P b 212 hoặc đỉnh n ă n g lư ợ n g 261 4 ,6 k e V được
phát ra bởi TI208, còn U r a n iu m 2 3 8 thư ờng được xác định qua đỉnh 609,3 keV
hoặc đỉnh năn g lư ợ n g 1764,6 keV được phát ra bởi B i 214. Do B i214 là sản ph ẩm
con cháu của R n 222 có chu kỳ bán huỷ 3,82 ngày và R n 22 là chất khí, nên nó phải
được giữ lại trong m ẫ u b ằ n g cách nhốt trong hộp m ẫu kín để đảm bả o cân bằng
phóng xạ. C hu kỳ bán huỷ củ a R n 222 là 3,82 ngày; nên để sai sổ phép đo do ảnh
hưởng cùa sự chư a cân b ằ n g p h ó n g xạ hoàn toàn nhỏ hơ n 1%, cần phải nhốt mẫu
ít nhât 27 ng ày (> 7 chu kỳ bán huỷ).
Hai p h ư ơ n g p h á p sau đư ợ c sử dựng để xác định hàm lư ợ n g uran ium ,
thorium, kal ium trong các mẫu:
- P h ư ơ n g ph áp t ư ơ n g đối:
Với p h ư ơ n g p h áp này, phô bức xạ g a m m a của m ẫ u c h u ẩ n và m ẫ u cần nghiên
cứu được ghi nhộn. Hệ phổ kế xác định diện tích các đỉnh p h ổ đặc trư ng cho
từng đồng vị. T ỷ số các diện tích này được tính toán. T r ê n c ơ sở tỷ sổ này
cũng n h ư các th ô n g sô cùa hệ phô kế và hàm lư ợng các đ ồ n g vị cần quan tâm


đã biết trong m ẫ u chu ẩn , ta xác định được hàm lư ợng các đ ồ n g vị trong mầu
cần nghiên cứu.
-

P h ư ơ n g pháp tu yệt đối

Phư ơng pháp nà y k h ô n g cần m ẫu chuẩn hàm: H à m lư ợ n g các đ ồ n g vị cần
quan tâm đư ợ c xác định trực tiếp qua các số liệu ghi đ ư ợ c trên p h ổ (nh ư diện
tích đỉnh phố, . . . ) và các thông số của hệ phổ kế ( n h ư hiệu suất ghi,...)Tron g đê tài này, c h ú n g tôi quan tâm tới p h ư ơ n g pháp th ứ 2; xác định hàm
lượng ura nium, tho riu m , kalium b ằn g p h ư ơ n g phcỉp tuyệt đối.
T rong p h ư ơ n g p h á p tuyệt đối, phổ bức xạ g a m m a củ a m ẫ u nghiên cứu được
kháo sát; các dính phổ n ăn g lượn g đặc trung: đỉnh

609 k e V cho u 238, đỉnh 238

keV cho T h 232; đỉnh 1460 cho K 40 được xác định chính xác cả về vị trí và diện
tích. T h ô n g q u a các t h ô n g tin có được trên đỉnh phô đặc trưng, người ta xác định
được hoạt độ của đ ồ n g vị phát bức xạ:

H- hoạt độ của đ ồ n g vị ph át bức xạ đặc trung
I- suất lượng của vạch n ă n g lượng đặc trưng
8- hiệu suất ghi bức xạ đặc trưng cùa hệ phô kế
m- khối lượng m ẫ u đo
t- thời gian đo
S- diện tích din h phô
C h ú n g ta nhận thấy, diện tích đỉnh phổ

s đ ư ọ c xác định trên p h ổ bức xạ

ghi nhận được; suất lư ợ n g bức xạ I có thể tìm thấy trong các b ả n g tra cứu; khối
lượng mẫu đo m được xác định trước khi đo; thời gian đo t được xác định trong
khi đo. Còn m ột đại lư ợn g cần xác định đó là hiệu suất ghi tu yệt đối của hệ phổ
kế.

