Xác định hoạt động của một số nguyên tố bằng phương pháp xây dựng đường cong hiệu suất

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ Trong trình thực luận văn, cố gắng nỗ lực thân, LÊ THỊ MỘNG THUẦN em nhận nhiều quan tâm, hướng dẫn động viên quý thầy cô, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Thầy Hoàng Đức Tâm tận tình hướng dẫn kiến thức chuyên môn kinh nghiệm quý báu giúp em hoàn thành luận văn Người hướng dẫn: Thầy HOÀNG ĐỨC TÂM LUẬN VẮN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành vật lý hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh-tháng năm 2009 Nhóm hạt nhân z N/Nnặng tia Giá trị trung 1.1.1.2 Bức cósơ nguồn Đất MỞ ĐẦU vũxạ trụ cấp gốc từ Trái bình Cácnhân nhân phóng xạ cóTHUYẾT khắp nơi môi trường sống chúng Môi trường Các xạ vỏ Trái Đất chủ yếu gồm VỀ họcủa phóng xạta.uranium (238U) N/Nnặng vũ CHƯƠNG 1.phóng Cơ SỞ LÝ VÀ TỔNG QUAN GHI ĐO p 650 3360 6830 chịu tác a actinium 47 258 BỨC XẠ 1040 động ngày lớn từ hoạt xạ người nghiệp hóa (235U), thorium (232Th) hạtđộng nhâncủa phóng nhẹnhư: khácquá nhưtrình 40K,công 87Rb, Sau đây- làhiện cácđại sơ Hạt nhẹ 3-5 10'* 10" hóa, đồ phân Trung 6-9 3.3 2.64 10.1 bình thăm dò, khai thác tài nguyên Song song khoa học công nghệ đặc biệt kỹ thuật hạt nhân Nặng > 1 ngày1.1 phóng tỉ số số xạ hạt0.06 nhóm Rất nặngVới N/Nnặnglà >20Các nguồn 0.26 0.05 xét so với số hạt hạt nhân nặng Hai cột phát triển đại Và vấn đề phóng xạ môi trường mối quan tâm hàng đầu cuối Các nguồn Siêu >30 phóng » 0.3 *10'4 0.6*10' xạ chia làm hai loại: nguồn phóng xạ tự nhiên nguồn phóng xạ nặng Nghiên ứng với số liệu thực nghiệm nhân Đồng phân Cường độ(%) cứu phóngKiểu xạ môi trường bắtlượng đầu việc đo hoạt độ củakỳ mẫu môi trường: đất, nước, bụi Năng Chu bán vịtạo Các rã nguồn phóng xạ tựrằng nhiên cótianguồn gốc từ Trái Đấtvật vàchất tia phóng xạ Từ bảng ta thấy vũ trụ sơ cấp, củavũ vũtrụ trụ Các chủ nguồn yếu gồm hạt khí xạ rã nhân anpha Trong vật chất vũ trụ tỉ số N/Nnặng lớn nhiều lần so với tia vũ trụ proton a 4,2 100 % 4,47* 109 Có hai phương pháp xác định hoạt độ mẫu môi trường tạo người tạo cách kích hoạt hạt nhân 24Th Nguợc p 0,2 0,1 56% 24,1 ngàylò phản ứng, sản phẩm phảnthành phần hạt siêu nặng vàcần cácđo hạtđược nhẹ tia vũ phút trụ lớnhọc hơnvới rấtmẫu nhiều lần so vật 234Pa lại, p pháp 0,5đối: 1,2 90%đo vàcùng 1,18 ■ Phương tương mẫu dạng hình chuẩn Tỉvới số ứng hạt nhân Sau ta sẽ4,8 tìm hiểu chi tiết nguồn phóng **u chất 100% 2,44*xạ 105 diện a 1.1.1 nguồn phóng xạ nhiên: vũ 2Ị°Th aCác tương 4,7với nguyên 4,6trongtốtự 7,7*dùng 104 để tính hoạt độ tíchtrụ đỉnh ứng quan75% tâm hai phổ 1.1.1.1 Bức xạ 4,8 vũ trụ ^6Ra a 4,6 93% 1600 năm tia cong vũ truhiệu thứ suất cấp để xác định trực tiếp hoạt độ ■ Phương pháp tuyệt đối: dùng Các đường |Rn a 5,5 100% Các xạ proton, alpha, lượng cao từ không gian2,382 rơi vào khí Trái Đất gọi Tia vũ trụ thứ cấp sinh tia vũ trụ sơ cấp tuơng tác với vật bầuđòi khíhỏi 2^8Po Phươnga pháp tương đối6,0 100% xác cao 3,05 phút cho kết việc làmchất mẫutrong chuẩn jPb Tia 100% 26,8 nhiều tia vũ trụ sơp cấp Trên đường0,7 đến Trái Đất, chúng tương tácphút với bầu khí sinh tia trụ thứ cấp đuợc chia thành ba phần: 21 JBĨ vũ p 3,2 1,7 23% 