cac phuong phap phan tich hat nhan p1 4103 8739 3899

NGUYÊN VĂN ĐÔ oõg apẽ NỘI NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN ĐỖ DÁCPHinniG PHÁP PHÂNTÍCHHẠTNHÂN NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC Q u ố c GIA HÀ NỘI nha xuất b n ĐỌI HỌC Q u ố c GIR nội 16 Hàng Chuối - Hai Bà Trưng - Hà Nội Điện thoại: (04) 9715012; (04) 7685236 Fax: (04) 9714899 E-mail: nxb@ vnu edu.vn ★ ★ ★ C h ịu t r c h n h i ệ m x u ấ t bản: G iá m đốc: PHÙNG QUỐC BẢO T biên tập: PHẠM THÀNH HƯNG C h ịu t r c h n h i ệ m n ộ i d u n g : Hội đồng nghiệm thu giáo trìn h Trường ĐHKHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội N gười n h ậ n xét: PGS TS PHẠM QUỐC HỪNG GS TS THẦN ĐỨC T H IỆ P B iê n tậ p : NGUYỄN THẾ HIỆN CHU VĂN THẮNG T r ì n h b y bìa: TRAN q u ố c TOẢN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HẠT NHÂN Mã số: 1K-02058-01404 In 1050 cuốn, khổ4 x Nhà in Đại học Quốc gia Hà Nội Số xuất 24/981/XB-QLXB ngày 15/7/2004 Số trích ngang: 273 KH/XB In xong nộp lưu chiểu quý IV năm 2004 M ụ c lụ c T rang Lời n ó i d ầ u V C h n g P h n g p h p p h â n tíc h k ic h h o t h t n h â n 1.1 Mở đ ầ u 1.2 Cờ sỏ vạt lý kỹ th u ậ t phương pháp p h ân tích kích hoạt 1.3 Các phương pháp xác định hàm lượng 1.4 Các bước quy trình phân tích kích hoạt 10 1.5 Nâng cao hiệu phân tích kích hoạt 17 1.6 Xây dự ng quy trìn h phân tích kích hoạt 27 1.7 Phân tích kích hoạt gamma tức thời 38 1.8 Ưng clụng phương pháp phân tích kích hoạt 47 C h n g P h â n t í c h h u ỳ n h q u a n g t i a X 49 2.1 Mỏ đẩu 49 2.2 Cơ c h ế p h t xạ tia X 51 2.3 Nguồn kích thích tia X 62 2.4 Cường độ tia X đặc trư n g 71 2.5 Đo p h â n tích phổ tia Xđặc trư ng 75 2.6 Các phương pháp xác định hàm lượng 81 2.7 Các nguồn sai sô 84 2.8 ứ n g d ụ n g 87 Chương P h â n tíc h U ran i 89 3.1 Mỏ đầu 89 3.2 Các nguồn phóng xạ tự nhiên 90 iii 3.3 P hân tích u ran i cân phóng xạ 92 3.4 Phàn tích urani không cản phóng xạ 95 3.5 Cơ sở thực nghiệm đo phóng xạ tự nhiên 100 3.6 ứ n g d ụ n g 103 C h n g P h n g p h p p h â n tíc h d ự a tr ê n h iệ u ứ n g tá n xạ n g ợ cR u th e rfo rd 4.1 Hiệu ứng tán xạ ngược R utherford 104 4.2 N hửng khái niệm hiệu ứng tá n xạ ngược 107 4.3 T hiết bị p h ân tích 115 4.4 ứ n g dụng 117 C h n g P h â n t í c h c a c b o n p h ó n g x s d ụ n g k h ố i p h ổ k ế g ia tố c (A M S) 118 5.1 Mỏ dầu 5.2 Phương ph áp xác định tuổi dựa vào đồng 118 vịHc 119 5.3 Phân tích llc sử dụng khôi phố k ế gia tốc (AMS) 123 5.4 Ưng d ụ n g khôi phổ kê gia tốc 132 T i liệ u t h a m k h ả o IV 104 135 Lời nói đ ầ u S ự đời p h t triển phương pháp phàn tích hạt nhản gắn liền vời th ành tựu vật lý uà kỹ thuật hạt nhàn dại Ngày nơy phương ph p hạt nhản đả khang định vị trí cao cùa m ình trung lĩn h vực p h àn tích vi chúng có ưu điểm rât n h độ nhạy độ xác cao , tốc độ phàn tích nhanh , m ẫu phàn tích khổng bị phá h ủy có thê tiến hành phàn tích đông thời nhiều nguyên tô Trong điều kiện kỹ thuật cho phép phương pháp hạt nhân có th ể tự động hoá toàn quy trinh phản tích Đáy ưu điểm m nhiều nhiều phương pháp phàn tích khác không th ể có Các phương