Vẻ mật phương pháp luận, phương pháp kụ chấp nhận quy ước Hogdahl cho phân bổ năng lượng notron trên nhiệt lệch khỏi qui luật 1/E và được biểu diễn dưới dạng Vere Hệ số œ xem như là một
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VA ĐÀO TẠO
My TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM THÀNH PHO HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
C9 2CdJ tr)
ĐỀ TAI:
[ UNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHUẨN HÓA Ko
| PHAN TÍCH HAM LUGNG CAC NGUYEN TO
TRONG DAT HIEM.
Lá ————_—_
THU VIÊN
|Ï; ong Bei we Su: Ohare
:Ð, HỘ :
—— CHÍ ti GVHD: THAY TA HUNG QUÝ.
THAY HUYNH TRUC PHUONG
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC.
NIÊN KHOÁ : 2090-2004.
¢ Tháng5/2004 $
Trang 2LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP
MỤC LỤC
Lời mở đầu
: Trang
Phần một: TONG QUAN LÝ THUYÊT 5
Chương I: Phép phân tích kích hoạt ndtron (NAA) 6
I Những nguyên tắc cơ bản 6
1.1 Biểu dién phố notron của lò phản ứng 6
1.2 Tính chất của tiết điện phản ứng (n, y) sa /8 I3 Tóc độ phản HE coi eanoeinoieeeoaeesaoseeseraeseng 9 1.3.1 Tổng quát 1.3.2 Năng lượng ngưỡng hiệu dung Cd 1.3.3 Quy ước Hogdahl I.3.4 Hình thức luận Westcott L4 Phương pháp chuẩn hoá NAA lầ 1.4.1 Phương trình kích hoạt 1.4.2 Phương pháp tuyệt đối 1.4.3 Phương pháp tương đối 1.4.4 Phương pháp so sánh đơn 1.4.5 Phương pháp —ky II Phương pháp chuẩn hoá -kọ 17
II.2.1Phương trình cơ bản của ko-NAA trong quy ước Hogdahl l7 11.2.2 Hình thức luận Westcott -‹- - 19
11.2.3 Khả nang tự chấn của nđưon ¡9
11.2.4 Các kiểu phân rã -kích hoạt 21
11.2.5 Các phản ứng giao thoa .- 22
Chương II: Phép trắc phổ tiaX 27
ký Tinea ” t0/25020ii0i%6064036066ii0Guas 27 II Độ nhạy i SSUES cae SEE 27 II Thifn lời và BẠO CHẾ Sisk eR 30 BV: Các ng CMR SII TỔ sao 20402202626226622200 39 Phần hai: THUC NGHIỆM 44
L Khái quát về đất ĐẾN c:;22<62 C62200 260 22222622 4 45
TE CAG Khái tfDT ả s22 052514266607246)1224234 45
1.2 Chuẩn bi mẫu ss 47
II Hệ thống đo bức xa nam 48
Roh Thy lk ee 49
SVTH: HO THI KIM CUC Trang |
Trang 3LUAN VĂN TOT NGHIỆP
LỜI MỞ ĐẦU
Xã hôi loài người càng phát triển bên cạnh những thành tựu mà con người
đạt được thì còn một số vấn dé đặt ra Một trong ba vấn dé cấp bách đó là vấn dé
môi trường Mặt khác,với đà phát triển công nghiệp như vũ bảo dẫn đến môi trường ngày càng bị 6 nhiễm tram trọng: khí thải công nghiệp, bụi than, nguồn
nước, đất đai đã ảnh hưởng rất lớn đến đời sống sức khỏe con người Để han chế
bởi sự ô nhiễm đó trước hết ta phải đi tìm hiểu và phân tích xem trong khí thải đó
có chứa những nguyên tố nào và hàm lượng là bao nhiêu để từ đó có thể đưa ra
cách khắc phục tốt nhất.
Như ta đã biết có rất nhiều phương pháp phân tích thành phan và hàm lượngcác nguyên tố trong mẫu như: phương pháp hóa học, phương pháp huỳnh quang
tia X, phân tích kích hoạt nơtron, Trong các phương pháp trên thì phương pháp
hóa học là phương pháp được sử dụng quen thuộc nhất Tuy nhiên, phương pháp
này có khuyết điểm: sau khi phân tích mẫu bị phá vỡ do phản ứng với hóa chất,
thời gian phân tích dài ngoài ra, các phương pháp này còn phụ thuộc vào các yếu
tố như: độ lệch phổ, cấu tạo máy dò, chuẩn bị mẫu, điều kiện đếm dẫn đến kết
quả nghiên cứu không chính xác.
Để khấc phục khuyết điểm trên, hiện nay trên thế giới đã có một phương
pháp mới do SIMONITS cùng với những nhà khoa học khác đã đưa ra là phép
phân tích kích hoạt notron (NAA) dựa trên phương pháp chuẩn hóa k-zero
(kạ-NAA), nó được đánh giá là một trong những phát triển đáng kể nhất của NAA gan đây Phương pháp này có các ưu điểm sau :(L) đơn giản thực nghiệm so với
phương pháp tương đối, (2) độ chính xác cao so với phương pháp tuyệt đối, (3)
linh hoạt khi thay đổi diéu kiện chiếu và đo so với phương pháp chuẩn đơn, (4)
phù hợp cho việc máy tính hóa Phương pháp ky-NAA được phát triển như là
chuẩn hóa tuyệt hóa nơi các số liệu hạt nhân không tin cậy được thay bằng các
hằng số hạt nhân tổ hợp được xác định một cách chính xác bằng thực nghiệm, được gọi là các hệ số k-zero (ky), hoặc xem như là phương pháp chuẩn đơn mà
được làm cho linh hoạt khi thay đổi điều kiện chiếu va đo Hệ số ky xuất phát từ
hệ số k của phương pháp chuẩn đơn nhưng làm cho độc lập với thành phan mô tảđiều kiện chiếu và đo, tức là:
M.79ø
M.Y 6.0
k., (s) vẽ
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 2
Trang 4LUAN VAN TOT NGHIỆP
Cúc hệ số ky được lập thành bang dé tra cứu, trong đó chỉ số ¢ biểu dién cho
nguyên tế so sánh(thường được chon là nguyên tố vàng) và chỉ số s biểu dién cho
nguyên tố phân tích.