12


11.2. Khảo sát hiệu su ất g h i tuyệt đối của hệ phổ kế
N h ư tro ng c h ư ơ n g I đã trình bày, hiệu suất ghi cùa hệ ph ổ kế g a m m a bán
dẫn phụ thuộc vào n ă n g lư ợng có d ạn g rất phức tạp. T r o n g bài “ S u r v e y in g the
HPGe detector ab solu te ef fi ciency ” ch ú n g tôi đã khảo sát sự phụ thuộc hiệu suât
ghi tuyệt đối của detec to H P G e v ào năn g lượn g bức xạ tới với n g u ồ n có d ạn g
đĩa, đư ờ n g kính 1cm và đặt cách detecto 5 cm. Ket quả n h ư sau:

Bảng 4 Sổ liệu thực n ghiệ m hiệu suất ghi tuyệt dổi cùa hệ phổ kế Gieni 2000
Order
Number

Energy
(KeV)

ly
(%)

Count

Count per
sccond

Detecti on
efficiency

Ac ti vi ty
o f source

10. 3889

1057.0718

0.0098±1.72%

5740

1.5944

265.9770

0.0060±2.71%

26 9

0.0747

14. 8988

0.0050±1,16%

15 500

4.3056

937.2059

0.0046±2.01%

2.8832

1320

0.3667

99.3438

0.0037±4.82%

688.62

0.8514

220

0.0611

29.3359

0.0021±13.6%

7

778.91

12 .7 1 87

3 3 10

0.9194

438.2368

0.0021 ± 3 . 1 6 %

8

867.39

4.0963

852

0.2367

14 1 .1 4 25

0 .00 1 7±6.36%

9

964.05

14.3344

2990

0.8306

493.9075

0 . 0 0 1 7 ± 3 . 17%

10 05 .0 6

0.6364

134

0 . 03 72

21.9306

1960

0.5444

347.8895

3 56

0.0989

62.4172

0 . 0 0 1 6 ± 1 .16%

2560

0.0711

461.8565

0 .00 1 5±3.02%

1

12 1. 77 93

30.6788

2

244.6927

7.7193

3

295.96

0.4324

4

344.32

27. 2

5

444.03

6

10

37400

0 . 0 0 17± 16.81%

]]

1085.81

1 0 . 0 96 6

12

1089. 73

1.8115

13

11 12 .0 8

1 3 . 4 0 42

14

121 2. 94

1. 496

2 30

0.0639

51.5463

0 . 0 0 1 2± l 1.24%

15

1299. 2

1.74624

24 6

0 . 0 68 3

60.1686

0 . 0011 ± 1.16%

16

1 408. 08

20.7264

3140

0.8722

714.1509

0 .0012±2.81%

0 . 0 0 1 6 ± 3 . 6%

C hú ng tôi k hớ p đ ư ờ n g c o n g hiệu suất ghi theo hai biểu thức sau:

e = ỵ p ,E -'
£=

(2.2)

|n(£ )"

Kct quả kh ớ p n h ư sau:
£ | ( E ) = 1.65095 E ' 1- 30.281 E'2 - 3103.08 E' 3

(2.3)

82(E) = 0 . 3 6 0 4 5 8 ( l n E ) ' ' -7 .620 22 (InE)'2 + 4 3 . 9 9 1 6 ( ln E ) ° - 8 4 . 6 5 7 1(1nE)-

13


Hiệu suất ghi
tuyệt đổi

0.012

0.01

0.008

0.006

0.001

0.00?

• •

?no

80D

400

ìnno

Ì^inn

1200

1., krV

Hình 3. Hiệu suất ghi tuyệt đối của detecto H P G e
nguồn đĩa đ ư ờ n g kính l c m
0.04!:.
0.04 0 .035 -

*

UÍ2 3&?

