Cú nhiều phương phỏp phõn tớch phúng xạ như phương phỏp húa phúng xạ, phương phỏp đo phổ alpha, nhấp nhỏy lỏng và khối phổ kế, phương phỏp phõn tớch kớch hoạt neutron, phương phỏp đo phổ gamma phụng thấp.
Cỏc phương phỏp đo húa phúng xạđược dựng để xỏc định cho cỏc nguồn phỏt alpha, beta và cỏc đồng vị phúng xạ tự nhiờn mức dưới 103pg/g.
Phương phỏp phõn tớch kớch hoạt neutron dựng để phõn tớch cỏc đồng vị
phúng xạ tự nhiờn nhưng khụng thuận lợi vỡ cần phải cú nguồn neutron
(lũ phản ứng hạt nhõn, mỏy phỏt neutron, nguồn neutron đồng vị). Hơn nữa, phương phỏp này lại khụng thể xỏc định được Cs137 và Ra226.
Phương phỏp đo tổng alpha và beta chỉ cho phộp xỏc định hoạt độ tổng cộng mà khụng cho phộp xỏc định hoạt độ cỏc nhõn phúng xạ quan tõm trong mẫu cần đo.
Phương phỏp đo phổ alpha cũng cho phộp xỏc định hoạt độ của cỏc nhõn
đồng vị trong dóy uranium và thorium nhưng quỏ trỡnh xử lý mẫu rất phức tạp. Phương phỏp đo phổ gamma cú khả năng đo trực tiếp cỏc tia gamma do cỏc nhõn phúng xạ trong mẫu phỏt ra mà khụng cần tỏch cỏc nhõn phúng xạ ra khỏi chất nền của mẫu, giỳp ta xỏc định một cỏch định tớnh và định lượng cỏc
nhõn phúng xạ trong mẫu. Trong điều kiện phũng thớ nghiệm và mức hàm lượng nguyờn tố trong mẫu cỡ g/g, phương phỏp phổ kế gamma phụng thấp được sử
dụng để phõn tớch cỏc đồng vị phúng xạ tự nhiờn và nhõn tạo trong cỏc mẫu vật liệu xõy dựng.
Phương phỏp đo hàm lượng cỏc nhõn phúng xạ bằng hệ phổ kế gamma phụng thấp dựa trờn cơ sở lý thuyết về tương tỏc của tia gamma với vật chất.
Bức xạ hạt nhõn bao gồm cỏc loại hạt mang điện như tia alpha, beta hay cỏc bức xạ điện từ như tia gamma, tia X cú cường độ và năng lượng xỏc định. Quỏ trỡnh phõn ró alpha và beta thường kốm theo phõn ró gamma vỡ sau khi phõn ró alpha và beta, hạt nhõn phúng xạ mẹ biến thành hạt nhõn con thường nằm ở trạng thỏi kớch thớch. Khi hạt nhõn con chuyển từ trạng thỏi kớch thớch về
trạng thỏi cơ bản nú cú thể phỏt ra một số tia gamma. Tia gamma là một dạng của súng điện từ song cú tần số hay năng lượng rất lớn. Khi phõn ró gamma hạt nhõn ZAX khụng thay đổi cỏc giỏ trị Z và A.
Khi bức xạđi vào mụi trường vật chất bờn trong của một detector ghi bức xạ nú sinh ra một tớn hiệu điện. Đõy là cơ sở vật lý của việc ghi nhận bức xạ. tớn hiệu ban đầu rất bộ, sau một loạt cỏc quỏ trỡnh biến đổi và khuyếch đại trong cỏc thiết bị điện tử. Tớn hiệu thu được cú thể hiện trờn màn hỡnh dạng xung (số đếm). cỏc mỏy phõn tớch phúng xạđều sử dụng nguyờn lý này để ghi phúng xạ. Hệ phổ kế gamma là thiết bị ghi nhận và phõn tớch phúng xạ hiện đại nhất.
2.2.1. Hệ phổ kế gamma
Hỡnh 2.2: Phổ kế gamma phụng thấp 2.2.1.1. Cấu tạo
Hệ phổ kế gamma phụng thấp bao gồm detector Germanium siờu tinh khiết để thu nhận cỏc bức xạ photon gamma phỏt ra từ mẫu vật cần đo rồi chuyển chỳng thành cỏc tớn hiệu điện để cú thể xử lý được bằng cỏc thiết bịđiện tử. Tớn hiệu điện từ detector được khuếch đại sơ bộ qua tiền khuếch đại và được
đưa vào bộ khuếch đại tuyến tớnh. Sau khi tớn hiệu được khuyếch đại, chỳng
được đưa qua bộ phận phõn tớch đa kờnh rồi được đưa ra trờn màn hỡnh mỏy tớnh ở dạng phổ năng lượng gamma.
