Nghiên cứu về phương pháp và thiết bị phân tích kích hoạt NƠTRON GAMMA tức thời

PGNAA là kỹ thuật phân tích dựa trên việc ghi nhận tia gamma tức thời đã được phát triển tại nhiều nước trên thế giới có sử dụng lò phản ứng nghiên cứu như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Hungary, Ấn Độ,v.v.... Đây cũng là một công cụ hỗ trợ tốtcho phương pháp phân tích kích hoạt nơtron dụng cụ (INAA) do có thể phân tích tốt những nguyên tố mà INAA thông thường không phân tích được, như các nguyên tố nhẹ H, B, C, N, Si, P, S và các nguyên tố có tiết diện bắt nơtron lớn như Cd, Gd. Các nguyên tố ưu thế của INAA như Al, Cl, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Sm... cũng có thể phân tích được bằng PGNAA, vì vậy PGNAA cũng là một phương pháp phân tích so sánh cho INAA. Bên cạnh ưu điểm là phân tích đồng thời nhiều nguyên tố, không phá huỷ mẫu, PGNAA còn có ưu thế là mẫu sau khi phân tích bằng phương pháp này có độ phóng xạ dư trong mẫu rất thấp, nên có thể sử dụng lại cho những phương pháp phân tích khác.

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

LỜI MỞ ĐẦU viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON GAMMA TỨC THỜI (PROMPT GAMMA NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS – PGNAA) 1

1.1 Tổng quan phương pháp PGNAA 1

1.1.1 Cơ sở vật lý 1

1.1.2 Phương trình cơ bản của phương pháp PGNAA 2

1.1.3 Phương pháp tương đối cho PGNAA 4

1.1.4 Phương pháp k0-PGNAA 4

1.1.5 Chuẩn năng lượng 6

1.1.6 Chuẩn độ phân giải (FWHM) 7

1.1.7 Đường cong hiệu suất của hệ phổ kế giảm phông Compton sử dụng đầu dò HPGe 8

1.1.8 Độ nhạy của phương pháp PGNAA 15

1.1.9 Xác định hàm lượng bằng phương pháp tương đối 16

1.1.10 Sai số hàm lượng 17

1.2 Độ nhạy, giới hạn và hàm lượng phân tích của B 18

1.2.1 Độ nhạy 18

1.2.2 Giới hạn phát hiện 19

1.2.3 Hàm lượng 20

1.3 Hệ PGNAA ở một số nước 20

1.3.1 Trên thế giới 21

1.3.2 Trong nước 22

1.4 Hệ thiết bị PGNAA tại KS2 lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 23

1.4.1 Chùm nơtron phin lọc nhiệt tại KS2 23

1.4.2 Hệ che chắn dẫn dòng nơtron 25

1.4.2.1 Che chắn chuẩn trực bên trong KS2 25

1.4.2.2 Che chắn chuẩn trực bên ngoài KS2 26

1.4.2.3 Hệ phổ kế gamma 27

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 29

2.1 Bố trí thí nghiệm 29

2.1.1 Chuẩn bị mẫu và chiếu mẫu 29

2.1.2 Bố trí thí nghiệm 30

2.2 Xác định phông gamma tức thời của hệ đo 32

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Kết quả xác định hệ số Asp của Clo 36

3.2 Kết quả tính độ nhạy và giới hạn phát hiện của nguyên tố B 39

3.3 Hàm lượng B trong mẫu thử và mẫu chuẩn 39

3.4 Thảo luận kết quả 40

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành vật lý hạt nhân Việt Nam đã có nhữngbước tiến bộ đáng kể, ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào đời sống đã và đang đượcNhà nước quan tâm và ưu tiên phát triển Viện nghiên cứu hạt nhân là một trongnhững nơi đi đầu về hạt nhân của nước ta, không chỉ nghiên cứu về số liệu hạt nhân

cơ bản mà còn ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào các ngành công nghiệp quan trọngcủa đất nước

