Nghiên cứu phép phân tích kích hoạt neutron nhanh trên nguồn neutron am be

ĐẠI HỌC QUỐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ QUANG THÀNH NGHIÊN CỨU PHÉP PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON NHANH TRÊN NGUỒN NEUTRON Am-Be LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ ĐẠI HỌC QUỐC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ QUANG THÀNH NGHIÊN CỨU PHÉP PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON NHANH TRÊN NGUỒN NEUTRON Am-Be , Ạ 44 05 LU Ạ SĨ T LÝ Ọ TS HUỲNH TRÚC PHƯƠNG MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN CƠ SỞ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON 1.1 Lịch sử phát triển phân tích kích hoạt neutron 1.2 Neutron 12 1.2.1 Nguồn neutron 12 1.2.1.1 Nguồn neutron đồng vị 12 1.2.1.2 Nguồn neutron từ máy gia tốc 13 1.2.1.3 Nguồn neutron từ lò phản ứng hạt nhân 14 1.2.2 Phổ neutron 15 1.2.2.1 Neutron nhiệt 15 1.2.2.2 Neutron nhiệt 16 1.2.2.3 Neutron nhanh 17 1.3 Phương trình phép phân tích kích hoạt neutron 18 1.3.1 Giới thiệu 18 1.3.2 Nguyên lý phương pháp phân tích kích hoạt neutron 19 1.3.3 Phương trình phép phân tích kích hoạt 20 CHƢƠNG KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA HỆ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT 24 2.1 Giới thiệu hệ phân tích kích hoạt neutron 24 2.1.1 Nguồn neutron đồng vị Am-Be 24 2.1.2 Hệ phổ kế gamma 25 2.2 Khảo sát đặc trưng phổ neutron nguồn Am-Be 26 2.2.1 Phép đo thông lượng neutron nhanh 26 2.2.1.1 Phương pháp thực nghiệm cho việc xác định thông lượng neutron nhanh 26 2.2.1.2 Thực nghiệm xác định thông lượng neutron nhanh 27 2.2.2 Phép đo thông lượng neutron nhiệt 29 2.2.2.1 Phương pháp thực nghiệm cho việc xác định thông lượng neutron nhiệt 29 2.2.2.2 Thực nghiệm xác định thông lượng neutron nhiệt 31 2.2.3 Phép đo hệ số lệch phổ neutron nhiệt α tỉ số thông lượng neutron nhiệt nhiệt 32 2.2.3.1 Phương pháp thực nghiệm cho việc xác định hệ số lệch phổ neutron nhiệt 33 2.2.3.2 Thực nghiệm xác định hệ số lệch phổ neutron nhiệt 34 2.3 Kết luận 37 CHƢƠNG ÁP DỤNG PHÂN TÍCH HÀM LƢỢNG MỘT SỐ NGUYÊN TỐ TRONG MẪU ĐỊA CHẤT 38 3.1 Phân tích mẫu với hàm lượng biết trước 38 3.1.1 Đặt vấn đề 38 3.1.2 Chuẩn bị mẫu chuẩn 38 3.1.3 Chiếu đo mẫu 39 3.1.4 Kết 39 3.2 Phân tích hàm lượng Fe Al số mẫu địa chất 40 3.2.1 Chuẩn bị mẫu phân tích 40 3.2.2 Chiếu đo mẫu 43 3.2.3 Kết phân tích hàm lượng nguyên tố 45 3.3 Kết luận 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận v n l i đ u tiên em xin bày t l ng biết ơn chân thành sâu s c tới th y: u nh r c Phương đ động viên khích lệ tinh th n gi p em hiểu sâu kiến thức hạt nhân c n hạn chế h y đ tận tình dẫn em tạo điều kiện gi p em hoàn thành luận v n Em xin gửi l i cảm ơn Quý Th y Cô hội đồng đ dành nhiều th i gian đọc có ý kiến đóng góp quý báu vào luận v n m xin gửi l i cảm ơn đến ạt Nhân – rư ng Đại học uý h y ô công tác ộ môn ật lý hoa học ự nhiên đ trang bị cho em kiến thức kính nghiệm quý giá trình học tập nhiệt tình gi p đ em hoàn thành luận v n m xin gửi l i cảm ơn đến th y: P - Nguy n n ng động viên gi p đ cho em trình thực luận v n Tôi xin cảm ơn đến toàn thể anh chị bạn lớp Cao học K21 đ gi p đ nhiều suốt th i gian qua Mặc d em đ có nhiều cố g ng hoàn thiện luận v n trình độ k n ng thân