luận văn thạc sĩ xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các nguyên tố phóng xạ trong mẫu thực vật bằng phương pháp phổ gamma

Luận văn thạc sĩ khoa học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN NGỌC LỆ XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ RIÊNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ PHÓNG XẠ TRONG MẪU THỰC VẬT BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 z Luận văn thạc sĩ khoa học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN NGỌC LỆ XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ RIÊNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ PHÓNG XẠ TRONG MẪU THỰC VẬT BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số: 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Bùi Văn Loát Hà Nội – Năm 2013 z Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình học tập hồn thành luận văn này, nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy cô, anh chị bạn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin trình bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Phó giáo sư – Tiến sĩ Bùi Văn Lốt, người thầy kính mến hết lịng giúp đỡ, bảo, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Vật lý, anh chị bạn làm việc Bộ môn Vật lý Hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè tơi, người quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt q trình học tập hồn thành luận văn Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2013 Học viên Nguyễn Ngọc Lệ z Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TÍNH CHẤT PHĨNG XẠ CỦA MẪU THỰC VẬT 1.1 Hiện tƣợng qui luật phân rã phóng xạ 1.1.1.Quy luật phân rã phóng xạ 1.1.2 Chuỗi nhiều phân rã phóng xạ 11 1.1.3 Hiện tượng cân phóng xạ 13 1.2 Các chuỗi phóng xạ tự nhiên 15 1.2.1 Chuỗi phóng xạ đồng vị 238U 15 1.2.2 Chuỗi phóng xạ đồng vị 235U 19 1.2.3 Chuỗi phóng xạ đồng vị 232Th 21 1.3 Đặc điểm hoạt độ phóng xạ riêng mẫu thực vật 23 1.3.1 Nguồn gốc phóng xạ chứa thực vật 23 1.3.2 Thành phần đồng vị phóng xạ chứa thực vật 24 1.3.3 Hoạt độ phóng xạ riêng mẫu thực vật điều kiện khác 25 CHƢƠNG XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ THEO PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA 27 2.1 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp 27 2.1.1 Cơ sở phương pháp 27 2.1.2 Phương pháp phân tích phổ gamma 29 2.1.3 Xác định hoạt độ đồng vị theo phương pháp phổ gamma 31 2.2 Phổ gamma đồng vị phóng xạ tự nhiên 35 2.2.1 Đo hoạt độ đồng vị 7Be 36 2.2.2 Đo hoạt độ đồng vị 40K 36 2.2.3 Phổ gamma đồng vị cháu uran thori 37 2.3 Hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC 38 CHƢƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Xác định vài thông số hệ phổ kế gamma bán dẫn 43 3.2 Khảo sát đánh giá mức độ giảm phơng buồng chì 45 3.3 Xây dựng đƣờng cong hiệu suất ghi để xác định hoạt độ riêng thực vật 50 z luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma Luận văn thạc sĩ khoa học 3.2.1 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi 50 3.2.2 Đánh giá độ xác đường cong hiệu suất ghi 54 3.4 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng mẫu thực vật 