19,8 phút hon phải chuẩn bị loạt mẫu vũ gian công sức Và khó khăn, tốn77% i thời Po-214 chuẩn 100% 1,64* 104 neutron,) trụ sơ Thành cấp a phần kích hoạt 7,7 hạt nhân gồm hạt hadron (pion, proton, Pb-210 với hoạt p độ xác định0,03 22,3trong nămmột phạm vi sai số cho phép để đo kèm với 100% mẫu Do đó, Bảng 1-3: Chuỗi Actinium 235u -> 207Pb Các tia vũ tru sơ pcấp Thành phần hạtđộmuon, sinhđường phân rã suất tích điện: BĨ-210 5,01 ngày phương pháp tuyệtcứng đối -gồm tính1,2 hoạt dựa 100% vào cong hiệu - làhạt mộtpion phương pháp tương Po-210 5,3 100% 138,4 - Các đối tia vũ trụ sơa cấp chia thành nhóm T? 11* + sau: V|J (1.1) - trình bày chi - tiết “Xác định hoạt độ Po-206 hiệu quả, kinh đồngtếvịvàbền dễ thực Luận văn Các muon lượng cao có khả đâm xuyên lớn lượng số Đồng vị Kiểu phân rã Năng Cường độ Chu kỳ nguyên tố phương pháp xây dụng congSO' hiệu suất” xạ rã Bảng 1-lThành phần hóa học đường tia vũ trụ cấp trình ion hóa xạ hãm môi trường (MeV) 2fũ 4,5 trẽn sở: tìm 100% 108tắc hoạt động hệ phổ kế Luận văna hình thành hiểu cấu tạo và7,04* nguyên 231Th 0,2các electron,100% 25,6 Thành pphần mềm gồm psitron gamma Tia gamma lượng cao 23ịPasinh a 5,0 4,7 8,4% 3,25* 104 22JAC 0,02 100%rã hạt pion21,8 năm đồng thời vớip hạt hadron trình phân trung hòa: 227p a 6,1 5,8 46% 223ệa a 5,7 5,5 76% 11,4 ngày 219R a 6,7 6,3 84% 3,96 giây 215Ịo a 7,4 100% 18,72 1,78*10"3 giây Đồng vị Kiểu phân Cường Năng lượng rã độ(%) Chu kỳ bán xạ (MeV) rã Các chất đồng vị phóng xạ phân rã anpha bêta thường kèm theohọphát gamma Do Sản phẩm cuối họ phóng xạ chì: 206Pb uranium, 207Pb 232T-VI a 4,0 100% 1,4* 1010 nguồn coi nguồn anpha, bêta gamma họhoặc5,75 22 ^Ra p 0,002 100% nămtùy theo mục đích sử dụng Bảng 1-6: Các nguồn phóng xạ anpha, bêta gamma thưòug dùng 208Pb họ6,13 thorium 228AC p 1,6% actinium và100% 22j8Th aNgoài họ5,4 5,3 9,91tạinăm phóng xạ trên, tự72% nhiênvàcòn tồn số đồng vị phóng xạ với số 2*Ra Bảng 1-4: a Chuỗi thorium: 5,7 5,4 95% 5% 3,64 ngày 232Th -> 208Pb nguyên tử 22 °Rn a 6,3 100% 55,6 giây 2Ỉ *Po Pb 2Ĩ *Bi a 0,014% 6,8 p 0,3 0,6 66,3% Ị3 2,3 5,6 5,8 33,7% 0,15 giây 88% 0,24 60,6 phút 1% 2% 6,0 6,1 70% 21|2Po a 8,8 100% 3,0* 10'5 2^-pỊ p 1,8 100% 3,05 phút 208pb trạng thái bền - - - Độ Hạt nhân giàu TI/2 Hoạt độ Năng lượng xạ đồng vị riêng (MeV) (năm) y p a (Bq/kg) (%) K-40 0.0118 1.3* 3163 1.3 1.4 V-50 0.25 6*105 0.11 0.7 1.5 Một nguồn đồng vị trên, 40K phổ biến môi trường Hàm lượng trung Rb-87 27.9 4.8*10 8.88*1 0.2 bình Re62.9 4.3*10 8.88*1 0.0 đất đá khoảng 27 g/kg; đại dương khoảng 380 mg/L; động vật, thực vật In-115 95.8 6*101 184.2 3.1 0.0 Pt-190 0.013 6.9*10 13.32 Ba họ phóng xạ có đặc điểm chung là: hạt nhân thứ đồng vị phóng xạ sống lâu Họ La0.089 1.12*1 765.9 0.2 0.8 thorium với hạt nhân 232Th với thời gian bán rã 1.4* 1010 năm nên Nd23.9 2.4*10 9.25 1.8 thorium Sm- 11.27 >1014 4.07 4.0 không giảm trình tồn Trái Đất Hạt nhân 23 8Ư họ uranium có thời Ỵ (1451 Hí2.6 2.2*10 8.88*1 0.0keV)0.0 0.3 20Ca40 gian 176 10 0"2 43 43 bền Tên Ký hiệu Loại TỊ/2có thời gian bán rã 7*108 năm nên phân sống 4.5* 109 năm nên nóbức bịisAr4Qbền phân rã Năng lượng ị phần, 235u rã (MeV) 1.1.2 Các nguồn phóng xạ nhân Americiu 241 a 5.48 458còn lượng 235u