c n nhiều hạn chế nên ch c ch n luận v n tránh kh i thiếu sót, mong nhận đóng góp bảo bổ sung thêm Quý Th y Cô bạn Em xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2015 L Qu n T n DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Asp Hoạt độ riêng nguyên tố phân tích, (phân rã.s-1.g-1) Asp Hoạt độ riêng nguyên tố chuẩn, (phân rã.s-1.g-1) C Hệ số Hiệu chỉnh th i gian đo D Hệ số Hiệu chỉnh th i gian rã S Hệ số Hiệu chỉnh th i gian chiếu E N ng lựợng neutron, (eV) ECd N ng lượng ngư ng Cadmi, (ECd = 0,55 eV) Er N ng lượng cộng hưởng hiệu dụng trung bình, (eV) Eγ N ng lượng tia gamma f Tỉ số thông lượng neutron nhiệt thông lượng neutron nhiệt FCd Hệ số hiệu chỉnh cho độ truyền qua Cd neutron nhiệt Ge Hệ số hiệu chỉnh tự che ch n neutron nhiệt Gth Hệ số hiệu chỉnh tự che ch n neutron nhiệt HPGe Detector germanium siêu tinh khiết I0 Tiết diện tích phân cộng hưởng phân bố thông lượng neutron nhiệt trư ng hợp lý tưởng 1/E, (cm2) I0() Tiết diện tích phân cộng hưởng phân bố thông lượng neutron nhiệt không tuân theo quy luật 1/E, (cm2) M Khối lượng nguyên tử nguyên tố bia, (g.mol–1) Np Số đếm v ng đỉnh n ng lượng toàn ph n Np/tm Tốc độ xung đo đỉnh tia  quan tâm đ hiệu chỉnh cho th i gian chết hiệu ứng ngẫu nhiên tr ng ph ng thật, (s–1) n(v) Mật độ neutron vận tốc neutron v Q0 Tỉ số tiết diện tích phân cộng hưởng tiết diện neutron vận tốc 2200 m.s–1 Q0(α) Tỉ số tiết diện tích phân cộng hưởng tiết diện neutron nhiệt phổ neutron nhiệt không tuân theo luật 1/E td Th i gian rã (ch ), (s) ti Th i gian chiếu, (s) tm Th i gian đo, (s) T1/2 Chu k bán rã, (s) w Khối lượng mẫu W Khối lượng nguyên tố quan tâm  Hệ số độ lệch phổ neutron nhiệt  Xác suất phát tia gamma c n đo, (%) p Hiệu suất ghi đỉnh n ng lượng tia gamma  Độ phổ cập đồng vị, (%)  Hằng số phân rã, (s-1) 0 Tiết diện phản ứng (n, ) neutron vận tốc 2200 m.s–1, (cm2) (v) Tiết diện phản ứng (n, ) neutron vận tốc v, (cm2) (E) Tiết diện phản ứng (n, ) neutron có n ng lượng E, (cm2) e Thông luợng neutron nhiệt, (n.cm–2.s–1) (E) hông lượng neutron n ng lượng E, (n.cm–2 s–1.eV-1) f Thông luợng neutron nhanh, (n.cm–2.s–1) th hông lượng neutron nhiệt, (n.cm–2.s–1) (v) hông lượng neutron vận tốc v, (n.cm–2s–1); (v) = n(v).v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Những nguồn neutron đồng vị .13 Bảng 1.2 Các nguyên tố tạo phản ứng với neutron nhanh 14 Bảng 2.1 Khối lượng mẫu phản ứng hạt nhân quan tâm 27 Bảng 2.2 Dữ liệu phản ứng hạt nhân diện tích đỉnh n ng lượng 28 Bảng 2.3 Thông số hạt nhân đồng vị quan tâm 29 Bảng 2.4 hông lượng neutron nhanh 29 Bảng 2.5 Dữ liệu phản ứng hạt nhân xảy diện tích đỉnh n ng lượng 31 Bảng 2.6 Thông số hạt nhân đồng vị quan tâm .31 Bảng 2.7 hông lượng neutron nhiệt kênh nhanh nguồn Am-Be 32 Bảng 2.8 Khối lượng mẫu dùng cho thực nghiệm 35 Bảng 2.9 Phản ứng hạt nhân đặc trưng quan tâm .35 Bảng 2.10 Các số liệu thực nghiệm monitor .35 Bảng 2.11 Hoạt độ riêng tỉ số Cadmi monitor .36 Bảng 2.12 Thông số cộng hưởng monitor 36 Bảng 2.13 Thông số phổ neutron nhiệt kênh nhanh nguồn Am-Be 36 Bảng 3.1 àm lượng nguyên tố mẫu chuẩn 38 Bảng 3.2 Thông số hạt nhân đồng vị quan tâm .39 Bảng 3.3 Diện tích đỉnh n ng lượng thu mẫu chuẩn 39 Bảng 3.4 Kết xác định hàm lượng 40 Bảng 3.5 Khối lượng mẫu phân tích 43 Bảng 