Xác định hoạt độ phóng xạ ra 226 trong các mẫu địa chất bằng phương pháp trực tiếp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Lầu Minh Phúc XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ Ra-226 TRONG CÁC MẪU ĐỊA CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Lầu Minh Phúc XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ Ra-226 TRONG CÁC MẪU ĐỊA CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số: 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THIỆN THANH Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tên Lầu Minh Phúc, học viên cao học khóa 25 (2014-2016), chuyên ngành Vật lí ngun tử Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ ‘‘XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ Ra226 TRONG CÁC MẪU ĐỊA CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP’’là cơng trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu nghiên cứu thu từ thực nghiệm, không chép, trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Học viên Lầu Minh Phúc LỜI CẢM ƠN Trong trình hoàn thành luận văn học viên nhận nhiều quan tâm giúp đỡ tận tình, quý báu Học viên xin bày tỏ lòng trân trọng cảm ơn đến:  TS Trần Thiện Thanh, Thầy tận tình hướng dẫn hỗ trợ suốt thời gian học viên thực luận văn  Phòng Kỹ thuật hạt nhân - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM cho phép sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe GC3520 trình thực luận văn  Quý Thầy/Cô giảng dạy, truyền đạt kiến thức suốt trình học tập bậc cao học Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh  Các bạn khóa 22 khóa 24 em học chung lớp khóa 25 nhiệt tình giúp đỡ tài liệu, cách xử lý số liệu, đo đạc thực nghiệm  Quý Thầy/Cô anh chị Phòng Sau Đại học Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh tạo nhiều điều kiện thuận lợi, giúp đỡ học viên q trình hồn thiện luận văn  Quý Thầy/Cô hội đồng khoa học dành thời gian đọc cho ý kiến đánh giá để luận văn đầy đủ hoàn thiện  Gia đình bạn bè ln động viên trình học viên học tập thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2016 Học viên Lầu Minh Phúc MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Tình hình nghiên cứu nước nước 1.1.1 Ngoài nước 1.1.2 Trong nước 1.2 Phóng xạ mơi trường 1.2.1 Phóng xạ nguyên thủy 1.2.2 Các tia vũ trụ 1.2.3 Phóng xạ nhân tạo 1.3 Radium (Ra) sức khỏe người 11 1.4 Quy luật phân rã phóng xạ 11 1.4.1 Định luật phân rã phóng xạ đơn 12 1.4.2 Định luật phân rã phóng xạ chuỗi 12 1.4.3 Cân phóng xạ 15 1.5 Tương tác tia gamma với vật chất 16 1.5.1 Hiệu ứng quang điện 16 1.5.2 Tán xạ Compton 17 1.5.3 Hiệu ứng tạo cặp electron - positron 19 1.6 Nhận xét chương 20 Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 21 2.2 Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò HPGe 21 2.3 Phương pháp xác định hoạt độ Ra-226 mẫu môi trường 24 2.3.1 Phương pháp gián tiếp 24 2.3.2 Phương pháp trực tiếp 24 2.3.3 Công thức xác định hoạt độ 24 2.4 Xác định hệ số hiệu chỉnh 26 2.5 Nhận xét chương 27 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Chuẩn bị mẫu 28 3.1.1 Hình học mẫu 28 3.1.2 Mẫu chuẩn 28 3.1.3 Mẫu phân tích 29 3.2 Phổ phông, phổ mẫu chuẩn phổ mẫu phân tích 31 3.2.1 Phổ phông 31 3.2.2 Phổ mẫu chuẩn 32 3.2.3 Phổ mẫu phân tích 32 3.3 Kết thảo luận 34 3.3.1 Xây dựng phương trình đường cong hiệu suất ghi nhận đầu dò HPGe GC3520 34 3.3.2 Xác định hoạt độ Ra-226 mẫu phân