Vẻ mật phương pháp luận, phương pháp kụ chấp nhận quy ước Hogdahl
cho phân bổ năng lượng notron trên nhiệt lệch khỏi qui luật 1/E và được biểu diễn dưới dạng Vere Hệ số œ xem như là một thông số phổ notron cùng với hệ
số [ biểu diễn tỉ số thông lượng nơưon nhiệt trên thông lượng ndưon trên nhiệt
Đồng thời, hình thức luận Westcott cũng được áp dụng với việc giới thiệu thêm
năng lượng công hưởng hiệu dụng £_ như một hằng số hạt nhân
Tuy nhiên, phương pháp này ở` Việt nam còn rất mới lạ Tôi hy vọng qua
để tài : “Ứng dụng phương pháp chuẩn hóa ky phân tích hàm lượng các
nguyên tố trong đất hiếm” có thể giúp các bạn hiểu được cơ bản vé phương
pháp chuẩn hóa ky, biết được những ưu, khuyết điểm của phương pháp này
Với phương pháp: dịch thuật các tài liệu nước ngoài có liên quan, sưu tầm
và tham khảo các tài liệu có liên quan, sử dụng phương pháp thực nghiệm với
phần mềm chuyên dụng để xử lí phổ, kết hợp với vốn kiến thức đã được các thay
cô truyền đạt trong 4 năm học vừa qua
Tuy cố gắng rất nhiều trong việc nghiên cứu để tài, nhưng số lượng mẫu
còn hạn chế nên kết quả phân tích và đánh giá có thể bị sai lệch đôi chút so với
thực tế Nhưng em mong rằng với sự cẩn thận và nổ lực của mình trong quá trình
phân tích và xử lý phổ để có được kết quả chính xác nhất Mặt khác, do hạn chế
về mat thời gian, nên để tài của tôi không tránh khỏi sai sót Mong nhận được sự góp ý chắn thành từ phía thầy cô và tất cả các bạn.
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 3
Trang 5LUẬN VĂN TOT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN:
Để hoàn thành luận văn này:
* Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thay Tạ Hưng Quý và Thay Huỳnh
Trúc Phương - Thấy hướng dẫn luận van tốt nghiệp-Người đã tận tình hướng dẫn,giúp đỡ, và cho em nhiều kiến thức quí báu trong suốt thời gian thực hiện và hoàntất luận văn này.
* Em cùng xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Ban Giám hiệu Trường
Đại Học Su Pham, Ban chủ nhiệm khoa cùng toàn thể Thay Cô trong khoa Vật
Lý đã truyền thụ kiến thức cho em trong 4 năm học vừa qua Đồng thời đã tạođiều kiện cho em thực hiện dé tài này
* Em xin được gửi lời cám ơn đến Thấy trưởng khoa cùng với các Giao Viên
Khoa Lý Trường Dai Học Khoa Học Tự Nhiên đã tạo điều kiện và giúp đỡ em
trong quá trình làm luân văn.
* Sau cùng, em xin cảm ơn sự quan tâm của gia đình, của tất cả các ban đã động
viên khuyến khích vàgóp ý kiến để hoàn thành luận văn này, Đó là nguồn động
viên mà em không thể nào quên được.
Sinh viên: HỒ THỊ KIM CÚC
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 4
Trang 6LUẬN VAN TỐT NGHIỆP
Trang 7LUẬN VAN TOT NGHIỆP
Chương I
PHÉP PHAN TÍCH KÍCH HOAT NOTRON
(NAA)
1 Những n n tặc cơ
Cơ sở của phép phân tích kích hoạt nơưon (NAA) là dựa vào phan ứng của
hạt nhân nguyên tử của vật chất với các nơtron.
Điều cơ bản liên quan đến NAA là phản ứng (n Y ) mà ở đó một hạt nhân
X (hạt nhân bia) hấp thụ một nơtron, dẫn đến sản sinh ra một hạt nhân (hạt nhân phóng xạ) có cùng số nguyên tử Z nhưng khối lượng nguyên tử A tăng lên một
đơn vị, và phát ra tỉa gamma tức thời theo phản ứng như sau:
A I A+l
gx + MQ = ; X + †:
L.1_Biéu dién phổ nơtron của lò phản ứng:
Các nơtron của lò phản ứng được hình thành trong phản ứng phân hạch như
là các nơươn nhanh hoặc các notron phân hạch, mà năng lượng của chúng giảm
dan do sự va chạm với vật chất bao quanh va sau cùng là biến thành notron nhiệt
Hình I-1.1 cho ta thấy sơ đổ phân bố thông lượng phổ nơtron của một lò
phán ứng phân hạch hạt nhân, với ba thành phan cơ bản của nó là :
i) : phổ phân bố theo qui luật Maxwell_Boltzmann
ii) — : phổ phân bố theo qui luật “1/E”
li) — : phổ phân hạch
Một vài công thức bán thực nghiệm của phổ phân hạch thông thường được
dùng | IAEA70] trong phân tích kích hoạt:
(a) phổ phân hạch theo Watt :
$,(E) = 0.484.6,.e sinh 2E (L1.1)
(b) phổ phân hạch theo Cranberg
$,(E) = 0.453.0,e °'°** sinh /2.29E (1.1.2)
(c) phổ phân hạch theo Grundl và Usner
$,(E) = 0.774,./E.e**# (1.1.3)
Trong các công thức trên.
E: nang lượng notron | MeV].
SVTH: HO THỊ KIM CÚC Trang 6
Trang 8LUẬN VAN TOT NGHIỆP
$,(E): thông lượng nơtron phân hạch trên mỗi khoảng đơn vị
của nang lượng tại năng lượng E.
$,: nang lượng nơtron phân hạch toàn phan.
