Nghiên cứu, áp dụng chương trình k0 IAEA trên lò phản ứng hạt nhân đà lạt

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2009 Nghiên cứu, áp dụng chương trình k0-IAEA lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt (Mã số: CS/09/01-01) Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cứu Hạt nhân Chủ nhiệm đề tài: Ths., NCV Cao Đông Vũ Đà Lạt, tháng 8/2010 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI (Sắp theo thứ tự a, b, c, …) STT Họ tên Học vị, Ngạch viên chức Đơn vị công tác Hồ Mạnh Dũng TS., NCVC Trung tâm phân tích, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Nguyễn Thị Sỹ CN., NCV Trung tâm phân tích, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đặng Thị Minh Tâm ThS., NCV Phòng Vật lý Hạt nhân, Trung tâm Hạt nhân Tp HCM Lê Thị Ngọc Trinh ThS., NCVC Trung tâm phân tích, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Cao Đông Vũ ThS., NCV Trung tâm phân tích, Viện Nghiên cứu Hạt nhân 2/81 MỤC LỤC DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABSTRACT TÓM TẮT MỞ ĐẦU 10 NHỮNG NỘI DUNG ĐÃ ĐĂNG KÝ 13 Phần 1: TỔNG QUAN 14 I Phân tích kích hoạt nơtrôn (NAA) 14 I.1 Giới thiệu 14 I.2 Nguyên tắc phân tích kích hoạt nơtrôn 15 I.3 Phân tích kích hoạt nơtrôn dùng lò phản ứng 16 I.4 Các phương pháp chuẩn hóa NAA 19 II I.4.1 Phương pháp tuyệt đối 19 I.4.2 Phương pháp tương đối 20 I.4.3 Phương pháp chuẩn đơn 21 I.4.4 Phương pháp k-zero (k0) 21 Chương trình k0-Dalat 22 II.1 Giới thiệu chương trình k0-Dalat 22 II.2 Sơ lược cấu trúc cách sử dụng chương trình k0-Dalat 22 II.2.1 Cấu trúc phổ ASCII chuẩn 23 II.2.2 Lập sở liệu 24 II.2.3 Xử lý phổ gamma 25 II.2.4 Hiệu suất ghi 26 III Chương trình k0-IAEA 26 III.1 Giới thiệu 26 III.2 Các phiên chương trình k0-IAEA 27 III.3 Sơ lược cấu trúc cách sử dụng chương trình k0-IAEA 28 III.3.1 Soạn thảo sở liệu (Edit permanent Database) 29 3/81 III.3.2 Soạn thảo liệu cho nhóm mẫu (Edit Series database) 32 III.3.3 Phân tích mẫu báo cáo kết (Analyze samples and 34 Report the results) III.3.4 Sự truyền sai số chương trình k0-IAEA 34 IV So sánh chức chương trình k0-Dalat k0-IAEA 36 Phần 2: THỰC NGHIỆM 37 I Thiết lập, mô tả điều kiện thí nghiệm PTN INAA 37 I.1 Certificates 37 I.2 Detectors 37 I.3 Facilities 38 Chuẩn hiệu suất cho detector 39 II III Đặc trưng hóa thiết bị chiếu xạ 41 IV Đánh giá qui trình phân tích k0-NAA sử dụng chương trình 42 k0-IAEA IV.1 Phân tích mẫu chuẩn SMELS mẫu chuẩn tham khảo 42 IV.2 Các tiêu chuẩn đánh giá sử dụng 43 Phần 3: KẾT QUẢ BÌNH LUẬN 46 I Kết tính hiệu suất 46 I.1 Kết tính hiệu suất chương trình k0-IAEA 46 I.2 So sánh kết tính hiệu suất chương trình k0-IAEA 48 phương pháp truyền thống II Kết tính toán thông số phổ nơtrôn lò phản ứng 49 II.1 Kết tính thông số phổ nơtrôn từ dò Au, Lu, Ni 49 Zr II.2 Kết tính thông số phổ nơtrôn từ mẫu SMELS 50 II.3 Kết khảo sát biến thiên thông số phổ nơtrôn 51 container chiếu mẫu 7-1 III Kết tính hàm lượng mẫu SMELS mẫu chuẩn 53 III.1 Kết tính chương trình k0-IAEA 53 III.2 Kết tính chương trình k0-Dalat 57 IV Kết đánh giá qui trình mẫu SMELS 63 4/81 IV.1 Kết đánh giá qui trình k0-IAEA 63 IV.2 Kết đánh giá qui trình k0-Dalat 64 KẾT LUẬN 67 GIẢI TRÌNH KINH PHÍ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 LỜI CẢM ƠN 71 PHỤ LỤC 72 5/81 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CRM Certified Materials Reference Chất chuẩn chứng nhận DGNAA Delayed Gamma Neutron Phân tích kích hoạt nơtrôn gamma trễ Activation Analysis DSM Dutch State Mines FNCA Forum for Nuclear Diễn đàn hợp tác hạt nhân Châu Á Cooperation in Asia HPGe High Purity Germanium IAEA International Atomic Energy Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế Agency INAA Instrumental Neutron Phân tích kích hoạt nơtrôn dụng cụ Activation Analysis IRMM Institute for Materials Measurements k0-NAA k-zero Standardization Phương pháp chuẩn hóa k-zero Method of Neutron phân tích kích hoạt nơtrôn Activation Analysis LOD Limit of Detection Giới hạn phát (định tính) LOQ Limit of Quantitation Giới hạn phát (định lượng) LPƯ (Reactor) Lò Phản Ứng NAA Neutron Activation Analysis Phân tích kích hoạt nơtrôn NCHN (Nuclear Research) Nghiên Cứu Hạt Nhân NIST National Institute of Viện Chuẩn Công nghệ Quốc gia (Hoa Kỳ) Standards and Technology PGNAA Prompt Gamma Neutron Phân tích kích hoạt nơtrôn gamma tức thời Activation Analysis PTN (Laboratory) Phòng Thí Nghiệm QA Quality Assurance Bảo đảm chất lượng QC Quality Control Kiểm soát chất lượng RNAA Radiochemical Neutron Phân tích kích hoạt nơtrôn có xử lý hóa Activation Analysis RSD Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn Tập đoàn DSM, Hà Lan Đầu dò bán dẫn Ge siêu tinh khiết Reference Viện vật liệu chuẩn đo lường, and thuộc Trung tâm nghiên cứu Hội đồng Châu Âu 6/81 Chữ viết tắt Tiếng Anh SRM Standard Materials XRFA X-Ray Analysis TU-Delft Delft University Technology Tiếng Việt Reference Chất chuẩn tham khảo Fluorescence Phân tích huỳnh quang tia X of Trường đại học công nghệ Delft 7/81 ABSTRACT Since 2005, the first version of k0-IAEA has been released by IAEA to all member countries to encourage the using of k-zero standardization in k0-NAA k0-IAEA is the first unit program which is freely distributed to all NAA labs on the world The main purpose of this work is study and application of k0-IAEA program at INAA lab, Centre for Analytical Techniques, the Nuclear Research Institute The Pneumatic 7-1 and rotary rack are two main irradiation channels for neutron activation analysis at Dalat nuclear reactor The experiments for characterizing these two channels at March, May, June, July and August, 2010 using Au, Lu, Ni and Zr monitors have been done The spectrum parameters include: (1) Thermal neutron flux (φth); (2) The ratio between thermal neutron flux and epi-thermal neutron flux (f); (3) The factor α describing the neutron flux distribution 1/E1+α, and (4) The neutron temperature (Tn) The gamma spectrometer system at INAA lab is calibrated by Cs-137 and Eu-152 standard sources Analyzing of the SMELS I, II, III and the reference standard samples such as NIST-679 (Brick clay), NIST-1633b (Coal fly ash) and NIST-278 (Osidian rock) has been done in order to evaluate the validation of k0-NAA using k0-IAEA program Besides, the results of k0-IAEA program and those of k0-Dalat are compared and evaluated 8/81 TÓM TẮT Năm 2005, phiên chương trình k0-IAEA Cơ quan Năng lượng Nguyên tử quốc tế IAEA phát hành rộng rãi nước thành viên nhằm khuyến khích việc sử dụng phương pháp chuẩn hóa k-zero phân tích kích hoạt nơtrôn (k0-NAA) Chương trình k0-IAEA xem công cụ phần mềm thống cho phương pháp k0-NAA phát miễn phí cho phòng thí nghiệm phân tích kích hoạt nơtrôn toàn giới Đề tài tập trung vào việc tìm hiểu triển khai áp dụng chương trình k0IAEA phòng thí nghiệm phân tích kích hoạt nơtrôn dụng cụ (INAA), Trung tâm phân tích, Viện nghiên cứu hạt nhân Kênh chiếu mẫu khí nén (7-1) mâm quay lò phản ứng, hai vị trí chiếu mẫu dùng cho phân tích kích hoạt nơtrôn lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Các thí nghiệm mô tả đặc trưng cho hai kênh chiếu năm đợt chạy lò tháng 3, 5, 6, năm 2010 tiến hành dò:Au, Lu, Ni Zr Các thông số phổ nơtrôn khảo sát bao gồm: (1) Thông lượng nơtrôn nhiệt (φth); (2) tỉ số thông lượng nhiệt thông lượng nơtrôn nhiệt (f); (3) hệ số α, biểu diễn độ lệch phân bố phổ nơtrôn nhiệt dạng 1/E1+α (4) nhiệt độ nơtrôn (Tn) Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma PTN INAA thực hai nguồn chuẩn Cs-137 Eu-152 Tiến hành đánh giá xác định hiệu lực thủ tục phân tích k0-NAA dùng chương trình k0-IAEA ba mẫu chuẩn tổng hợp SMELS I, II, III ba mẫu chuẩn tham khảo NIST-679 (Brick clay), NIST-1633b (Coal fly ash) NIST278 (Obsidian rock) Ngoài ra, việc so sánh, đánh giá kết hai chương trình k0-IAEA chương trình k0-Dalat thực đề tài 9/81 MỞ ĐẦU Phương pháp luận k-zero phân tích kích hoạt nơtrôn giới thiệu lần vào năm 1974 hai tác giả F De Corte A Simonits Từ nay, k0-NAA quan