Chương 2 PHƯƠNG PHÁP PHỔ GAMMA XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ
2.2. Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ gamma
2.2.2. Phương pháp phổ gamma xác định hoạt độ phóng xạ
Xét trường hợp hạt nhân con tạo thành ở trạng thái kích thích, khi đó chúng sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ gamma đặc trưng, để về trạng thái kích thích thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản.
Xác suất để hạt nhân ở trạng thái kích thích có năng lượng cao Ei dịch chuyển gamma về trạng thái năng lượng thấp Ej phụ thuộc vào trạng thái lượng tử của 2 trạng thái đầu và cuối.
Trong phương pháp phân tích hoạt độ phóng xạ theo phổ gamma ta quan tâm đến hệ số phân nhánh Iγ của bức xạ gamma. Hệ số phân nhánh của bức xạ gamma đặc trưng cho số gamma phát ra trong một phân rã. Như vậy hệ số phân nhánh 0<
Iγ<1. Theo định nghĩa:
Iγ=số phân rã gamma đặc trưng có năng lượng Eγ/số phân rã phóng xạ
25
Nếu gọi nγ là số bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng Eγ phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian thì nó được xác định theo công thức :
nγ = Iγ H (2.10) Trong đó: H là hoạt độ phóng xạ có trong mẫu.
Iγ là cường độ tia gamma (hệ số phân nhánh) có năng lượng Eγ Với tia gamma có năng lượng xác định, Iγ biết, xác định số tia gamma năng lượng Eγ phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian sẽ biết hoạt độ phóng xạ H của đồng vị có trong mẫu. Để xác định nγ dựa vào diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng.
Gọi n0 là tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong một đơn vị thời gian, ε là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch gamma đặc trưng, ta có:
n0 = ε nγ (2.11)
Thực nghiệm đo phổ gamma của mẫu cần phân tích trong thời gian t, sử dụng chương trình phân tích phổ mẫu phân tích và mẫu phông. Xác định được diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong thời gian t là s.
Tốc độ đếm đã trừ phông là n0 được xác định theo công thức:
0 s
n t (2.12) Từ công thức (2.10) và công thức (2.11), ta có:
n0
H I
(2.13)
Từ công thức (2.13) nhận thấy với mỗi vạch gamma có năng lượng Eγ xác định, Iγ đã biết, nếu biết hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần và thực nghiệm, xác định được n0 ta sẽ tính được hoạt độ H của đồng vị có trong mẫu.
Hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần được xác định dựa vào đường cong hiệu suất ghi. Hệ số phân nhánh sẽ được tra cứu trong các bảng số liệu hạt nhân.
Trong bảng 2.1 đưa ra các đặc trưng năng lượng và hệ số phân nhánh của bức xạ gamma đặc trưng của các đồng vị phóng xạ trong tự nhiên [3]
26
Bảng 2.1. Các đỉnh gamma có cường độ mạnh nhất do các đồng vị phóng xạ tự nhiên phát ra.
Đồng vị
Chu kỳ bán rã Năng lượng gamma (keV)
Cường độ tương đối (%)
Ghi chú
7Be 53,22 ngày 477,60 10,44 Can nhiễu từ 228Ac
40K 4,563 10 11ngày 1460,82 10,66 Chuỗi phân rã của 235U
235U 2,571 10 11ngày 185,72 57,2 Can nhiễu do 223Ra, 226Ra và
230Th là 44,8%. Cần phải nhiệu chính chồng chập đỉnh
143,76 10,96 Cần hiệu chính chồng chập đỉnh của 230Th
163,33 5,08
205,31 5,01 Can nhiễu rất nhiều. Không nên sử dụng đỉnh này.
227Th 18,718 ngày 235,96 12,6 256,23 6,8
223Ra 11,43 ngày 259,46 13,7 Can nhiễu từ 228Ac
219Rn 3,96 giây 271,23 10,8 Can nhiễu từ 228Ac và 223Ra 401,81 6,4
Chuỗi phân rã của 238U
238U 1,632 10 12 ngày 49,55 0,0697 Can nhiễu rất mạnh từ 227Th.
Không nên dùng.
234Th 24,10 ngày 63,28 4,8
92,37 2,81 Nên dùng thêm với các đỉnh
27
khác
92,79 2,77 Can nhiễu rất mạnh từ
228Ac. Can nhiễu từ tia-X
234mPa 1,17 phút 1001,03 1,021 Không bị can nhiễu.
766,37 0,391 Can nhiễu từ 214Pb và 211Pb.
258,19 0,075 Can nhiễu rất mạnh từ 214Pb.
226Ra 186,21 3,555 Can nhiễu do 235Ra và 230Th là 57,1%. Cần phải nhiệu chính chồng chập đỉnh
214Pb 26,8 phút 351,93 35,60
295,22 18,414 Can nhiễu từ 212Bi
242,00 7,258 Can nhiễu từ 224Ra và ảnh hưởng của đỉnh 238,63 keV của 212Pb
214Bi 19,9 phút 609,31 45,49 Hiệu chính TPT 1764,49 15,31
1120,29 14,91 Hiệu chính TPT (trùng phùng tổng)
1238,11 5,831 Hiệu chính TPT 2204,21 4,913
210Pb 8,14 x 103 ngày 46,54 4,25 Can nhiễu từ 231Pa Chuỗi phân rã của 232Th
232Th 5,13 x 1012 ngày
63,81 0,27 Can nhiễu mạnh từ 234Th.
Không nên dùng
228Ac 6,15 giờ 911,20 25,8 Hiệu chính TPT 968,97 15,8 Hiệu chính TPT
338,32 11,27 Hiệu chính TPT +Can nhiễu từ 223Ra và 214Bi
28
964,77 4,99 Hiệu chính TPT
212Pb 10,64 giờ 238,63 43,6 Cần tách đỉnh 242,00 keV của 214Pb
300.,09 3,18 Hiệu chính TPT +Can nhiễu từ 231Pa
212Bi 60,54 phút 727,33 6,74 Hiệu chính TPT +Can nhiễu mạnh từ 228Ac
1620.74 1,51
208Tl 3,060 phút 2614,51 99,7 Hiệu chính TPT 583,19 30,4 Hiệu chính TPT 860,56 12,5 Hiệu chính TPT
510,7 22,6 Hiệu chính TPT +trùng với đỉnh hủy 511 keV
Bảng 2.1 liệt kê tất cả các đồng vị có thể phát hiện được bằng phổ kế gamma trong chuỗi phân rã của uran và thori và 40K, 7Be. Bên cạnh đó có đưa ra một số can nhiễu chính của các đỉnh. Dựa vào đây ta có thể lựa chọn các đỉnh thích hợp nhất để phân tích sao cho sai số là nhỏ nhất. Các đỉnh gamma được chọn để phân tích là các đỉnh hấp thụ toàn phần có cường độ mạnh, ở xa các vạch khác và ít bị ảnh hưởng của can nhiễu. Trong một số trường hợp bắt buộc phải sử dụng các đỉnh bị can nhiễu thì ta cần phải có những hiệu chỉnh đặc biệt để giảm thiểu sai số.