17% sơ! ` 10 vo? 10° 10° 10 10° =f, eV (teg)
Hình I-I.I Lược đồ phổ thông lượng nơtron của lò phan ứng phân hạch hạt nhãn
Các notron trong quá trình hãm (gidm vận tốc) được gọi là các notron
trung bình hoặc là các nơtron trên nhiệt hoặc là các notron cộng hưởng Một cách
lí tưởng su phân bố thông lượng notron trên nhiệt tỷ lệ nghịch với năng lượng
nơưon, E.
6.(E) = bạ (1.1.4)
Ở đây ó, quy ước thông lượng nơưon trên nhiệt, là thông lượng nơtron trên nhiệt
thực trên một đơn vị của khoảng InE Thực tế công thức gần đúng hơn là:
$„(E) = ais (levy (15)
Với œ được xem như độc lập với năng lượng, nó là một phép đo đối với độ
lệch phổ lý tưởng [và >, lúc này là thông lượng notron trên nhiệt thực trên một
E“ :
khoảng đơn vị [- = tev) |.
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 7
Trang 9LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Chú ý rằng, bên cạnh năng lượng thấp, phổ trên nhiệt được xem như giới hạn rõ nét (nhọn) tại nang lượng pkT, mà ở đó kT, là năng lượng có thể có nhất
của phân hố theo Maxwell, với „ =5 đối với chất làm chậm là D;O và p=3 cho
chất làm châm là graphit (than chì) [EASTWOOD66].
Các ndtron bị him (các notron năng lượng thấp) được gọi là các ndươn
nhiệt: chúng không đứng yên nhưng chúng dịch chuyển trong sự cân bằng nhiệt
với những hạt của môi trường (chất Trong vùng nhiệt giả thiết rằng thông lượng nơưøn tuân theo sự phân bố Maxwell-Boltzmann tại nhiệt độ nơtron T,:
ð„(E)= 6„ TẾ "NHI (1.1.6)
Với k ; hang số Boltzmann.
6_: lổng thông lượng ndưon theo Maxwell
Mỗi lan xác định ta có một hàm của vận tốc v; be (v) = n„(v) Vv (I-17)
Với n„(v): mật độ nơtron theo Maxwell trên khoảng đơn vị của vận tốc
Khi đó gọi là nhiệt độ chuẩn của nơtron Ty=293.6K(=20.4" C) năng lượng có thể
nhất, nghĩa là ở đây sự phân bố thông lượng $„(E) đạt cực đại được xác định là
E,= kT,=0.0253 eV tương ứng với vận tốc vụ=2200 ms".
I.2 Tính chất của tiết diện phản ứng (n, y )
Xác xuất xdy ra phản ứng (n, y) được biểu hiện dưới dạng tiết diện ø mà
có thứ nguyên là đơn vị diện tích: trong vật lý hạt nhân, đơn vị thường dùng là
Barn.
Ibarn = 10°" mỶ = 10 cm’.
Khi biểu diễn o(E) theo E tai các năng lượng nơtron nhiệt và trên nhiệt, trong trường hợp lý tưởng biểu diễn này thành một đường thẳng với hệ số góc là -
1/2 [nghĩa là ø(v) tỷ lệ 1/v] nhận được một vài đỉnh - đỉnh cộng hưởng - đối với
hầu hết các hạt nhân, sự cộng hưởng được xảy ra ở vùng năng lượng trên nhiệt.Điều này được chi ra trong hình I-1.2 Khi không có cộng hưởng trong vùng nănglượng nơtron nhiệt thì những hạt nhân ứng với tiết điện ngang ø(v) tỷ lệ 1⁄v được
gọi là “1/v nuclides” Một vài hạt nhân có cộng hưởng trong vùng nhiệt được gọi
là “non-1/v nuclides”.
Hình I-1.2 cho thấy sự gidm nhanh của o(E) theo năng lượng nơưon Rõ
ràng rằng các nơtron phân hạch có thể bỏ qua trong phản ứng (n, y), va trong
phân tích kích hoạt nơtron NAA , phản ứng (n, y) chi có các notron nhiệt và trên
nhiệt là phải được chú ý.
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 8
Trang 10LUAN VĂN TOT NGHIỆP
Một đại lượng quan trọng là o,, tiết diện ngang của phản ứng (n y) tại vận
tốc vạ= 2200 ms! hoặc nang lượng E, =0.0253 eV trong phân bố
Maxwell-Boltzmann tại nhiệt độ Tạ=293 6 K.
Hình 1-1.2 Lược dé biểu diễn tiết diện ngang ø(E) phụ thuộc vào E của (n,
y).
1.3 Tốc độ phan ứng:
1.3.1 Tổng quát:
Tốc độ phản ứng (n, y) mỗi hạt nhân (bằng s”) của một hạt nhân chiếu xạ
được cho bởi:
R= foley (EME (1.1.8)
Với o(B) tính bằng cm” và ¿ (E) tính bằng cm ”s !eV'!.
Sự phức tạp của phương trình (1.1.8) mà ở đây sự phụ thuộc của tiết diện ngang và thông lượng phải được biết, đưa đến làm theo phương pháp quy ước
hoặc hình thức luận để đơn giản hoá cách tính của tốc độ phản ứng
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 9
Trang 11LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
1.3.2 Năng lượng ngưỡng hiệu dụng Cd:
Tốc độ phản ứng (n, 7) của một hạt nhân đã chiếu xạ dưới lớp bọc Củ được
giám nhiều trong vùng năng lượng thấp Nơi mà tiết diện hấp thụ của Cd là rất
cao, hạt nhân! ”°Cd(n, y) cộng hưởng tại 0.178 eV, là vạch năng lượng đặc trưng
chính cho hiệu ứng này Trong những điều kiện như thế, hạt nhân sẽ chỉ “thấy”
trong thực nghiệm, vì thế đã gọi là các notron trên Cd ứng vớimức nang lượng
Ec„ mức năng lượng ngưỡng Cd hiệu dung Sau đó, tốc đô phản ứng (n, y) trên
Cd có thể được viết như sau:
=
Roca = Jo(E} (EME (1.1.9)
Eva
GOLDSTEIN [GOLDSTEIN 61] và những người khác đã giới thiệu một giá
trị của Ec„=0.55 eV cho các hạt nhân với tiết diện ngang L/v thậm chí lên đến
khoảng 1.5 eV, đã chiếu xạ trong trung tâm của khối hình trụ Cd với bể dày của
vách là Imm và tỷ số của chiểu cao trên đường kính là 2 Cho thấy bởi DE
CORTE [DECORTE87] giá trị này có thể vẫn được sử dụng ngay cả trong ống
chiếu xạ với các giá trị œ lớn các giá trị T, lớn và sự nhiệt hoá cao (sự làm chậm đến vận tốc nhiệt).