tâm phát triển nhiều phòng thí nghiệm NAA hiệp hội phân tích hạt nhân (Nuclear Analytical Community) công nhận phương pháp phân tích chuẩn hóa [1, 2] Ngày nay, k0-NAA trở nên thân thiện phổ biến hầu hết PTN NAA giới Theo số thống kê không thức IAEA, tính đến năm 2007, nửa số PTN NAA giới nghiên cứu, phát triển sử dụng phương pháp k0-NAA [1, 2] Theo đó, phần mềm k0-NAA quan tâm phát triển nhiều quốc gia phần mềm KAYZERO/SOLCOI (Hà lan), Quantu-MCA (Brazil), DEIMOS32 (Cộng hòa Séc), Code HypermetPC (Hungari), k0-CIAE (Trung Quốc), k0-DSM (Nhật bản) k0-Dalat (Việt Nam), v.v Trong số phần mềm KAYZEO/SOLCOI (1992) phần mềm thương mại phương pháp k0-NAA cho đắt tiền PTN nghiên cứu thân tồn số hạn chế Trước thực tế đó, vào năm 2003, ý tưởng xây dựng công cụ phần mềm mang tính đồng khởi xướng bảo trợ IAEA Đến năm 2005, chương trình k0-IAEA thức đời k0-IAEA phần mềm thiết kế với đặc tính: Thân thiện với người sử dụng, có tính linh hoạt chuyên nghiệp cao, nhằm giúp cho PTN NAA có công cụ đồng tin cậy nghiên cứu ứng dụng phương pháp k0-NAA, đồng thời chương trình IAEA cấp miễn phí cho quốc gia thành viên nhận hưởng ứng nhiệt tình từ phía PTN NAA toàn cầu [2] Phần mềm k0-IAEA thiết kế phát triển tác giả đề nghị IAEA Marcio Bacchi Menno Blaauw (k0-news-www.k0naa.org) k0-IAEA có hai đặc trưng (so với phần mềm k0-NAA khác thời điểm): (1) Cách tiếp cận Holistic sử dụng thuật toán xử lý phổ gamma, Holistic thuật toán ma trận mẻ tác giả Menno Blaauw phát triển công bố năm 1994[3]; (2) Việc chuẩn hiệu suất detector 10/81 KẾT LUẬN Qua thời gian năm thực hiện, tập thể đề tài hoàn thành tất nội dung đặt Kết tính toán thông số đặc trưng kênh chiếu từ hai chương trình k0-Dalat k0-IAEA phù hợp, ngoại trừ hệ số alpha (k0-Dalat cho giá trị alpha > 0, k0-IAEA cho giá trị alpha < 0) Các mẫu chuẩn SMELS-II III sử dụng chất chuẩn để đánh giá qui trình, chương trình mà sử dụng dò hỗn hợp qui trình phân tích k0-NAA sử dụng chương trình k0-IAEA Kết đánh giá qui trình ba mẫu chuẩn SMELS ba mẫu chuẩn SRMs cho thấy chương trình k0-Dalat hoàn toàn đáp ứng cho mục đích phân tích dạng mẫu có matrix đơn giản (mẫu sinh học, mẫu đất, mẫu dầu thô), đào tạo sinh viên, v.v… Đối với dạng mẫu có matrix phức tạp (mẫu địa chất, mẫu trầm tích, mẫu than) chương trình k0-IAEA chiếm ưu Ngoài ra, k0-IAEA cho giới hạn phát (LOD) hầu hết nguyên tố (28/33 nguyên tố khảo sát) thấp k0-Dalat từ 1,3 đến 22 lần Kết luận chung Một chương trình với nhiều tính ưu việt, chuyên nghiệp đại triển khai áp dụng thành công PTN INAA, TTPT, viện Nghiên cứu Hạt nhân Trong thời gian tới tiếp tục tìm hiểu khai thác chức khác chương trình k0-IAEA như: Chức QA/QC cho qui trình phân tích, phương pháp k0 phân tích kích hoạt gamma tức thời (PGNAA) Đồng thời đưa chương trình k0-IAEA vào khai thác sử dụng cách thức lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 67/81 GIẢI TRÌNH KINH PHÍ STT NỘI DUNG CÁC KHOẢN CHI KINH PHÍ (Triệu đồng) Thuê khoán chuyên môn (Khoa học + Phổ thông) 17,07 Mua dò + mẫu chuẩn (Lá dò Lu, Ni Zr, mẫu chuẩn SMELS loại I, II III) 23,97 Năng lượng, nhiên liệu (Điện, nước) 1,40 Quản lý phí 6,00 Chi phí đánh giá, kiểm tra nội bộ, nghiệm thu cấp 4,30 Phụ cấp chủ nhiệm đề tài 3,60 Nitơ lỏng, vật tư, hóa chất làm mẫu, dụng cụ rẻ tiền, v.v 3,24 Chi khác 0,42 Tổng cộng: 60,00 68/81 TÀI LIỆU THAM KHẢO (Theo thứ tự trích dẫn) M Rossbach, M Blaauw 2006 Progress in the k0-IAEA program, Nucl Instr and Meth., A 564, p.698-701 M Rossbach, M Blaauw, M.A Bacchi, Xilei Lin 2007 The k0-IAEA program, J Radioanal Nucl Chem., Vol 274, No 3, p.657-662 M Blaauw 1994 The holistic analysis of gamma-ray spectra in instrumental neutron activation analysis, Nucl Instr and Meth., A 353, p.269-271 Hồ Mạnh Dũng 2002 Nghiên cứu phát triển phương pháp k-zero phân tích kích hoạt nơtrôn lò phản ứng hạt nhân cho xác định đa nguyên tố, Luận án tiến sĩ Vật lý, đại học KHTN, đại học Quốc gia Tp.HCM FNCA 2005 Summary report of the FNCA 2004 Workshop on the utilization