3.6 Diện tích đỉnh n ng lượng thu .44 Bảng 3.7 Kết tính hàm lượng nguyên tố mẫu địa chất 45 Bảng 3.8 Kết tính hàm lượng trung bình loại mẫu 46 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phổ neutron lò phản ứng 15 Hình 1.2 đồ minh họa trình b t neutron hạt nhân bia 20 Hình 2.1 Cấu hình nguồn neutron Am-Be môn Vật lý hạt nhân 24 Hình 2.2 Hệ chuyển mẫu MTA-1527 nh bơm áp lực 25 Hình 2.3 Hệ phổ kế gamma với detector HPGe 26 Hình 2.4 Phổ n ng lượng tia gamma mẫu Al-N1 .28 Hình 2.5 Phổ n ng lượng tia gamma mẫu Al-N4 31 Hình 3.1 Mẫu đá A Hình 3.2 Mẫu D 41 Hình 3.3 Quy trình xử lý mẫu 41 Hình 3.4 Chày, cối ray kích c 25μm 41 Hình 3.5 Đèn hồng ngoại cân điện tử 42 Hình 3.6 Ống đựng mẫu dùng kích hoạt neutron 42 40 MỞ ĐẦU K thuật phân tích kích hoạt neutron lò phản ứng hạt nhân đ i từ n m 1940 Ngày 90% l phản ứng giới dùng k thuật phân tích kích hoạt neutron để xác định hàm lượng nguyên tố vật liệu, k thuật phân tích có tính vượt trội so với phương pháp khác không hủy mẫu phân tích nhanh độ xác cao đơn giản thực nghiệm K thuật phân tích dựa phản ứng hạt nhân bia với neutron từ lò phản ứng, máy gia tốc hay nguồn neutron đồng vị n m 1994 môn Vật lý hạt nhân - rư ng Đại học Khoa học tự nhiên p M đ xây dựng hoàn thiện hệ thống phân tích kích hoạt neutron MTA- 1527 với nguồn neutron đồng vị Am-Be (7Ci) hoạt độ mẫu sau chiếu neutron đo detector NaI(Tl) ống đếm Geiger-Muller [6] Cùng với phát triển môn Vật lý hạt nhân, hệ phân tích kích hoạt đ phát triển kết hợp với việc đo hoạt độ phóng xạ mẫu detector Germanium siêu tinh khiết (HPGe) từ n m 2004 [3] Hệ thống phân tích kích hoạt neutron môn Vật lý hạt nhân có hai kênh là: kênh neutron nhiệt kênh neutron nhanh rong kênh neutron nhiệt đ khai thác nhiều n m [3], [6] đ đạt kết định, chẳng hạn phân tích hàm lượng Al Na Mn xi m ng [2] G n phương pháp chuẩn hóa k0 cho hệ phân tích kích hoạt đ phát triển [12] Tuy nhiên, tất công trình nghiên cứu trước dựa kích hoạt mẫu với neutron nhiệt kênh chiếu neutron nhiệt, kênh neutron nhanh chưa nghiên cứu sử dụng Vì để đưa vào khai thác sử dụng kênh nhanh dùng cho kích hoạt neutron việc nghiên cứu phát triển k thuật phân tích kích hoạt neutron kênh nhanh c n thiết có ý nghĩa Nếu nghiên cứu thành công thông số phổ neutron kênh nhanh việc phân tích hàm lượng nguyên tố Al, Fe i Zn …trong mẫu đất đá d dàng xác định Từ thông số hạt nhân có bảng 2.8, bảng 2.9, bảng 2.10, thay vào công thức (2.4) tính hoạt độ riêng mẫu chiếu tr n chiếu bọc Cadmi au thay vào công thức (2.5) tính tỉ số Cadmi (RCd) trình bày bảng 2.11, lấy kết bảng 2.11 liệu bảng 2.12 thay vào công thức (2.8) hệ số lệch phổ neutron nhiệt α xác định ph n mềm Mathematica 5.2 với hàm FindRoot au thay α liệu bảng 2.12 vào công thức (2.6), (2.7) tính tỉ số thông lượng neutron nhiệt thông lượng neutron nhiệt f Bảng 2.13 trình bày kết tính tỉ số f đ b qua hệ số hiệu chỉnh tự che ch n neutron Gth Ge Bảng 2.11 Hoạt độ riêng tỉ số Cadmi mẫu Phản ứng Monitor Hoạt động riêng (phân rã.s-1.g-1) Tỉ số RCd Asp Asp,Cd Au(n, γ)198Au 167,12 ± 1,79 147,37 ± 1,63 1,144 ± 0,016 Mn(n, γ)56Mn 10,90 ± 0,09 7,05 ± 0,07 1,546 ± 0,015 Au 197 Mn 55 Bảng 2.12 Thông số cộng hưởng mẫu [9] ̅ r(eV) Q0 Au(n, )198Au 5,65 15,7 Mu(n, )56Mn 468 1,053 Phản ứng Monitor Au 197 Mn 55 Bảng 