bé 140 lần so với đáng kể Vì vỏ Trái Đất tạo nhiều thorium, m Am năm 0.06 thorium Các nguồn đồng Y vị nhân tạo gồm đồng vị phóng xạ phát tia xạ anpha, bêta Krypton 85Kr p 0.67 10.6 gamma, neutron theokhí cácphóng phản hạt nhân (a, n) hoặcvị(y, n) Mỗi họ đềucác có nguồn thành viênphát dướiradạng xạ, chúng đồng khác năm ứng Strontiu 90Sr p 2.27 28 gọi radon; họ thorium, khí 220Rn mnguyên tố radon: họ uranium khí 222Rn đượcnăm Cobalt “Co Y 1.173 ; 5.27 1.32 năm Caesiu 137Cs Y 30 0.66 m năm Iodine Tecneciu m Photphor us 13,I "mTc 32p Y 0.08; 0.248; Y 0.364; 0.637 140.5 p 1.711 ngày 15 ngày c electron (photoelectron hình a, b ) Phần lượng dư chuyển thành động quang electron bay Năng lượng dạng động quang electron tính sau: Với E = h*v lượng photon tới Ee= E - £b (1.1) £b lượng liên kết electron lóp vỏ nguyên tử trước bị Khi electron lóp K bay để lại lỗ trống, electron lóp chuyển vào lấp đầy lỗ trống phát tia X đặc trưng (hình c), electron Auger (hình d) Hiệu ứng quang điện không xảy với electron không đảm bảo định luật bảo toàn lượng động lượng.Thật vậy: —+mc - E - m c2 vv1 c2 ) 1.2 V2 m„c Sơ lược hệ phổ kế gamma -1 (1.2) Tương tác xạ gamma vói vật chất hình thành phố với yỡ = -J c 1.2.1 Định luật bảo toàn động Em — V E mBc — — — e p Ặ7? (1.3) Hình 1-1: Hiệu ứng quang điện Từ (1.2) (1.3) ta có: -J—.ỉ = -ẼKhi lượng tử gamma va chạm với electron quỹ đạo nguyên tử, gamma biến mất, toàn lượng truyền hết cho electron, electron bay khỏi nguyên tử gọi quang «(1-^)2=1-/?2 (1.4) Phương trình (1.4) có hai nghiệm p=0^ Ec=0 (loại); Ị3=l-> v= c, điều vô lý khối lượng nghỉ electron khác không Như để hiệu ứng quang điện xảy electron phải liên kết lượng photon tới phải lớn hon lượng liên kết electron E> 8b, không lớn nhiều (vì Hình 1-2: Tiết diện hiệu ứng quang điện ■ Ở miền lượng photon lớn E» £K tượng quang điện xảy với lóp K với xác suất hấp thu quang điên thấp tuân theo quy luât — E ■ Khi E giảm dần đến £K, tiết diện tuân theo quy luật — E ■ Khi E=£K tiết diện đạt cực đại ■ Khi E tiếp tục giảm E< £K tượng quang điện không xảy với lóp K mà xảy với lóp L với xác suất thấp, E=£L xác suất cực đại Tương tự lóp M Mặt khác tiết diện hấp thụ quang điện giảm nhanh theo lượng tăng theo z theo quy luật z5 Như tiết diện hấp thu quang điện: z5 o ơphoto—“777 E lớn £K (E> £K) E z5 o ơphoto- E» £K Er X Hiệu ứng tạo cặp Khi tán xạ, gamma truyền phần lượng cho electron đồng thời gamma bị tán xạ Tia gamma sau tán xạ có bước sóng X’ lớn bước sóng X Y tới Gia số tăng bước sóng phụ thuộc vào góc tán xạ sau: Ả - Ã' - AÃ = —— (1 cosế?) mec Sự phụ thuộc tiết diện vào lượng gamma hiệu ứng Compton sau: ■ EY nhỏ: ~ơ0 (1-k Ey) Electron (e') Hình 1-4: Hiệu ứng tạo cặp 1.02 Khi photon tới với lượng lớn hai lần lượng nghỉ electron, tức Ey > Positron (e+) MeV qua trường Culomb hạt nhân xảy hiệu ứng tạo cặp Ket photon biến tạo thành cặp electron - positron Hai hạt có khối lượng điện tích trái dấu Sau tạo thành, electron lượng ion hóa phân tử môi trường, positron mang điện tích dưong, gặp electron nguyên tử hủy cặp tạo thành hai tia gamma có lượng 0.511 MeV Sự hình thành phổ gamma: Các trình tương tác nói dẫn đến hình thành đỉnh phổ gamma sau: ■ Hiệu ứng quang điện dẫn đến hấp