of research reactors, Bangkok Thailand F De Corte 1987 The k0-Standardization Method: A Move to the Optimization of NAA, Rijksuniversiteit Gent, 464 pages F De Corte, A Simonits, F Bellemans, M.C Freitas, S Jovanovíc B Smodis, G Erdtmann, H Petri, A De Wispelaere 1993 Recent advances in the k0-standardization of neutron activation analysis: Extension, Applications, Prospects, J Radioanal Nucl Chem., Vol 169, No 1, p.125158 Hồ Mạnh Dũng, Nguyễn Tác Anh Cao Đông Vũ 2000 Nghiên cứu áp dụng phương pháp chuẩn hóa k-zero NAA lò phản ứng, tuyển tập báo cáo khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 3: Vật lý kỹ thuật Hạt nhân, NXB Khoa học kỹ thuật, trang 324-327 C J Brooks, I G Betteley, S M Loxton 1979 Fundamentals of Mathematics and Statistics, Wiley 69/81 10 Thompson M, Ellison S L R, Wood R 2002 Harmonized guidelines for single laboratory validation of methods of analysis, Pure Appl Chem 74(5) 11 “EURACHEM Guide 1998 The fitness for purpose of analytical methods A laboratory Guide to method validation and related topics, EURACHEM Website 12 Christopher Burgess 2001 Valid Analytical Methods Procedures, Royal Society of Chemistry, 1st edition, (P.57-59) 70/81 LỜI CẢM ƠN Tập thể đề tài xin chân thành cảm ơn đến: - Bộ Khoa học & Công nghệ Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam cấp kinh phí cho đề tài - Viện Nghiên cứu Hạt nhân quan chủ trì đề tài tin tưởng giao nhiệm vụ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình thực - Trung tâm Lò phản ứng (Tổ điều khiển, vận hành lò phản ứng, Tổ khí lò), Phòng An toàn xạ (Tổ trực kiểm xạ lò, v.v ) tận tình giúp đỡ đợt thực nghiệm chiếu mẫu dò mâm quay lò phản ứng Với tư cách chủ nhiệm đề tài, xin chân thành cảm ơn cộng tác nhiệt tình thành viên tham gia suốt thời gian qua TM Tập thể người tham gia thực đề tài Chủ nghiệm đề tài Cao Đông Vũ 71/81 PHỤ LỤC TCCS TIÊU CHUẨN CƠ SỞ TCCS-NAA-10:2010 QUI TRÌNH PHÂN TÍCH k0-NAA SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH k0-IAEA ĐÀ LẠT – 2010 72/81 TIÊU CHUẨN CƠ SỞ TCCS-NAA-10:2010 Qui trình phân tích k0-NAA sử dụng chương trình k0-IAEA k0-NAA standard operating procedure using k0-IAEA program Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn qui định yêu cầu thực nghiệm bước tiến hành thực qui trình phân tích k0-NAA lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt sử dụng chương trình k0-IAEA Ngoài bước tiến hành qui trình phân tích kích hoạt k0-NAA thông thường lò phản ứng, tiêu chuẩn qui định thêm thủ tục thực nghiệm dành riêng cho chương trình k0-IAEA chuẩn hóa hệ đo gamma, chuẩn hóa thiết bị chiếu, v.v… Chương trình k0-IAEA chương trình Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế - IAEA phát hành miễn phí cho phòng thí nghiệm NAA nước thành viên Có thể download trực tiếp chương trình k0-IAEA website IAEA theo đường link: http://www-naweb.iaea.org/napc/iachem/K0IAEA.html Người sử dụng chương trình nên đăng ký thành viên để hỗ trợ kỹ thuật cập nhật thông tin hay phiên theo định kỳ website: http://www.tnw.tudelft.nl/live/pagina.jsp?id=8bba6542-6c38-468d-8f15b98f0fc23a70&lang=en Nguyên tắc Mẫu nghiền mịn, sấy khô, đóng gói để chiếu xạ neutron lò phản ứng Hàm lượng nguyên tố quan tâm tính dựa cường độ tia gamma đặc trưng đồng vị phóng xạ tạo thành trình kích hoạt lò phản ứng Nguồn chuẩn, chất chuẩn dò Các chất chuẩn sử dụng phải loại chất chuẩn chứng nhận quốc tế dò sử dụng loại dò kim loại tinh khiết sản xuất chuyên dụng với độ xác cao 3.1 Nguồn chuẩn - Nguồn gamma chuẩn đa nguyên tố (multi-nuclide) nguồn Eu-152 - Nguồn gamma chuẩn Cs-137 3.2 Chất chuẩn - Chất chuẩn SMELS loại I, II III (IRMM) - Các chất chuẩn SRMs (NIST) khác tùy theo đối tượng áp dụng cụ thể 3.3 Lá dò 73/81 - Lá dò Al-0.1%Au (φ: 1.0mm, IRMM-530RC) - Lá dò Al-0.1%Lu (φ: 1.0mm, IRMM) - Lá dò 99.98%Ni (d = 0.125mm, Advent) - Lá dò 99.8%Zr (d = 0.125mm, Advent) Thiết bị, dụng cụ phần mềm sử dụng - Nguồn nơtrôn từ lò phản ứng hoạt động ổn định công suất 500 kW - Kênh