“Uranium” (U) là thuật ngữ định danh nguyên tố đứng vị trí thứ 92 trongbảng tuần hoàn hóa học. Trong lớp vỏ Trái Đất, Uranium có ba đồng vị chínhlà 238U, 235U, 234U. Trong đó đồng vị U238 chiếm đến hơn 99% về khối lượng.238U, 235U đứng đầu hai trong số ba dãy phóng xạ tự nhiên của nguyên tố nặngtrên Trái Đất, đóng góp đáng kể vào nền bức xạ tự nhiên của Trái Đất.Trữ lượng Uranium trong vỏ Trái Đất khoảng 2x105% tổng số nguyên tử,nhiều hơn cả Bạc (Ag), Thủy ngân (Hg), Cadimi (Cd) 13. Tuy nhiên, Uraniumrất phân tán trong nước ngầm, đá, đất sét.... Điều này dẫn tới việc Uranium dễdàng đi vào cơ thể của động, thực vật thông qua các quá trình trao đổi chất vàtích lũy lại trong cơ thể động thực vật. Do Uranium là nguyên tố phóng xạ alphavà có độc tính hóa học cao nên khi ăn, uống, hít phải các sản phẩm bị phơinhiễm này có thể gây nguy hại đến sức khỏe con người. Vì vậy, cần phải xácđịnh hàm lượng Uranium để có biện pháp phòng tránh các tác hại không mongmuốn do Uranium gây nên.Để xác định hàm lượng Uranium có nhiều phương pháp khác nhau, trongđó có sử dụng detector LR 115 ghi nhận mảnh phân hạch trong phản ứng phânhạch 235U (n,f). Ưu điểm nổi bật của phương pháp là khả năng phát hiện hàmlượng Uranium rất nhỏ, phù hợp trong mẫu thực vật. Đây là lần đầu tiên phươngpháp này được ứng dụng tại Việt Nam.Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Quan trắc Phóng xạ và Đánh giá Tácđộng Môi trường – Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân đề xuất, thực hiện xâydựng phương pháp, quy trình phân tích, xác định hàm lượng Uranium sử dụngdetector LR 115. Tác giả tham gia vào nhóm với mục tiêu đặt ra: xây dựngphương pháp xác định hàm lượng Uranium trong mẫu thuốc lá và áp dụng để
Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội TRANG PHỤ BÌA Xác định hàm lượng Uranium có thuốc detector vết hạt nhân Trang Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI CAM ĐOAN Tơi tên là: Bùi Thanh Hòa MSSV: 20113936 Sinh viên: Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan Đồ án tốt nghiệp thực hướng dẫn ThS Trần Thùy Dương ThS Lê Đình Cường Các số liệu sử dụng Đồ án trích dẫn đầy đủ, cụ thể theo quy định Các kết nghiên cứu Đồ án tốt nghiệp nhóm thực Các kết thực nghiệm khách quan, trung thực phản ánh chất vấn đề Các kết chưa công bố tài liệu khác Tôi xin cam đoan điều thật, sai xin chịu hồn tồn trách nhiệm trước pháp luật Hà Nơi, 05 tháng 06 năm 2017 Sinh viên Bùi Thanh Hòa Xác định hàm lượng Uranium có thuốc detector vết hạt nhân Trang Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI CẢM ƠN Để hồn thành Đồ án tốt nghiệp này, tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc tới ThS Trần Thùy Dương Cơ tận tình dạy dỗ, bảo hướng dẫn suốt thời gian học chuyên ngành tạo điều kiện cho tơi thực q trình thực Đồ án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn tất Thầy Cô Viện Kỹ thuật Hạt nhân & Vật lý Mơi trường tận tình giảng dạy, hướng dẫn tơi suốt q trình học đại học Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban lãnh đạo toàn thể cán nhân viên Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân cho phép sử dụng trang thiết bị Viện q trình tơi thực Đồ án tốt nghiệp Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến ThS Lê Đình Cường giúp tơi lựa chọn đề tài, tận tình hướng dẫn, ln nhắc nhở tạo điều kiện cho tơi hồn thành Đồ án tốt nghiệp Tơi xin cảm ơn bác Nguyễn Quang Long, anh Nguyễn Văn Khánh, Dương Đức Thắng, chị Nguyễn Thị Thu Hà cán Trung tâm Quan trắc Phóng xạ Đánh giá Tác động Môi trường, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân giúp đỡ tận tình q trình làm thực nghiệm Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến Gia đình bạn lớp Kỹ thuật Hạt nhân - K56 động viên tinh thần, khích lệ giúp đỡ tơi thời gian học tập hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Xác định hàm lượng Uranium có thuốc detector vết hạt nhân Trang Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: DETECTOR VẾT HẠT NHÂN 12 1.1 Detector vết hạt nhân 12 1.1.1 Tổng quan detector vết hạt nhân 12 1.1.2 Quá trình tạo vết ẩn detector 16 1.1.3 Quá trình tẩm thực, vết ẩn detector 18 1.1.4 Đếm vết detector 21 1.2 Detector LR 115 23 1.2.1 Tổng quan detector LR 115 23 1.2.2 Sử dụng detector LR 115 để ghi nhận hạt mang điện 25 CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG URANIUM CÓ TRONG LÁ CÂY THUỐC LÁ BẰNG DETECTOR LR 115 27 2.1 Nguyên tố Uranium phản ứng phân hạch hạt nhân 27 2.1.1 Nguyên tố Uranium 27 2.1.2 Phản ứng phân hạch hạt nhân 29 2.2 Xác định Uranium phương pháp ghi nhận mảnh phân hạch 34 2.2.1 Xử lý mẫu detector 34 2.2.2 Chiếu mẫu 37 2.2.3 Tẩm thực 38 Xác định hàm lượng Uranium có thuốc detector vết hạt nhân Trang Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội 2.2.4 Đọc xử lý kết 40 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Thí nghiệm 1: Tương tác neutron mẫu thuốc 44 3.2 Các thí nghiệm chứng minh vết detector LR 115 gây mảnh phân hạch 46 3.2.1 Hình dạng kích thước vết tẩm thực 40 phút 46 3.2.2 Thí nghiệm 2: Phương pháp khí 48 3.3.2 Thí nghiệm 3: Thí nghiệm hiệu ứng tương tác neutron nhiệt với đồng vị 10B 49 3.2.3 Thí nghiệm 4: Mật độ vết phụ thuộc thời gian 50 3.3 Thí nghiệm 5: Xác định hàm lượng Uranium mẫu thuốc “phương pháp thêm chuẩn” 53 3.3.1 Chuẩn bị mẫu chuẩn 53 3.3.2 Xác định hàm lượng Uranium mẫu thuốc 55 3.4 So sánh kết với số nghiên cứu nước 56 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 58 PHỤ LỤC 60 Phụ lục 1: Chuỗi phân rã phóng xạ Uranium 238 60 Phụ lục 2: Chuỗi phân rã phóng xạ Uranium 235 61 Phụ lục 3: Các số vật lý đơn vị thường dùng 62 Phụ lục 4: Các tiền tố đơn vị hệ SI 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Xác định hàm lượng Uranium có thuốc detector vết hạt nhân Trang Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt SSNTD Tiếng Anh Tiếng Việt Solid State Nuclear Track Detector vết hạt nhân dạng Detector chất rắn International Atomic Cơ quan Năng lượng Energy Agency Nguyên tử Quốc tế Polyetylen Polyetylen IAEA PE Xác định hàm lượng Uranium có thuốc detector vết hạt nhân Trang Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Một số loại SSNTD thông dụng 14 Bảng 1.2: Một số đặc trưng tẩm thực số loại detector 20 Bảng 1.3: Một số thông số kỹ thuật kính hiển vi OLYMPUS CX 21 phần mềm Sviewer 23 Bảng 1.4: Yêu cầu điều kiện tẩm thực detector LR 115 25 Bảng 2.1: Năng lượng phẩm sau phản ứng phân hạch 33 Bảng 3.1: Kết mật độ vết chiếu hiệu ứng neutron nhiệt thuốc 44 Bảng 3.2: Kết thí nghiệm phương pháp khí 48 Bảng 3.3: Kết chiếu xác định mật độ vết theo thời gian chiếu 51 Bảng 3.4 Thể tích dung dịch chuẩn thêm vào mẫu chuẩn 53 Bảng 3.5: Kết đo gamma mẫu 54 Bảng 3.6 Kết chiếu neutron 85 55 Bảng 3.7 Hàm lượng Uranium thuốc số quốc gia 57 Xác định hàm lượng Uranium có thuốc detector vết hạt nhân Trang Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Ngun lý hoạt động SSNTD 12 Hình 1.2 Vết phân hạch từ phản ứng helinum 60 MeV tương tác với 159Tb; detector Lexan 15 Hình 1.3 Quá trình tạo khuyết tật detector 16 Hình 1.4 Lát cắt theo trục (hình a) theo đường kính (hình b) vết hạt nhân làm vật liệu polymer 17 Hình 1.5 Mơ tả q trình tẩm thực detector loại dày mỏng điều kiện tẩm thực a) Detector loại dày; b) Detector loại mỏng 19 Hình 1.6 Vết theo góc khác nhau: (a) vng góc, (b) hướng ф