Tại Viện Nghiên cứu hạt nhân, hướng nghiên cứu cấu trúc hạt nhân bằngthực nghiệm đã được triển khai và thu được những thành công nhất định; trong đómột số dòng nơtron phin lọc đơn năng và một số hệ phổ kế ghi đo bức xạ mới đượclắp đặt trên kênh nơtron số 3 và số 4 Kênh ngang số 2 (KS2) được mở ra với dòngnơtron thuần nhiệt cho mục đích đo đạc số liệu hạt nhân và phân tích hàm lượng cácnguyên tố bằng phương pháp kích hoạt hạt nhân đo gamma tức thời (Promptgamma) Hệ phổ kế đo gamma tức thời đã được lắp đặt phục vụ công tác nghiên cứuhoàn thành năm 2007, hệ phổ kế sử dụng kỹ thuật giảm nền phong Compton bằngphương pháp trùng phùng, với bố trí một đầu dò bán dẫn HPGe được bao bọc xungquanh bởi 12 đầu dò BGO

PGNAA là kỹ thuật phân tích dựa trên việc ghi nhận tia gamma tức thời đãđược phát triển tại nhiều nước trên thế giới có sử dụng lò phản ứng nghiên cứu như

Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Hungary, Ấn Độ,v.v Đây cũng là một công cụ hỗ trợ tốtcho phương pháp phân tích kích hoạt nơtron dụng cụ (INAA) do có thể phân tích tốtnhững nguyên tố mà INAA thông thường không phân tích được, như các nguyên tốnhẹ H, B, C, N, Si, P, S và các nguyên tố có tiết diện bắt nơtron lớn như Cd, Gd.Các nguyên tố ưu thế của INAA như Al, Cl, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Sm cũng có thểphân tích được bằng PGNAA, vì vậy PGNAA cũng là một phương pháp phân tích

so sánh cho INAA Bên cạnh ưu điểm là phân tích đồng thời nhiều nguyên tố,không phá huỷ mẫu, PGNAA còn có ưu thế là mẫu sau khi phân tích bằng phươngpháp này có độ phóng xạ dư trong mẫu rất thấp, nên có thể sử dụng lại cho nhữngphương pháp phân tích khác

Trong những năm qua, việc phân tích hàm lượng nguyên tố B bằng phươngpháp PGNAA đã được áp dụng trên kênh nơtron số 4 và số 2 của Lò phản ứng hạtnhân Đà Lạt Các phân tích trước đây chủ yếu xác định hàm lượng B bằng phươngpháp so sánh với hàm lượng B trong mẫu chuẩn Phương pháp này có ưu điểm đơngiản, dễ thực hiện Kết quả tính không phụ thuộc đặc trưng chùm nơtron, hiệu suấtghi của đầu dò Tuy nhiên phương pháp này có hạn chế là mẫu chuẩn và mẫu phântích phải cùng hình học đo và cùng nền matrix tức là cùng các thành phần nguyên tốtrong mẫu Vì vậy, độ chính xác của kết quả phân tích phụ thuộc chủ yếu vào mẫuchuẩn Để khắc phục những hạn chế nêu trên và nâng cao chất lượng của phép phântích PGNAA, mở rộng khả năng nghiên cứu, khóa luận đặt ra mục tiêu là phân tíchđịnh lượng nguyên tố B trong đối tượng mẫu địa chất bằng phương pháp k0-PGNAA (không sử dụng mẫu chuẩn) trên dòng nơtron nhiệt tại kênh số 2, Lò phảnứng hạt nhân Đà Lạt.

Cấu trúc của luận văn gồm 3 chương như sau:

Chương 1 Tổng quan về phương pháp và thiết bị PGNAA: trình bày cơ sở lýthuyết của phương pháp PGNAA và một số hệ thiết bị PGNAA trong nước và trênthế giới

Chương 2 Thực nghiệm: nêu ra cách chuẩn bị mẫu, cách bố trí thí nghiệm,khảo sát các đặc trưng và chuẩn hóa thiết bị thí nghiệm, xác định phông gamma tứcthời và đo phổ gamma tức thời của các mẫu chuẩn và mẫu thử trên đối tượng mẫuđịa chất

Chương 3 Kết quả và thảo luận: trình bày các kết quả thực nghiệm thu được

và các bình luận kết quả phân tích và quy trình phân tích nguyên tố B

Cuối cùng là phần kết luận và một số kiến nghị

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON GAMMA TỨC THỜI (PROMPT GAMMA

NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS – PGNAA)