chiếu khí nén 7-1 (Tirr=45sec÷20min) - Kênh chiếu mẫu mâm quay (Tirr=30min÷20hrs) - Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn Ge siêu tinh khiết (GMX30190) - Cân phân tích d=0.00001-0.0001g - Máy nghiền thô, máy nghiền tinh (~200mesh) - Tủ sấy (25-220oC) - Máy ép nylon, kéo, mỏ hàn chuyên dụng, v.v… - Ống chiếu mẫu nhựa PE (polyethylene rabbit) chuyên dụng cho việc chiếu mẫu kênh 7-1 ống chiếu mẫu nhôm sử dụng cho kênh chiếu mâm quay - Dụng cụ thao tác mẫu phóng xạ kẹp gắp, bình chì trung chuyển, đồ bảo hộ lao động - Phần mềm thu nhận xử lý phổ gamma GammaVision/Genie-2k - Phần mềm tính toán theo phương pháp chuẩn hóa kzero: k0-IAEA Lấy mẫu Mẫu gửi đến phòng thí nghiệm phải mang tính đại diện, không bị hư hỏng hay biến đổi suốt trình vận chuyển bảo quản Loại bỏ tạp chất mẫu, trộn lấy đại diện khoảng 300gr mẫu Cách tiến hành 6.1 Chuẩn bị mẫu, chất chuẩn dò - Nghiền mẫu, sấy mẫu theo qui trình NAA chuẩn cho đối tượng mẫu cụ thể [1÷9] - Mã hóa cho mẫu phân tích, việc mã hóa phải ghi rõ Log-book ‘Chuẩn bị mẫu thử - Cân mẫu theo qui trình NAA chuẩn cho chế độ chiếu ngắn, trung bình dài - Đóng gói mẫu vào ống chiếu chuyên dụng cho cho vị trí chiếu xạ 74/81 - Chất chuẩn chuẩn bị tương tự qui trình chuẩn bị mẫu phân tích - Khối lượng dò cần thiết cho phép chiếu sau: + Là dò Au Lu: 3-5mg + Lá dò Ni: 25-30mg + Lá dò Zr: 8-10mg - Tất dò ngâm cồn 20 phút, sau sấy khô đem cân, ghi nhãn hiệu 6.2 Chiếu mẫu - Mẫu phân tích mẫu chuẩn: Theo thủ tục chiếu mẫu lò phản ứng cho chế độ chiếu, đối tượng mẫu cụ thể vị trí chiếu thích hợp [1÷9] - Bộ dò Au, Lu, Ni Zr: + Kênh khí nén 7-1: Thời gian chiếu: Tirr=15min + Mâm quay LPƯ: Thời gian chiếu: Tirr=1hrs 6.3 Đo mẫu hệ phổ kế gamma - Mẫu phân tích mẫu chuẩn: Đo theo qui trình chuẩn NAA [1÷9] - Lá dò: Các chế độ chiếu – rã – đo tóm tắt bảng 1: Bảng 1: Các chế độ chiếu – rã đo cho dò k0-IAEA - Thời gian chiếu/vị trí chiếu + Lá dò (khối lượng) - 15 phút/Kênh 71 - 1giờ/Mâm quay + Al-0,1%Au (~4mg) + Al-0,1%Lu (~4mg) + 99,8%Zr (~10mg) + 99,98%Ni (~30mg) Thời gian rã Đồng vị cần đo Thời gian đo 4-6 - 1200s cho dò Ni, Lu - 1800s cho dò hỗn hợp (combination) ~1 ngày - 7200s cho dò Zr dò hỗn hợp - 900s cho dò Au - 7200s cho dò Zr ~3 ngày - 10800s cho dò Ni, Lu - 18000s cho dò hỗn hợp [T1/2, Eγ(keV)] 65 Ni [2,5h, 366,3, 1115,5, 1481,8], 176mLu [3,6h, 88,4] 97 Zr [16,7h, 743,4] Nb [16,7h, 657,9] 97 198 Au [2,7d, 411,8]; Lu [6,7d, 112,9, 208,4]; 95Zr [64d, 756,7]; 95Nb [64d, 765,8]; 58Co [70,8d, 810,8] 177 - Hệ phổ kế gamma dùng detector GMX-30190 tình trạng sẳn sàng hoạt động: đủ nitơ lỏng, hiệu chuẩn lượng độ phân giải cho vùng lượng 50÷3200keV Tham khảo “Hướng dẫn nạp nitơ lỏng”, “Hướng dẫn hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma”, “Hướng dẫn sử dụng hệ phổ kế gamma” 75/81 - Sử dụng phần mềm thu nhận phổ gamma GAMMAVISION version 5.2/GENIE-2K version 2.0 Tham khảo “Hướng dẫn sử dụng phần mềm GammaVision, version 5.2” “Hướng dẫn sử dụng phần mềm GENIE-2K, version 2.0” - Các thông số liên quan đến mẫu đo, trình đo mẫu lưu giữ phổ gamma mẫu ghi lại Log-book “Đo phổ gamma” Tham khảo “Hướng dẫn ghi Log-book Đo phổ gamma” Tính toán Trong qui trình (TCCS) k0-NAA trước [1÷9], trình tính toán thông số phổ nơtrôn, chuẩn hiệu suất, hàm lượng, v.v , sử dụng chương trình k0-Dalat Trong tiêu chuẩn tính toán sử dụng chương trình k0-IAEA (ver 4.04 trở sau) Ngoài ra, hướng dẫn sử dụng chương trình k0-IAEA không trình bày tiêu chuẩn này, mà đưa qui chuẩn thực nghiệm thông số phòng thí nghiệm INAA, viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt nhằm phục vụ cho việc sử dụng chương trình k0-IAEA 7.1 Soạn thảo sở liệu Để sử dụng chương trình k0-IAEA, trước tiên điều kiện thí nghiệm PTN phải mô tả, khai báo lưu trữ vào chương trình k0-IAEA dạng sở liệu thường trú Công việc thông thường thực hiện, quản lý sửa đổi người phụ trách PTN (Administrator) phân tích viên giao trách nhiệm 7.1.1 Certificates (Edit\permanent Database\Certificates\Add\) - Lá