báo cáo nghiên cứu các phản ứng nhiễu trong phân tích kích hoạt neutron

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN   TP. HỒ CHÍ MINH - 2014 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC PHẢN ỨNG NHIỄU TRONG PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON SVTH: TRỊNH MINH TÙNG CBHD: TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG CBPB: TS. TRẦN DUY TẬP 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Khó khăn Lĩnh vực Ứng dụng Đặc điểm Địa chất Phân tích hàm lượng Khảo cổ Y học Sinh học Vật liệu Nông nghiệp Công nghiệp Môi trường v.v… Độ chính xác, độ nhạy cao Phân tích kích hoạt Nhiễu Nhiễu Mẫu nghiên cứu Nguyên tố quan tâm Nguyên tố gây nhiễu TỔNG QUAN LÝ THUYẾT XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CHO PHẢN ỨNG NHIỄU THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ XÂY DỰNG CHƯƠNG 1 CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 2 NỘI DUNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 2 Hình 1. Sơ đồ minh họa một phản ứng hạt nhân với neutron. Quá trình được biểu diễn qua phản ứng: 3 A 1 A 1 * A 1 Z 0 Z Z X n ( X) X       1.1. Phân tích kích hoạt neutron CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.2. Các phản ứng nhiễu 1.2.1. Các phản ứng nhiễu sơ cấp  Phản ứng (n,p): 139 La bị gây nhiễu bởi 140 Ce.  Phản ứng (n,f): 140 Ce bị gây nhiễu bởi 235 U. 139 La(n,γ) 140 La 140 Ce(n,p) 140 La 23 Na(n,γ) 24 Na 27 Al(n,α) 24 Na 140 Ce(n,γ) 141 Ce 235 U(n,f) 141 Ce  Phản ứng (n,α): 23 Na bị gây nhiễu bởi 27 Al. Quan tâm Gây nhiễu 1.2.2. Các phản ứng nhiễu thứ cấp Các tia gamma hoặc các hạt mang điện tạo ra từ các phản ứng (n,γ), (n,p), (n,α) tương tác với các nguyên tố matrix có trong mẫu. Ví dụ: sự hình thành 13 N trong Polytylen bằng chiếu xạ neutron 14MeV (n + 14 N → 2n + 13 N) n + H → p p + 13 C → n + 13 N 4 Quan tâm Gây nhiễu 1.2.3. Các phản ứng nhiễu bậc 2 Xảy ra khi thành phần chính của mẫu và matrix có số nguyên tử gần nhau. 5 176 Lu bị gây nhiễu bởi 176 Yb. 1.2.4. Hai phản ứng (n,γ) Phản ứng làm tăng hoặc giảm sản phẩm của sản phẩm kích hoạt. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1. Trường hợp nhiễu nghiên cứu 6  Hỗn hợp chỉ có 2 đồng vị A và B đã biết trước cùng được chiếu neutron trong cùng 1 điều kiện giống nhau.  Đồng vị A (quan tâm) bắt neutron nhiệt và một phần neutron trên nhiệt (gọi chung là neutron chậm trong khoảng từ 0 đến 0,5 MeV) tạo phản ứng A(n,γ)C.  Đồng vị B (gây nhiễu) bắt neutron nhanh trong khoảng năng lượng từ 4,3MeV đến 5,3MeV tạo phản ứng B(n,p)C.  Sản phẩm tạo ra bởi 2 đồng vị A và B cùng là đồng vị C. Đồng vị C phân rã phát gamma ghi nhận được trên phổ.  Xác định phần trăm khối lượng của 2 đồng vị A, B trong hỗn hợp mẫu khi biết tổng khối lượng hỗn hợp và các thông số trong quá trình đo đạc. Giả thuyết Yêu cầu CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CHO PHẢN ỨNG NHIỄU Trường hợp điển hình Hỗn hợp Phản ứng Neutron tương tác Tia gamma đặc trưng của sản phẩm E γ (KeV) I γ (%) T 1/2 La - Ce 139 La(n,γ) 140 La Chậm 328,761 487,022 815,781 1596,203 20,8 46,1 23,72 95,40 1,6785 ngày 140 Ce(n,p) 140 La Nhanh Mn - Fe 55 Mn(n,γ) 56 Mn Chậm 846,7638 1810,726 2113,092 98,85 26,9 14,2 2,57878 giờ 56 Fe(n,p) 56 Mn Nhanh 7 Bảng 1. Các trường hợp điển hình. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CHO PHẢN ỨNG NHIỄU Hỗn hợp có khối lượng m 0 . Giả sử phần trăm khối lượng chất A chiếm trong hỗn hợp là (x). Phần trăm khối lượng B chiếm trong hỗn hợp là (1 – x). Hạt nhân A và B ban đầu có: 2.2.1. Trường hợp 1: A và B ở dạng đơn chất (2.1) (2.2) (2.3) (2.4) 8 Số hạt nhân phóng xạ C tạo ra từ A, B còn lại sau quá trình kích hoạt neutron trong thời gian chiếu t i : 2.2. Xây dựng công thức tính toán CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CHO PHẢN ỨNG NHIỄU (2.5) (2.6) Đặt: Công thức (2.5) và (2.6) trở thành: (2.7) (2.8) (2.9) Sau thời gian chiếu t i , rã t d , đo t m , số hạt nhân nguyên tố A, B ban đầu sẽ phát gamma là: Ta có: (2.10) 9 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CHO PHẢN ỨNG NHIỄU Áp dụng công thức (2.8) và (2.9), công thức (2.10) trở thành: Thế N 0A và N 0B từ công thức (2.1), (2.2) vào (2.11), (2.11) (2.12) 2.2.2. Trường hợp 2: A, B ở dạng oxit A a1 O a2 , B b1 O b2 (2.13) 10 biến đổi ta được: CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CHO PHẢN ỨNG NHIỄU [...]... (2013), Giáo trình Xử lý thống kê số liệu thực nghiệm hạt nhân, ĐHKHTN Tp.HCM [3] Lê Thị Quỳnh Như (2006), Phân tích các nguyên tố vi lượng trong các vị thuốc chữa bệnh thần kinh, mất ngủ bằng phương pháp phân tích kích hoạt neutron, Khóa luận tốt nghiệp, ĐHKHTN Tp.HCM [4] Huỳnh Trúc Phương (2009), Nghiên cứu và phát triển phương pháp chuẩn hóa K0 cho vùng tia gamma năng lượng thấp, Luận án Tiến sĩ, Trường... và Châu Văn Tạo (2009), Giáo trình Các phương pháp phân tích hạt nhân nguyên tử, ĐHKHTN Tp.HCM [6] Trịnh Quang Thanh (2013), Phân tích hàm lượng vài nguyên tố trong mẫu địa chất bằng phương pháp phân tích kích hoạt neutron và huỳnh quang tia X, Khóa luận tốt nghiệp, ĐHKHTN Tp.HCM [7] Nguyễn Văn Thành (2010), Thực nghiệm xác định hệ số k0 của một số đồng vị bằng nguồn neutron Am – Be, Khóa luận tốt nghiệp,... (2012), Khảo sát các đặc trưng phổ neutron tại kênh nhanh nguồn Am – Be, Luận văn Thạc sỹ, ĐHKHTN Tp.HCM [9] Văn Thị Thu Trang (2008), Xác định hằng số k0 trong phương pháp k0–INAA bằng kích hoạt neutron nguồn đồng vị Am – Be, Khóa luận tốt nghiệp, ĐHKHTN Tp.HCM [10] Lê Văn Sơn (2007), Phân tích một số nguyên tố dinh dưỡng và kim loại nặng độc trong mẫu gạo bằng phương pháp kích hoạt neutron, Khóa luận... ± 0,09).106 cm-2.s-1 Thực nghiệm kiểm chứng Φe = (1,14 ± 0,03).103 cm-2.s-1 Φth = (4,10 ± 0,10).103 cm-2.s-1 Sai số khoảng 25% – 36% Kiến nghị 1  Cần sự chuẩn xác cao hơn trong quá trình làm thực nghiệm 2  Lựa chọn các nguyên tố làm thực nghiệm phù hợp hơn 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Thị Yến Duyên (2012), Nghiên cứu phép phân tích kích hoạt neutron với nguồn Ra-Be, Luận văn Thạc sỹ,...CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CHO PHẢN ỨNG NHIỄU 2.2.3 Trường hợp 3: A ở dạng đơn chất, B ở dạng oxit Bb1Ob2 (2.14) 2.2.4 Trường hợp 4: A ở dạng oxit Aa1Oa2, B ở dạng đơn chất (2.15) 11 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ XÂY DỰNG 3.1 Các thiết bị dùng trong thực