Năm 1936, phân tích kích hoạt ra đời và được Geoge de Hevesy và HildeLevi lần đầu tiên áp dụng, cho đến nay phân tích kích hoạt là một phương phápphân tích hàm lượng nguyên tố trong mẫu chính xác nhất và tiện lợi nhất so với cácphép phân tích khác Từ 1938 đến 1940, người ta phân tích kích hoạt bằng các hạtmang điện như proton (p), alpha (a), deutron (d) Với sự phát triển của lò phảnứng hạt nhân đã cho phép tạo ra những nơtron có thông lượng lên đến 1012 - 1015n.cm-2.s-1 thì khi đó phân tích kích hoạt bằng nơtron được xem như là một kỹ thuậtphân tích thông dụng nhất với độ tin cậy cao so với các phương pháp phân tíchkhác [1]

1.1 Tổng quan phương pháp PGNAA.

1.1.1 Cơ sở vật lý.

Các nguyên tố trong tự nhiên thường tồn tại dưới dạng đồng vị bền có cácthông số hạt nhân đặc trưng sau: khối lượng nguyên tử, độ phổ biến đồng vị, tiếtdiện bắt nơtron v.v Cơ sở của phương pháp phân tích kích hoạt gamma tức thờithông qua phản ứng bắt neutron của các hạt nhân bền trong bia mẫu để tạo thành hạtnhân ở trạng thái hợp phần, hạt nhân hợp phần giải kích thích về trạng thái cơ bảntiếp tục bằng cách phát các tia gamma tức thời, nhân phóng xạ tiếp tục giải kíchthích qua phân rã Beta và kèm theo gamma trễ (Hình 1.1) Năng lượng gamma tứcthời phát ra từ phản ứng được ghi đo bằng sử dụng hệ phổ kế gamma, năng lượngứng với các tia gamma trong phổ ghi nhận được có thể xác định định tính và địnhlượng thành phần các nguyên tố trong mẫu

Phản ứng của nơtron với hạt nhân bia có thể biểu diễn bằng phương trình sau:

0

Ký hiệu (*) trong phản ứng trên biểu diễn cho nhân hợp phần ở trạng thái trunggian.

Trong đó: A : số khối của hạt nhân bia.

Z : số điện tích hạt nhân bia.

Hình 1.1 Quá trình phản ứng của nơtron với hạt nhân.

Trong phương pháp PGNAA, quá trình chiếu và đo phổ được thực hiện đồngthời, do vậy phổ thu được bao gồm cả gamma tức thời và gamma trễ của một sốđồng vị có chu kỳ bán hủy ngắn (T1/2 từ giây đến vài phút) Từ đó ta cũng có thể sửdụng phổ thu được để xác định một số nguyên tố bằng phương pháp gamma trễ

1.1.2 Phương trình cơ bản của phương pháp PGNAA.

Tốc độ kích hoạt được cho bởi biểu thức sau:

m : hàm lượng nguyên tố quan tâm (ppm)

G : khối lượng mẫu (g).

NA : số Avogadro (Na = 6,023.1023 nguyên tử/mol)

A : số khối của nguyên tố quan tâm (g).

f n : hệ số hiệu chỉnh sự tự hấp thụ nơtron trong mẫu

f n = 1− e− ∑r d

≈ 1 − ∑ r d

(1.3)

Trong đó:∑ r : Tiết diện vĩ mô toàn phần ∑ r = ∑ σ i N i

N i : số hạt nhân của nguyên tố thứ i

d : độ dày khối của mẫu (g/cm2)

Khi đó tốc độ đếm đỉnh được xác định theo phương trình sau:

Trong đó: C : tốc độ đếm thực (số đếm/ giây)

C0 : tốc độ đếm phông (số đếm/ giây)

ɛγ : hiệu suất ghi của hệ phổ kế đối với đỉnh quan tâm (%)

fa : hệ số hiệu chỉnh sự tự hấp thụ giữa nguồn và detector

Trong đó: ϕ th : Thông lượng nơtron nhiệt (n.cm-2s-1)

ϕ epi : Thông lượng nơtron trên nhiệt (n.cm-2s-1)

σ 0 : tiết diện bắt nơtron (barn)

I : Tích phân cộng hưởng (barn)

(1.5)

(1.6)