«

Thí222)

* KKO)

0.03 0 .025 -

0 02

-

0 .015

0.01

-

0.005 0
0

00

000

500

2000

2500

E, keV

Hình 4. n i ệ u suât ghi tuyệt đôi của de tecto H P G e
n g u ồ n là m ầu c h u â n u, Th, K ch ứ a tr on g h ộ p n h ự a hình trụ

14


Mình 5. C ác đỉnh có trong mẫu ch uẩn để ch uẩn hiệu suất ghi

15


Bảng 5. Các đỉnh n ă n g lư ợ n g dùng xác định hiệu suất ghi củ a hệ phổ kế I IPGe
Đ ô n g vị

N ă n g lượng

Suât lượng

R r 2(ì

186,1

0,05 789

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

B izl4

1764,5

0,159

Bi214

2204,1

0,05

A c in

338,4

0,124

Bi212

727,3

0,067

* 21H
Ac

794,8

0,046

860,3

0,043

911,2

0,29

966,8

0,232

1460,8

0,1066

Y|2()8
A c 22ii

K4"

Đe xác định hiệu suất ghi của hệ phổ kế phụ thuộc vào n ăn g lượn g bức xạ
g a m m a ghi n h ận trong trư ờ n g hợp mẫu đo k h ô n g có d ạ n g hình đĩa, m à có dạn g
hình trụ, c h ú n g tôi đã sử d ụ n g mẫu chuân u, Th, K đ ự n g t rong hộp hình trụ (hộp
này sẽ được sứ d ụ n g khi đo m ầu 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
N h ư đã trình b ày trong phần II. 1 một trong các khó khăn trong việc xác
định hàm lượn g u 21s trong m ẫu nghiên cứu là m ẫu cần phải đư ợ c nhốt kín ít nliât
27 ngày trước khi đo nếu m u ố n sai số do điều này gây ra k h ô n g vư ợ t quá 1%.
Liệu có giải pháp nào tránh đ ược việc phải c h ờ tới 1 th á n g sau khi ch u ân bị mâu
mới tiến hà nh đo kh ông. C á c tác giả M au ziori et al. đã k h ảo sát quá trình này
Sau khi m ẫ u đ ư ợ c x ử lý và nhốt kín c h ú n g ta có các hệ thức sau:
dN,
P - W ,

dí
(IN
~dt
(IN(

= ẲliN l ỉ - Ẳ c N c

(2.4)

~dí
(ỈN,

= ẢCN c - Ấn N n

dt
Vói

p- h ằn g số tốc dộ san phấm của R n 222
A, B.

c,

D- là k ý hiệu ch o các hạt nhân R n 222, P o 218, P b 214, B i 2l4tư ơ n g ứng

C h ú n g ta giả thiết rang một phần 4, nào dó cùa R n 222 tạo ra li. n lục bị phái
ra từ m ẫu n guyên khối, m ộ t phần khác -X khác thoát ra tro ng qu á trình xử lý mẫu
(nghiền, x a y , . .

D o vậy ta có 0 <

< 1; 0< X <1 •

N g a y sau khi x ử lý m ẫu (t=0), ta có:
^ a N a ( O ) = (1 - ^ ằ bN b(0)

x)p

= XcNc(O) = ^ dN d(O) = (1- S)p

Giài plurơng trình (2.4) với các điều kiện (2.5), (2.6) c h ú n g ta được:

(2.5)
(2.6)


Ản

ẲA

Ẩr

(2.9)

(A/( - /í.( )(/l„ - Ẳr )(ẦC - ẢA)

U K - Ấ c) ( ặ + x ) e ^

p
N 0i!) = f - - p
Ájy

(2 .8)

( ỉ + X ) e ~ A' - { Ẹ ^ r + x V ^
/\rn

Ả lf

- Ả M ỉ+ Ẫ a k ^ + ịÁ \

— a i ỉ + \ - x ) ẽ >'‘

Ả/ịẦ^+ỵ)

-ẢRf
' l A - £ + M ỉ 4r
-e * +(ẲfJ - ẢÁ)(ẲC - ẰA){ẰD- Ấ A)
(ẲA - ẰR) ( / \ . - XB){ẰD - ẢB)