1.3.3 Quy ước Hogdahl:
Các hạt nhân với o(v) tỷ lệ 1/v lên đến khoảng 1.5 eV, quy ước Hogdahl
[HOGDAHL62; HOGDAHL65] có thé được 4p dụng mà ở đây tốc độ phản ứng
(n, y) được chia thành 2 phần liên quan đến các notron dưới Cd và trên Cd:
R =$s;ø, +ộcI,(œ) (1.1.10)
Với 6, = n.v„: thông lượng notron dưới Cd theo quy ước.
fe
Voi: ng = Ín(vww là mật độ notron dưới Củ,
{n (v)-mat đô nơtron trên mỗi khoảng đơn vị của vận tốc tại vận tốc v].
$.: quy ước là thông lượng notron trên nhiệt.
ø,: tiết điện ngang nơtron tại vận tốc vụ=2200 ms".
Eva L
với phố 1/E, tích phân cộng hưởng “ly tưởng”, được xác định là:
- tích phân cộng hưởng đối với phổ = đối
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 10
Trang 12LUẬN VAN TOT NGHIỆP
N <
Eve
Các vạch [DECORTRS6] I, (a) có thể được tính theo sự biến đổi của 1, như
`au:
1„(œ}= ụu -0.429)E,” 'Eaaijew
Với E - nang lượng cộng hưởng hiệu dụng
1.3.4 Hình thức luận Westcott:
Trong một vài trường hợp phản ứng (n, y) tiết diện ngang không tuân theo
sự phụ thuộc lý tưởng Ì/v trong vùng năng lượng nơton nhiệt Trường hợp này có
thể được thấy đối với ‘Lu (n, y) trong hình 1-1.3, mà ở đây phổ nơưon tiết diện
ngang 1/v cũng đã được chỉ ra Tốc độ phản ứng của các hạt nhân với tiết diện
ngang “non-l/V” có khả năng sau đó không còn được mô tả nữa bởi quy ước
Hogdahl nhưng có một hình thức luận tinh vi hơn sẽ được sử dụng Trong hình
thức luận WESTCOTT[WESTCOTTSS; WESTCOTTS8; WESTCOTTS8a;
WESTCOTT 62], một trong chúng có thể được viết:
R= ovo) Wa) s5) (I.1.11)
Ở đây nv¿ là thông lượng “Westcott” theo quy ước với n là tổng mật độ
nơtron, g(T,) là thừa số g Westcott, S,(c) là tỷ số của tích phân cộng hưởng đã rút
gon ước lược cho phổ Lê với tiết diện ngang ứng vận tốc 2200ms', và
mm
Ma) lạ? là hệ số phổ đã bị ước lược.
Các hệ số g(T,) Westcott được lập bảng như là một hàm của nhiệt độ nơtron
[WESCOTT 62: KIM 75; GRYNTAKIS 75].
Đối với các hụt nhân l/v (với hệ số g của Westcott g=1), Sy có thể được tính
Trang 13LUẬN VAN TOT NGHIỆP
Đối với các hạt nhân "non-l/v", thì các giá trị S) có thể được lấy từ các
nguồn tài liệu khác nhau, đặc hiệt là từ các tài liệu biên soạn của WESTCOTT
|WESTCOTT 62] và của ZLIP và BAARD |ZLIP 79] Trong tài liệu biên soạn của
Westcott, thì Sz phải được tính toán theo fe để dat đến Sy Su biến đổi của S,
với S (a) được trở thành như:
S,(a)=S,(E,) "(lev)" (I-1.13)
12) AR WELL SPECI RUM
Trang 14LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP
1.4 Phương pháp chuẩn hoá NAA:
L.4.1.Phương trình kích hoạt (trong quy ước Hogdahl):
Khi kết hợp việc kích hoạt hạt nhân trên lò phản ứng với hệ phổ kế gammadùng detector bán dẫn, mối quan hệ giữa tốc độ phản ứng R và số đếm ghi được
(N,,) của đỉnh gamma quan tâm như sau:
tạ thời gian do;
w = khối lượng nguyên tố được chiếu ( g):
8 - độ giàu đồng vị(%)
M — khối lượng nguyên tử (gmol);
Gy, — hệ số hiệu chỉnh đối với sự tự chấn của nơtron nhiệt (xem 1-2.3);
G, — hệ số hiệu chỉnh đối với sự tự chắn của nơtron trên nhiệt ( xem 1-2.3);
2 - hằng số phóng xạ [A= n2 Ty! chu kỳ bán rã] của hạt nhân phóng
xa;
S =1-exp(-At,) , i — thời gian chiếu xa (thừa số bão hoa);
D=exp(-2t,) tụ — thời gian rã (thừa số rã);
€ =[l~exp(=2t,„)]/(At,„) (thừa số do);
y - cường độ gamma tuyệt đối(xác suất phát gamma);
s„ ~ hiệu suất ghi đỉnh (%);
Thay N vào phương trinh(I.1.14), sắp xếp lại ta có:
Trang 15LUẬN VAN TOT NGHIỆP
Tốc độ đếm riêng được định nghĩa (sg ):
1.4.2 Phương pháp tuyệt đối:
Nếu một monitor thông lượng được chiếu cùng với mẫu, thì :
w°={ No/ ba etary Eas ve Nt
th
p
Trong phương trình kích hoạt (1.1.18) thay w=p-W, với p là hàm lượng
(g/g); và W là khối lượng mẫu(g), sau đó chia phương trình (1.1.18) cho (1.1.19)
và sắp xếp lại, ta có:
Nà.
