CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON ppt

CHƯƠNG 2: CHƯƠNG 2: Gồm hai quá trình chủ yếu: a) Sự tạo thành hạt nhân phóng xạ từ nguyên tố mà ta muốn phân tích thông qua các phản ứng hạt nhân. * Mối liên hệ : Phương trình các sản phẩm phóng xạ: 0 D (1 ) i t i i i n e λ σ φ − = − b) Xác định lượng hạt nhân phóng xạ sinh ra thông qua lượng nguyên tố kích hoạt ban đầu ở trong mẫu. Ví dụ minh họa: Khảo sát sự tạo thành đồng vị phóng xạ 64 Cu thông qua phản ứng 63 Cu(n, γ) 64 Cu của nguyên tố đồng do sự chiếu xạ neutron. D i 0 là lượng 64 Cu ở thời điểm kết thúc chiếu xạ n i là số hạt nhân bia trong chất nền σ i là tiết diện của phản ứng 63 Cu(n,γ) 64 Cu λ i là hằng số phân rã phóng xạ của 64 Cu được sinh ra φ là thông lượng neutron qua chất nền t là thời gian chiếu xạ. KÍCH HOẠT PHÓNG XẠ Nội dung chính: Bia và chất nền Tiết diện phản ứng Thông lượng và chùm tia Kích hoạt bão hòa 0 D (1 ) i t i i i n e λ σ φ − = − Bia và chất nền: Bia:  Hạt nhân đồng vị của nguyên tố mà đang cần được xác định. Hạt nhân bia  Tham gia vào phản ứng kích hoạt hạt nhân mà ta lựa chọn các sản phẩm hạt nhân phóng xạ. Cu Phản ứng hạt nhân thích hợp Đồng vị Các hạt nhân phóng xạ ( có thể đo được) Không nhất thiết phải là một đồng vị của đồng. 63 64 Cu( , ) Cun γ 63 65 Cu(n,p) Ni 63 63 Cu(p,n) Zn Hạt nhân bia phải là một đồng vị của nguyên tố mà ta đang cần xác định. Ví dụ: Về kích hoạt đồng thì là hạt nhân bia. 63 Cu 63 Cu(n, γ) 64 Cu Chất nền: Chất nền có những đặc điểm như sau: Hữu cơ hoặc vô cơ hoặc cả hai Rắn, lỏng hoặc khí Dễ bay hơi hoặc dễ nổ Lượng dùng chiếu xạ nhiều hay ít Toàn bộ hoặc một phần của mẫu Cứng, chất dẻo, bụi. Trong trường hợp tổng quát nguyên tố muốn kích hoạt ( hay những nguyên tố) có thể là một phần nhỏ hoặc một vết lập thành mẫu. Tổng tất cả vật liệu của mẫu được chiếu xạ được gọi là chất nền. Thông thường chất nền thường được cân trước khi chiếu xạ. 0 D (1 ) i t i i i n e λ σ φ − = − i i m n =N. A e Nếu chất nền chiếm g gram của mẫu, phần trăm của hạt nhân bia i trong chất nền cho bởi: ( ) i W w / o .100 i m g = 63 Cu(n, γ) 64 Cu Độ phổ biến đồng vị: Hầu hết nguyên tố có nhiều hơn một đồng vị bền. Mỗi một đồng vị có một phân số phổ biến đồng vị thường được viết tắt là f. Trong tự nhiên 63 Cu 65 Cu chiếm 69,09% chiếm 30,91%. f = 0.6909 f = 0.3091 63 64 Cu(n, ) Cu γ Chúng ta chỉ xác định số nguyên tử 63 Cu f=1.0 chỉ có một đồng vị bền e i i e m n = N.f . A 23 Na Tiết diện phản ứng: Bia mỏng hứng chùm tia Faraday cup Thiết bị đo cường độ chùm tia Diện tích chùm tia Tốc độ phản ứng  Tỷ lệ giữa số hạt tới và số hạt nhân bia hiện có  Xác suất để hạt tới phản ứng hạt nhân bia. Xác suất này liên hệ với một diện tích giới hạn trên hạt tới thì được gọi là tiết diện của phản ứng σ Định nghĩa: 0 D (1 ) i t i i i n e λ σ φ − = − 0 i i i dN R I n x dt σ = = R i : tốc độ phản ứng I 0 : số hạt tới trên một đơn vị thời gian n : mật độ hạt nhân bia x : bề dày bia (cm) Trong đó: Tỷ số giữa tốc độ hạt sinh ra với tốc độ hạt nhân bia mất đi trong một đơn vị diện tích: 0 i i R I nx σ = - Có thứ nguyên của diện tích - Xác suất để một hạt tham gia phản ứng bằng tỷ số giữa diện tích hiệu dụng với diện tích tổng cộng của hạt nhân bia. x Bia Tiết diện φ= n/cm 2 .s Tốc độ phản ứng R= hạt/(cm 2 .s) Tiết diện phản ứng toàn phần: Trong thực tế bia chiếu xạ thường là bia dày do đó cường độ chùm tia tới có thể bị suy giảm đáng kể. i T dN dI In dx dt σ = − = T dI n dx I σ = − Trong đó T σ là tiết diện toàn phần 0 0 (1 ) T n x I I I I e σ − ∆ = − = − Tốc độ phản ứng: 0 (1 ) T n x I I e σ − = − [...]