Toàn bộ quỏ trỡnh từ thu nhận tớn hiệu đến khi hiển thị trờn màn hỡnh
được điều khiển bằng chương trỡnh Accuspect-A của hóng Canberra. Sau đõy là một vài đặc trưng cơ bản của hệ phổ kế: detector HP Ge Model GC-1518, Canberra USA cú cỏc thụng số danh định là: hiệu suất tương đối 15%; độ phõn giải năng lượng: 1,8 Kev; tỉ số đỉnh/compton: 45/1 tại vạch năng lượng 1332 Kev của đồng vị Co60. Detector cú đường kớnh 5,34 cm; chiều cao 3,20 cm; thể
tớch 71,1 cm3.Detector được nuụi bằng nitơ lỏng và được đặt trong buồng chỡ giảm phụng.
Buồng chỡ được thiết kế theo kớch thước buồng chỡ của hóng Canberra USA và Ortec USA. Chỡ được dựng là chỡ thỏi của Liờn Xụ. Cỏc phộp đo hoạt
độ phúng xạ riờng của mẫu chỡ này tại trung tõm phõn tớch và mụi trường thuộc Viện nghiờn cứu hạt nhõn Đà Lạt cho thấy hoạt độ cỏc đồng vị U238, Th232, K40 của mẫu chỡ này giống cỏc mẫu chỡ tốt cú thể tạo nờn buồng chỡ phụng thấp. Buồng chỡ cú dạng hỡnh trụ với đường kớnh trong Din = 30 cm, đường kớnh ngoài Dout = 50 cm, chiều cao trong hin = 30 cm, chiều cao ngoài hout = 50 cm. Chỡ cú bề dày d = 10 cm. Buồng chỡ được cấu tạo bởi 17 tấm chỡ, mỗi tấm dày cỡ 3 cm
đặt chồng khớt lờn nhau và tựa vào nhau khụng cần khung sắt chịu lực. Cỏc mặt trờn và dưới của mỗi tấm được gia cụng thành 2 bậc và hai tấm liền nhau được
đặt khớt lờn nhau để trỏnh cỏc bức xạ phụng vào buồng chỡ theo phương nằm ngang.
Dưới đỏy buồng chỡ cú một nỳt chỡ di động cú dạng hỡnh trụ, nửa trờn cú
đường kớnh ngoài 14 cm và nửa dưới cú đường kớnh ngoài 10 cm. Phớa trong nỳt chỡ là một hỡnh trụ rỗng cú đường kớnh bằng đường kớnh ngoài của detector (khoảng 7 cm). Như vậy nỳt chỡ giỳp thao tỏc dễ dàng khi lắp detector và đảm bảo độ khớt.
Dưới đỏy dewar chứa nitơ lỏng cú lút 6 cm chỡ để giảm phụng gamma từ
mặt đất hướng lờn.
Buồng chỡ được mở từ nắp bằng cỏch đẩy nắp này chuyển động trờn một hệ bỏnh xe. Trong buồng chỡ cú lút một lớp thiếc sạch phúng xạ dày 10 mm, ba lớp đồng lỏ dày 2 mm dọc theo thành và cỏc mặt dưới, mặt trờn.
2.2.1.2. Phụng ngoài buồng chỡ
Bảng 2.1: So sỏnh cỏc giỏ trị phụng ngoài buồng chỡ trong phũng phổ kế
gamma Hạt nhõn E (KeV) N1/h(vị trớ 1) N2/h(vị trớ 2) N2/N1 U238 185 408,8 32,5 282,5 19,7 0,69 Th232 238 2700,1±32,4 1870,4 20,6 0,69 U238 609 864,5 21,1 594,1 13,7 0,70 U238 352 1525,1 18,3 1063,8 14,9 0,70 Annhilation 511 770,6 20,8 486,4 12,6 0,63 Th232 583 1274,4 17,8 586,9 12,0 0,67 Cs137 661 667,1 26,7 393,4 9,0 0,59 Th232 911 940,11 15,0 634,6 9,5 0,68 K40 1461 4340,2 30, 4 2960,6 20,7 0,68 Trung bỡnh 0,69
Phũng thớ nghiệm cú kớch thước khoảng 4m x 4m cú hai tường gạch và hai tường gỗ. Dựng hệ phổ kế ổn định đo phụng ngoài buồng chỡ thực hiện với hai điểm đo (vị trớ 1: cạnh hai tường gạch, vị trớ 2: cạnh hai tường gỗ).