2.13 Thông số phổ neutron nhiệt kênh nhanh nguồn Am-Be Monitor Au Mn Hệ số α -0,371 Q0(α) Tỉ số f 30,364 4,072 ± 0,474 7,439 4,059 ± 0,111 f trung bình 4,065 ± 0,243 Nhận thấy rằng, hệ số lệch phổ neutron nhiệt  th a m n điều kiện [-1, 1] có giá trị lớn Sở dĩ  có giá trị lớn nguồn neutron Am-Be môn Vật lý hạt nhân đ xây dựng 20 n m dẫn đến lượng chất làm chậm 36 paraffin đ bị thay đổi phẩm chất nhiều Bên cạnh tỉ số f nh cho thấy thông lượng neutron nhiệt nhiệt g n nghĩa chất làm chậm paraffin nhiệt hóa neutron chưa tốt phẩm chất paraffin đ bị lão hóa cao 2.3 Kết luận Như chương ta đ xác định thông số phổ neutron kênh nhanh nguồn Am-Be hông lượng neutron nhanh đo thông qua kích hoạt mẫu Al tinh khiết n ng lượng ngư ng 4,3 MeV - 5,3 MeV, f = (3,40 ± 0,05).106 n.cm-2.s-1; n ng lượng ngư ng 7,3 MeV - 8,8 MeV, f = (4,77 ± 0,04).106 n.cm-2.s-1 hông lượng neutron nhiệt th = (4,56 ± 0,25).103 n.cm-2.s-1 xác định cách chiếu tr n chiếu bọc Cadmi mẫu hợp kim Al - 0,1%Au dạng Hệ số lệch phổ neutron nhiệt  = - 0,371 đo thông qua phương pháp tỉ số Cadmi tỉ số thông lượng neutron nhiệt thông lượng neutron nhiệt là: f = 4,065 ± 0,234 37 CHƢƠNG ÁP DỤNG PHÂN TÍCH HÀM LƢỢNG MỘT SỐ NGUYÊN TỐ TRONG MẪU ĐỊA CHẤT 3.1 Phân tích mẫu với m lƣợng biết trƣớc 3.1.1 Đặt vấn đề Để đánh giá kết thực nghiệm xác định thông số phổ neutron nhanh, chẳng hạn thông lượng neutron nhanh v ng n ng lượng từ Me 5,3 MeV (đối với phản ứng (n, p)) Me đến đến 8,8 MeV (đối với phản ứng (n, )) kênh nhanh nguồn Am-Be, ta dùng mẫu đ biết trước hàm lượng nguyên tố Al Fe đem phân tích Sử dụng thông lượng neutron nhanh từ thực nghiệm để xác định hàm lượng nguyên tố quan tâm từ công thức (2.1) so sánh hàm lượng vừa tính với hàm lượng đ biết để r t độ tin cậy thực nghiệm xác định thông lượng neutron nhanh mà ta thực chương 3.1.2 Chuẩn bị mẫu chuẩn Trong thực nghiệm này, mẫu dạng bột Fe2O3 Al2O3 dùng cho việc xác định hàm lượng Fe Al Thành ph n hợp chất khối lượng nguyên tố quan tâm mẫu chuẩn trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 àm lượng nguyên tố mẫu chuẩn Tên mẫu MC Hợp chất mẫu Khối lƣợng hợp chất mẫu (g) Nguyên tố quan tâm Khối lƣợng nguyên tố quan tâm (g) Hàm lƣợng (%) Al2O3 0,7469 Al 0,3954 8,19 Fe2O3 1,0741 Fe 0,7519 15,58 CaO 3,0059 38 3.1.3 Chiếu v đo mẫu Mẫu chiếu kênh nhanh nguồn neutron sau ch r đo với hệ phổ kế gamma Th i gian chiếu, th i gian ch , th i gian đo diện tích đỉnh n ng lượng thu cho bảng 3.2 Phản ứng hạt nhân quan tâm thông số đồng vị cho bảng 3.3 Bảng 3.2 Diện tích đỉnh n ng lượng thu mẫu chuẩn Đồng vị quan tâm Tên mẫu Fe MC Thời gian chiếu (giờ) Thời gian chờ (giờ) Thời gian đo (giờ) 93,40 1,27 4,47 Al Diện tích đỉnh Np (số điếm) Độ phổ cập θ (%) Chu kỳ bán rã T1/2 (giờ) 3461 ± 2,13% 92 2,58 6095 ± 2,08% 100 14,96 Bảng 3.3 Thông số hạt nhân đồng vị quan tâm [8] Đồng vị bia Phản ứng quan tâm 56 Fe 56 Fe (n, p) 56Mn 27 Al 27 Al (n α) 24Na Năn Tiết diện Đồng vị lƣợn phản ứng phóng p át xạ gamma Eγ  (mb) (keV) 56 Mn 24 Na Xác suất phát gamma (%) Hiệu suất ghi εp 1,07 846,76 70 0,0246 0,73 1368,60 100 0,0164 3.1.4 Kết Đối với phản ứng 56 Fe(n, p)56Mn 27 Al(n, α)24Na ta dùng thông lượng neutron nhanh tương ứng (đ xác định chương 2) để tính hàm lượng nguyên tố quan tâm cách thay thông số bảng 3.2 