tích phương pháp trực tiếp phương pháp gián tiếp 37 3.3.3 Đánh giá kết hoạt độ Ra-226 39 3.4 Nhận xét chương 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC 46 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt IAEA Tiếng Anh Tiếng Việt International Atomic Energy Cơ quan lượng nguyên tử Agency Quốc tế MCNP Monte Carlo N Particles FWHM Full Width at Half Maximum ADC Analog to Digital Converter MCA Multichannel Analyzer HPGe High – Purity Germanium MDA Minium Detectable Activity Chương trình mơ MCNP Bề rộng nửa chiều cao đỉnh phổ Bộ chuyển đổi tương tự thành số Máy phân tích đa kênh Đầu dị Germanium siêu tinh khiết Giới hạn phát hoạt độ DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Nội dung 1.1 Các đồng vị phóng xạ với số nguyên tử thấp 1.2 Một số hạt nhân phóng xạ nhân tạo 10 3.1 3.2 3.3 Thời gian đo, khối lượng mẫu chuẩn mẫu phân tích Các đỉnh lượng chuỗi U-238, chuỗi Th-232 K-40 Giá trị lượng hiệu suất mẫu chuẩn RGU-1 Trang 29 30 35 Hiệu suất đỉnh lượng nội suy từ đường 3.4 làm khớp 36 Hoạt độ phóng xạ Ra-226 xác định phương pháp 3.5 trực tiếp phương pháp gián tiếp mẫu M5 38 3.6 Phân tích hoạt độ U-238 mẫu phân tích 40 DANH MỤC HÌNH VẼ STT Hình Nội dung 1.1 Chuỗi phân rã U-238 1.2 Chuỗi phân rã U-235 1.3 Chuỗi phân rã Th-232 1.4 Hiện tượng quang điện 16 1.5 Tán xạ Compton 18 1.6 Hiệu ứng tạo cặp 19 2.1 Buồng chì che chắn 747 22 2.2 Giao diện chương trình Genie 2000 23 2.3 Giao diện chương trình Colegram 23 10 3.1 Hộp đựng mẫu 28 11 3.2 Phổ phông đo 86400 giây 31 12 3.3 Phổ mẫu chuẩn RGU-1 đo 86400 giây 32 13 3.4 Phổ phông mẫu M1 đo thời gian 244800 giây 33 14 3.5 Phổ phông mẫu M7 đo thời gian 86400 giây 33 15 3.6 So sánh hoạt độ phóng xạ Ra-226 hai phương pháp gián tiếp trực tiếp Trang 40 46 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phổ phông đo 172800 giây 47 Phụ lục 3: Phổ phông mẫu M2 đo thời gian 172800 48 Phụ lục 5: Phổ phông mẫu M4 đo thời gian 172800 giây 49 Phụ lục 7: Phổ phông mẫu M6 đo thời gian 86400 giây 50 Phụ lục 9: Phổ phông mẫu M9 đo thời gian 86400 giây 51 Phụ lục 11: Mẫu chuẩn RGU-1 ,M1, M2 sau nhốt kín Phụ lục 12: Mẫu M3,M4,M5 sau nhốt kín Phụ lục 13: Hoạt độ phóng xạ Ra-226 xác định phương pháp trực tiếp phương pháp gián tiếp mẫu M1 Chuỗi Đồng vị Năng MDA Hoạt độ Sai số Hoạt độ Sai số 52 lượng (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) (keV) trung trung bình bình (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) Th-234 63,30 4,15 9,16 0,48 9,16 0,48 Ra-226 186,21 1,83 11,47 0,30 11,47 0,30 295,22 0,37 8,83 0,18 351,93 0,22 8,92 0,23 609,31 0,23 9,10 0,17 768,35 2,21 9,95 0,55 934,06 2,89 7,95 0,72 8,90 0,10 1120,28 0,89 8,69 0,34 1155,19 6,94 8,87 1,04 1238,11 1,48 9,95 0,59 1764,49 0,69 7,95 0,36 209,25 1,72 8,50 0,42 328,00 2,48 10,29 0,60 338,32 0,64 10,93 0,47 463,00 1,82 10,18 0,72 911,19 0,37 14,14 0,54 10,82 0,11 968,96 0,69 12,99 0,57 238,63 0,17 10,48 0,18 300,09 2,15 10,55 0,64 Bi -212 727,33 1,52 13,15 0,54 Tl-208 277,37 0,96 8,00 0,57 Pb-214 U-238 Bi-214 Ac-228 Th-232 Pb-212 53 K-40 K-40 583,18 0,11 11,41 0,23 860,53 0,79 10,82 0,64 2614,51 0,10 10,55 0,38 1460,80 0,95 181,85 3,10 181,85 3,10 Phụ lục 14: Hoạt độ phóng xạ Ra-226 xác định phương pháp trực tiếp phương pháp gián tiếp mẫu M2 Năng Chuỗi Đồng vị lượng (keV) MDA Hoạt độ Sai số trung (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) bình -1 (Bq.kg ) Sai số trung bình (Bq.kg ) Th-234 63,30 5,83 14,65 0,74 14,65 0,74 Ra-226 186,21 2,57 12,32 0,36 12,32 0,36 295,22 0,53 10,50 0,23 351,93 0,31 10,82 0,28 609,31 0,32 10,52 0,22 10,66 0,13 768,35 3,10 14,88 0,80 1120,28 1,24 10,33 0,44 1764,49 0,97 10,52 0,49 209,25 2,41 11,42 0,57 328,00 3,49 13,61 0,81 338,32 0,89 15,07 0,64 463,00 2,56 16,63 1,14 7,29 0,08 911,19 0,53 18,55 0,71 968,96 0,97 16,88 0,75 238,63 0,23 13,96 0,24 Pb-214 U-238 Bi-214 Th-232 Hoạt độ Ac-228 Pb-212 54 Bi-212 Tl-208 K-40 K-40 300,09 3,01 11,97 0,77 727,33 2,14 19,34 0,78 277,37 1,35 7,09 0,43 583,18 0,16 5,72 0,11 860,53 1,11 4,18 0,28 2614,51 0,14 4,97 0,18 1460,80 1,34 225,87 3,95 225,87 3,95 Phụ lục 15: Hoạt độ phóng xạ Ra-226 xác định phương pháp trực tiếp phương pháp gián tiếp mẫu M3 Năng Chuỗi Đồng vị lượng (keV) U-238 Sai số MDA Hoạt Độ Sai Số trung trung (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) bình bình (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) Th-234 63,30 6,12 14,26 0,70 14,26 0,70 Ra-226 186,21 2,69 12,91 0,48 12,91 0,48 295,22 0,55 11,02 2,03 351,93 0,32 12,15 4,33 609,31 0,33 12,32 5,60 11,08 0,98 1120,28 1,30 12,46 1,86 1764,49 1,02 9,95 1,53 338,32 0,94 10,68 1,28 463,00 2,68 10,34 0,73 911,19 0,55 13,25 3,5 968,96 1,02 13,59 2,21 12,84 0,44 727,33 2,24 11,55 0,78 583,18 0,16 10,92 9,28 2614,51 0,14 10,36 10,34 1460,80 1,40 149,02 15,85 149,02 15,85 Pb-214 Bi-214 Ac-228 Th-232 Bi-212 Tl-208 K-40 Hoạt độ K-40 55 Phụ lục 16: Hoạt độ phóng xạ Ra-226 xác định phương pháp trực tiếp phương pháp gián tiếp mẫu M4 Năng Chuỗi Đồng vị lượng (keV) Sai số MDA Hoạt độ Sai số trung trung (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) bình bình (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) Th-234 63,30 7,21 40,62 1,66 40,62 1,66 Ra-226 186,21 3,17 47,37 0,90 47,37 0,90 295,22 0,65 44,11 0,60 351,93 0,38 46,16 1,05 609,31 0,39 42,98 0,58 768,35 3,83 40,98 1,51 43,78 0,34 1120,28 1,54 44,51 1,06 1764,49 1,20 43,61 1,16 209,25 2,98 65,16 2,47 328,00 4,31 66,86 2,92 338,32 1,10 79,32 2,98 463,00 3,16 73,76 4,33 78,22 0,62 911,19 0,65 93,19 3,11 968,96 1,20 91,69 3,25 Pb-214 U-238 Bi-214 Th-232 Hoạt độ Ac-228 56 Bi-212 Tl-208 K-40 K-40 300,09 3,72 68,08 3,38 727,33 2,64 94,52 2,08 277,37 1,66 64,28 3,37 583,18 0,19 77,61 0,98 860,53 1,38 92,20 2,63 2614,51 0,17 71,56 1,72 1460,80 1,65 340,30 5,72 340,30 5,72 Phụ lục 17: Hoạt độ phóng xạ Ra-226 xác định phương pháp trực tiếp phương pháp gián tiếp mẫu M6 Năng Chuỗi Đồng vị lượng (keV) U-238 Sai số MDA Hoạt độ Sai số trung trung (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) bình bình (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) Th-234 63,30 12,03 108,00 4,06 108,00 4,06 Ra-226 186,21 5,30 97,95 1,74 97,95 1,74 295,22 1,08 99,54 1,22 351,93 0,63 100,41 2,25 609,31 0,65 99,45 1,24 100,10 0,72 1120,28 2,56 99,02 2,08 1764,49 2,00 105,75 2,40 209,25 4,98 710,81 24,05 328,00 7,20 735,92 28,02 338,32 1,84 813.03 29,44 463,00 5,28 753,70 41,63 835,61 4,48 911,19 1,09 983,53 31,27 968,96 2,01 943,10 31,02 Pb- 214 Bi-214 Th-232 Hoạt độ Ac-228 57 Pb-212 Bi-212 Tl-208 K-40 K-40 238,63 0,48 762,03 10,64 300,09 6,21 750,05 34,09 727,33 4,41 1019,64 12,80 277,37 2,78 630,44 29,75 583,18 0,32 810,53 7,64 860,53 2,30 978,19 14,94 2614,51 0,28 783,30 14,99 1460,80 2,76 2006,50 28,89 2006,50 28,89 Phụ lục 18: Hoạt độ phóng