56 3.4.1 Quy trình phân tích 56 3.3.2 Kết phân tích hoạt độ phóng xạ riêng số mẫu thực vật 57 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma z luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ Danh mục bảng biểu Thứ tự Nội dung Trang Bảng 1.1 Chuỗi phân rã đồng vị 238U 17 Bảng 1.2 Chuỗi phân rã đồng vị 235U 19 Bảng 1.3 Chuỗi phân rã đồng vị 232Th 21 Bảng 1.4 Hoạt độ phóng xạ số mẫu thực vật số điều kiện 25 khác Bảng 2.1 Các đỉnh gamma có cường độ mạnh 32 Bảng 3.1 Các thông số phổ kế gammar ORTEC 45 Bảng 3.2 Diện tích đỉnh tốc độ đếm phông ba trường hợp 48 Bảng 3.3 Mức độ suy giảm tốc độ đếm 49 Bảng 3.4 Hoạt độ phóng xạ riêng mẫu chuẩn 50 Bảng 3.5 Hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần mẫu chuẩn 52 TVU-TN Bảng 3.6 Hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần xạ 55 gamma đặc trưng mẫu TVTh-TN Bảng 3.7 Hoạt độ phóng xạ đồng vị phóng xạ 55 Bảng 3.8 Hoạt độ phóng xạ mẫu thơng Việt Trì 59 Bảng 3.9 Hoạt độ phóng xạ mẫu thơng 59 Bảng 3.10 Hoạt độ phóng xạ mẫu chè Thái Nguyên 60 Bảng 3.11 Hoạt độ phóng xạ mẫu chè Hịa Bình 60 Bảng 3.12 Hoạt độ phóng xạ mẫu chè Mộc Châu 61 Bảng 3.13 Hoạt độ phóng xạ mẫu lạc tươi 61 Bảng 3.14 Kết xác định hoạt độ phóng xạ riêng nguyên tố 62 luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma z luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma Luận văn thạc sĩ khoa học phóng xạ tự nhiên mẫu thực vật Danh mục hình vẽ Thứ tự Nội dung Trang 222 86Rn Hình 1.1 Sơ đồ phân rã Hình 1.2 Giản đồ Z-N phân biệt hạt nhân bền không bền Hình 1.3 Quy luật phân rã phóng xạ 10 Hình 2.1 Sơ đồ hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC 38 Hình 2.2 Buồng chì ORTEC hệ phổ kế gamma phông thấp 39 88Ra 226    + 2He4 ORTEC Hình 3.1 Phổ nguồn chuẩn 60Co với thời gian đo 762,84 s 44 Hình 3.2 Phơng trường hợp mở nắp buồng chì chưa có chì 46 che chắn đáy thời gian đo 85850,42 s Hình 3.3 Phơng trường hợp mở nắp buồng chì có chì che 47 chắn đáy đo thời gian 21731,72 s Hình 3.4 Phơng trường hợp đóng nắp buồng chì có chì che 47 chắn đáy đo khoảng thời gian 13406,68 s Hình 3.5 Phổ gamma mẫu chuẩn IAEA RGU-1 với thời gian đo 51 40001 s Hình 3.6 Đồ thị đường cong hiệu suất ghi mẫu RGU-1 chuẩn 53 Hình 3.7 Phổ gamma mẫu chuẩn IAEA RGTh -1 với thời gian đo 54 50464s Hình 3.8 Hình 3.9 Phổ gamma mẫu thơng Việt trì đo lần với thời gian đo 128522 s Phổ gamma mẫu chè hịa bình với thời gian đo 120000 s luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma z 57 58 luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Trong môi trường tự nhiên ln tồn đồng vị phóng xạ Các đồng vị phóng xạ chia làm hai loại: thứ nguồn phóng xạ tự nhiên gồm có đồng vị phóng xạ nguyên thủy có thời gian sống dài cháu chúng (có từ tạo thành trái đất) đồng vị phóng xạ sinh tương tác tia vũ trụ với bầu khí trái đất Thứ hai nguồn phóng xạ nhân tạo tạo hoạt động khác người Việc đo phóng xạ gamma đồng vị phóng xạ môi trường như: đất, cát, nước, nhằm xác định phơng phóng xạ tự nhiên, khảo sát mức độ nhiễm phóng xạ hoạt động người tạo Những đồng vị phóng xạ tự nhiên đo phổ kế gamma bao gồm : 40K, 235U, 238U 232Th Những đồng vị phóng xạ tự nhiên bao gồm đồng vị cháu uran thori chuỗi phân rã phóng xạ chúng Ngồi tự nhiên cịn có đồng vị khác 14C chẳng hạn Đồng vị liên tục tạo thành phản ứng hạt nhân xạ vũ trụ có lượng cao với oxy nitơ có lớp khí gần bề mặt trái đất Trong số đồng vị này, có 7Be đo phổ kế gamma Việc đo phóng xạ gamma đồng vị có tự nhiên tốn khó nguyên nhân sau Trước hết, hoạt độ đồng vị thấp nên cần phải đo khoảng thời gian đủ dài dùng hệ phổ kế gamma thiết kế tối ưu cho mục đích Khó khăn gây phơng phổ kế Đa số phơng gây đồng vị phóng xạ tự nhiên có vật liêụ xung quanh detector Ngồi ra, cịn có đồng vị nhân tạo tạo bắt notron đồng vị phóng xạ nhân tạo khác sản phẩm phân hạch 137 Cs 60 Co Khi đo phóng xạ tự nhiên ln có phơng diện ngồi phơng tán xạ Compton đỉnh Vì cần phải trừ phơng ngồi trước trừ phơng luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma z luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma Luận văn thạc sĩ khoa học Compton đỉnh Ngoài đỉnh đồng vị cháu uran thori ảnh hưởng lẫn làm tăng sai số việc tính diện tích đỉnh Về mă ̣t lý thuyế t , Bản luận văn có nhiệm vụ tìm hiểu cở vật lý pháp kỹ thuật thực nghiệm xác định hoạt độ phóng xạ , phương riêng nguyên tố phóng xạ có mẫu thực vật Về thực nghiê ̣m tiế n hành đánh giá mức độ giảm phông buồng chì Xác định độ phân giải detector đỉnh 122 keV Co57 đỉnh 1332 keV Co60 xây dựng đường cong hiê ̣u suấ t ghi ứng với đin ̉ h hấ p thu ̣ toàn phầ n tương ứng với cấ u hin ̀ h đo mẫu chuẩn Tiế n hành đánh giá độ xác đường cong hiệu suất ghi tiến hành thử nghiệm phân tích hoạt độ phóng xạ riêng số mẫu thực vật Luâ ̣n văn với tên go ̣i “ Xác định hoạt độ phóng xạ riêng nguyên tố phóng xạ mẫu thực vật phương pháp phổ gamma ” dà i 66 trang gờ m 14 hình vẽ, 14 bảng biểu 16 tài liệu tham khảo Ngoài phần mở đầu kết luận, Luận văn chia thành ba chương: Chương Tính chất phóng xạ mẫu thực vật Chương Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ Gamma Chương Kết thực nghiệm thảo luận luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma z luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma Luận văn thạc sĩ khoa học CHƢƠNG I: TÍNH CHẤT PHĨNG XẠ CỦA MẪU THỰC VẬT 1.1 Hiện tƣợng quy luật phân rã phóng xạ Năm 1892 Becquerel quan sát thấy muối uranium hợp chất phát tia gồm thành phần tia  (alpha), tức hạt 2He4, tia  (beta), tức hạt electron, tia  (gamma), tức xạ điện từ tia X bước sóng ngắn Hiện tượng gọi tượng phân rã phóng xạ (radioactive decay) Các tia , ,  gọi tia xạ (radiation rays) Chúng có tính chất kích thích số phản ứng hóa học, phá hủy tế bào, ion hóa chất khí, xun thâu qua vật chất,… [1] 1.1.1 Quy luật phân rã phóng xạ Hiện tượng phóng xạ tượng hạt nhân khơng bền, tự biến đổi thành hạt nhân khác cách phát tia ,   Hạt nhân phóng xạ gọi hạt nhân mẹ, hạt nhân tạo thành hạt nhân Thí dụ: 88 Ra 226  86 Rn222   (1.1) 4,591 MeV 5.7% Ra226   4,777 MeV  0,186 MeV (35% -) 94,3% Rn222 Hình 1.1 Sơ đồ phân rã 226 88Ra    222 86Rn + 2He4 luan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gammaluan.van.thac.si.xac.dinh.hoat.do.phong.xa.rieng.cua.cac.nguyen.to.phong.xa.trong.mau.thuc.vat.bang.phuong.phap.pho.gamma z