3.3 vào công thức (2.1) Kết xác định hàm lượng mẫu chuẩn cho bảng 3.4 39 Bảng 3.4 Kết xác định hàm lượng Tên mẫu MC H m lƣợng (%) Đồng vị quan tâm Độ sai lệch (%) Pha chế Thực nghiệm Fe 15,58 17,38 10,35 Al 8,19 7,30 12,19 Qua kết tính ta thấy hàm lượng Fe 17,38% hàm lượng biết trước 15,58% độ sai lệch kết hai phương pháp 10,35% Đối với Al, kết xác định 7,30% hàm lượng biết trước 8,19% độ sai lệch kết 12,19% Nhìn chung độ sai lệch chấp nhận (dưới 15%) áp dụng để xác định hàm lượng Fe Al mẫu địa chất Nguyên nhân dẫn tới độ sai lệch c n cao trình thực nghiệm có sai số như: đư ng cong hiệu suất, thống kê số đếm, chuẩn bị xử lý mẫu… 3.2 P ân tíc m lƣợng Fe Al số mẫu địa chất 3.2.1 Chuẩn bị mẫu phân tích Mẫu nhận từ khoa Địa chất trư ng Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM Tổng cộng có mẫu đánh dấu A, B, C, D Mẫu A khối đá có dạng hình tổ ong, mẫu B ph n phong hóa nằm khối đá xanh (mẫu C) mẫu D có dạng bột mịn đ nghiền rây k hình 3.1 hình 3.2 Hình 3.1 Mẫu đá A 40 Hình 3.2 Mẫu D Các mẫu sau nhận c n xử lý theo quy trình hình 3.3: Để khô nhiệt độ phòng Phá hủy mẫu Đóng giói mẫu Ray hạt c 0,25 μm Sấy mẫu nhiệt độ 1050 đèn hồng ngoại Hình 3.3 Quy trình xử lý mẫu Các dụng cụ sử dụng xử lý mẫu Hình 3.4 Chày, cối ray kích c 25μm 41 Giã nhuy n Hình 3.5 Đèn hồng ngoại cân điện tử au xử lý, mẫu cân cho vào ống nhựa dạng trụ trước kích hoạt neutron nhanh Hình 3.6 Ống đựng mẫu dùng kích hoạt neutron Trong thực nghiệm này, khối lượng mẫu chọn khoảng 5g Mỗi mẫu A D chia làm ba mẫu nh với khối lượng cho bảng 3.5 42 Bảng 3.5 Khối lượng mẫu phân tích Loại mẫu A B C D Tên mẫu Khối lƣợng mẫu (g) A1 5,0256 A2 5,0076 A3 5,0092 B1 5,0039 B2 5,0100 B3 5,0080 C1 5,0034 C2 5,0003 C3 5,0083 D1 5,0021 D2 5,0036 D3 5,0044 3.2.2 Chiếu v đo mẫu Tất mẫu sau xử lí chiếu kênh nhanh nguồn neutron Am-Be khoảng th i gian từ đến ngày Sau ngừng chiếu, mẫu ch r đo với hệ phổ kế gamma HPGe Các số liệu th i gian chiếu, th i gian ch , th i gian đo diện tích đỉnh n ng lượng toàn ph n cho bảng 3.6 Các phản ứng thông số hạt nhân đồng vị quan tâm cho bảng 3.2, bảng 3.3 43 Bảng 3.6 Diện tích đỉnh n ng lượng thu Tên mẫu Thời gian chiếu (giờ) Thời gian chờ (giờ) Thời gian đo ( iờ) A1 118,00 3,37 1,02 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 193,23 144,65 143,05 139,80 171,83 193,18 95,33 502,15 52,98 166,00 0,85 5,22 3,30 4,28 1,23 1,25 0,67 1,30 0,68 1,28 2,93 4,56 18,54 3,35 3,08 3,64 19,41 6,14 3,00 5,31 44 Đồng vị quan tâm Diện tíc đỉnh NP (số điếm) Fe 948 ± 3,33% Al 646 ± 3,93% Fe 3743 ± 1,9% Al 1879 ± 2,54% Fe 1469 ± 1,64% Al 2922 ± 1,98% Fe 2556 ± 2,71% Al 10732 ± 1,11% Fe 1361 ± 3,56% Al 1961 ± 2,78% Fe 2220 ± 2,32% Al 3205 ± 1,88% Fe 2053 ± 2,55% Al 3626 ± 1,78% Fe 4312 ± 1,82% Al 12523 ± 1,05% Fe 2991 ± 2,04% Al 5992 ± 1,34% Fe 2563 ± 3,84% Al 2063 ± 2,09% Fe 4330 ± 3,88% Al 8078 ± 1,57% 3.2.3 Kết p ân tíc m lƣợng nguyên tố Bảng 3.7 Kết tính hàm lượng nguyên tố mẫu địa chất Tên mẫu A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 Nguyên tố quan tâm H m lƣợng (%) Sai số (%) Fe 23,46 3,35 Al 3,29 0,17 Fe 20,78 2,21 Al 3,09 0,26 Fe 20,36 2,03 Al 3,93 0,21 Fe 15,05 2,84 Al 4,37 0,14 Fe 17,43 3,54 Al 3,35 0,29 Fe 13,21 2,53 Al 5,13 0,21 Fe 11,09 2,71 Al 4,98 0,19 Fe 12,51 2,15 Al 4,44 0,14 Fe 