Chương 2 Cơ sở của việc khảo sát phông phóng xa tự
2.6. Phân tích mẫu đất trong phòng thí nghiệm
2.6.1. Hệ phổ kế gamma phông thấp [2]
Hệ phỏ kế gamma bao gồm đề-tếc-tơ Germanium siêu tỉnh khiết được kết nói
với các thiết bị điện tứ. Các tia gamma phát ra bởi các nguyên tổ phỏng xạ có trong mẫu được ghi nhận bởi đẻ-tếc-tơ. Tín hiệu điện từ đẻ-tếc-tơ được khuếch đại sơ bộ qua bộ tiên khuếch đại sau đó được đưa vào bộ khuếch đại tuyến tính. Tín
hiệu lại được đưa vao máy phân tích đa kênh và đưa ra màn hình đưới dạnh hình
ảnh gọi là phỏ năng lượng gamma. Toàn bộ quá trình thu nhận tín hiệu đến khi hiển thi phô gamma trên màn hình được điều khiến bởi các chương trình chuyển
dụng.
Dé giảm tác động của các tia gamma có trong mỗi trường đến kết qua do, mẫu cùng với đẻ-tếc-tơ thưởng được đặt trong buông chỉ có thiết kế chuyên biệt.
Buông chỉ giảm phông thường có dạng hình trụ với đường kính trong 30 cm, đường kính ngoài 50 cm. chiều cao phía trong 30 em vả chiều cao ngoai 50 cm.
Chi bao quanh có bẻ day 10 cm. Phía trong của buông chỉ có lót một lớp thiếc sạch
phóng xa day khoảng 10 mm, 3 lớp đồng lá day 2 mm được lót doc theo thảnh, mặt đưới và mat trên. Ngoài ra có thể làm thêm một lớp che chắn bên ngoài bằng
parafin dày 5 cm dé lam giảm ảnh hưởng của các tia gamma có năng lượng nhỏ hon 100 Kev, Dong thời nó cũng giảm tác động của tia nơ-tron từ môi trường xung quanh đến đẻ-tếc-tơ.
2.6.2. Thu thập mẫu [7]. [3]
Mẫu được thu thập trong quả trình đo suất liều hiện trường. Mẫu được lẫy thường 1 mẫu cát. đất và có thể thêm các mẫu thực vật. Mẫu can lay phải đảm bảo
F F x
Các Veu Cau sâu;
Khoa luân tốt nghiép đại hoc GVHD: TS. Tran Quốc Dũng
29
> Được lay trên vùng có mặt đất bang phẳng, không bị xáo trộn va lẫy ở độ sâu khoảng 30 cm tinh từ mặt dat. Do nén phông phóng xạ tự nhiên được hình thành từ môi trưởng gan bẻ mặt, hầu hết các cây lương thực vả thực phẩm chủ yếu có bộ rễ ấn sâu khoảng 30 cm, các chat phóng xạ ở độ sảu nảy nếu có sé đi vào chuỗi thực phẩm và cuối củng thâm nhập vào con người qua đường tiêu hỏa. Do vậy can phải lay mẫu ở độ sâu nảy.
> Mẫu được chứa trong các bao polyetylen vả được đảnh ký hiệu theo đúng với vị
trí đo suất liều tại hiện trường. Với mẫu đất hoặc cát thì khỏi lượng lay mau
khoảng 2Kg- 3Kg,
2.6.3. Xử ly mau [2]
> Dụng cụ dé xử lý mẫu bao gdm đèn hông ngoại. hộp đựng mẫu 3x, cân, dụng cụ nghiên mẫu, ray (Hình 2.5; 2.6; 2.7; 2.8; 2.9). Hộp mẫu 3x được làm bảng nhựa.
Mẫu đựng trong hộp này tạo nên một lớp dày 12 mm phủ bao quanh bẻ mặt của
đề-tếc-tơ sau khi hộp mẫu 3z được đặt vào dé do.
> Các mẫu dat, cát khi mang về được say khô bằng đèn hông ngoại. Thời gian say
phụ thuộc vào độ 4m của mẫu. Dụng cụ chứa mẫu phải sạch dé tránh gây bản mẫu. Mẫu cần say khô cho đến khi trọng lượng của mẫu đạt giá trị bão hòa. Sau
khi say mẫu được nghiên thành bột và dùng ray dé ray nhằm có được các hạt mẫu có kích thước cỡ | mm. Sau đó cho phan hạt mẫu này vao hộp mẫu 3z và
cân trọng lượng của mẫu.
> Toản bộ các mau do phải dam bảo sao cho có củng khối lượng. dạng hình học
+ - - ô4 = = +
vả mat độ gidng như mau chuan tương ứng.