dò: Khai báo thành phần nguyên tố, hàm lượng sai số loại dò sử dụng qui trình bao gồm: Al-0.1%Au; Al-0.1%Lu; 99.98%Ni; 99.8%Zr; Combi (là hỗn hợp bốn loại dò Au, Lu, Ni Zr) - Mẫu chuẩn: Khai báo thành phần, giá trị hàm lượng chứng nhận, sai số tất nguyên tố tất mẫu chuẩn sử dụng PTN INAA như: NIST-2711a – Montana II soil, NIST-278 – Obsidian Rock, NIST1633b – Coal fly ash, NIST-679 – Brick Clay, SMELS-I, II, III, v.v… - Nguồn gamma chuẩn: Khai báo thành phần đồng vị, hoạt độ, ngày sản xuất, v.v , tất nguồn điểm đơn năng, đa sử dụng hiệu chuẩn hệ đo 7.1.2 Detectors (Edit\permanent Database\Detectors\Add) Bảng – Hình học detector Ortec GMX-30190 Hình học detector GMX-30190 dạng đồng trục Kích thước (mm) A− Đường kính tinh thể B− Độ dài tinh thể 73,6 C− Bề dày lớp chết 0,05 D− Khoảng cách từ nắp đến tinh thể 57 76/81 E− Đường kính nắp 67,1 F− Bề dày nắp 0,5 G− Đường kính “lõi” 11 H− Độ cao “lõi” 66,9 PTN INAA sử dụng detector HPGe, model: GMX-30190, loại đồng trục có kích thước Bảng 2, số liệu nhà sản xuất cung cấp Hình - Giao diện nhập thông số kích thước detector GMX-30190 7.1.3 Facilities (Edit\permanent Database\Facilities\Add) Ngoài hệ đo gamma, thiết bị chiếu xạ (hay kênh chiếu mẫu) hai thành phần quan trọng cần đặc trưng hóa (hay chuẩn hóa) qui trình phân tích k0-NAA nói chung chương trình k0-IAEA nói riêng Tại PTN INAA sử dụng hai kênh chiếu xạ, kênh khí nén 7-1 dùng cho phép chiếu ngắn trung bình (Tirr: từ 45giây đến 20 phút), mâm quay lò phản ứng sử dụng cho phép chiếu dài (Tirr>20 phút) Trong chương trình k0-IAEA, thiết bị chiếu đặc trưng hóa theo thời gian, có nghĩa để đưa kênh chiếu xạ vào sử dụng, việc trước tiên phải mô tả kênh chiếu sở liệu chương trình để xác nhận tồn kênh chiếu Tiếp theo cần phải chuẩn hóa kênh chiếu cách sử dụng dò, thông thường bốn dò Au, Lu, Ni Zr sử dụng cho mục đích Kênh chiếu xạ sau chuẩn hóa, thông số liên quan đến phổ nơtrôn thông lượng nơtrôn nhiệt (φth), nhiệt 77/81 độ nơtrôn (Tn), hệ số alpha (α), hệ số f, v.v xác định lưu trữ sở liệu PTN Từ thời điểm đó, kênh chiếu sẳn sàng cho việc sử dụng Chi tiết thí nghiệm đặc trưng hóa cho hai kênh chiếu lò phản ứng Hạt nhân (Đà Lạt) trình bày phần sau 7.2 Chuẩn hiệu suất cho detector (Calibrate the efficiency of a detector) Để chuẩn detector, cần có nguồn chuẩn: Nguồn thứ nguồn chuẩn đơn năng, phát đỉnh gamma dùng để hiệu chuẩn đường cong đỉnh tổng (peak-to-total), nguồn Cs-137 thường sử dụng cho mục đích số nguồn khác Mn-54, Sn-113, Sr-85 Hg-203 sử dụng Nguồn thứ hai nguồn chuẩn đa (multiNuclides) chứa hỗn hợp hạt nhân phóng xạ Am-241, Co-57, Cd-109, Co-60, Cs-137 Y-88 Trong trường hợp nguồn chuẩn đa đồng vị sử dụng nguồn Eu-152 để thay Đối với nguồn đơn cần đo lần khoảng cách từ nguồn đến detector > 100mm để loại bỏ hiệu ứng trùng phùng thực Đối với nguồn đa hạt nhân phải đo tất vị trị cần khảo sát hiệu suất đủ lâu để sai số thống kê diện tích đỉnh quan tâm tốt 0.5% Bảng - Giá trị chứng nhận hai nguồn chuẩn sử dụng STT Năng lượng gamma (keV) Đồng vị phóng xạ T1/2 (năm) (%) Cs-137 30,174 661,62 Cường độ phát gamma Hoạt độ ban đầu Sai số Ngày sản xuất (12:00) 259 8,03 15/5/2002 304,1 973 15/5/2002 (Bq) 84,62 Eu-152 12,701 39,52 16,00 40,12 30,00 45,40 9,00 46,60 2,10 121,78 29,24 244,67 7,62 344,30 27,00 411,09 2,26 444,00 2,84 778,90 12,99 867,39 4,18 78/81 STT Năng lượng gamma (keV) Đồng vị phóng xạ T1/2 (năm) Cường độ phát gamma (%) 964,00 14,58 1085,80 10,29 1089,82 1,72 1112,07 13,58 1212,89 1,45 1299,19 1,70 1408,08 21,21 Hoạt độ ban đầu (Bq) Sai số Ngày sản xuất (12:00) Nguồn Cs-137 dùng để chuẩn đường cong đỉnh tổng, đo lần vị trí cách detector 108,6mm (H=6) nguồn Eu-152 đo vị trí cách detector lần lược là: 21,8mm (H=1), 53,7mm (H=3), 108,6mm (H=6) 140,4mm (H=8) để hiệu chuẩn hiệu suất 7.3 Đặc trưng hóa thiết bị chiếu xạ (Characterize an irradiation facility) Để chuẩn hóa kênh chiếu xạ k0-IAEA cần xác định ba thông số thông lượng nơtrôn nhiệt (φth), tỉ số thông lượng nơtrôn nhiệt