12,64 2,31 Al 5,16 0,16 Fe 13,40 1,89 Al 3,61 0,22 Fe 19,37 2,82 Al 7,91 1,78 45 Bảng 3.8 Kết tính hàm lượng trung bình loại mẫu Tên mẫu A B C D Nguyên tố quan tâm H m lƣợng (%) Sai số (%) Fe 21,53 1,50 Al 3,44 0,13 Fe 15,23 1,73 Al 4,28 0,13 Fe 12,08 1,39 Al 4,86 0,29 Fe 16,38 1,70 Al 5,76 0,89 Sau có số liệu thưc nghiệm, ta sử dụng công thức (2.1) để xác định khối lượng nguyên tố quan tâm sau xác định hàm lượng Ngoài số liệu cho bảng 3.5 bảng 3.6, c n quan tâm số liệu bảng 3.2, bảng 3.3 Kết xác định hàm lượng nguyên tố mẫu địa chất cho bảng 3.7 sau xác định hàm lượng trung bình loại mẩu bảng 3.8 3.3 Kết luận Như chương đ phân tích hàm lượng Fe Al có mẫu chuẩn (đ biết trước hàm lượng) cách sử dụng thông lượng neutron nhanh xác định chương nhằm đánh giá độ tin cậy phương pháp iệc áp dụng để xác định hàm lượng Fe Al mẫu địa chất (chưa biết hàm lượng) đ thực Kết đo cho thấy hàm lượng Fe có chênh lệch lớn loại mẫu, cao cho mẫu loại A(21,53%) thấp mẫu loại C(12,08%) àm lượng Al đồng loại mẫu, cao mẫu loại D(5,76%) thấp mẫu loại A(3,44%) 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Bằng việc nghiên cứu xác định thông số phổ neutron kênh nhanh hệ phân tích kích hoạt với nguồn đồng vị Am-Be môn Vật lý hạt nhân, rư ng Đại học Khoa học Tự nhiên Tp HCM, luận v n đ xác định được: - hông lượng neutron nhanh đo thông qua kích hoạt mẫu Al tinh khiết: phản ứng (n p) n ng lượng ngư ng 4,3 MeV - 5,3 MeV, f = (3,40 ± 0,05).106 n.cm-2.s-1; phản ứng (n, ) n ng lượng ngư ng 7,3 MeV - 8,8 MeV, f = (4,77 ± 0,04).106 n.cm-2.s-1 - hông lượng neutron nhiệt th = (4,56 ± 0,25).103 xác định cách chiếu tr n chiếu bọc cadmi hai mẫu hợp kim Al - 0,1%Au dạng - Các thông số phổ neutron nhiệt kênh nhanh đo thông qua hai cặp mẫu Au - Mn (áp dụng phương pháp tỉ số cadmi):  = -0,371 f = 4,065 ± 0,243 - Một phép áp dụng thông số phổ neutron kênh nhanh cho việc xác định hàm lượng Fe Al mẫu chuẩn đ thực hiện, với độ sai lệch so với hàm lượng đ biết 10,35% (Fe) 12,19% (Al) - uy trình đo hàm lượng Fe Al mẫu địa chất dựa kích hoạt neutron nhanh thiết lập KIẾN NGHỊ Do mẫu chuẩn chưa nhiều nên luận v n chưa khảo sát sâu, công việc sau nên tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện hơn: - Khảo sát thông lượng neutron nhanh nhiệt kênh nhanh nguồn Am-Be cho nhiều mẫu - Xác định hệ số  tỉ số f có tính đến việc hiệu chỉnh hệ số tự hấp thụ tia gamma, hệ số tự che ch n neutron nhiệt nhiệt thực nghiệm - Xác định hàm lượng nguyên tố thông qua việc xác định thông lượng neutron nhanh c n có kết từ phép đo khác để so sánh 47 Tác giả hy vọng phương pháp phân tích kích hoạt neutron kênh nhanh nguồn đồng vị Am-Be môn Vật lý hạt nhân tiếp tục nghiên cứu phát triển nhiều để thuận tiện cho việc phân tích kích hoạt đồng vị ứng dụng việc xác định hàm lượng nguyên tố quan tâm 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Ngô uang uy (2006) sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa học k thuật, pp 323-330 [2] Nguy n Thị M (2011), Xác định hàm lượng nguyên tố xi măng kích hoạt neutron, Luận v n hạc s Đại học C n hơ [3] Hu nh r c Phương (1998) Phân tích kích hoạt neutron với nguồn Am-Be dùng hệ phổ kế gamma với detector NaI(Tl),Luận v n hạc s , Đ N p M [4] Hu nh r c Phương (2009) Giáo trình phân tích kích