3

Phương trình (1.6) là phương trình tính hàm lượng cơ bản của phương pháp

PGNAA

1.1.3 Phương pháp tương đối cho PGNAA.

Các mẫu chuẩn và mẫu thử sử dụng trong thí nghiệm được ký hiệu là Or-46 và

Mo-123, cùng matrix với các mẫu được phân tích Hàm lượng theo phương pháp tương đối trong phân tích PGNAA được tính bằng công thức sau:

Lý thuyết của phương pháp k0 trong PGNAA được mô tả bởi Molnar và cộng

sự [1] Trong phương pháp này, bia mẫu được chiếu trong trường nơtron cùng vớinguyên tố chuẩn như 35Cl (sử dụng đỉnh gamma 1951 keV) Các tia gamma đặc trưng được ghi đo bằng hệ phổ kế gamma độ phân giải cao Diện tích đối với tia gamma được biểu diễn như sau:

w là khối lượng của hạt nhân nguyên tố bia.

là tiết diện bắt nơtron hiệu dụng

là thông lượng nơtron

t là khoảng thời gian chiếu

là xác suất phát gamma trên mỗi phản ứng bắt nơtron

là hiệu suất ghi tuyệt đối đỉnh hấp thụ năng lượng toàn phần

Từ phương trình (3), độ nhạy nguyên tố (cps −1 ) được xác định như sau:

( ) = , 1 ,

(1.12)

( ) , 0, ,

Trong đó , , , là tốc độ đếm trêngamcủa mẫu và chuẩn.

Sai số tương đối hàm lượng được tính bởi công thức sau:

( ) , , 0,

5

Trong đó kí hiệu tương ứng với sai số tương đối (%) của các thành phầnđóng góp sai số trong công thức (1.12).

1.1.5 Chuẩn năng lượng.

Để xây dựng đường chuẩn năng lượng ta thường dùng bộ các nguồn chuẩnvới các giá trị năng lượng đã biết của các bức xạ gamma phát ra từ nguồn và có sốđiểm chuẩn phân bố đều trên toàn dải và sử dụng hàm chuẩn phù hợp với đặc trưngcủa hệ thống khuếch đại của phổ kế Mục đích của chuẩn năng lượng là tìm mốiquan hệ giữa vị trí đỉnh (số kênh) trong phổ và năng lượng gamma tương ứng đểbiết chính xác giá trị năng lượng tại đỉnh hấp thụ toàn phần trên phổ gamma tứcthời, từ đó xác định được các nguyên tố nào đang có trong mẫu phân tích Việcchuẩn năng lượng phải chính xác thì mới nhận diện được năng lượng nào là thuộc

về đồng vị nào

Để xây dựng đường chuẩn năng lượng trong vùng từ 0 - 3 MeV thông thường người

ta dùng bộ các nguồn chuẩn với các giá trị năng lượng đã biết của các bức xạgamma phát ra từ nguồn: 241Am, 57Co, 109Cd, 133Ba, 137Cs, 22Na, 60Co hoặc nguồn

đa đồng vị (Multi-nucleids)

Bảng 1.1 Các nguồn chuẩn thông dụng trong đo hiệu suất ghi.[9]

Nguồn phóng xạ Năng lượng (keV) Xác suất phát (%) Chu kì bán rã

Ghi chú: (*) là giá trị sai số

Hàm chuẩn năng lượng theo số kênh được biểu diễn:

E= a1 + a2C + a3C2E: Năng lượng, ai : các hệ số, C: số kênh

Với các giá trị năng lượng tương ứng với số kênh ta sẽ xây dựng được hàm chuẩn năng lượng.[4]

Hình 1.2 Chuẩn năng lượng thông qua chương trình FitzPeaks.

1.1.6 Chuẩn độ phân giải (FWHM).

Chuẩn độ phân giải cũng cần phải thực hiện một cách chính xác, nhằm mục đích sử dụng các thông tin này để phân tích các đỉnh chập Hàm định chuẩn độ phân giải theo năng lượng được xác định như sau:

FWHM = b 1 + b 2 E + b 3 E 2 với b1, b2, b3 là các hệ số [4]

Hình 1.3 Chuẩn độ phân giải thông qua chương trình FitzPeaks.