p h p p h n tích hạt nhân xây dựng sở khai thác hiệu ứng vật lỷ liên quan tới trinh biến đối trạng thái hạt nhàn nguyên tử S ự biến đổi diễn tương tác xạ h t nhân chùm hạt gia tốc với vật chất N hững đại lượng vật lý làm sở cho việc nhận diện nguyên tố xác định hàm lượng n h cường độ lượng xạ khôi lượng vị đo xử lý thiết bị kỹ thuật hạt nhàn đại Hiện có nhiều phương pháp phàn tích hạt nhàn Môi phương pháp có khả đáp ứng yêu cầu khác Trong khuôn kho sách dề cập tới nám phương pháp sau đây: Phương pháp p h n tích kích hoạt hạt nhản, - Phương p h p p h â n tích huỳnh quang tia X, - Phương p h p p h â n tích urani, - Phương p h p p h â n tích dựa hiệu ứng tán xạ ngược Rutherford (RBS), - Phương ph p p h n tích cacbon phóng xạ sử dụng khối p h ổ k ế gia tốc (AMS) Ở nước ta phưctng pháp phản tích kích hoạt , p hân tích huỳnh quang tia X phản tích urani triển khai nghiên cứu từ năm 1970 Một sô kết sớm dược dưa vào phục vụ nghiên cứu ứng dụng Đáy m ột thực tế sinh động góp phần vào việc phat triển phương pháp phàn tích đào tạo cán lỉnh vực ứng dụng kỹ thuật hạt nhởn Các phương pháp phàn tích R B S A M S chưa thực nước thiếu thiết bị, phương pháp phản tích đại có kha nàng ứng dụng rát lớn Do việc trang bị kiến thức bán cập nhật phương pháp p h n tích cần thiết Muôn xây diùìg quy trình phàn tích phái nghiên cứu đặc trứng hạt nhân đôi tượng cán quan tám phái nắm vững kiến thức bàn vặt lý kỹ thuật hạt nhàn thực nghiệm Do dó sách nội dung vật lý làm sớ cho việc xây dựng phương pháp để cập đến vấn đề cỏ liên quan tâỉ giái pháp kỳ thuật nhằm náng cao chất lượngcủa kết phán tích Cuốn sách biên soạn dựa sở giảng tác giá dành cho sin h viên ngành Vật lý hạt nhàn trường Đại học Khoa học T ự nhiên , Đại học Quốc Gia Hà N ội , sinh viên ngành Vật lý kỹ thuật, trường Đại học Bách khoa Hà Nội học viên cao học chuyên ngành Vật lý hạt nhân Viện Vật lỷ, Trung tâm Khoa học T ự nhiên Công nghệ Quốc gia Đê thuận tiện cho việc biên soạn, phương pháp phán tích trinh bày chương Sách dược viết với m ục đích đ ể giáng dạy đồng thời củng có th ề dùng làm tài liệu tham khảo cho cán nghiên cửu , rác nhà sản xuất quan tăm tới phương pháp kỹ th u ậ t phàn tích hạt nhàn Tác giả mong muốn s ố phương pháp phán tích hạt nhản khác củng bổ sung thời gian tới Việc biên soạn sách chắn khổng tránh khỏi thiếu sót, vi tác giả xin chán thành cám ơn tiếp thu ý kiến đóng góp độc giả đ ế sửa chữa bổ sung cho hoàn thiện Hà nội, tháng năm 2003 Tác g iả vi Chương P h n g k íc h p h p p h â n tíc h h o t h t n h â n N guyên lý phướ ng ph áp p h ân tích kích hoạt h t n h â n biẾn Cấc (lồng vị bền c ủ a nguyên Lô cần ph ân tích th n h n h ữ n g đồng vị xạ tỉìông q u a ph án ứng h t n h â n T rẽn sơ đo n ã n g lượng tia g a m m a chu kỳ b n rã dồng vị phóng xạ nói trê n có th ể n h ậ n d iệ n n h ữ n g nguyên tố th a m gia p h n ửng H àm lượng n g u y ê n tô xác định dựa vào cường độ tia gam m a P hư ng p h p p h â n tích kích h o t có độ nh ạy độ ch ín h xác cao, m ẫu p h ả n tíclì k h ỏ n g bị phá hủy có th ể xác định (lồng thòi nhiều nguyên tố 1.1 Mở d ầu Hiộn tr ê n t h ế giỏi phương ph áp p h â n tích kích h o t h t n h â n (lược sứ d ụ n g r ấ t plìổ biến nhiều lĩnh vực n g h iên cửu Ííng dụng Uu diêm ch ín h phương ph áp là: Có k h n ă n g p h â n tích h ầ u h ế t nguvên tỏ hoả học tro n g b ả n g tu ầ n hoàn với độ n h ạy độ xác cao M ầu p h â n tích không bị ph huỷ k h ô n g bị n hiễm bẩn tro n g q u tr ìn h p h ân tích, có th ể sử d ụ n g phương p h p kích h o t đ ể p h ân tích m ẫ u v ậ t quý m s a u giũ nguyên dạng Có k h n ă n g p h â n tích dồng thời n h iều nguyên tô có tho tự động ho to àn quy trìn h p h â n tích P hư ơng p h p p h â n tích kích h o t xây dự ng d ự a tr ê n biên đòi tr n g th củ a h t n h â n nguyên tử gây p h ả n ứ n g h t n h â n Khi m ẫu p h â n tích chiếu xạ (kích hoạt) đồng vị nguyên tô ỏ mẫu tham gia phàn ứng h t nhân trỏ thành dồng vị phóng xạ nhân tạo Căn cử vào loại phàn ứng c h u k ý b n r ã v n ă n g lư ợ n g c ủ a x đo đ ê n h ặ n d iệ n đồng vị phóng xạ qua n h ậ n diện nguyên tcV tro n g mau Hàm lượng nguyên tô xác định cử vào cường độ phóng xạ tia gamma đo bàng đetectơ hạt nhân Sự phát triển phương pháp phân tích kích hoạt gán liền với phát triển thiết bị kỹ th u ật hạt nhân thực nghiệm f)ộ nhạy phân tích phụ thuộc vào nhiều thông số vật ]ý kỹ th u ậ t qu an trọng n h ấ t th ỏng lượng xạ kích hoạt, tiế t đ iện phản ứng hạt n hân hiệu suất ghi xạ đetectờ Chính mà phương pháp phân tích kích hoạt G Hevesy H ]^evi để x u ấ t từ n ăm 1936 n h n g phải đến n h ữ n g n ă m 1950 m áy gia tốc lò p h ản ứng hạt n h â n p h t triể n m ạn h , tạo n g u n b ứ c x k íc h h o t th ô n g lư ợ n g lớn th ì p h n g p h p p h â n tích kích hoạt phát triển mạnh khẳng định vị trí Với th ô n g lượng nơtron n h iệ t cỡ 1012 n /cn r/g iây , phần lớn nguyên tố tro n g b n g tu ầ n hoàn có th ể p h ân tích vỏi độ n h y giải hàm lượng gam/tấn (ppm) mg/tấn (ppb) Ngày nay, số lò p h ả n ứng h t n h â n đ t tới thông lượng 10i:>n/cm2/giây, độ nhạy phân tích kích hoạt cải thiện thêm vài bộc Kết kích h o t tạo m ẫu n h iều đồng vị phóng xạ Hiện b iết tro n g tự nhiên cỏ k h o ản g 60 đồng vị phóng xạ, nluíng tro n g phòng th í nghiệm có th ể tạo trê n 1900 đồng vị p hóng xạ n h â n tạo Đồ p h â n tích địn h tín h (n h ận diện nguyên tô) đ ịn h lượng (xác định h m lượng) cần đo xác h o t độ phóng xạ củ a từ ng đồng vị theo h cách: - Đo riê n g từ n g đồng vị m ột nhóm đồng vị phóng xạ n h ã n tạo sau chúng tách khỏi mẫu kích hoạt băng phương pháp hóa học Phương pháp gọi phân tích kích h o t phá m ầ u (D estructive Activation A nalysis, DA A) Đo thòi t ấ t đồng vị phóng xạ có ỏ tro n g m ẫ u sau kích hoạt Phương ph áp gọi p h â n tích kích hoạt, không phá m ẫ u (N o n -d e stru c tiv e A ctivation Analysis, NDAA) hay p h â n tích kích h o ạt d ụ n g cụ (In s tru m e n ta l A ctivation A nalysis, IAA) T hô ng th n g , phươ ng p h áp p h â n tích kích h o ạt p h m ẫ u cho độ n h y cao phư ng pháp không phá m ẫu n h n g quy trìn h ph ân t í c h p h í í c t p , t ố n n h i ề u t h i g i a n , h o ả c h ấ t v k h ó t h ự c h i ệ n đ ố i với đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ngán