thụ hoàn toàn lượng photon tới detector, phổ gamma xuất đỉnh hấp thụ toàn phần ứng với lượng Ey Đây đỉnh Ey đặc trưng đồng vị Mỗi loại đồng vị có 1,2, đỉnh hấp thụ toàn phần với hiệu suất phát tương ứng Ví dụ 40K phát Ey= 1461 KeV với hiệu suất 10.67% ; 60Co phát hai gamma có hiệu suất phát cao 1173 KeV 99.97% 1332 KeV 99.98% ■ Trong trình tán xạ tán xạ Compton, photon tới với lượng Ey phần lượng, phần lượng lại chuyển thành lượng photon tán xạ Ey’ (Ey’< Ey) Do xuất phổ gamma liên tục bên miền lượng nhỏ lượng Ey đặc trưng ■ Hiệu ứng tạo cặp dẫn đến hình thành hai lượng tử ganưna có lượng 0.511 MeV Tùy theo trường họp mà ta thấy phổ gamma xuất đỉnh sau đây: gamma Máy phân tích biên độ đa kênh (MCA' Detector HPGe Hình 1-5: So’ đồ khối hệ phổ kế gamma 1.2.2.1 Detector (Det) Để ghi phổ gamma người ta thường dùng hai loại detector: detector nhấp nháy với tinh thể Nai (Tl) detector bán dẫn Ge siêu tinh khiết HPGe Detector nhấp nháy vởi tinh thể Nai (TD: Bao gồm: Tinh thể nhấp nháy Nai có pha thêm chất hoạt hóa Tl: có tỉ trọng 3.67 g/cm3 , chiết suất Hình 1-6: Ống nhân quang điện Khi gamma tương tác với chất nhấp nháy tạo electron tự có động đủ lớn Những electron kích thích phân tử chất nhấp nháy, phân tử trở trạng thái Đỉnh lượng FWHM (keV) Dectector HPGe Detector nhấp nháy dynode lại electron thứ cấp, electron tăng lên 2^5 lần saucao lần đập Ket làphép sau detector o Detector có tạo khảrahình giếng đếm với (hình tốc c) độsố Loại lớn Độ có phân hiệu giải suất hình detector học chủ nên yếu thích thời họp gian cho chết 661 1.4 50 đập vào dynode, số electron tăng lên M lần: detector xác nđịnh đo 1332 1.8 100 (8%) Cs’137 4- Hiệu suất ghi đỉnh quang điện: có hoạt độ nhỏ M= (a*V)n, với a=2^5 oHiệu Detector suất ghi phẳng đỉnh(plana): quang điện hiệu suất giảm mộtnhanh đặc trung vùng quan trọng luợng củacao detector nên chỉNóthích phụhợp thuộc để Tại anode electron tạo xung dòng điện Xung dòng tạo trẽn điện trở vào đo loại detector, thể tích detector, vùng cấu luợng hình đo thấp luợng tia gamma xung điện áp có biên độ tỉ lệ với lượng tia gamrna bị hấp thụ tinh thể nhấp nháy thuật detector: c.Các đặc trung kỹ Hiệu suất ghi đỉnh quang điện tính tỉ số số đếm đỉnh hấp thụ quang điện Detector bán dẫn: i- Độ phân giải lưọĩig: mà Chất bán dẫn thường dùng Si số ghi phổ detector gamma ta dùng Độ phân detector giải ghi nhận luợng củasolà detector với tia choGe, gamma biếtđểkhả donăng nguồn phát rangười có theo thểmọi phân phương biệtGehaisiêu đỉnhtinh có khiết 4- Tỉ sổ đỉnh / Compton (peak/Compton): (HPGe) luợng gần phổ Nó xác định độ rộng chiều cao (FWHM) đỉnh hấp Tỉ số cho ta đánh giá khả detector phân biệt đỉnh yếu, có thụ tương với phânPeak/ tử chất bán dẫnlàtạo tự chuyển lượng Khi thấpgamma nằm nềntác Compton Compton tỉ số giữaelectron chiều cao củaElectron đỉnh hấpdithụ toàn 661 keV với 1174 kcV phần 1332 ke V động lớn electron chuyển lên vùnglấy dẫn lại lỗbình trống tương (peak) chiều caokích củathích Compton tương ứng (thường độvà caođểtrung củaNhư vậy, Compton) tác Tỉ củanày gamma tạo mộtcóloạt lỗbiệt trống bánđodẫn Dướiđộ tácnhỏ dụng số cao lợi cho electron phép đo,và đặc đối vớitinh cácthể phép có hoạt phổ gamma phức tạp Tỉ số phụ thuộc