Me AC MO Get,o,2G,0,.@)<, 2
Nhân phương trình (1.1.20) với 6,/o, vad, /ơ, thì phương trình không thay
đổi và sắp xếp lại một lần nữa ta nhân được phương trình cơ bản của phương pháptuyệt đối,
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 14
Trang 16LUAN VAN TOT NGHIỆP
Ecy: năng lượng cadmium(=0.55 eV);
E, : nang lượng công hưởng hiệu dung (eV);
a: biểu diễn độ lệch phân bố notron trên nhiệt khỏi qui luật 1/E, làm gần
đúng bằng dạng Vears
Công thức cơ bản của phương pháp tuyệt đối (1.1.21) ở trên dùng các số
liệu hạt nhân (M,6,ø,,y) được lấy từ tài liệu Đối với nhiều phản ứng (n,y) quan tâm các thông số này không được biết một cách chính xác Đặc biệt cho trường hợp số liệu hạt nhân của o,vay{DECORTE89a}, Bởi vì chúng được xác định bằng các phương pháp độc lập-độ không chính xác của các thông số này sẽ đóng
góp vào khi tính hàm lượng bằng công thức tuyệt đối-dẫn đến sai số tính toán lớn
Đây chính là nhược điểm cơ bản của phương pháp chuẩn hoá tuyệt đối
1.4.3.Phương pháp tương đối:
Trong phương pháp chuẩn hoá tương đối, mẫu chưa biết được chiếu cùng
với mẫu chuẩn hay mẫu tham khảo chứa một lượng đã biết của nguyên tố quan
tâm Mẫu tham khảo hay mẫu chuẩn được đo dưới cùng điều kiện như mẫu phân tích Tỉ số diện tích của đỉnh tương ứng với nguyên tố quan tâm trong hai phổ
được đo dùng để tính hàm lượng Trong qui trình này, tất cả các số liệu hạt nhânngoại trừ chu kỳ bán rã của hạt nhân phóng xạ quan tâm điều được lược bỏ do đó
không còn ảnh hưởng.
Từ phương trình kích hoat(I.1.18) 0’ trên tính cho mẫu và chuẩn tương ứng
ta có hai phương trình, chia hai phương trình này cho nhau, ta nhận được công
thức tính hàm lượng bằng phương pháp tương đối như sau:
Trong đó, W: khối lương mẫu (g) : w: khối lượng nguyên tố quan tâm trongchuẩn = hàm lượng x khối lương mẫu chuẩn (g) ; Ký hiệu x và s chỉ mẫu và
chuẩn, tương ứng.
Trong phương pháp này một số điều kiện cẩn phải cân nhắc: mẫu và chuẩn
phải được hiệu chính hiệu ứng tự che chắn nơdtron trong khi chiếu và hiệu ứng
suy giảm gamma trong mẫu khi đo Đồng thời, cấu hình đo của mẫu và chuẩn
với Q, =l,/ơ,
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 1S
Trang 17LUẬN VẤN TÓT NGHIỆP
cũng phái đồng nhất Nhược điểm chính của phương pháp tương đối là không phù
hợp cho phân tích đa nguyên tố vì không phải dễ dàng để tìm ra một loại mẫu
tham khảo đóng vai trò như mẫu chuẩn cho một dai rộng lớn các đối tượng mẫu
phản tích Cũng càng khó khăn hơn khi chuẩn bị một loạt các mẫu chuẩn có dải
hàm lượng tương ứng để chiếu kèm với mẫu phân tích
L4.4 Phương pháp so sánh đơn: (single-comparator)
GIRARDI và những người khác [GIRARDI 65] đã bố trí phương pháp so
sánh đơn một cách cơ bản.
Phương pháp chuẩn đơn làm cho phân tích đa nguyên tố với NAA trở nên
khả thi Phương pháp này dựa trên việc gop các thông số hạt nhân, điều kiện đếm
và đo | số hạng thứ 2, 3 & 4 bên vế phải phương trình ( 1.1.21), tương ứng | vàomột hệ số k như sau:
_M'0øay G,f+G.Q,(a) ©,
M6'ø, y` G„f+G,'Q, (a) c„ (1.1.23)
Người ta xác định bằng thực nghiệm các hệ số k của nguyên tố chọn làm
chuẩn đối với từng nguyên tố quan tâm, sau đó lập thành bằng Khi phân tích,
người ta chỉ can chiếu kèm với mẫu một nguyên tố chuẩn đã chọn ( do đó gọi là
phương pháp chuẩn đơn) va dùng các hệ số k để tính ra hàm lượng nguyên tố
quan tâm theo công thức :
Nvvt
e/g) = KH (1.1.24)
»”
Bởi vi các hệ số k phụ thuộc vào các thông số của thiết bị chiếu va hệ đo,
do đó nhược điểm của phương pháp chuẩn đơn là bất tiện khi thay đổi điểu kiện
chiếu và điều kiện do,
1.4.5 Phương pháp - Ko:
Để làm cho phương pháp chuẩn hoá so sánh đơn có thể tổng quát hơn và trở thành phương pháp tuyệt đối chính xác, SIMONITS và những người khác (SLIMONITS?5| đã đưa ra việc sử dụng hằng số được xác định bằng thực nghiệm
ky, nó là hang số phức hợp của hạt nhân, nó không phụ thuộc vào phổ nơtron của
lò phản ứng và cấu tạo của máy dò (detectơ).
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 16
Trang 18LUAN VAN TOT NGHIỆP
H Phương pháp chuẩn hoá —kụ :
Để làm cho phương pháp chuẩn đơn có thể được áp dụng lính hoạt hơn khi
thay đổi diéu kiện chiếu và đo và để cho phương pháp tuyệt đối chính xác hơn.