chia cho thông lượng nơtrôn nhiệt (f) hệ số mô tả lệch khỏi qui luật 1/v alpha (α) phổ nơtrôn Bên cạnh hai thông số khác thông lượng nơtrôn nhanh (φf) nhiệt độ nơtrôn (Tn) xem thông số đặc trưng phổ nơtrôn kênh chiếu xạ Để xác định thông số này, sử dụng dò kim loại tinh khiết để chiếu xạ trường nơtrôn kênh chiếu cần khảo sát Sau thu phổ gamma dò xử lý tính toán thu thông số đặc trưng kênh chiếu (xem Bảng 1) Sử dụng loại dò Au, Lu, Ni va Zr để xác định thông số phổ nơtrôn hai vị trí chiếu kênh 7-1 mâm quay lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt (xem Bảng 1) Các mẫu dò sau chiếu, để rã từ 4-6 giờ, dò Ni, Lu đem đo phổ gamma hệ phổ kế hiệu chuẩn với thời gian đo Tc=1200 giây Sau dò nhập lại đo đồng thời hệ phổ kế (combination) với thời gian đo Tc=1800 giây Sau ngày phân rã, dò Zr dò hỗn hợp đo thời gian từ 5400 giây-7200 giây (tùy theo vị trí đo) Sau ngày rã, dò Au, Zr, Lu, Ni dò hỗn hợp đem đo với thời gian đo là: 900 giây, 7200 giây, 10800 giây 18000 giây Tiếp theo, tạo nhóm mẫu chứa tất phổ dò Phân tích mẫu lệnh “Interpret all samples”, tạo đồ kết khoảng không gian vật chứa mẫu chiếu xạ “Edit/Map flux parameters” sử 79/81 dụng lệnh “Irradiation facility/Store flux parameters” để lưu giá trị trung bình vào sở liệu (permanent database) Các giá trị sử dụng cho lần chiếu sau điều kiện chiếu thực mô tả Đánh giá độ không đảm bảo đo phép phân tích - Kết hàm lượng nguyên tố mẫu phân tích phép phân tích lặp, mẫu lặp xử lý phương pháp thống kê kết dạng (Hàm lượng trung bình ± độ lệch chuẩn) - Độ không đảm bảo đo phép phân tích (tổng) đánh giá theo phương pháp “lan truyền sai số”, sai số giai đoạn, bước tiến hành phân tích đánh giá tính toán thí nghiệm xử lý thống kê Độ không đảm bảo đo nêu bảng trả kết phân tích Tham khảo “Hướng dẫn đánh giá sai số phân tích kích hoạt neutron dụng cụ (INAA) lò phản ứng hạt nhân” - Dùng mẫu chuẩn NIST- SRM 2711a Montana II Soil phân tích mẫu đất mẫu chuẩn NIST-SRM Obsidian Rock 278 phân tích mẫu đá làm mẫu kiểm tra (chiếu, đo xử lý điều kiện với mẫu phân tích) - Đánh giá Z-score cho kết phân tích hàm lượng nguyên tố quan tâm mẫu chuẩn Những nguyên tố có kết với Zscore ≥ bị loại bỏ kết phân tích mẫu lập danh sách để phân tích lại Báo cáo thử nghiệm Báo cáo kết thử nghiệm ghi rõ : a) Mọi thông tin cần thiết để nhận biết đầy đủ mẫu thử; b) Phương pháp lấy mẫu sử dụng, biết; c) Phương pháp thử nghiệm dùng với viện dẫn tiêu chuẩn này; d) Mọi chi tiết thao tác không quy định tiêu chuẩn điều coi tùy ý cố mà ảnh hưởng đến kết quả; e) Kết thử nghiệm thu đáp ứng yêu cầu độ lặp lại ghi kết cuối thu 10 Thư mục tài liệu tham khảo TCCS-MDD-01:2010 TCCS-MDD-02:2010 TCCS-MDD-03:2010 TCCS-MDT-04:2010 TCCS-MDT-05:2010 TCCS-MDT-06:2010 TCCS-MSH-07:2010 80/81 TCCS-MSH-08:2010 TCCS-MSH-09:2010 10 M Rossbach, M Blaauw 2006 Progress in the k0-IAEA program, Nucl Instr and Meth., A 564, p.698-701 11 M Rossbach, M Blaauw, M.A Bacchi, Xilei Lin 2007 The k0-IAEA program, J Radioanal Nucl Chem., Vol 274, No 3, p.657-662 12 M Blaauw 1994 The holistic analysis of gamma-ray spectra in instrumental neutron activation analysis, Nucl Instr and Meth., A 353, p.269-271 13 M Blaauw 2010 k0-IAEA help 81/81 [...]... Nghiên cứu, áp dụng chương trình k0- IAEA trên lò phản ứng Hạt nhân Đà Lạt được đặt ra nhằm: - Để triển khai ứng dụng một chương trình k0- NAA mang tính chuyên nghiệp và có độ tin cậy cao cho phòng thí nghiệm INAA, Viện NCHN - Tiến tới chuẩn hóa phần mềm sử dụng trong phân tích kích hoạt nơtrôn trong xu hướng triển khai QA/QC cho PTN INAA - Tạo cơ sở hội nhập, hợp tác Quốc tế và góp phần đào tạo nhân. .. mẫu trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt (kênh khí nén 7-1 và mâm quay lò phản ứng) 4 Thiết lập qui trình k0- NAA sử dụng chương trình k0- IAEA 5 Đánh giá qui trình trên 3 loại mẫu chuẩn đại diện: Đất nung (gạch), tro bụi than, và Địa chất cho tất cả các nguyên tố khả dĩ Đồng thời tiến hành đánh giá nội bộ về thủ tục đã được thiết lập qua nhiệm