(ẪA - Ẳ r ){ẢB - Ầ r )(Ãp - Ã r )

^I)(^A ~^p)(^ỉi

~ ^ d)

( 2 . 10)

T ừ c ô n g thức (2.10) ta nhộn thấy hoạt độ p hóng xạ của B i214 trong mẫu
sau khi xử lý là m ộ t hàm sô của thời gian (hình 6).
Chú ý rằng h ằ n g số phân rã Ả của các đ ồ n g vị

u 238, Til232, K 4I) khác nhau

và có giá trị n h ư sau:
\

a=

2 , I 0 . 1 0 " 6/ s

Ằb=3,80.10'-7s
( 2 . 11)

^c=4,3 1.10'4/s
ằ.d= 5,86.

10 ‘4/s

T ừ biểu thức (2.1 1), sau khi mẫu được xử lý 5 h ( 18.000 s), các sổ hạng
trong dẩu ngoặc v u ô n g [] tro ng biểu thức (2.10) có giá trị rất nhổ có thể bo qua
so với so hạng với th ừ a số exp(-Ằ.At). N h ư vậy có thê viêt:
Ị)Ả„Ảc Ảl)(ặ + x )

(2 . 12)

Ản N , Á0 = p -

Do đó, nếu thực hiện hai p h é p đo tại các thời điêm t = t| và t = t2, thì từ p h ư ơ n g
trình (2.12) ta có thế xác định đư ợ c tốc độ sản p h ẩ m của R n 222, p.

18


thời gian (gi ờ)

Hỉnh 6. Hoạt độ p h ó n g xạ của B i 214 sau khi xử lý m ẫ u là h à m số cù a thời

gian t (a) 0 < t < 24 giờ; (b) 1< t < 30 ngày; (£, = 0)

19


Nếu đặl:
K

_ ------------ £

H

í

IJW — ——------------ ( 2 1 3 )

^ ) U r - A,)(Ad -

ả

a)

K'

T ừ biểu thức (2.12 ) và (2.13) ta có:
p [ l - ( X + O K , ] = ^ DN D( t 1)
p [ l - ( X + ^ ) K 2] = A.DN D(t2)

(2.14)

Giải hệ p h ư ơ n g trình (2.14) ta xác định được giá trị của p:
K\A.DN - ị ị Ệ 2 ) — K 2Ẫ DN l}(ti)
1

------------------ K ~ K :------------------

(2I5)

với sai sô:
r

_

s ’ =

k iổ 2

-

k ìổ,

K, - k ]

Sử d ụ n g p h ư ơ n g p h áp

<2 1 6 >

trôn, c h ú n g tôi đã xác định giá trị p của mâu đầt tại

I loà Lạc n h ư sau: m ẫu đất khảo cứu được cho vào túi polim e sau đó được

chuyển về p h ò n g thí ngh iệm. Tại p h ò n g thí nghiệm, đất đư ợ c xay khô, nghiền
nhỏ, dây để đ ư ợ c d ạ n g hạt đ ư ờ n g kính 0,5 cm; sau đó đ ư ợ c cho vào h ộ p n h ự a bịt
kín. Mầu đ ư ợc đ e m đo sau các k h o ả n g thời gian: t| = 7 n g à y (6 0 4 .8 0 0 s), t2= 16
ngày ( 1.3 82.400) và t = 30 n g à y (2 .592. 000 s) cho kết qu ả n h ư sau:
A,DN n (t|) = 13,78 ± 1 , 1 2 B q/kg
A.DN D(t2) = 16,81 ± 1,23 B q /k g
Sử d ụ n g p h ư ơ n g trình (2.15) và (2.16) chúng ta tìm được:
p = 18,21 ± 1,50 Bq/kg
Giá trị p xác định đ u ợ c sau khi nhốt mẫu 30 ngày:
p = 18,37 ± 1,13 B q/kg