vào thể tích detector n* type(Je 1.2.2.2 Khối tiền khuếch đại Đo bàng detector +HV Đo bảng detector HP Ge Canberra nháp nháy typetiếp sau detector Tín hiệu lối detector có Khối tiền khuếch đại nốip'trực Ge ♦ lưọng biên p AmpHình 1-8: Độ phân giải p Ta CÓ FWHM hai loại detector bảng 1.7 độ bé, nhiệm vụ khối ten khuếch đại khuếch đại sơ tín hiệu đảm bảo tỉ Bảng 1-7: Độ phân giải loại detector loại Hìnhlưọng 1-7: Các bán dẫn HPGe detector bán dẫn số (c) với chất lượng hệ phổ kế, tín hiệu/ồn (S/N).(a) Khối tiền khuếch đại có ý (b) nghĩa quan trọng đối o Dectector HPGe loại p kiểu đồng trục (hình a): Chất bán dẫn xuất phát loại p Người ta góp phần tạoquyết định độ phân giải lượng hệ Tùy loại detector mà người ta sử dụng lóp n+ dày khoảng 0.5 -> 0.8 nưn phương pháp khuếch tán Li Khi sử dụng phải dựa Độ áp phân giải cực detector bánkhoảng dẫn tốt2->5 hon nhiều, nên detector loại sử điện cao, phân dương KV kéo cặpnay electron-lồ trống tạođược Loại dụng có rộngnăng rãi hệsau đo thấp gamma Hình dạng xung tiền khuếch đạiKeV) khuếch đại hiệu suất giảmHình nhiều1-9: vùng lượng gamma (dưới 100 hấp thụ a b giải thời gian detector lóp ị- Độ phân chết Độ phân giải thời gian khoảng thời gian mà detector với hệ thống điện tử Co-60 2232 106 1422 1.7895 19 “C 2539 192 224 1173 99 1073 Với h=lcm, t=3438.1 (s) “C Bảng 2539 2-6: Hiệu192 99.lưọng9508 suất của224 detector1332 theo độ cao h= cm 2232 106 247 1836 99 7959 Hệ số E210 1.3912 34 a -35.45 6.663 b 15.55 -0.8797 c -1.599 Hạ t A(Bq)- TI/ 247 898 A(Bq) E - 93 a (%) N 1.232 31 0.9455 97 A N H.suất (keV (ng 23/06/ ) ày) 08 109 22679 Đưòng cong 462.hiệu suất 136ứng 88 vói h=2cm3.6 1171 (%) 42 6.9147 57 nh ân 20/07/ 07 ghi s 1557 271 656 122 85 1633 44 8.4619 139 1479 137 268 165 79 5700 28 7.7454 137 1956 109 191 661 85 1165 37 2.0797 54 2045 312 964 834 99 5447 26 88 2232 106 247 898 93 1177 17 1.4794 60 2539 192 224 1173 99 8743 31 1.1321 60 2539 192 224 1332 99 7756 28 1.0042 88 2232 106 247 1836 99 6368 86 0.7559 Hệ số E210 1.644 TI/ nhân 20/07/ (ngày) Các Cáchệ hệsố: số: 07 A(Bq)Hình E 2-7: Đường a cong hiệu suất e(E) với h= lem Đường hiệu suất e(E) với h= 0.5cm - Hình 2-6: (%)cong 22679 23/06/ (ke 08 V) 462 136 88 3.6 773 34 4.925 57 1557 271 656 122 85 104 35 5.81 ! 1479 137 268 165 79 3595 23 5.26 ^Cd ls7t=3187.6 1956 (s) 109 191 661 85 7207 29 1.38 i h=2cm, 54 Bảng 2045 312.của detector 964 theo 834.năng lưọng 99 độ 344cao h=21 2-7: Hiệu suất cm 1.12 88 2232 106 247 898 93 743 13 1.00 H.suất 60 2539 192 224 1173 99 563 24 0.78 ghi s AN 60 2539 192 224 1332 99 5004 22 0.69 (%) 88y 2232 106 247 1836 99 407 68 0.52 Hệ số E210 a -33.04 6.148 b 11.43 -0.8959 c -1.496 Hạt A(Bq)nhâ 20/07/ 07 n TI/ (ngà y) A(Bq) E - a (%) (ke V) 23/06/ 08 N A N H.su ất ghig 3.6 7155 32 (%) 3.57 122 85 9542 34 4.18 268 165 79 333 22 3.83 191 661 85 6625 27 1.00 312 964 834 99 309 20 0.79 2232 106 247 898 93 679 13 0.72 6ỡ 2539 192 2247 1173 99 517 23 0.56 6U 2539 192 2247 1332 99 460 21 0.50 88 2232 ! 