M Ở ĐẦU
7. Bố cục đề tài
1.2.3 Các loại neutron dùng để kích hoạt [9]
Các nguồn neutron sử dụng trong NAA có thể là nguồn đồng vị (α, Be), nguồn phân hạch 252Cf, máy phát neutron 14 MeV và lò phản ứng hạt nhân. Trong đó, nguồn neutron từ lò phản ứng có thông lượng lớn hơn nhiều bậc so với các nguồn neutron còn lại. Vì vậy, độ nhạy phân tích trên lò sẽ cao hơn, đặc biệt có khả năng phân tích nhiều nguyên tố có hàm lượng nhỏ.
Các neutron trong lò phản ứng được tạo thành từ phản ứng phân hạch, ban đầu là các neutron nhanh, sau đó bị mất dần năng lượng do va chạm với vật liệu xung quanh và cuối cùng bị nhiệt hóa. Nhưng vì sự phân hạch vẫn tiếp diễn nên trong lò phản ứng luôn tồn tại các neutron có năng lượng từ 0 đến 20 MeV và sự tương tác của neutron với vật chất là khác nhau trong những vùng năng lượng khác nhau nên neutron được chia làm ba loại: neutron nhiệt, neutron trên nhiệt và neutron nhanh. Sự phân bố thông lượng của ba loại neutron này trong lò phản ứng được mô tả trên hình 1.4.
Hình 1.4: Phổ thông lượng của neutron trong lò phản ứng [1]
Đặc điểm của các neutron nhiệt: Có năng lượng 0 < En < 0,5 eV, mật độ neutron nhiệt tuân theo phân bố Maxwell-Boltzmann:
( ) E kT 3/ 2 2 n n(E) e E kT − π = π (1.1) Trong đó: ( ) 0 n n E dE ∞ = ∫ là mật độ neutron toàn phần. k = 8,61.10-5eV/K là hằng số Boltzmann. T (K) là nhiệt độ môi trường.
Neutron nhiệt
Phân bố Maxwell-Boltzmann
Neutron trên nhiệt
( ) 1 e E 1 / E+α Φ Neutron nhanh Phân bố Watt 0,7Me V 0,35eV 5E(Tn) E(Tn) = kTn Φ(E E(e 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 ×104
Ở nhiệt độ phòng thí nghiệm (T = 293,6 K) thì neutron nhiệt có vận tốc v = 2200 m/s và năng lượng ET = kT = 0,0253 eV. Với năng lượng này thì tiết diện bắt neutron của các nguyên tố tương đối lớn, phản ứng xảy ra chủ yếu là (n, γ).
Đặc điểm của các neutron trên nhiệt: Có năng lượng 0,5 eV < En < 100keV. Trong vùng này tiết diện tương tác của neutron với vật chất có dạng cộng hưởng nên vùng này gọi là vùng cộng hưởng. Trong trường hợp lý tưởng, phân bố thông lượng neutron trên nhiệt tuân theo quy luật 1/E. Nhưng trong thực tế thường được biểu diễn dạng 1/E1 + α, trong đó α là hệ số không phụ thuộc năng lượng, biểu diễn độ lệch phổ khỏi quy luật 1/E và có giá trị nằm trong khoảng [-1,1] tùy theo cấu hình lò phản ứng, vị trí chiếu trong lò, vật liệu xung quanh.
Đặc điểm của các neutron nhanh: Có năng lượng En > 0,5 MeV, là các neutron sinh ra ngay sau khi phản ứng phân hạch có năng lượng lên đến 20 MeV. Phân bố thông lượng neutron nhanh được mô tả bởi phân bố Watt, có cực đại ở 0,7 MeV. Phản ứng hạt nhân xảy ra khi dùng neutron nhanh có dạng (n, 2n), (n, p), hay (n, α). Tiết diện tương tác của neutron nhanh với hạt nhân thường khá thấp. Mặc dù vậy, khi phân tích những nguyên tố có số prôton (Z) nhỏ hơn 20, thông thường nguồn neutron nhanh được dùng để chiếu.