nghiệm Cường độ neutron: 1,5.107 n.s-1 Năng lượng trung bình: 5,7MeV Hình 3.1 Cân đo mẫu... Trung bình: Φf = (2,28 ± 0,09).106 cm-2.s-1 15 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ XÂY DỰNG 3.3 Thực nghiệm kiểm chứng các công thức đã xây dựng 3.3.1 Các chất dùng làm thực nghiệm Sử dụng 4 chất: Mn, Fe, MnO2, Fe2O3 có độ tinh khiết như bảng 3.3 Bảng 3.3 Kết quả kiểm định của các mẫu bột tại phòng Thí nghiệm Phân tích Trung tâm, khoa Hóa trường đại học Khoa học Tự nhiên Tên mẫu Chỉ tiêu... THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ XÂY DỰNG 3.2.5 Các nguyên nhân gây sai số 1 2 5 6 7 • Hiệu ứng tự hấp thụ 3 4 • Độ chuẩn xác của khối lượng mẫu • Thời gian đo đạc • Nhiễm tạp chất, oxi hóa, độ ẩm • Sự khác nhau của cấu hình mẫu thí nghiệm và mẫu đo thông lượng • Hiệu suất hệ đo • Tiết diện bắt neutron, nguồn phát neutron 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1 2 Xác định thông lượng neutron tại kênh... 0,0941 0,2067 0,3128 4.2 0,1026 0,2067 0,3482 4.3 0,0992 0,2041 0,3270 17 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ XÂY DỰNG 3.2.3 Chiếu và đo mẫu Các mẫu được chiếu tại kênh neutron nhanh Hình 3.8 Container chứa mẫu Hình 3.9 Xử lý mẫu và mẫu sau khi xử lý xong 18 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ XÂY DỰNG Bảng 3.5 Thông tin ghi nhận từ mẫu tại đỉnh năng lượng 846,7638 KeV Trường... THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ XÂY DỰNG 3.2 Xác định một số thông số liên quan đến thực nghiệm 3.2.1 Hiệu suất hệ đo tại bề mặt DET Sử dụng nguồn chuẩn 154Eu có hoạt độ ngày đo là 35108 Bq, T1/2 = 3138,8 ngày Hình 3.5 Đồ thị đường cong hiệu suất tại bề mặt DET Ln(Ɛp) = - 0,061(Ln(E))4 + 1,5638(Ln(E))3 - 14,931(Ln(E))2 + 61,689(Ln(E)) - 94,716 13 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ... 1,43 1,63 1,16 1,77 1,64 1,68 1,62 1,68 1,71 2,03 1,98 1,98 Hình 3.10 Phổ ghi nhận từ hệ phổ kế tại đỉnh năng lượng 846,7638KeV 19 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ XÂY DỰNG Bảng 3.6 Kiểm chứng độ chính xác của các công thức trong từng trường hợp Công thức Trường Mẫu hợp x (g/g) Độ sai lệch của x so với x* (%) Độ sai lệch trung bình (%) 1.1 2.12 1 (Đơn chất) Tên mẫu 0,2341 ± 0,0068 . 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.2. Các phản ứng nhiễu 1.2.1. Các phản ứng nhiễu sơ cấp  Phản ứng (n,p): 139 La bị gây nhiễu bởi 140 Ce.  Phản ứng (n,f): 140 Ce bị gây nhiễu bởi 235 U. 139 La(n,γ) 140 La 140 Ce(n,p) 140 La 23 Na(n,γ) 24 Na 27 Al(n,α) 24 Na 140 Ce(n,γ) 141 Ce 235 U(n,f) 141 Ce . HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC PHẢN ỨNG NHIỄU TRONG PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON SVTH: TRỊNH MINH TÙNG CBHD: TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG CBPB: TS. TRẦN DUY TẬP 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Khó khăn Lĩnh vực Ứng dụng Đặc. 235 U. 139 La(n,γ) 140 La 140 Ce(n,p) 140 La 23 Na(n,γ) 24 Na 27 Al(n,α) 24 Na 140 Ce(n,γ) 141 Ce 235 U(n,f) 141 Ce  Phản ứng (n,α): 23 Na bị gây nhiễu bởi 27 Al. Quan tâm Gây nhiễu 1.2.2. Các phản ứng nhiễu thứ cấp Các tia gamma hoặc các hạt mang điện tạo ra từ các phản ứng (n,γ), (n,p),