22679 462 136 88 i7C 1557 271 656 lsy 1479 137 ls7 1956 109 M 2045 SX Hệ số E210 5.748 -0.8865 Hình 2-9: Đường cong hiệu suất e(E) với h= 3cm c -1.567 Các Hạhệ số: TI/ A(Bq) E a N H.suất t A(Bq)2 (%) A (keV N 20/07/ ghi s ) h= 5cm, t=(ng 3465.823/06/ (s) nh Với ân Bảng072-10: Hiệu ày) suất của08 detector theo lưọng ỏ’ (%) độ cao h= cm 22679 462 136 88 3.6 4184 25 2.68 57 1557 271 656 122 85 5474 26 3.07 1479 137 268 165 79 1905 Với h= 4cm, t=3167.8 (s) 1956 2-9: Hiệu109 191 661 Bảng suất detector theo năng85 lưọng 3816 độ cao h= cm 54 2045 312 964 834 99 1798 16 2.80 21 0.73 15 0.58 106 247 898 93 3991 10 88 Y 2232 "“ Với 2539 192 (s) 224 1173 99 3052 18 h=3cm, t=4062.7 “C Bảng 2539 2-8: Hiệu 192 224 1332 16 suất detector theo năng99 lưọng 2692 độ cao h= cm 88 Y 2232 106 247 1836 99 226 49 0.54 _n5õr -n7ci" Hệ số E210 a -33.59 5.408 b 14.45 -0.8803 c -1.502 Hạ t A(Bq)nh ân 20/07/ 07 ™ 22679 y/C 1557 139 1479 TI/ (ng ày) 462 A(Bq) E (ke 23/06/ V) 08 136 88 0.42 0.37 0.291 H.suất A N ghi s a (% N ) 3.6 344 (%) 2.0177 25 271 656 122 85 460 2.3654 25 137 268 165 79 160 2.1637 17 ls, 1956 109 191 661 85 327 0.579 19 54 2045 312 964 834 99 151 0.4533 15 88 2232 106 247 898 93 352 0.4395 11 60 2539 192 224 1173 99 259 0.3334 17 ""C 2539 192 224 1332 99 231 0.2969 15 88 106 247 1836 99 188 0.2219 45 2232 Hệ số E210 a b -31.64 5.36 13.47 -0.9097 c -1.394 h 0.15 0.5 TI 1.48 (%) Các hệ số: 1.28 Hình 2-11: Đường cong hiệu suất s(E) vói h= 5cm 1.02 0.68 0.49 0.36 0.281 2.3.2 Xác định phụ thuộc hiệu suất theo độ cao Đỉnh 1461 keV nằm vùng E> Ec= 210 keV, đường hiệu suất vùng có dạng bậc Các phương trình đường cong hiệu suất theo lượng vùng E> Ec là: ln(e) = 6.904 - 0.8936*ln(E) với h= 0.15(cm) ln(e) = 6.663 - 0.8797*ln(E) với h= 0.5(cm) ln(g) = 6.543 - 0.895 l*ln(E) với h= l(cm) ln(g) = 6.148 - 0.8959*ln(E) với h= 2(cm) ln(g) = 5.748 - 0.8865*ln(E) với h= 3(cm) ln(g) = theo 5.408độ- 0.8803*ln(E) với40K h= 4(cm) Bảng 2-11: Hiệu suất ghi detector cao đối vói đỉnh (1461 keV) Các thao tác tính T| phần mềm [Effíciency as a function of energy] xin xem phụ lục Dùng chương trình làm khóp bình phương tối thiểu[Least squares ĩitting calculation] hình 2.12 để làm khóp r|E(h) với bước sau: Nhấp “OK” ta kết đồ thị hệ số làm khớp a, b, c, d hình 2.12 Vậy phương trình hiệu suất ghi đỉnh 1461 keV theo độ cao: Tta(h) = (0.6207+0.3054 h + 0.05568 h2 Tính 2.3.3 vói +1.41 * 10'4 h3) -1 mẫu hiệu suất detector đối khối hình trụ Theo công thức 2.2, để tính hoạt độ 40K cần xác định hiệu suất ghi £ đỉnh E= 1461 (keV) Neu đĩa (hoặc dạng tính Hình 2-12: Làm khóp bình phưong tối thiểu nguồn điểm), muốn hiệu suất ghi Nhập hai cột giá trị: mẫu cần đo có dạng hình ta E= sh(E) cao đo ■ X độ cao h (cm) ■ Y hiệu suất ghi đỉnh luợng E (ở E= 1461 keV) ứng với độ cao h cần thay 1461 vào phương trình Chọn dạng hàm muốn làm khóp, chọn dạng Y= y'1 X=x Nghĩa phương trình r| ứng với độ r|E(h)= (a+b h+c h2 + d h3) mẫu Nhưng r|E(h) làm khóp dạng nghịch đảo hàm đa thức bậc nên mục “Order of eq” ta cần đo mẫu ‘3” mẫu khối hình trụ nên hiệu suất detector lúc tính phương pháp lấy tích phân hiệu suất nguồn đĩa phụ thuộc khoảng cách TỊE(h) Nguyên lý: Phương pháp dựa tập họp nhiều đĩa mỏng có bán kính thành hình trụ Vì hiệu suất đỉnh mẫu khối hình trụ xác định phương pháp M k lấy tích phân hàm hiệu suất đỉnh nguồn đĩa phụ thuộc khoảng cách, tính đến hiệu ứng tự hấp thụ tia gamma bên thành phần mẫu Hiệu