P hương p h p k h ô n g ph m ẫ u thích hợp với quy tr ìn h p h â n tích n h a n h , p h ân tích số lượng m ẫu lớn dặc b iệt tro n g trư n g hợp cần phái lưu tr ữ m ẫu sa u dã p h ân tích T uy n h iê n phương p h áp đòi hỏi th iét bị đo phóng xạ p hải có c h ất lượng cao, kỷ t h u ậ t đo xử lý phổ xác Sự đời detectd n h ấ p n h y Nal(Tl) m áy p h â n tích biên độ n hiểu k ên h dã m ỏ k h n ă n g p h â n tích kích h o t k h ô n g p h m ầu, xác đ ịn h đồng thời n h iề u nguyên tô T uy nhiên, (ỉộ p h ả n giải n ă n g lượng íietectơ n h ấ p n h y chưa cao nên p h ạm vi ứng d ụ n g bị h n chế T ro n g n h ữ n g n ăm gần đây, vói p h t triể n detectơ bán dẫn Ge(Li) Ge siêu tinh khiết (HPGe) có dộ phân giải n ă n g lượng h iệ u s u ấ t ghi xạ cao, k ết hợp vói m áy tín h đế xử lý phô g a m m a cỉà d a phương p h áp p h ả n tích kích hoạt bước vào giai đ oạn p h t tr iể n mới, giai đoạn ứng d ụ n g quy tr ìn h p h â n tích kích hoạt không p h m ẫu với độ nhạy, độ xác cao có th ê tự động hoả quy t r ìn h p h ân tích Cỏ th ể nói n h n g vấn đề bán vế phươ ng p h p kỹ t h u ậ t p h â n tích kích h o ạt nghiên cứu giãi Tuy n h iên k h ô n g th ê có quy trìn h p h ân tích tối ưu c h u n g cho t ấ t n g u y ên tô M uốn xây dựng m ột quy trìn h p h â n tích cho m ộ t m ột Iìhóni nguyên tô cần phài n ắm vững m ột S(Vvấn đê v ậ t lý kỹ t h u ậ t h t n h ả u CƯ b ả n như: Cơ c h ế p h ả n ứng h t n h â n quy lu ậ t p h â n rà xạ P hư ơng p h p , kỹ t h u ậ t đo xử lý phố gam m a C ác biện p h p hiệu chỉnh n h ằm giảm nguồn sai số Ò nước ta p h n g ph áp p h ân tích kích h o t n g h iên cứu ứng d ự n g từ n ă m 1974 tạ i Viện V ật lý, Viện Khoa học V iệt N am , T r u n g tâ m K hoa học Tự n h iê n Công nghệ Quốíc gia N guồn xạ sử d ụ n g đê kích h o t lúc dó Iìơtron 14 MeV tạo t máy p h t n tro n N A -3 C (máy gia tốc th ẳn g ) H u n g a ri ch ế tạo T ro n g n h ữ n g n ă m tiếp th e o m áy gia tốc Electron M icrotron M T -1 c ủ a Viện V ậ t lý lò p h ả n ứng h t n h â n Đà L t dược đ a vào hoạt động, tạo c h ù m xạ h ãm có n ă n g lượng cực đại 15 MeV nguồn nơtron th ô n g lượng lỏn làm phong p h ú th ê m nguồn xạ kích h o t ỏ nước ta Trước n ă m 1980, ỏ nước ta có th ể đo p h ổ g am m a b ằn g đetectờ n h ấ p n h áy T n m 1980 trỏ có th ê m n h ữ n g th iế t bị tư ơng đố) đại đồng n h đetectơ b n d ẫ n , m áy p h â n tích biên độ nhiều k ê n h nối với m y tín h điện tử đê xử lý s ố liệu, tạ o điều kiện t h u ậ n lợi cho việc tr iể n k h a i n g h iê n cửu ứ n g d ụ n g p h n g p h p p h â n tích kích h o ạt, kế p h â n tích kích h o t đa n g u y ên tô Đẽ t h u ậ n ti ệ n cho việc tìm h iểu v ận d ụ n g vào th ự c tiễ n , tr ìn h b ày sở v ậ t lý k ỹ t h u ậ t c h u n g củ a phư ng ph áp p h â n tích kích h o t đề cập tới m ột sô q u y tr ìn h p h â n tích n g h iê n cứu tr iể n k h a i ứ n g d ụ n g nước ta 1.2 Cơ sở v ậ t lý kỹ t h u ậ t c ủ a p h n g p h áp p h â n t íc h k ích h o t 1.2.1 N g u y ên lý c ủ a p h n g p h p p h â n tích kích h o ạt P h â n tích kích h o t h t n h â n phư ng p h p p h â n tích nguyên tô tro