hoạt -lưu hành nội bộ, Đ N p M [5] Hu nh r c Phương (2011) Phát triển phương pháp chuẩn hóa k0-INAA phân tích kích hoạt neutron cho nguồn neutron đồng vị Am-Be môn Vật lý Hạt Nhân [6] Phạm Đình áo cáo đề tài cấp Đ Đ N p M rí (1996), Phân tích kích hoạt neutron hệ MTA-1257 với nguồn Am-Be, Luận v n hạc s Đ N p M [7] Tr n Thiện Thanh (2007), Hiệu chỉnh trùng phùng tổng hệ phổ kế gamma sử dụng chương trình MCNP, Luận v n Thạc s , Đ N p M TIẾNG ANH [8] D De Soete, R Gijbels and J Hoste (1972), Neutron Activation Analysis, John Wiley&Sons Inc., N.Y, pp.66 -77 [9] F D Corte (1987), The k0-standardization method: A move to the Opitimization of Neutron Activation Analysis, PhD Thesis, GENT Univ [10] F.D orte A imonits (2003) “Recommended nuclear data for use in the k0 standardization of Neutron Activation Analysis” Atomic Data and Nuclear Data Tables 8, pp 47- 67 [11] David Hamilton (2006), Neutron interactions with Matter, European Commission 49 [12] Huynh T Phuong et.al, Development of k0-INAA standardization method by neutron activation with Am-Be source Applied Radiation and Isotopes, Volume 70, Issue 3, March 2012, pp 478-482 [13] R.B.M.Sogbadji, B.J.B Nyarko, E.H.K Akaho, R.G Abrefah (2011), “Determination of neutron fluxes and spectrum shaping factor in irradiation sites of hana’s miniature neutron soure reactor (mnsr) by activation method after compensation of loss of excess reactivity’’ world journal of nuclear science and technology, pp 50-56 [14] http://www.en.wikipedia.org/wiki/Neutron_activation_analysis [15] http://360.thuvienvatly.com/bai-viet/lich-su-vat-ly/3001-1932-mot-nam-buocngoat-trong-lich-su-nganh-vat-li-hat-nhan-phan-2 50 [...]... phân tích kích hoạt với neutron 14 MeV, phân tích kích hoạt với nguồn 252 Cf(Californi), phân tích kích hoạt với lò phản ứng xung, phân tích kích hoạt cho phép đo U(Urani) và Th(Thori) qua phân rã neutron phương pháp chuẩn đơn và chuẩn hóa k0 trong phân tích kích hoạt neutron ai phương pháp kích hoạt không dùng nguồn neutron gồm: phân tích kích hoạt với hạt tích điện, phân tích kích hoạt photon Mặc... là nghiên cứu phép phân tích kích hoạt neutron nhanh trên nguồn Am- Be dựa vào phản ứng hạt nhân (n, p) và ứng dụng phân tích hàm lượng nguyên tố Fe, Al trong mẫu địa chất Nội dung luận v n chia thành 3 chương: - hương 1 Tổng quan cơ sở phân tích kích hoạt neutron - hương 2 Khảo sát các đặc trưng của hệ phân tích kích hoạt bao gồm đặc trưng của hệ phổ kế gamma với detector P e và đặc trưng của phổ neutron. .. lượng mẫu phân tích (g) 23 (1.18) CHƢƠNG 2 KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA HỆ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT 2.1 Giới thiệu hệ phân tích kích hoạt neutron 2.1.1 Nguồn neutron đồng vị Am- Be Nguồn neutron tại bộ môn Vật lý hạt nhân là nguồn neutron đồng vị Am- Be, hoạt độ 7 i tương đương với cư ng độ neutron 1,5.107 n.s-1 Neutron được sinh ra theo cơ chế như sau: đồng vị phóng xạ 24 1Am (chu k bán r 432 n m) phân. .. của phổ neutron của nguồn Am- Be - hương 3 Áp dụng phân tích hàm lượng nguyên tố Fe, Al trong mẫu địa chất bằng kích hoạt neutron nhanh ết luận và kiến nghị 6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CƠ SỞ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON 1.1 Lịch