suất nguồn đĩa chuẩn Hiệu suất nguồn khối Hình 2-13: Nguyên lý tính hiệu suất mẫu hình trụ Cách tính: 4— Thanh điều chỉnh độ cao noi = 2> Xử lý số liệu n H2 CEC£ Ge crystal Hình 2-14: Cách tính hiệu suất Vớisuất gv(H,p) hiệu suất đối ghi với đỉnhđỉnh E nguyên trụ tính nhu Hiệu ghi detector luợngtốEquan quantâm tâmtrong trongmẫu mẫukhối hìnhhình trụ đuợc H= H2 - H] chiều cao mẫu ị x sau: H2 Sv(h^) = J7 Ị ' ì E ( (2.3) hệ số hấp thụ tuyến tính qE(h) phuơng đuờng cong hiệu suất phụ thuộc độ cao ứng với đỉnh luợng quan tâm, E=1461(keV), phương trình r|E(h) tìm 2.3.2 Sử dụng phần mềm tính tích phân hiệu suất nguồn đĩa [Intergration of disk source efficiency], ví dụ muốn tính hiệu suất gv(H,p) đỉnh 1461 keV mẫu IAEA-RGK-1 sau: Mầu IAEA-RGK-1 Bình Thuận Đồng Nai Đa nguyên Bảng 2-12: Hiệu suất ghi detector đối vói đỉnh 40K mẫu hình trụ Integration IAEA-of Disk Source Effjciency s(%) 0.5694 0.5681 0.5647 0.556 Mẩu Khối lượng N AN s Hoạt A(Bq) (kg) IAE A- 2.5 180* xét 10“3 riêng A/m (Bq/kg) 12887 20.05 Sai số nhân 152131.6 0.56952319.578 20 độ 40K đo IAE Bảng 2-13: 180* Kết 324tính 82.9hoạt 0.5682 61.941các mẫu344 A10“3 2.4 Tính hoạt độ BT186.49* 939114.6 0.5647180.411 967 40K ĐN203.19* 25962.4 0.5560 5.053 25 Hoạt độ riêng (Bq/kg) Mẩu 14000 1.58 2.055 1.22 Sai số Theo IAEA Đo phương pháp xây dựng đường cong IAEA- AA độ Hoạt độ tương đối (%) hiệu suất Hình 2-15: Tính tích phân phần mềm 12887 7.95 IAEA-375 424 344 18.87 Với CEC bề dày lóp chết = bề dày tinh thể không hoạt động + bề dày vỏ Sai số tương Chủ đối Ý: chá lớn nguyên nhân sau: nhôm CEC= 0.07 + 0.127 = 0.197 (cm) N diện tích đỉnh trừ phông buồng chì (do đo thời gian dài (24 giờ) nên phải trừ phông) Bán kính detector R= 2.56 (cm) Õ N = G-B 'ÕNỴ ơr + N B Cácsốhệ: [...]... với 3 mẫu còn lại chú ý: một cách gần đúng xem chất nền là AI2O3 ta được KẾT LUẬN Đề tài Xác định hoạt độ của một số nguyên tố bằng phưong pháp xây dựng đường cong hiệu suất sau một thời gian thực hiện đã hoàn thành các mục tiêu đề ra và được một số kết quả như sau 1 Đã xây dựng các đường cong hiệu suất theo năng lượng, có thể áp dụng tính hiệu suất và hoạt độ cho các nguyên tố phát gamma có năng lượng... lý: Phương pháp này dựa trên sự tập họp nhiều đĩa mỏng có bán kính bằng nhau thành một hình trụ Vì vậy hiệu suất đỉnh đối với một mẫu khối hình trụ có thể xác định bằng phương pháp M k lấy tích phân của hàm hiệu suất đỉnh của nguồn đĩa phụ thuộc khoảng cách, trong đó đã tính đến hiệu ứng tự hấp thụ của tia gamma bên trong thành phần của mẫu Hiệu suất nguồn đĩa chuẩn Hiệu suất nguồn khối Hình 2-13: Nguyên. .. đơnphổ, nguyên K (IAEA-RGK-1) và ứng chuẩn (IAEAmỗi đo chuẩn: ta thu được như vậy ta thu được 7 phổ vớiđa7 nguyên giá trị của h c -1.548 375) 2.3.1.2 Tính hiệu suất ghi và xác định các hệ số Hạ TI/ A(Bq) E a N A H .suất t A(Bq)2 40K - IAEA (% Ncong đã biết hoạt độ của cung cấp .hiệu Để kiểm tra đường hiệu suất đã xây dựng cho hệ Hìnhdo 2-5: Đường cong suất e(E) với h= 0.15cm (keV Hiệu suất ghi đỉnh của detector... khi ■ trừ Xây dựng đường cong hiệu suất theo độ cao r|E(h) ứng với đỉnh năng lượng E bằng cách phông thay thì diện tích đỉnh rất thấp (N= 259 đối với mẫu ĐN- 04) không đủ thống kê E vào phương