20


Trên c ơ sở các ph ân tích trên, có thể đưa ra quy trình ph ân tích h à m lư ợng
các đồng vị p h ó n g xạ Ư238, T h 232, K.40 trong các mẫu khảo sát (bao g ồ m các

mẫu

địa chất và môi trư ờ ng) n h ư sau:
-

M a u đ ư ợ c lấy, đ ự n g trong túi polim e và đem về p h ò n g thí n ghiệm

-

M au đ ư ợ c x ử

lý (xấy khô, nghiền, đây)

-

C h o m ẫ u vào

hộ p nhựa, bịt kín

-

Xác định thời

gian đo m ẫu và đo p h ô n g

-

Đo p h ô n g c ủ a hệ đo

-

Đo m ẫu để thu đư ợ c p h ổ bứ c xạ g a m m a sau m ộ t thời gian n h ố t m ẫ u

-

X ử lý p h ổ để xác định diện tích các đỉnh phổ cần thiết

-

Xác định h a m lư ợ n g (hoạt độ) các đ ồ n g vị p h ó n g xạ có t rong mẫu

Dựa vào q u y trình nêu trên, c h ú n g tôi đã xác định hoạt độ các đ ồ n g vị p h ó n g
xạ u 238, T h 232, K 40 trong m ộ t số mẫu ( bảng 7; hì nh 7)

Bảng 7. Hoạt độ p h ó n g xạ của các đồng vị Ư238, Til2'12, K 40 ( B q /k g )
trong rrìầu kh ảo sát
Mill,

Th?32

\Jm

K4„

Mâu đât 1

18,37± 1,13

9 ,73± 0,56

2 8 7 , 2± 14,31

Mâu đât 2

1 1,78± 0,74

14,23± 0,78

3 2 7 , 1± 15,47

Mầu đá

8 1 , 1 4± 3,74

6 0 ,0 5 ± 2,91

6 5 0 , 7± 25,4 6

21


Hình 7. Ph ô g a m m a thu được của m ẫ u đât 1 và p h ô n g

22


Kết luận
Đc tài dà tlụrc hiện đ ư ợ c các nội dung dề ra, cụ thổ:
-

K h ả o sát hệ p h ổ k ế g a m m a hoạt độ nhỏ

-

Xác định hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ ph ổ kế g a m m a b án dẫn H P G e phụ
thuộc vào n ă n g lư ợng bức xạ g a m m a tới

-

Khảo sát q u á trình tích luỹ R n 222 trong m ẫu đư ợ c n h ố t kín, từ đó chỉ ra khả
nã n g có thể xác định chính xác hoạt độ u 238trong m ẫ u k h ô n g cần đợi thời
gian nh ốt m ẫ u lâu (> 30 ngày).

-

Đc xuất q u y trình xác định hàm lượn g các n guyên tố p h ó n g xạ u 238, T h 232,
K40 trong m ẫ u địa chất và môi trường

-

Xác định h à m lư ợ n g các đ ồ n g vị Ư 238, T h 232, K 40 t rong m ộ t số m ẫu đất và
đá.

23


Tài liệu tham khảo
[1] Boston M., E rduran M .N.,Sirin M. and Subast M., Physical R e v ie w (1997).
[2] Kolev D., D o b v a E., N e n o v N. and T o d o r o v V., N u c le a r in st rum en ts and
m eth o d s in ph y s ic r e se a c h (1994).
[3] V a n s k a R. and R i e p p o R., N u c le a r instruments and m e th o d s 179, (1981)
[4] Sellsc hop J., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B29, 4 3 9 (1 989)
[5] Mauziori et al. J. Radiol. Prot. 22 67-76
[6]M alan ca A, et al. Appl. Radiat. Isotop. 46 1387-92
[7]Tran

Tri Vien et al. J. o f Natural Science, V N U , H (2 00 4)

[8]Nguyễn T r iệu Tú, G iá o trình Vật ]ý hạt nhân

24