sử phát triển của phân tích kích hoạt neutron Từ khi được Georg von Hevesy và Hilde Levi l n đ u tiên khám phá ra vào n m 1936 cho đến nay phương pháp phân tích kích hoạt đ có một bề dày... chất: nghiên cứu quá trình hình thành các loại đất đá th m dò và khai thác d u m - Nông nghiệp: phân tích các nguyên tố vi lượng trong đất và cây trồng - óa sinh dinh dư ng và dịch t học rong giai đoạn này, hàng loạt các phương pháp phân tích kích hoạt dùng neutron hoặc các hạt khác song song phát triển như: phân tích kích hoạt với neutron trên nhiệt, phân tích kích hoạt với gamma tức th i, phân tích kích. .. đều với bột Be nhằm t ng hiệu suất phát neutron Các neutron sinh ra có n ng lượng trung bình khoảng 4,7 MeV theo phản ứng: 241 4 Am  237 Np  4 α α  9 Be  12 C + 1 n Nguồn neutron có hai kênh chiếu xạ: kênh nhanh và kênh nhiệt Hình 2.1 cho thấy cấu hình nguồn neutron tại bộ môn Vật lý hạt nhân Kênh neutron nhanh Kênh neutron nhiệt Chì Am- Be Paraffin Hình 2.1 Cấu hình nguồn neutron Am- Be tại bộ môn... nguyên tố đó (định lượng) ó hai cách để phân tích kích hoạt neutron [4], [6] Thứ nhất, phân tích kích hoạt có xử lý hóa hay phân tích hủy mẫu (Radiochemical Neutron Activation Analysis - RNAA) Thứ hai, phân tích kích hoạt dụng cụ hay phân tích kích hoạt 18 không hủy mẫu (Instrumental Neutron Activation Analysis - INAA) Trong hai phương pháp trên thì INAA được sử dụng rộng r i hơn với các ưu điểm INAA... (neutron) và sự phân rã hạt nhân phóng xạ Phương pháp này cũng khác với các phương pháp phân tích nguyên tố khác là th i gian phân tích mẫu, bởi vì mỗi sản phẩm hạt nhân sau khi chiếu xạ neutron sẽ phân rã với chu k bán hủy đặc trưng của chúng Ban đ u, phương pháp đ được khảo sát bởi các nhà hóa phân tích chỉ là tính t m hơn là sự hữu dụng thực sự của nó Phân tích kích hoạt là gì? Phân tích kích hoạt. .. 2 5 neutron nhanh phát ra các neutron này được làm chậm trở thành các neutron nhiệt và tiếp tục gây ra các phản ứng phân chia khác Ngoài neutron nhiệt, neutron trên nhiệt thì neutron nhanh cũng được dùng trong phân tích kích hoạt Lò phản ứng hạt nhân thực nghiệm hoạt động trong v ng n ng lượng nhiệt lớn (100 kW - 10MW) với thông lượng neutron nhiệt khoảng 1012 - 1014 n.cm-2.s-1 14 Đây là nguồn neutron. .. nhiều quốc gia khác Phương pháp phân tích kích hoạt neutron dùng lò phản ứng hạt nhân đ được công nhận rộng r i như là một phương pháp phân tích nguyên tố có độ nhạy và độ chính xác cao Vào cuối giai đoạn này số lượng báo cáo cũng như xuất bản về lĩnh vực phân tích kích hoạt neutron đ t ng lên hàng chục l n Gi i đoạn 1950 - 1960 Sự tiến triển lớn mạnh của phân tích kích hoạt neutron là vào n m 1950 nh việc ... phân tích kích hoạt với neutron nhiệt, phân tích kích hoạt với gamma tức th i, phân tích kích hoạt với neutron 14 MeV, phân tích kích hoạt với nguồn 252 Cf(Californi), phân tích kích hoạt với... hóa phân tích tính t m hữu dụng thực Phân tích kích hoạt gì? Phân tích kích hoạt phương pháp phân tích định lượng nguyên tố dựa vào kích hoạt nguyên tố diện mẫu phân tích chùm hạt nhân tới neutron. .. xung, phân tích kích hoạt cho phép đo U(Urani) Th(Thori) qua phân rã neutron phương pháp chuẩn đơn chuẩn hóa k0 phân tích kích hoạt neutron phương pháp kích hoạt không dùng nguồn neutron gồm: phân