SIMONITS và những người khác [SIMONITS75] đãđể nghị sử dụng các hệ số kyđược xác định bằng thực nghiệm giống như các hệ số k trong phương pháp chuẩn
đơn, nhưng khác d` chỗ các hệ số ky chỉ bao gồm các thông số hạt nhân mà không
bao gồm các thông số chiếu và diéu kiện đo Như vậy, hệ số ky là tổ hợp các
thông số hạt nhãn và độc lập với điều kiện chiếu và đo.
Hệ số kụ„ xuất pháp từ hệ số k của phương pháp chuẩn đơn nhưng làm cho
độc lập với thành phần mô tả điều kiện chiếu và đo, tức là:
ks.(s)= on (11.2.1)
the Tox
Các hệ số k (s) được xác định bằng thực nghiệm @ hai lò phan ứng độclap 0’ viện INW Gent và ở' KFKI Budapest, sau đó được lập thành bang để tra
cứu trong đó chi số c biểu diễn cho nguyên tố so sánh ( thông thường chọn Au) và
chỉ số s biểu diễn cho nguyên tố phân tích.
1I.2.1 Phương trình cơ bản của ke-NAA trong qui ước Hogdahl;
Ta thay thế phương trình (11.2.1) vào phương trình (1.1.21) là phương trình
cơ bản của phương pháp tuyệt đối, ta có hàm lượng của một nguyên tố trong mẫu
được tính như sau:
Ne
WS.D.C og ;
g/g) = oe 1 „ Ga» + Ge Qo lO), Erm
Asem K.~(a) G„„.f +G, Qa (a) Ope (11.2.2).
Ở đây ky được xác định bằng thực nghiệm với độ chính xác cao [DECORTE
89; DECORTE 89a; DECORTE 93 |.
Chất thường dùng so sánh chủ yếu là '’Au(n.y) “Au (vì vàng có độ tinh
khiết cao), sau đây là các dữ liệu của Au”””:
g, = 98.65 + 0.09b( 20.0%).
1L, = 1550 + 2§b(+].8% ).
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 17
Trang 19LUAN VĂN TÓT NGHIỆP
Din tới Q, = 15.71+ 0.28(+1.8%) [HOLDEN§I:MUGHABGHABRSI;
HOLDENSS |.
Tuy nhiên, bất cứ phản ứng nào cũng có thể được dùng làm chất so sánh
Sự xác định của thông số f và a được biết theo qui ước Hệ gdahl Gia trị
chính xác Qy được ước lượng bởi DECORTE [DECORTES?7 |.
Ở đây;
p : ham lượng của nguyên tố phần tích a (g/g);
m: monitor thông lượng notron:
W: khối lượng mẫu (g):
ky (a) hệ số ky — của nguyên tố phân tích a so với monitor m;
¬ mn Va Snm
f= %,
a
1, (a) „Q,-0429._ 0.429
%6)” 67” E "EhGm+D (leV)”, ơ' đây Q, =l,/ơ,
IL, tích phân cộng hưởng;
E : năng lượng cộng hưởng hiệu dung (eV);
Ecy: năng lượng cadmium(=0.55 eV);
E, : năng lượng cộng hưởng hiệu dung (eV);
a; biểu diễn độ lệch phân bố notron trên nhiệt khỏi qui luật 1/E, làm gần
đúng bằng dạng Vows
Phương pháp kạ-NAA ơ'khía cạnh thực nghiệm là một cải tiến so với
phương pháp chuẩn đơn để tránh các quá trình lặp lại việc khảo sát thiết bị chiếu
và đo mỗi khi thay đổi chúng
Trong phương trình ( 11.2.2), monitor thông lượng được chiếu kèm thường
chọn là Au dựa trên phản ứng '” Au(n.y)'!" Au: 6, =411.8keV, lúc đó hệ số k„„„
được cho trong bảng tra cứu ( DeCorte vàSimonits, 1989; DeCorte et al 1993).
Tuy nhiên trong thực nghiệm để tiện lợi ta thường hay dùng khái niệm tốc độ
đếm riêng của vàng A„ x„ như phương trình (1.1.16), tương ứng ơ` năng lượng E,
của Au ta có giá trị hiệu suất ghi tuỳ theo vị trí do monitor.
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 18
Trang 20LUẬN VẤN TÓT NGHIỆP
11.2.2, Hình thức luận Westcott:
Ta thay thế diéu kiện của quy ước Hogdahl trong phương trình (11.2.2)
{G;r +Ge'Q’ (a)JAG,, f + G.Q,(ø)l} bằng diéu kiện tương tự của hình
thức luận Westcott dẫn tới:
p(/g)=——>—=*“————_—=_ (lL2.3)
Ở đây G, là hệ số hiệu chỉnh és sự tự chấn của hiện tượng cộng hưởng.
11.2.3 Khả năng tự chắn nơtron
Thông lượng notron nhiệt >, „ có thể bị suy giảm bên trong mẫu do sự hấp
thụ của các ndưon qua các phản ứng hạt nhân (xem hình I-2.1) Hiệu ứng này
được gọi là sự tự chấn của notron nhiệt và hệ số hiệu chính được xác định như
Ở đây li là thông lượng notron trung bình của mẫu và $„„ là thông
lượng notron không bị nhiễu loạn Giá trị của nó tuỳ thuộc vào các tính chất của
mẫu (vật chất tạo nên và kích thước) G„ có thể được biểu hiện như là tích số của
hai hàm:
ny, $
7-3 (11.2.5)
sis surface Vu <
Với >, là thông lượng notron tại bể mặt của mẫu Đối với nước làm
chậm và đối với mẫu có thể tích không quá lớn, thì hàm thứ hai gắn bằng |, vì
Trang 21LUAN VAN TOT NGHIỆP
Hình I-2.1 Sự nhiễu loạn của thong lượng nơtron $„„ trong mẫu.