vụ cấp bộ về QA/QC 6 Đánh giá so sánh kết quả thu được từ 02 chương. .. , m k0, m (a) [Gth , a f + Ge , a Q0, a (α )] ε p , a (1.16) II Chương trình k0- Dalat II.1 Giới thiệu chương trình k0- Dalat Chương trình k0- Dalat là phần mềm máy tính xử lý số liệu của phương pháp k0- NAA bằng việc xử lý phổ gamma của mẫu kích hoạt trên LPƯ được TS Hồ Mạnh Dũng nghiên cứu áp dụng riêng cho LPƯ hạt nhân Đà Lạt (mở rộng cho LPƯ HANARO – Hàn Quốc và MINT – Malaysia) Về nguyên tắc, chương. .. Điều đó cho thấy rằng trên thế giới, k0- NAA được xem là một phương pháp chuẩn hóa hiện đại và chương trình k0- IAEA là một công cụ không thể thiếu trong qui trình phân tích k0- NAA Ở Việt Nam, phương pháp chuẩn hóa k0- NAA đã được bắt đầu nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân (NCHN) từ những năm 80 của thế kỷ trước Đến năm 2002, chương trình k0- Dalat chính thức ra đời và được áp dụng tại Viện NCHN Qua... Hạt nhân bia Tia Beta Hạt nhân phóng xạ Hạt nhân sản phẩm Neutron Hạt nhân hợp phần Tia gamma trễ Hình 1 – Sơ đồ biểu diễn quá trình phản ứng bắt neutron tiêu biểu của NAA A Z X + 01n → ( A+Z1X ) * → X +γ A+1 Z A: số khối của nguyên tố bia Z: số điện tích nhân bia 15/81 Ký hiệu (*) trong quá trình trên biểu diễn hạt nhân hợp phần ở giai đoạn trung gian I.3 Phân tích kích hoạt neutron dùng lò phản ứng. .. neutron là phản ứng của các neutron với hạt nhân nguyên tử Quan trọng nhất trong NAA là phản ứng bắt neutron (Hình 1) hay còn gọi là phản ứng (n,γ), trong đó hạt nhân X (hạt nhân bia) hấp thụ một neutron, sản phẩm tạo ra là một hạt nhân phóng xạ với cùng số nguyên tử Z nhưng có khối lượng nguyên tử A tăng lên một đơn vị và phát tia gamma đặc trưng, quá trình này được biểu diễn bởi phản ứng Tia gamma... Về thiết bị chiếu xạ, mặc dù có một số loại nguồn neutron (lò phản ứng, máy gia tốc và nguồn đồng vị) ứng dụng cho NAA, nhưng các lò phản ứng hạt nhân với dòng neutron có thông lượng cao từ sự phân hạch của uranium cho độ nhạy có thể cao nhất cho hầu hết các nguyên tố Các loại lò phản ứng khác nhau và những vị trí khác nhau trong một lò phản ứng có thể thay đổi đáng kể phân bố năng lượng và thông lượng...trong chương trình k0- IAEA sử dụng giải thuật Monte Carlo, phương pháp này cho phép biến đổi đường cong hiệu suất từ hình học đo này sang hình học đo khác mà không cần phải đo đạt thực nghiệm trên nhiều khoảng cách khác nhau Cho đến nay một số lượng lớn các báo cáo khoa học liên quan đến phương pháp k0- NAA và chương trình k0- IAEA đã được đăng tải trên các tạp chí uy tín trong lĩnh vực hạt nhân nguyên... được áp dụng tại Viện NCHN Qua thời gian hơn 5 năm từ khi phương pháp k0- NAA và chương trình k0Dalat được đưa vào sử dụng tại Đà Lạt cùng với phương pháp tương đối truyền thống, phương pháp k0- NAA tỏ ra có nhiều ưu thế như: (i) Thuận lợi khi phân tích một số lượng mẫu lớn, không cần sử dụng mẫu chuẩn; (ii) Khi phân tích nghiên cứu trên các đối tượng mẫu cụ thể như mẫu dầu khí, mẫu khảo cổ, mẫu địa... ) mà không cần phải chiếu kèm các lá dò thông lượng (Au, Zr, v.v ); (iii) Chương trình k0- Dalat ra đời sớm hơn chương trình k0- IAEA; Nhược điểm: (i) Chương trình được thiết kế khá đơn giản nên một số hiệu chỉnh trong qui trình k0- NAA chưa được đề cập như: Hiệu chỉnh hiệu ứng trùng phùng thực, hiệu ứng tự hấp thụ gamma, hiệu ứng hình học mẫu, v.v ; (ii) Thuật toán xử lý phổ 11/81 gamma trong một số ... này, chương trình k0-Dalat chương trình k0NAA đuợc sử dụng PTN INAA, Viện NCHN Đề tài Nghiên cứu, áp dụng chương trình k0-IAEA lò phản ứng Hạt nhân Đà Lạt đặt nhằm: - Để triển khai ứng dụng chương. .. hoạt neutron phản ứng neutron với hạt nhân nguyên tử Quan trọng NAA phản ứng bắt neutron (Hình 1) hay gọi phản ứng (n,γ), hạt nhân X (hạt nhân bia) hấp thụ neutron, sản phẩm tạo hạt nhân phóng... trưng, trình biểu diễn phản ứng Tia gamma tức thời Hạt nhân bia Tia Beta Hạt nhân phóng xạ Hạt nhân sản phẩm Neutron Hạt nhân hợp phần Tia gamma trễ Hình – Sơ đồ biểu diễn trình phản ứng bắt