xạ Ra-226 xác định phương pháp trực tiếp phương pháp gián tiếp mẫu M7 Năng Chuỗi Đồng vị lượng (keV) Sai số MDA Hoạt độ Sai số trung trung (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) (Bq.kg-1) bình bình (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) Th-234 63,30 12,84 38,10 1,83 38,10 1,83 Ra-226 186,21 5,65 36,41 0,95 36,41 0,95 295,22 1,16 34,62 0,64 351,93 0,68 36,37 0,90 609,31 0,7 34,45 0,61 34,50 0,36 1120,28 2,74 30,34 1,13 1764,49 2,13 32,37 1,28 209,25 5,31 372,32 13,09 328,00 7,68 378,50 14,84 338,32 1,96 403,20 14,73 428,25 2,74 463,00 5,63 403,41 22,56 911,19 1,16 500,30 16,07 Pb-214 U-238 Bi-214 Th-232 Hoạt độ Ac-228 58 Bi-212 Tl-208 K-40 K-40 968,96 2,14 484,66 16,21 300,09 6,63 391,53 18,11 727,33 4,70 532,21 7,90 277,37 2,36 328,35 15,88 583,18 0,34 411,62 4,19 860,53 2,45 487,32 9,20 2614,51 0,30 386,41 7,82 1460,80 2,95 1417,07 21,14 1417,07 21,14 Phụ lục 19: Hoạt độ phóng xạ Ra-226 xác định phương pháp trực tiếp phương pháp gián tiếp mẫu M8 Năng Chuỗi Đồng vị lượng (keV) Sai số MDA Hoạt độ Sai số trung trung (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) bình bình (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) Th-234 63,30 12,40 282,34 9,57 282,34 9,57 Ra-226 186,21 5,46 273,14 3,77 273,14 3,77 295,22 1,12 282,08 2,73 351,93 0,65 290,45 6,28 609,31 0,67 276,50 2,88 768,35 6,60 250,05 5,20 246,19 1,38 1120,28 2,64 281,57 3,98 1764,49 2,06 164,77 2,61 209,25 5,13 621,60 21,50 328,00 7,41 647,88 24,79 737,59 4,37 338,32 1,90 690,34 25,04 463,00 5,44 668,43 36,99 Pb-214 U-238 Bi-214 Th-232 Hoạt độ Ac-228 59 Bi-212 Tl-208 K-40 K-40 911,19 1,12 848,86 27,04 968,96 2,07 836,38 27,58 300,09 6,40 655,61 29,89 727,33 4,54 920,51 11,86 277,37 2,86 534,95 25,38 583,18 0,33 703,41 6,72 860,53 2,37 836,30 13,36 2614,51 0,29 663,50 12,84 1460,80 2,84 2008,40 28,98 2008,40 28,98 Phụ lục 20: Hoạt độ phóng xạ Ra-226 xác định phương pháp trực tiếp phương pháp gián tiếp mẫu M9 Năng Chuỗi Đồng vị lượng (keV) MDA -1 (Bq.kg ) Hoạt độ -1 (Bq.kg ) Sai số -1 (Bq.kg ) Hoạt độ Sai số trung trung bình bình (Bq.kg -1) (Bq.kg -1) Th-234 63,30 12,84 125,36 4,65 125,36 4,65 Ra-226 186,21 5,65 124,77 2,10 124,77 2,10 295,22 1,16 130,88 1,51 351,93 0,68 135,42 3,00 609,31 0,7 131,35 1,56 134,38 0,91 1120,28 2,74 148,62 2,71 1764,49 2,13 140,42 2,91 209,25 5,31 1553,12 53,02 328,00 7,68 1594,32 59,84 1834,23 10,02 338,32 1,96 1761,74 61,93 463,00 5,63 1632,41 89,58 Pb- 214 U-238 Bi - 214 Th-232 Ac-228 60 Bi -212 Tl-208 K-40 K-40 911,19 1,16 2095,43 66,32 968,96 2,14 2032,32 66,32 300,09 6,63 1609,72 72,53 727,33 4,70 2220,46 25,01 277,37 2,36 1402,70 65,38 583,18 0,34 1733,09 15,71 860,53 2,45 2060,00 27,63 2614,51 0,30 1615,09 30,14 1460,80 2,95 507,57 8,84 507,57 8,84 ... kết xác định hoạt độ phóng xạ Ra- 226 mẫu môi trường hai phương pháp, phương pháp trực tiếp sử dụng đỉnh lượng 186,21 keV để xác định hoạt độ Ra- 226, hai phương pháp xác định hoạt độ Ra- 226 thông... thiệu phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ Ra- 226 phương pháp gián tiếp trực tiếp, công thức xác định hoạt độ Ra- 226 phương pháp trực tiếp Chương 3: Kết thảo luận Trình bày cách xử lý mẫu, xây... Ngồi ra, ta thấy xác định hoạt độ U-238 mẫu môi trường cách xác định hoạt độ Ra- 226 phương pháp trực tiếp, phương pháp gián tiếp hay thông qua xác định hoạt độ Th-234 Tuy nhiên, phương pháp