Các biểu thức được sử dụng dé tinh Gy, của một mẫu dạng lá và dạng dây
được dựa trên [BECKURTS 64] và chúng được phát triển trong [MARTINH 084]
Wi, lồ, : tương ứng tiết diện hấp thụ, tiết diện tán xạ và tiết diện
toàn phẩn (¥ =Nơ, với số N của hạt nhân trên cm’); t là bể dày
của lá; R là bán kính của dây; E,(X) là hàm tích phân dạng mũ; z(X,) và z(X2
tưởng ứng hàm xác suất hấp thụ và tán xạ Dấu gạch trên một hàm có nghĩa là trung bình của hàm đó trên sự phân bố của năng lượng notron theo Maxwell.
Theo GILAT và GURFINKEL [GILAT 63], Gy, (foil) và Ga(wtre) không
khác hơn 10% đối với cùng gid trị X,LX, =3”R(wire} X, = t(fol) | dẫn đến
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 20
Trang 22LUAN VĂN TOT NGHIỆP
tình trạng mà phép nội suy của hai giá trị đưa ra việc đánh giá khả năng tự chấn nơtron nhiệt của hình trụ với độ chính xác hon 2%, được tìm thấy bởi
MARTINHO và những người khác [MARTINH 084] Sau đây là biểu thức đã thu
được [MARTINH 084|:
G, (rinhtru)= [hG,, (wire, D)+ RG,, (foil, D)]
R+h
Với D=Rh/(R+h) và R, h tương ứng là ban kính và độ cao của hình trụ.
Chương trình PERTURB-D [FREITAS 85] và PERTURB-C [MARTINH
O84] trong FORTRAN IV, được viết cho một môi trường micro VAX, để tinh Gy,
(foil), G„ (hình trụ) va Gy, (wire) tương ứng So sánh giữa các kết quả thực
nghiệm và các giá trị đã tính toán đã chứng minh độ chính xác củu các phép toán
Gy, với những mã này.
Khả năng tự chin notron trên nhiệt G„ như đã giới thiệu trong quy ước
Hogdahl [trong phương trình (1-2.2)] được liên hệ đến khả năng tự chấn nơtron
cộng hưởng G, như đã giới thiệu trong hình thức luận Westcott [trong phương
trình (I-2.3)| như sau: [GRUN 61]
G,=G,-e(-G,)} (1210)
Mà nó chỉ đúng khi khả năng tự chắn là nguyên nhân gây ra sv cộng hưởng.
Thông số © là thành phan (%) không cộng hưởng mà nó đã góp phần cho sự kích
hoạt trên nhiệt [DECORTE 92] Việc tính toán G, là không dé dàng
ROE [ROE 54} đã tính ra các giá trị G, đối với các hình cầu, các lá và các
hình trụ, và LOPES và những người khác đã tính G, [LOPES 89; LOPES 90] đối
với các lá và các dây LOPES xem xét sự tấn xạ nơtron nhưng lại không nói đến
sự mở rộng Doppler, trong khi ROE làm ngược lại Từ đây có nhiều sự khác nhau trong tính toán G, [DECORTE 92], tốt nhất là chuẩn bị các mẫu với khả năng tự
chấn của nơtron trên nhiệt là không đáng kể (G, gắn bằng 1) bằng cách nghiền và
pha loãng [ERDTMANN 86] hoặc là xác định G, theo thực nghiệm khi sự che
chấn không thể tránh khỏi (xem IV-3.2)
11.2.4 Các kiểu phân rã ~ kích hoạt:
Theo các phương trình (II.2.2) và (II.2.3) được xác định đối với trường hợp
đơn giản:
(11.2.9)
A l Atl
zAton—>, AtTY
Với “SX là một nguồn phát tia ý, độ phóng xa của nó được do Tuy nhiên,
có một vài trường hợp mà ở đây sự kích hoạt phân nhánh và sự phân rã mẹ con
sẽ được xem xét Khi đó việc xác định của k, [xem phương trình (II.2.1)] Qa)
[xem phương trình (II.2.2)] và Asp [xem các phương trình (11.2.2), (H.2.3)| phải
được thay đổi Trong bảng I-2.1 các loại phân rã do kích hoạt và sự thích hợp cácbiểu thức trong bảng này được cho thấy:
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 21
Trang 23LUAN VAN TOT NGHIỆP
Bảng I-2.1 Các loại phân ra do kích hoạt và các biểu thức thích hợp đối với
thông số có liên quan với sự đếm trong phương pháp Ky dùng một LEPD.
Chú ý: (dấu gach chân là hạt nhân phóng xạ đã được đo)
y.:1405KeV (”Mo)
z,:140.5KeV (”*®Tc}
y;/(F:y,))= 0.0675
H.2.Š Các phản ứng giao thoa ;
Trong một vài trường hợp, phản ứng(n,y) được dùng để xác định một
nguyên tố không phải là phần ứng duy nhất để sinh ra hạt nhân cẩn đo.Trong quá
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 22
Trang 24LUAN VĂN TOT NGHIỆP
trình này chỉ có các giao thoa sơ cấp bậc nhất là phải xem xét đến (xem hình
I-2.2 đến I-2.4 ),
i) Hạt nhân sinh ra bởi phản ứng loại khác nữa [ vi dụ ““ La đã được
sinh ra thông qua '’ La(n,y)"’ La và '“Ce(n,p) La ;'“Ce sinh ra thông qua
*'Cetn,y)""' Ce và U(n.f)"" Cel].
ii) Hạt nhân đã được sinh ra bởi hai phản ứng(n,y) | ví dụ :'” Lu đã
sinh ra thông qua '®Lu(n,y)'” Lu và!" Yb(n, ¥)'” Yb—2>" Lu |.
Sự hiệu chính cho các sai số, mà nó sinh ra bởi các giao thoa sơ cấp bậc nhất nó được giải quyết trong Š [V-5 1.2 và § [V-5 1 3.
Hình I.2.2.Giao thoa bậc nhất khi xác định Lantan(La) với
'* La(n.y)' La | phản ứng giao thoa '® Ce(n,p)"” La |.
Trang 25LUAN VAN TOT NGHIỆP
Protons
Hình I - 2 4 Giao thoa bậc nhất khi xác định Lutexi(Lu) với phản ứng
any) Lu [ !'®Yb(n,y)!?Yb——› "Lu |.