Kết quả đo được trỡnh bày trờn bảng đối với cỏc đỉnh năng lượng của U238(185 keV, 352 keV, 609 keV), Th232(238 keV, 538 keV), Cs137(661 keV), K40(1461 keV) và đỉnh 511 keV. Cỏc đỉnh nờu trờn thường được sử dụng trong cỏc phộp đo đạc năng lượng sau này.
Bảng 2.1 trỡnh bày cỏc diện tớch đỉnh trong thời gian một giờ (cỏc số đếm). Ta nhận thấy rằng số đếm của cỏc đỉnh ở vị trớ 2 đều nhỏ hơn vị trớ 1 với hệ số N2/N1 trựng nhau trong phạm vi sai số đối với cỏc đỉnh của U238,Th232, K40. Giỏ trị trung bỡnh của chỳng là 0,69 0,01 keV. Cỏc đỉnh 611 keV của Cs137 và đỉnh 511 keV cho cỏc hệ số khụng trựng với giỏ trị nờu trờn do U238, Th232, K40 cú cựng nguồn phụng thiờn nhiờn cũn Cs137cú nguồn phụng thiờn nhiờn và nguồn phụng từ phũng thớ nghiệm khỏc. Ta nhận thấy phụng ở vị trớ 2 bằng 69% phụng ở vị trớ 1 do detector đứng xa tường gạch, do đú việc chọn vị
trớ 2 đểđặt buồng chỡ và detector là hợp lý.
2.2.1.3. Phụng trong buồng chỡ
Phụng trong buồng chỡ là một đặc trưng quan trọng của hệ phổ kế gamma phụng thấp và được đo định kỳ đểđỏnh giỏ độ sạch phúng xạ và sựổn định của
phổ phụng gamma bờn trong buồng chỡ. Bảng 6 trỡnh bày kết quả đo phụng trong buồng chỡ theo cỏc lần khỏc nhau.
Qua bảng 2.2 ta thấy phụng trong buồng chỡ rất sạch và ổn định, đặc biệt là sau khi lút thờm một lớp thiếc vào thỏng 1/99 và lớp farafin vào thỏng 5/99. Nhờ kết cấu mới này, phụng buồng chỡ giảm rừ rệt trong vựng năng lượng thấp. Chất lượng phụng buồng chỡ này cho phộp đo cỏc mẫu phúng xạ mụi trường vỡ hoạt độ cỏc đồng vị phúng xạ tự nhiờn và nhõn tạo trong cỏc mẫu mụi trường là rất thấp.
Bảng 2.2: So sỏnh cỏc giỏ trị phụng trong buồng chỡ theo cỏc lần đo khỏc nhau
Ngày đo 4/96 12/96 8/97 1/98 5/98 2/99 5/99 5/2003 Tỷ số N0/Ntb TGđo(h) 8,03 70 71 99 88,6 99 99 99 E(keV) N/h N/h N/h N/h N/h N/h N/h N/h 185 27,61 29,31 33,22 28,81 29,71 26,9 26,91 26,61 9,61 238 21,91 13,42 13,91 13,02 13,42 9,35 9,22 9,21 139,11 296 2,23 1,31 1,78 1,35 1,63 1,31 1,30 1,31 364,21 352 3,97 2,11 2,84 4,03 3,06 2,84 2,82 2,81 394,11 511 39,01 39,21 39,32 38,31 39,12 36,3 22,13 22,11 12,44 583 4,51 4,12 3,72 4,03 4,39 3,14 3,72 3,72 195,81 609 4,97 2,12 3,13 2,94 3,24 1,67 2,01 2,01 316,21 661 0 0 0 0 0 0 0 0 911 0 0,61 0,92 1,16 0,73 0,93 0,91 0,91 1001 2,93 1,68 1,38 2,63 2,18 2,15 1,01 1,01 12,31 1461 6,49 7,10 6,08 6,65 6,57 4,11 4,11 4,11 452,7 Tổng/sec 0,952 0,985 0,963 0,970 0,961 0,919 0,909 0,909 165
Ghi chỳ: N/h là diện tớch đỉnh trong một giờ, N0/Ntb là tỷ số diện tớch đỉnh trong và ngoài buồng chỡ lấy giỏ trị phụng tại vị trớ 2 của bảng 2.1.