... N p = Rt = (nσφ )t Sản phẩm phóng xạ phân rã trong suốt quá trình chiếu xạ dN p dt = R − λNp Nếu tốc độ sản phẩm sinh ra là một hằng số : dN p dt R − λt N p = (1 − e ) λ = R − λNp tốc độ phân rã D p của hạt nhân sinh ra D p = λ N p = R (1 − e − λt ) Khi hoạt độ phân rã bằng với tốc độ sinh ra dN p dt =0 N p (max) R = λ Dmax = R D∞ Kích hoạt này được gọi là kích hoạt bảo hòa và được kí hiệu là D(t )... một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian: φ = nv (Neutron/ cm2.s) Ví dụ: Thông lượng neutron nhiệt dn 4n 2 − v2 / v02 = 3 ve dv v0 π v0 = ( 2kT / M n ) Thông lượng 1/2 Ở nhiệt độ tuyệt đối 2930K (200C) vận tốc lớn nhất là: v0 = 2.2 ×105 cm/s Vận tốc trung bình là: v= 2v0 π v = 2.5 ×10 5 cm/s Và với mật độ neutron là 107 hạt/cm3 thông lượng neutron sẽ là φ = nv = 107 × 2.5 × 105 = 2.5 ×1012 Chiếu... cường độ N hạt/s như là một dòng hạt Bia mỏng hứng chùm tia Faraday cup Diện tích chùm tia Q = C.∆V Thiết bị đo cường độ chùm tia C ∆V ×10−6 I ( µ A) = t I J = = 6, 25 ×1012 I ( µ A) e (hạt/s) Với cường độ chùm tia ở ngõ ra là I hạt/s thì cường độ chùm tia ở khoảng cách r, bán kính ρ , góc phân kỳ Ω I J= 2 π r tan Ω Kích hoạt bão hòa Tốc độ phản ứng R ( xảy ra trong một s) có thể được hiểu là số hạt... biểu diễn bởi hàm kích thích b MeV 0 THÔNG LƯỢNG VÀ CHÙM TIA − λi t ) Di = niσ iφ (1 − e Thông lượng Đến hạt nhân chất nền theo nhiều hướng khác nhau Cường độ hạt chiếu xạ mà trong quá trình chiếu xạ các hạt tới theo mọi Chùm tia hướng được gọi là Tươnglượng hạt (φ nền theo một hướng thông tác với chất ) Thông lượng neutron có thể được coi như là số neutron chuyển qua một đơn vị diện tích trong một đơn... minh họa của sự kích hoạt đồng bởi phản ứng 63Cu(n,g)64Cu Quá trình chiếu xạ bao gồm việc miếng vật liệu mỏng nặng một gram chứa 1% đồng với thông lượng của neutron nhiệt trong khoảng thời gian 3h Số nguyên tử đồng trong mẫu là: Ae me = ni × fi N me fN 0, 01(0, 6909)6, 023 ×10 23 n= = Ae 63,54 = 6,55 ×1019 s : Tiết diện phản ứng của phản ứng (nth,g) σ = 4,5 b = 4,5 ×10−24 cm 2 Thông lượng neutron nhiệt... thụ của các hạt tới dẫn đến một sự biến đổi hạt nhân Ví dụ chiếu xạ một lá nhôm bằng neutron năng lượng 14MeV 27 13 28 Al (n, γ ) 13 Al σ n ,γ 27 13 28 Al (n, 2n) 13 Al σ n ,2 n 27 13 Al (n, p) 27 Mg 12 σ n, p 27 13 26 Al (n, d ) 12 Mg σ n,d 27 13 Al (n, α ) 24 Na 11 σ n ,α σ a = σ n ,γ + σ n ,2 n + σ n , p + Hàm kích thích: Tiết diện phản ứng thay đổi không chỉ phụ thuộc vào phản ứng mà nó Sự phụ... barn = 10-24 cm2 Hơn nữa sự thích hợp ở chỗ barn được chia ra nhỏ hơn để dùng cho những giá trị tiết diện nhỏ trong hệ thống đo lường m 1 barn = 103 milibarns (1mb =10-27 cm2) Chú ý: Trong tính toán kích hoạt thì tiết diện có đơn vị là cm 2 Tiết diện phản ứng toàn phần σ T được xác định cho một quá trình mà trong đó tốc độ hạt nhân sinh ra được xác định thông qua tốc độ số hạt tới mất đi Những hạt nhân... của phản ứng (nth,g) σ = 4,5 b = 4,5 ×10−24 cm 2 Thông lượng neutron nhiệt f = 2,5 1012 hạt/cm2.s Thông số bảo hòa= (1-e-lt): 1− e − λt = 1− e − ln 2 t T1 2 = 1− e − ln 2 3 13,8 = 0,150 Vậy hạt nhân kích hoạt 64Cu trong chất nền ở thời điểm kết thúc chiếu xạ được tính là: D 0 = nσφ (1 − e − λt ) =6,55 ×1019 × 4,5 × 2,5 ×1012 × 0,150 = 1,10 × 108 . CHƯƠNG 2: CHƯƠNG 2: Gồm hai quá trình chủ yếu: a) Sự tạo thành hạt nhân phóng xạ từ nguyên tố mà ta muốn phân tích thông qua các phản ứng hạt nhân. *. phản ứng 63 Cu(n,γ) 64 Cu λ i là hằng số phân rã phóng xạ của 64 Cu được sinh ra φ là thông lượng neutron qua chất nền t là thời gian chiếu xạ. KÍCH HOẠT PHÓNG XẠ Nội dung chính: Bia và chất. tia Kích hoạt bão hòa 0 D (1 ) i t i i i n e λ σ φ − = − Bia và chất nền: Bia:  Hạt nhân đồng vị của nguyên tố mà đang cần được xác định. Hạt nhân bia  Tham gia vào phản ứng kích hoạt