trình các đường cong hiệu suất £h(E) đã xây dựng sẵn trên đây ■ Nguồn đĩa chuẩn mượn ở viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt để xây dựng các đường cong ■ hiệu Dùng phần mềm tính tích phân để tính hiệu suất ghi của detector... đỉnh năng lượng E suất nàyphụ thuộc năng lượng Sh(E) Tại thời điểm thực hiện đề tài thì một số nguyên tố trong đĩa trong mẫu hình trụ do chu kỷ bán rã ngắn nên hoạt độ rất yếu: 88Y có T1/2 =106.7 ngày; 139Ce có T1/2= ■ Tính hoạt độ bằng công thức (2.4) 137.6 ngày, mộtcong số điểm khoảng giữa trên congnăng hiệulượng suất nên 2 dẫn Đãđến xâyviệc dựngthiếu đường hiệu suất theo độ cao ứngđường với đỉnh 1461việc... phổ (ng 23/06/ ) ân ày) hệ số của0 8phương trình đường cong hiệu suất: 07 nhưCác (%)hành đo phổ và áp dụng đường kế cũng tính đúng đắn của phương pháp tuyệt đối, ta tiến _IMCd' 22679 Tất cả các 462 136 88 3.6 1392 8.2302 464.4cm Như vậy thể tích của mẫu mẫu đất và mẫu chuẩn được đóng ở chiều cao cong hiệu là1977 5/ 1557 271 656 122 85 10.2496 49 suất để tính hoạt độ của một nguyên điển(II hình là 40K,... -31.64 5.36 13.47 -0.9097 c -1.394 h 1 0.15 0.5 TI 1.48 (%) 0 Các hệ số: 1.28 7 2 3 4 5 Hình 2-11: Đường cong hiệu suất s(E) vói h= 5cm 1.02 0.68 0.49 0.36 0.281 1 3 0 5 2.3.2 Xác định sự phụ thuộc của hiệu suất theo độ cao Đỉnh 1461 keV nằm trong vùng E> Ec= 210 keV, đường hiệu suất vùng này có dạng bậc nhất Các phương trình đường cong hiệu suất theo năng lượng đã trong vùng E> Ec là: ln(e) = 6.904 - 0.8936*ln(E)... ĐN203.19* 25962.4 0.5560 5.053 25 Hoạt độ riêng (Bq/kg) Mẩu 14000 1.58 2.055 1.22 Sai số Theo IAEA Đo bằng phương pháp xây dựng đường cong IAEA- AA độ Hoạt độ tương đối (%) hiệu suất Hình 2-15: Tính tích phân bằng phần mềm 12887 7.95 IAEA-375 424 344 18.87 Với CEC là bề dày lóp chết = bề dày tinh thể không hoạt động + bề dày vỏ Sai số tương Chủ đối Ý: chá lớn do các nguyên nhân sau: nhôm CEC= 0.07 +... của khớp 40K, từ đó đã không chínhđược xác gây số khi toán xác định hoạtrađộsairiêng củatính 40K trong hai mẫu chuẩn của IAEA và hai mẫu đất của tỉnh Bình ■ Việc hiệu chỉnh hiệu ứng tự hấp thụ tia gamma trong mẫu cũng ảnh hưởng đến việc tính Thuận và Đồng Nai 3 Đã tính hiệu suất ghi detector ứng với đỉnh năng lượng 40K, và nhận thấy càng lên cao hiệu suất detector càng giảm So sánh với các phương pháp. .. 99 7756 28 1.0042 88 2232 106 247 1836 99 6368 86 0.7559 Hệ số E210 1.644 TI/ 2 nhân 20/07/ (ngày) Các Cáchệ h số: số: 07 A(Bq)Hình E 2-7: Đường a cong hiệu suất e(E) với h= lem Đường hiệu suất e(E) với h= 0.5cm - Hình 2-6: (% )cong 22679 23/06/ (ke 08 V) 462 136 88 3.6 773 34 4.925 57 ... Xác định hoạt độ số nguyên tố phưong pháp xây dựng đường cong hiệu suất sau thời gian thực hoàn thành mục tiêu đề số kết sau Đã xây dựng đường cong hiệu suất theo lượng, áp dụng tính hiệu suất. .. ngày, mộtcong số điểm khoảng congnăng hiệulượng suất nên dẫn Đãđến xâyviệc dựngthiếu đường hiệu suất theo độ cao ứngđường với đỉnh 1461việc keVlàm khớp 40K, từ không chínhđược xác gây số toán xác. .. lên cao hiệu suất detector giảm So sánh với phương pháp xác định hiệu suất đỉnh sử dụng nguồn chuẩn khối khác, phương pháp tích phân hiệu suất nguồn đĩa có đặc trưng sau: ■ Độ xác hiệu suất đỉnh