n g dó q u t r ìn h n h ậ n diện n g u y ên tố xác định h àm lượng đểu vào đ ặ c tr n g c ủ a h t n h â n n g u y ê n tử v ể n g u y ê n tắc, p h â n tích kích h o t k h ô n g p h ụ thuộc vào t r n g th i v ậ t lý liên kết hoá học n g u y c n tô B ản c h ấ t v ậ t lý ph n g ph áp tạ o biến đổi t r n g t h i h t n h â n n g u y ên tử th ô n g qua p h â n ứng h t n h ả n gây xạ nơtron, to n h t tích điện C hính m tro n g m ộ t sô' trư n g hợp phư ng p h p p h â n tích kích hoạt c ò n đ ợ c gọi t h e o t ê n c u ả b c x k íc h h o t , c ụ t h ể p h â n tí c h kích h o t n tro n (NAA), p h â n tích kích h o t to n (PAA), P h ả n ứ n g h t n h â n biến h t n h â n trở th n h phóng xạ Việc n h ậ n diện n g u y ê n tô" xác đ ịn h h m lượng dược thực h iệ n dựa t r ê n k ế t q u đ o th ò i g ia n b n r ã , n ă n g lư ợ n g v c n g độ c ủ a xạ g a m m a p h t r a từ s ả n p h ẩ m kích hoạt P h ả n ứ n g b t nơ tron h a y p h n ứ n g (n,y) m ột n h ữ n g loại p h ả n ứ n g h t n h â n dược sử d ụ n g p h ổ biến n h ấ t tro n g p h â n tích kích hoạt Q u tr ìn h p h ả n ứ n g có th ể m in h hoạ n h tr ê n h ìn h 1.1 S a u b ắ t nơtron, h t n h â n X trở th n h h t n h â n hợp phần: / * + ! « = Ap r ' tro n g đó: A s ố khôi, z n g u y ê n từ số’của n g u y ê n tố N ăn g lượng kích thích củ a h t n h â n hợp p h ầ n (£T) b ằ n g tổng Iiĩìng lượng liên k ế t n tro n (Eis) động n n g ( E k) c ú a nơtroiì tới: E* = E h + £* H t n h ả n hợp p h ầ n cỏ th ê k h kích th ích h ằ n g cách p h t r a vài tia g a m m a tức thòi để trở vê t r n g th ả i v ữ n g T uy nhiên tro n g n h iều trư n g hợp trở th n h h t n h â n p h ó n g xạ, p h ân rã b e ta (p) p h t t ia g a m m a (còn gọi g a m m a trễ) với ch u ký h án rã xác định Tia gamma tức thời Tia beta Tia gamma trễ Hinh 1.1 Q uá trinh bắt nơtron phát c ác tia gam m a cùa hạt nhản bia Xét ng u y ên lý đ iể u kiện kỹ t h u ậ t th ì tia ga 111 nìa tức thời g a m m a t r ễ có th ê sử d ụ n g vào m ục đích p h â n tích 'Việc đo tia g a m m a tức thời p h ải th ự c h iện cù n g với q u tr ìn h kích h o t nên gọi phươ ng p h p p h â n tích kích h o t n t r o n - g a m m a tứ c thòi (PGNAA) T ia g a m m a tr ễ đo s a u dã n g n g kích h o t gọi p h â n tích kích h o t g a m m a t r ễ (DGNAA) hay p h n g p h p p h n tích kích h o t p h ó n g xạ T ro n g thự c t ế phư ng p h p p h â n tích kích h o t ph óng xạ sử d ụ n g phó biến so với p h n g p h p n tro n -g a m m a tứ c thời Do nói đến p h â n tích kích h o t người ta thư ng nghĩ đ ế n phư ng p h p p h â n tích kích h o t p h ó n g xạ M uôn tiến h n h p h â n tích kích h o t cần p h ả i có n g u n xạ kích h o ạt, th iế t bị đo p h a n tích p h ổ g a m m a c ù n g với n h ữ n g kiến thửc b ả n p h ả n ứ n g h t n h â n , vể tư ơng tác c ủ a xạ h t n h â n (nơtron photon) vỏi v ậ t chất N h n g vấn dê n ày sè lầ n lượt đề cập tro n g p h ầ n sau 1.2.2 P hươ ng t r ì n h kích h o ạt p h ỏ n g xạ T rong kích h o t đồng thòi diễn hai t r ìn h sa u đây: - Sự tạo t h ả n h h t n h â n phóng xạ từ n h ữ n g h t n h â n s a u p h ả n ứng h t nhân, Sự p h