1.4 .Các phƣơng pháp phân tích nhiên liệu hạt nhân Urani
1.4.2. Phương pháp phân tích khơng phá hủy mẫu (NDA)
Phương pháp phân tích urani khơng phá hủy mẫu chủ yếu sử dụng phổ kế gamma HPGe, đây làphương pháp đo nhanh, trực tiếp trên nguyên mẫu, dựa trên các tính chất đặc trưng của các đồng vị, qua xử lý và hiệu chỉnh để đưa ra kết quả đánh giá độ giàu của mẫu nhiên liệu. Trong các phương pháp đo khơng phá hủy mẫu, có ba kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi, đó là: đo đỉnh gamma 186 keV, phân tích kích hoạt nơtron và phương pháp tỉ lệ chuẩn trong .
Sự phân rã của các đồng vị phóng xạ tự nhiên phát ra các bức xạ alpha (), beta () và gamma (). Năng lượng của bức xạ và chu kỳ bán rã đặc trưng cho đồng vị phóng xạ. Trong ba loại bức xạ nói trên thì tia gamma được sử dụng nhiều nhất vào mục đích phân tích vì:
- Việc xác định năng lượng của tia gamma tương đối đơn giản và có thể đạt được độ chính xác cao.
- Sự hấp thụ các tia gamma trong mẫu ít hơn so với sự hấp thụ các tia và . - Trong trường hợp các tia gamma bị hấp thụ vẫn có thể hiệu chính được một cách
chính xác.
Ngày nay sự phát triển của kỹ thuật đetectơ bán dẫn và kỹ thuật điện tử hạt nhân hiện đại đã góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng của phương pháp phân tích urani, thori dựa trên kỹ thuật đo bức xạ gamma tự nhiên.
Do đặc thù của urani và thori là có thể cân bằng hoặc không cân bằng với các sản phẩm phân rã phóng xạ, nên trong phân tích thường đề cập tới cả hai trường hợp này.
Nếu có sự cân bằng phóng xạ giữa urani và các sản phẩm phân rã ở trong cùng một chuỗi thì hàm lượng của urani có thể xác định thơng qua cường độ của những tia gamma có thể ghi đo được một cách chính xác, ví dụ như tia 1,76 MeV của 214Bi.
Đối với urani khơng cân bằng phóng xạ có thể xác định hàm lượng dựa trên các tia gamma 63 keV của 234Th và 1001,2 keV của 234Pa là các sản phẩm phân rã phóng xạ trực tiếp của 238U sử dụng phổ kế gamma bán dẫn. Hai đồng vị phóng xạ
234Th và 234Pa ln ln được coi là cân bằng phóng xạ với 238U. Ngồi ra cịn có thể lựa chọn tia gamma 185,72 keV của 235U để phân tích urani.
b. Phân tích kích hoạt:
Urani tham gia phản ứng hạt nhân với nơtron, photon và các hạt mang điện tạo thành các đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã và năng lượng thích hợp đối với
quy trình đo và phân tích phổ. Do đó cũng có thể sử dụng phương pháp này để phân tích urani mà khơng phụ thuộc vào trạng thái cân bằng của nó.
Đây là phương pháp truyền thống nhưng có độ tin cậy khá cao, thời gian đo ngắn, phân giải tốt, ứng dụng rất rộng rãi và đa dạng. Nguồn kích hoạt có thể sử dụng nhiều loại, tùy thuộc vào mục đích đo và tính chất sơ bộ của mẫu đo, phổ biến nhất vẫn là kích hoạt bằng chùm nơtron, photon hãm và chùm hạt tích điện. Kích hoạt bằng chùm nơtron, photon hay chùm hạt mang điện có thể cho biết hàm lượng của các đồng vị có trong mẫu thơng qua việc đo các tia gamma tức thời và gamma trễ do hạt nhân các đồng vị phát ra.
Phương pháp xác định độ giàu bằng phương pháp kích hoạt cho kết quả có độ chính xác rất cao, nhưng lại khó thực hiện, địi hỏi thiết bị lớn và những điều kiện hết sức khắt khe. Việc kích hoạt các mẫu đã được làm giàu cao có thể dẫn đến phản ứng phân hạch ngay trong quá trình tiến hành lấy mẫu đo. Vì vậy, để áp dụng phương pháp này bắt buộc phải kiểm tra sơ bộ bằng cách phương pháp khác trước để xác định thể loại và mức năng lượng phù hợp của nguồn kích hoạt, tránh những tai nạn đang tiếc có thể xảy ra.