Hình 1.4 Phổ được xử lý sau khi chuẩn năng lượng và chuẩn độ

phân giải tại đỉnh Clo 1951 và 1959.

1.1.7 Đường cong hiệu suất của hệ phổ kế sử dụng đầu dò HPGe.

Hệ PGNAA được lắp đặt tại kênh ngang số 2 lò phản ứng hạt nhân nghiêncứu Đà Lạt Dòng neutron từ lò phản ứng được dẫn qua hệ thống phin lọc neutrontại kênh số 2, sau khi qua phin lọc ta thu được dòng neutron thuần nhiệt

Hình 1.5 Cấu hình hệ PGNAA tại Kênh số 2 lò phản ứng nghiên cứu Đà Lạt.

Hiệu suất ghi của hệ phổ kế HPGE-BGO được xác định trong phạm vi từ 80keV đến 8000 keV sử dụng các tia gamma tức thời phát ra từ phản ứng

35

Cl(n,γ)36Cl và các tia gamma trễ từ nguồn 133Ba, 137Cs, 60Co, 22Na, 54Mn Cácnguồn chuẩn được đặt tại khoảng cách 38.5cm đến detector và lệch một góc 45° so

với detector và hướng dòng neutron ( như mô tả trong Hình 1.5).

Xác định hiệu suất ghi của hệ phổ kế là tìm mối tương quan giữa số đếm ghinhận được thực tế của hệ đo và tốc độ phân rã của nguồn Đây là thông số rất có ýnghĩa trong phổ kế gamma thực tế và là đặc trưng quan trọng của detector

Hiệu suất của một detector phụ thuộc năng lượng, hình học đo, hình mẫu vàquá trình phân tích đỉnh đặc trưng v.v…

Hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần (Hiệu suất đỉnh):

Là xác suất của một photon phát ra từ nguồn mất mát toàn bộ năng lượng của nó trong thể tích hoạt động của đầu dò Trong thực nghiệm hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần được xác định bằng công thức:

( )

Trong đó : n (E) : Tốc độ đếm ứng với đỉnh có năng lượng E ghi nhận

được bởi detector

R (E) : Tốc độ phát photon có năng lượng E của nguồn

Tại vùng năng lượng thấp, các nguồn chuẩn 133Ba, 137Cs, 60Co, 22Na, 54Mnthường được sử dụng để xác định hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ PGNAA tại lò phảnứng hạt nhân Đà Lạt

Hiệu suất ghi được tính bằng công thức sau:

Trong đó: : hiệu suất điểm tại đỉnh quan tâm tại vị trí khảo sát

N P : diện tích đỉnh γ quan tâm (số đếm).

A: hoạt độ của nguồn chuẩn tại thời điểm đo (Bq).

I γ: cường độ phát γ tuyệt đối.

t c : thời gian đo (giây).

D: hệ số rã, = e-λtdtd, với td – thời gian rã (từ ngày sản xuất – lúc bắt đầu đo).

k c: hệ số hiệu chỉnh ra khi đo, = [1- e-λtdtd]/ λtdtc , với tc thời gian đo.

Sai số hiệu suất được xác định như sau:

dɛ = √( ) 2 + ( ) 2 (1.16)với dA : sai số hoạt độ nguồn (được cung cấp từ nhà sản suất),

dS: sai số diện tích đỉnh (sai số thống kê).

Sai số của cường độ γ tuyệt đối và chu kỳ bán hủy nhỏ và có thể bỏ qua

Đến đây ta thu được một bộ các số liệu thực nghiệm [Ei|ɛpi], sử dụng khớp bìnhphương tối thiểu ta lập được đường chuẩn hiệu suất có dạng:

logɛp = a0 + a1logEγ + … + a5(logEγ)5 (1.17)Trên thực tế tùy theo đặc trưng của từng loại detector mà chúng ta sẽ chọn một hay nhiều đoạn để làm khớp với bậc đa thức khác nhau theo từng vùng năng lượng và thu được những dáng điệu của đường cong chuẩn khác nhau đặc trưng chotừng loại detector

Ở vùng năng lượng thấp, sử dụng các tia gamma trễ từ nguồn 133Ba, 137Cs, 60Co, 22Na,

54Mn phát ra gamma tức thời có năng lượng trong khoảng 80 keV đến 2 MeV

Bảng 1.2 : Hiệu suất ghi vùng năng lượng thấp tại khoảng cách 38.5cm đến đầu dò.