ân rã h t n h â n phóng xạ tạo t h n h N ếu gọ AT0 số h t n h â n bia, ộ thông lượng x kích hoạt (n/cm2/giây), tiế t diện p h ản ứng h t n h â n có th ứ n g u y ên diện tích (cm2) đơn vị b a rn (b) tro n g b = 10’21 cm", X h ằ n g số p h â n rã (Ả = 0,693 ITm tro n g T m chu kỳ b n rã) có th ứ nguyên (1/giây) N (t) số h t n h â n phóng xạ thời điểm t cỏ th ê t h i ế t l ậ p đ ợ c p h n g t r ì n h k í c h h o t p h ó n g x b n s a u đ â y : ™ Ẩỉl = N ữệo - m ) dt (1.1) Giải phương trìn h (1.1) với điểu kiện b a n đầu n ế u t = N (t = 0) =0 t h u nghiệm : N(i) = Ả - e ' * 1) (1.2) T phương t r ìn h (1.2) suy h o t độ phóng xạ (số p h ả n rã/giây) là: A(t) = Ả NỤ) = N J ( \ - e Át) (1.3) H oạt độ phóng xạ giảm theo quy lu ậ t h m e - m ũ Ọo gọi thòi gian kích h o t th h o t độ phóng xạ tạ i thời điểm t > th là: M th.t)= N0 với t2 > tj > th là: c ụ h.t„ ụ ) = = « tro n g đó: - « '* - ) k td = t x- t h gọi thòi gian p h â n rã, thời g ian nghỉ h ay thòi gian phơi mẫu, tính từ lúc dùng chiếu tới lúc b ắ t đầu đo */n = *2 “ *i thời gian đo (1-5) T h o t độ phóng xạ đo dược (O y>) nhỏ sỏ h t n h â n phóng xạ đ ã p h â n rã hiệu s u ấ t ghi xạ đetectơ £< 100 %, cường ctộ tương đ ố i c ủ a b ứ c x c ầ n đ o ( t ỷ s ố p h â n n h n h ) ly < 0 % Ngoài có m ột sô" tia g am m a bị h ấ p th ụ m ẫ u (tự hấp thụ), m ộ t p h ẩ n số đếm bị m ấ t hiệu ứng thòi gian c h ế t,.h iệ u ứng cộng đ ỉn h , h iệu ứ n g chồng chặp xung, Do tỷ lệ số xung đo dược sô" x u n g thực, f < 100 % N hư phương tr ìn h (1.5) cỏ th ê viết lại th eo kết q u ả đo thực tê" n h sau: ( j _ e -„h C cvp = ( J _ e -;,„ j ( 6) Ạ, S ự p h ụ th u ộ c h o t độ phóng xạ vào thời gian kích h o ạt, thời gian phơi đo biêu diễn trê n h ình 1.2, ỏ diện tích s tư ng ủ n g với h o t độ tích p h ân , c , sô"xung đo tro n g thời g ia n tm Hinh 1.2 Sự phụ thuộc hoạt độ xạ vào thời gian kích hoạt (tb), thời gian phản rả (tơ) thởi gian đo (tm) 1.3 Các phương p h p xác đ ịn h h àm lượng 1.3.1 Phương pháp tuyệt đối S ố h t n h â n nguyên tử m ột nguyên tố cần p h â n tích có th ể tính n h sau: Wi'V? (1 ) M tro n g đó: m khôi lượng nguyên tố c ầ n p h â n tích (gam), N a sô"Avỏgađrô, độ p h ổ cặp đồng vị th a m gia p h ả n ứng (%), M khôi lượng nguyên tử n g u y ê n tô' T phươ ng trìn h (1.6) (1.7) tín h khôi lượng m nguyên tố n h sau: (1.8) NAOỷơSDCclỵf tro n g đó: s = ( ỉ “ e ' iUế) hệ số bão hoà, D = e~/t,f hệ số p h â n rả, c = (\ - ) hệ số đo Phương p h p xác định hàm lượng n g u y ê n tô n h trê n gọi phương p h áp tu y ệ t đối Phương pháp đòi hỏi p h ải đo cường độ phóng xạ tu y ệ t đôi phải sử dụng loạt sô" liệu h t n h â n sô liệu thực nghiệm Do k ết p h â n tích bị ả n h hướng bới n h iề u nguồn sai sô" M ặ t k h ác việc đo h o t độ phóng xạ tu y ệ t đôi đỏi hỏi rát công phu cần đến kỹ n n g cao C hính mà tro n g th ự c tẻ phương p h áp sử dụng 1.3*2 P h n g p h p tương đôi N ếu m ẫ u m ẫ u ch u ẩ n (đã b iết h m lượng n g u y ên tố cần p h â n tích) kích h o t đo điểu k iện hoàn toàn giống n h a u t h ì k h ô i l ợ n g c ủ a n g u y ê n tô* c ầ n p h â n t í c h t r o n g m ầ u c ỏ t h ê x c đ ị n h tr ê n sở so s n h h o t độ phóng xạ m ẫ u vỏi m ẫ u ch u ẩn : w (1.9) đó: m x m , khối lượng nguyên tố tro n g m ẫ u p h â n tích m ẫu chuẩn c * xp v C “ p h o ạt độ phóng xạ tích p h â n đo m ẫ u m ẫ u chuẩn P h n g p h p tư n g đôi k h ô n g c ầ n th iế t p h ả i đo h o t độ p h ó n g xạ tuyệt đòi không sử dụng nhừng sô liệu hạt nhân thông sô thực n g h i ệ m n h t r o n g p h n g p h p t u y ệ t đôi D o đ ó c ô n g v i ệ c t r ỏ n ê n đ n g i n h n v s a i sỏ p h â n tí c h c h ủ y ế u p h ụ th u ộ c v o s a i sô c ủ a h m lượng m ẫu c h u ẩ n v sai sô" th ô n g kê Các nguồn sai sô' có t h ể giảm h o ặ c k h ô n g c h ế T u y n h i ê n t r o n g t r n g hợp p h â n tích đ n g thòi nh iều n g u y ên tô' th n g gặp phải m ột sô' khó k h ă n vân để m ẫu c h u ẩ n , c ụ t h ê l c ầ n s d ụ n g c c m ẫ u c h u ẩ n g i ố n g với m ẫ u p h â n t í c h v ề h m l ợ n g , v ê c h ấ t n ề n ( m a t r ậ n m ẫ u ) v s ự p h â n bô" đ ổ n g đ ề u c ủ a n g u y ên tô* tro n g m ẫu 1.3.3 P h n g p h p c h u ẩ n đơn ngu yên tố P h n g p h p p h â n t í c h k í c h h o t c h u ẩ n đ n n g u y ê n tố* đ ợ c x â y dự ng tr ê n sở k h a i th c n h ữ n g ưu điểm khắc phục m ột sô" nhược điểm h phươ ng p h p Nguyên lý phương p háp chuẩn đơn n g u y ên tô sử d ụ n g m ột nguyên tô" thích hợp làm ch u â n (gọi nguyên Lô' chuẩn) cho nhiều nguyên tố Việc xác định hàm lượng dựa tr ê n sở so s n h h o t độ phóng xạ nguyên tỏ' cần p h ân tích VỚI h o t đ ộ c ủ a n g u y ê n t ố c h u ẩ n T c c p h n g t r ì n h ( ) v (1 ) r ú t r a : cxp Ll_ = ,.c x p mx ( )' •$x ơ.V‘V f X'cx •IX'JX X _ (1.10) iV i „ m' ( M ú , Ảs N ếu nguyên t ố c h u ẩ n nguyên tô* cần p h â n tích kích h o ạt đồng thòi ệxỊ ộs = v từ phương tr ìn h (1.10) suy ra: (1 1 ) cr đó: K- ầỉL ƠJỈIl Ms Ảs ơx ơx s x Dxc x £x Ll Ll Ix f x (1.12) Hệ sô' K luôn ứ n g với m ột điểu kiện thực nghiệm (kích h o ạt v đo) cụ t h ê v t í n h đ ợ c t h e o p h n g t r ì n h (1.12) d ự a v o t h ô n g sô v ậ t lý v k ỹ t h u ậ t t n g t ự n h đ ã đ ề c ậ p đ ế n t r o n g p h n g p h p tu y ệ t đôi M ậ t k h c hệ sô" K có th ể xác đ ịn h b ằ n g thực ng h iệm ( Kvxị,) d ự a vào k ết q u ả kích h o ạt m ẫ u b iết h m lượng n g u y ên tô 'cần q u a n tâm , cụ th ê là: K cxp ^ nì' %Cexp » Biết hệ số K vxJ, tín h cìược khối lượng củ a n g u y ê n tố cắn p h â n tích: m' cxp s~*cxp s * (1.14) T ro n g p h n g p h p c h u ẩ n đơn n g u y ên tô, k ế t qu ả p h â n tích dược tín h to n d ự a vào tỷ số h o t độ p h ó n g xạ củ a hai đồng vị tro n g m ột m ẫ u n ên sai số h iệu ứ n g tự ch ắn , h iệu ứ n g tự h ấ p th ụ , hiệu ứng thời gian c h ế t h iệ u ứ n g chồng c h ậ p x u n g có th ể bỏ qua T u y nhiên n g u y ê n tô" đ a vào m ẫ u làm c h u ẩ n tro n g p h ả i th o ả m ã n sỏ yêu cầu s a u đây: N gu y ên tô" k h ô n g có m ặ t tro n g m ẫu C ác s ả n p h ẩ m kích h o t củ a k h ô n g can n h iễ u với đồng vị p h ó n g xạ cần q u a n tâm S ả n p h ẩ m kích h o t c ủ a n g u y ê n tố c h u ẩ n n g u y ê n tô' cần xác đ ịnh có ch u kỳ b n rã, n ă n g lương xạ gần giông 1.4 C c b c