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 24
Trang 26LUAN VAN TOT NGHIỆP
TÀI LIEU THAM KHAO
(CHUONG 1)
| TINH TOÁN VA THỰC NGHIÊM CUA PHAN TÍCH KÍCH HOAT
NOTRON DUA TREN PHƯƠNG PHAP K, ; NCS HO MAẠNH DUNG.
TRƯỜNG ĐẠI HOC KHOA HỌC TY NHIÊN.
2 BECKURTS64: KH BECKURTS, K WIRTZ, “Neutron Physics”,
Springer-Verlag, Berlin, 1964.
3 DECORTE 86: F DE CORTE, L MOENS, S JOVANOVIC, A SIMONITS.
A DE WISPELAERE, J Radioanal Nucl Chem., 102( 1986) 37.
4 DECORTES8?:; F.DE CORTE, “The Ky-Standardization Method:A move to
theOptimization of Neutron Activation Analysis”,Agrégé Thesis, Gent
University, 1987.
5 DECORTE 89: F DE CORTE, A SIMONITS, A DEWISPELAERE, A.
ELEK, J Radioanal Nucl Chem., 133 (1989) 1.
6 DECORTE 89a: F DE CORTE, A SIMONITS, J Radioanal Nucl Chem., 133
(1989) 43.
7 DECORTE 92: F DE CORTE, F BELLEMANS, P DE NEVE, A.
SIMONITS, J Radioanal Nucl Chem., (in press).
8 DECORTE 93: F DE CORTE, A SIMONITS, F BELLEMANS, M.C FREITAS, S.JOVANOVIC, B SMODIS, G ERDTMANN, H PETRI, A DE
WISPELAERE, J Radioanal Nucl Chem., 169 (1993) 125,
9 EASTWOOD66: T A EASTWOOD, Int J Appl Radiation Isotopes, 17 (1966) 17.
10 ERDMANNS86: G ERDTMANN, H PETRI, in: “Treatise on Analytical
Chemistry”, Part 1, Vol 14, j Wiley & Sons, J Y, (1986).
11 FREITAS 85: M.C FREITAS, E MARTINHO, 1P Genthon and H.
Rottger (eds.), reactor Dosimetry, 1985 (337-343).
12 GILAT 63: J GILAT, Y GURFINKEL, Nucleonics, 21 (8) (1963) 143.
13, GIRARDI 65: F.GIRARDI, G GUZZI, J, PAULI, Anal Chem., 37 (1965)
10835.
14, GOLDSTEIN 61: H GOLDSTEIN, J.A HARVEY, J.S STORY, C.M.
WESTCOTT, “Recommended Definitions for Resonance Integral Cross
Sections”, Report EANDC-!2 (1961).
15, GRUN 61: A E GRUN, Nucleonik, 3 (1961) 301.
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 25
Trang 27LUẬN VAN TOT NGHIỆP
16, GRYNTAKIS 75: EM GRYNTAKIS, J 1 KIM, Radiochim Acta, 22
(1975) 128.
17 HOGDAHL 62: O.T HOGDAHL, “Neutron Absorption in Pile Neutron
Activation Analysis”, Rept MMPP-226-1 (Dec 1962).
18 HOGDAHL 65: O.T HOGDAHL, Proceed Symp Radiochemical Methods of
Analysis, Salzburg, October 19-23, 1964, IAEA, Vienna, (1965) 23.
10 HOLDEN 81: N E HOLDEN, Rept BNL-NCS-5 1288 (Jan 1981).
SVTH: HO THI KIM CUC Trang 26
Trang 28LUẬN VAN TOT NGHIỆP
CHƯƠNG II
PHÉP TRẮC PHỔ TIA X
°
1.Tông quan:
Sự kích hoạt bằng notron của nhiều nguyên tố đã dẫn đến việc sinh ra các
hạt nhân phóng xạ mà sự phân ra kèm với việc phát ra các tia X đặc trưng như là
một kết quả của hai quá trình phân rã hạt nhân: sự chuyển hoá bên trong và sự
bat giữ clcctron thuộc quỹ đạo (K hoặc L) Bằng cách đo năng lượng và cường độ
của các tia X đặc trưng người ta có thể xác định và ước tính một cách định lượng
về khối lượng.
Các tia X đi kèm với quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ có thể
được phân loại thành ba nhóm:
eNhém nhờ vào sự chuyển hoá bên trong sinh ra tia X của nguyên tố mẹ
(2).
eNhóm nhờ vào sự bắt giữ clectron trên quỹ đạo làm sinh ra tia X của nguyên tố con (Z-1).
eNhóm nhờ vào quá trình phân rã ƒ' được kèm theo bởi sự chuyển hoá bên
trong mà sinh ra tia X của nguyên tố con (Z+1).
Trong cả ba trường hợp, chu ki bán ra của các tia X chính là của nuclit me
(Z) Một nguyên tố có thể cho một hỗn hợp tia X bởi nhiều kiểu phân rã khác
nhau của một hay nhiều đồng vị phóng xạ (của nó)
Trong bảng tuần hoàn, 59 nguyên tố về nguyên tắc có thể được xác định
bởi trắc phổ tia X theo sau sự kích hoạt bằng notron Nghĩa là, những nguyên tế
này sau khi hấp thụ nơtron, sản sinh ra các đồng vị phóng xạ mà sự phân ra kèm
theo phát xạ tia X thông qua một trong các quá trình đã được dé cập phần trên [1]
IL Đô nhạy:
Thêm vào các thông số phổ biến ảnh hưởng đến độ nhạy của sự kích hoạt
bằng ndtron (độ phổ cập của hạt nhân bền trong tự nhiên tiết điện của phản ứnghạt nhân, chu kỳ bán rã của các đồng vị phóng xạ đạt được, cường độ dòngnơtron ) Ta có những nhân tố đặc biệt khác cũng ảnh hưởng đến sự sinh ra củatia X và đặc tính của phổ phát xạ Các nhân tố này là tỉ số phân nhánh giữa phát
SVTH: HỒ THỊ KIM CÚC Trang 27