Đồng vị Năng lượngE (keV) Hiệu suất e Sai số(%) logE(keV) log e

Hình1.6 Đường cong hiệu suất ở vùng năng lượng thấp.

Ở vùng năng lượng cao trên vài MeV, phản ứng 35Cl(n,γ)36Cl được sử dụng vì

36Cl phát ra gamma tức thời có năng lượng trong khoảng 517 keV đến 8999 keV

Bảng 1.3 : Hiệu suất ghi vùng năng lượng cao tại khoảng cách 38.5cm đến đầu dò.

Đồng vị Năng lượng Hiệu suất e Sai số logE(keV) log e

Clo35(n, γ)Clo36 517.1 0.000412 2.33 6.248236 -7.7930Clo35(n, γ)Clo36 786.3 0.000295 2.14 6.667338 -8.1258Clo35(n, γ)Clo36 788.4 0.000295 2.28 6.670005 -8.1258Clo35(n, γ)Clo36 1131.2 0.000249 2.90 7.031034 -8.2948Clo35(n, γ)Clo36 1164.9 0.000251 1.93 7.060390 -8.2879Clo35(n, γ)Clo36 1601.1 0.000193 2.35 7.378446 -8.5487Clo35(n, γ)Clo36 1951.1 0.000172 2.14 7.576148 -8.6639

Clo35(n, γ)Clo36 1959.3 0.000172 2.87 7.580342 -8.6639Clo35(n, γ)Clo36 2676.3 0.000121 3.68 7.892190 -9.0146Clo35(n, γ)Clo36 2863.8 0.000127 3.36 7.959904 -8.9651Clo35(n, γ)Clo36 2975.3 0.000123 4.73 7.998100 -8.9972Clo35(n, γ)Clo36 3061.8 0.0001150 2.35 8.026758 -9.0698Clo35(n, γ)Clo36 4440.4 0.000085 6.45 8.398499 -9.3723Clo35(n, γ)Clo36 4979.7 0.000072 2.84 8.513124 -9.5386Clo35(n, γ)Clo36 5517.2 0.000071 4.98 8.615625 -9.5651Clo35(n, γ)Clo36 5715.2 0.000061 4.12 8.650884 -9.7135Clo35(n, γ)Clo36 5902.7 0.000063 8.12 8.683165 -9.6733Clo35(n, γ)Clo36 6619.6 0.000051 2.77 8.797790 -9.8922Clo35(n, γ)Clo36 6627.8 0.000051 4.36 8.799028 -9.8922Clo35(n, γ)Clo36 6977.8 0.000051 5.45 8.850488 -9.8778Clo35(n, γ)Clo36 7413.9 0.000047 2.72 8.911111 -9.9556Clo35(n, γ)Clo36 7790.3 0.000043 2.57 8.960634 -10.065

Bảng 1.4 : Hiệu suất ghi toàn dải năng lượng tại khoảng cách 38.5cm đến đầu dò.

Đồng vị Năng lượng Hiệu suất e Sai số (%) logE(keV) log e

Clo35(n, γ)Clo36 5902.7 0.000063 8.12 8.68316 -9.6733Clo35(n, γ)Clo36 6619.6 0.000051 2.77 8.79779 -9.8922Clo35(n, γ)Clo36 6627.8 0.000051 4.36 8.79902 -9.8922Clo35(n, γ)Clo36 6977.8 0.000051 5.45 8.85048 -9.8778Clo35(n, γ)Clo36 7413.9 0.000047 2.72 8.91111 -9.9556Clo35(n, γ)Clo36 7790.3 0.000043 2.57 8.96063 -10.065

Hiệu suất ghi tương đối được xác định theo công thức:

Đường cong hiệu suất tương đối sau khi chuẩn hóa về đường cong hiệu suấttuyệt đối chúng ta nhận được đường cong hiệu suất tuyệt đối cho toàn dải nănglượng từ khoảng 80 keV đến 8000 keV Kết quả xác định đường cong hiệu suất

Hình 1.9 Đường cong hiệu suất tuyệt đối của hệ PGNAA tại khoảng cách 38.5cm.

1.1.8 Độ nhạy của phương pháp PGNAA.

Theo Duffey và các cộng sự [6] độ nhạy tương đối là số đo tương đối của số các bức xạ gamma phát ra từ nguyên tố tương ứng trong mẫu và được cho bởi công thức sau:

S n = 0

(1.20)

15

Bảng 1.5 Độ nhạy và giới hạn xác định tương đối của các nguyên tố trong phương pháp

1,0 – 3,3 V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Y, Au

0,3 – 1,0 10-2 H, Na, Si, S, K, Ga, As, La, Er, Tm, W

0,10 – 0,22 10-1 N, Mg, Al, P, Ca, Zn, Nb, Te, Cs, Ba, Pr,Tb, Ho,Lu, Ta, Re, Pt, Th, U0,03 – 0,10 1 Be, Ge, Br, Sr, Mo, Pb, Sb, I, Ce, Os, Tl, Pd

Từ Bảng 1.6 ta thấy đối với các nguyên tố nhẹ và có tiết diện bắt nơtron đủ lớn hoặcrất lớn thì có thể phân tích tốt bằng PGNAA, nhưng lại rất khó hoặc không thể phântích bằng INAA

1.1.9 Xác định hàm lượng bằng phương pháp tương đối.

Mẫu phân tích và mẫu chuẩn đều được chiếu và đo trên cùng một điều kiện thiết bị

Khi đó:

ℎ

)

Công thức (1.21) xác định hàm lượng của nguyên tố quan tâm trong mẫu

Từ (1.21) ta có hàm lượng của nguyên tố quan tâm trong mẫu phân tích (m) và mẫu chuẩn (m c) được cho bởi :

• Sự khác nhau về hình học và dạng Matrix của mẫu và chuẩn

• Sự không đồng đều của thông lượng nơtron

• Sự nhiễm bẩn lên mẫu và mẫu chuẩn

• Sự hiện diện của các phản ứng phụ (n, p), (n, α), (n, n'), v.v…), (n, n'), v.v…

Sai số của kết quả phân tích được tính theo công thức sau:

( )2

Trong đó: ∆m : Sai số tương đối của kết quả phân tích.

Xi, σ(xi) : các thành phần trong công thức và sai số của chúng

k : hệ số tin cậy ( k = 1, mức tin cậy 68,2%; k= 2, mức tin cậy 95,4%;k= 3, mức tin cậy 99,97%)

Trong nghiên cứu này chúng tôi tính hàm lượng bằng phương pháp tươngđối (công thức (1.24)) Do vậy sai số đóng góp vào kết quả phân tích chủ yếu từ sai

số của diện tích đỉnh và sai số hàm lượng chuẩn (do nhà sản xuất cung cấp) Trong

đó sai số diện tích đỉnh là sai số thống kê và tuân theo quy luật Poisson:

∆S=√S

Ta có S = I – B (I : Diện tích thực, B : Diện tích phông).

Sai số của S ∆S = √ +Sai số tương đối % sẽ đượng tính như sau:

G : khối lượng nguyên tố cần xác định độ nhạy (g).

t c : thời gian đo (s).

18

1.2.2 Giới hạn phát hiện.

Giới hạn phát hiện LOD (Limit of Detection) của một nguyên tố đối với một

phương pháp phân tích được định nghĩa là giá trị hàm lượng nhỏ nhất của nguyên tốcần phân tích có thể xác định được bằng phương pháp đó và được xác định bằngcông thức sau:

LOD =

(1.29)

ℎ

Trong đó: S b : độ lệch chuẩn của phổ phông

S n : độ nhạy của nguyên tố cần phân tích

ϕth : thông lượng nơtron nhiệt (n.cm-2.s-1)

t c : thời gian chiếu (s)

G : khối lượng của nguyên tố cần phân tích (g)

Xác định số đếm giới hạn bằng thực nghiệm

Ta có công thức:

C LOD = 0,5(k α + k β ) 2 + (k α + k β )√ 2 (1.30)Với mức sai số chấp nhận α), (n, n'), v.v… = β = 5% thì kα), (n, n'), v.v… = kβ = 1.65 , khi đó (1.17) trở thành:

Với Nb : số điếm phông liên tục dưới vùng đỉnh được xác định bằng thực nghiệm.[2]