t r o n g q u y t r ì n h p h â n t í c h k í c h h o t Nói c h u n g , m ộ t quy tr ìn h p h â n tích kích h o t bao gồm bước ch ủ yếu s a u đây: Ước tín h độ n h y p h â n tích kích hoạt G ia công kích h o t m ẫu - Xử lý ho học m ẫ u s a u kích h o t (nếu cần) Đo h o t độ p h ó n g xạ Xử lý »liệu 1.4il Ước t í n h độ n h y p h â n tíc h k ích h o t K hi lựa ch ọ n m ộ t phư ng p h p p h â n tích cần phải cân nhắc dựa tr ê n n h ữ n g tiê u c h u ẩ n b ả n n h độ n h y , độ ch ín h xác, thòi gian p h â n tích giá th n h , P h n g p h p p h â n tích kích h o t thư ờng có 10 ưu tlìẻ vê cỉộ nhạy Độ n h y p h â n tích kích h o t ch ín h khôi lượng nguyên tô" n h ỏ n h ấ t (ĩììmịn) m phư ng p h p có th ế xác đ ịn h được: tro n g cỉó: A mm h o t cìộ p h ó n g xạ nhỏ n h ấ t có th ế đo được, A sf, h o t độ phó ng xạ riê n g (h o ạt độ p h ó n g xạ J.ig) T rong th ự c n g h iệ m th n g lấy A = 3yJ~B , tro n g đỏ B phông phóng xạ đ ình phố sử d ụ n g tro n g p h â n tích H oạt độ p h ó n g xạ riên g p h ụ thuộc vào th ô n g sô h t n h â n , hiệu s u ấ t ghi đetectơ thời gian chiếu, phơi, đo T ro n g th ự c tẻ độ nhạy th ự c n g h iệ m th n g th ấ p độ n h y lý th u y ế t T u y n h iê n kết q u ả tín h to n đ ịn h hư ng cho thự c n ghiệm đ ặc b iệ t v â n để lựa chọn p h n ứ n g h t n h ân 1.4.2 Gia công kích h o t m ẫ u Vê n g u y ê n tắ c cỏ th ê kích h o t m ẫ u rắ n , m ẫ u bột, m ẫ u nước m ẫ u khí T u y n h iê n tro n g thự c t ế m ẫ u bột sử d ụ n g n h iề u n h ấ t Các mẫu rắn thường dược tạo cách mài cắt Các mẫu nước cần c h ú ý đ ế n th a y đổi t h n h p h ầ n h m lượng n g u y ê n tcV hoà ta n th e o c h iề u s â u v th eo thòi gian Các m ẫ u k h í p h ả i đo ch ín h xác th ê tích trước kích h o ạt T ro n g m ộ t sô" trư n g hợp có th ể kích h o t trự c tiế p k h í h iếm , loại k h í k h c có th ể c h u y ê n sa n g thê rắ n M ẫ u bột p h ả i trộ n đểu giữ n g u y ê n h ìn h học qu tr ìn h kích h o t c ũ n g n h đo phóng xạ M ẫ u bột có t h ể nén (lựng hộp Hộp đ ự n g m ẫ u p h ải làm b ằ n g n h ữ n g c h ấ t không bị kích h o t s ả n p h ẩ m kích h o t từ hộp k h ô n g gây can nhiễu cho n g u y ên tô" cần q u a n tâm P h ải chọn hộp đ ự n g m ẫ u có kích thước thích hợp đê t r n h h iệu ứng rỗng (blank effect) C ác m ẫu p h ân tích không đê n h iễ m b ẩ n củ n g k h ô n g xử lý ho học trước kích hoạt T ro n g p h â n tích kích h o t trự c tiếp g ián tiếp s d ụ n g m ẫu c h u ẩ n P h n g p h p c h ế tạo m ẫu c h u ẩ n p h ổ biến n h ấ t pha trộn hoá c h ấ t s c h vào c h ấ t n ề n th ích hợp N goài c ũ n g có th ề sử dụng ch ín h n h ữ n g m ẫ u p h â n tích cỏ độ c h ín h xác cao làm m ẫu c h u ẩn Loại m ẫ u c h u ẩ n th ứ h a i n ày r ấ t th ích hợp cho việc p h â n 11 tích m ẫ u có c ù n g nguồn gốc Tuy nhiên muôn có kết c h ín h xác m ẫu phải dược p h ân tích nhiêu lần n h ữ n g phòng th í n g h iệ m tiêu c h u ẩ n n ê n giá th n h cao M uôn cho m ẫ u dược kích hoạt đồng dêu có th ê cho q u a y m ẫu chiếu Sự p h ụ thuộc h o ạt độ vào thời gian kích h o t tro n g phư ng tr ìn h (1.3) v iế t lại n h sau: A(th) = N0