Hình 2.5. Dung cụ say mau Hình 2.6. Dụng cu nghiền
mau
Khoa luân tot nghiệp đại hoc GVHD: TS. Tran Quốc Dũng
30
Hình 2.7. Dung cu ray mau Hình 2.8. Dụng cụ cân mau
2.6.4. Xác định hoạt độ của các nhân phóng xa [4], [12]
Sau khi đã xứ lý xong thì mẫu được dán kin bằng bảng keo đẻ nhốt mau trong vòng khoảng 23 ngày (nhăm dé cho khí radon không thoát ra
ngoai, thiết lập cân bing phỏng xạ). sau đỏ mẫu được tiền hanh đo bằng hệ
phô ke gamma phông thấp dé xác định ham lượng các nhân phóng xạ có
trong mau (bảng 2.1). Trước khi đo các mẫu thực, mau chuân phóng xạ được do trong vòng 10 giờ dé chuân máy va làm mốc định lượng cho các mẫu do
thực, Dé đạt được sai số thông kê dưới 10%, mẫu dat và thực vật được đo
trong khoảng 24 giờ. Sau khi đo xong. các phd gamma của các mẫu được
lưu lại trong máy tính va được xử lý đồng loạt nhờ các phan mem chuyên
dụng như: SPEDAC. GAMMAW v.v. Tir đó hàm lượng của các nhân phóng xạ sẽ được tinh toán
Khóa luận tốt nghiệp đại học GVHD: TS. Tran Quốc Dũng
31
Bảng 2.1. Các nhân phóng xạ được phân tích bằng phổ kế gamma phông thấp
Dé đo hoạt độ của LI®* hay Th?” người ta cỏ thé đo trực tiếp các tia gamma
do chủng phat ra hoặc do các hạt nhắn con chau của chúng phát ra. Do đó có thé sử
dụng hai họ phỏng xạ Uranium và Thorium dé do hoạt độ LI®Š va ThỲ?, Khi do U"*
hay ThỶ” thông qua các hạt nhân con của nó thi phải chứng minh có sự cân bằng giữa U”*, Th?” với các hạt nhân con nay. Có hai sự cân bằng là cân bằng vật lý va cân bằng hóa học (hay cân bằng địa hóa).
Sự cân bằng vật lý dé dang xảy ra vì thời gian bán rã của LI?'*, Th?” rất lớn
so với thời gian bán rã của các hạt nhân con. Như vậy hoạt độ của U”**, Th? có thể coi bằng hoạt độ của các hạt nhân con của nó. Nghĩa là. néu đo được hoạt độ của hạt nhân con nào đó thi có thé coi là hoạt độ của UP, ThỶ”.
Sự cân bằng hóa học, hay sự cân bằng địa hóa. là sự cân bằng của U”®, Th?”
với hạt nhân con của nó. không bị ảnh hưởng bởi sự thay đôi ham lượng trong quá trình địa chat. Sự thay đổi nảy là do các hạt nhân con khác vẻ tính chất hóa học so với L°'*, ThỶ””. Thời gian bản ri của các hạt nhân con cảng lớn thì sự mat cân bằng
địa hóa cảng lớn vì trong thời gian khá dai các quá trình địa hóa cảng có kha nang
xảy ra. Các hạt nhân cảng đứng xa U***, ThỲ thi xác suất mat cân bang địa hóa lại cảng lớn vi khi đó xảy ra nhiều quá trình địa hỏa hơn. Do đỏ đẻ phân tích U”, th’? được chính xác thi nên chọn hạt nhân con cảng gin U""*, Th?” và có thời gian bán rũ cảng bẻ củng tối.
Khóa luận tót nghiệp dai học GVHD: TS. Tran Quốc Dũng
32
> Do hoạt độ phóng xa hạt nhân Th Xét chuỗi phân rã trong họ Thorium:
ooTh?? > Ra??? > Ác? > s†h?? > Ra?” > gn > „Po}!S > Ph’!
> nBớ”” > so”? > ôTP > ;jPb”9
Hạt nhân Th?” phát ra tia gamma năng lượng 63,8 keV (0.27%). do tia gamma này có cường độ quá thấp nên không sử dụng dé đo trực tiếp ThỶ”, Trong chuỗi phân rã của ThỶ” có một số đồng vị phát nhiều tia gamma với năng lượng thích hợp dé do, Có thé đo Th”” bằng cách dùng các đồng vị đứng sau Th”`”, đó là:
-PbỶ? (10,64h) với vạch 238,6 keV (43,6%)
-TI”” (3,05 phat) với vạch 583,2 keV (84,59%)
Như vậy việc đo hoạt độ các hạt nhân Th bằng phô kế gamma cho kết quả tốt do các đỉnh năng lượng có cường độ lớn và không bị mắt cân bằng.
> Do hoạt độ phóng xạ hạt nhân U**
Xét chuỗi phân rã trong họ Uranium
nl > oth — Pa — Pa > ạU”” + ath? > sRa”” >
woltn”” > ggPoTM > gs > in”? > Pb?! > gsBi?! > Po" > gy TP? —;
Pb?" —ằ 4, Bi2! > ằ,Po?" —; , Pb?
U” có the được xác định từ dong vị song ngắn ThỶ” tại các vạch 63,3 Kev
va vạch đôi 92,4 và 92.8 Kev với gia thiết là cân bằng phóng xạ. Vạch đôi nảy bị
gây nhiều bởi dãy Thori do vạch 93.3 Kev. Trong thực tế vạch 63.3 Kev dùng dé
xác định Th?TM*; con vạch 93 Kev không được dùng vì rất khé hiệu chỉnh đóng góp
của Thori. Ngoài ra cũng còn một vạch yếu 1001 Kev của Pa?"“° nhưng chi dùng tin cấy với các đầu dò hiệu suất cao. Tuy nhiên việc đo tia 63.3 keV gặp phải 2 khó
khăn. Thứ nhất đỉnh 63.3 Kev năm trên nên phông cao của phô gamma trong miễn nang lượng thập. Thứ hai tia gamma 63.3 Kev bị hap thụ mạnh trong mẫu đo có thé
tích lớn.
Do hoạt độ U*TM thông qua hạt nhân Pb*"* và Bi?" khi có sự cân bằng địa
hỏa. Trong đó. Pb”"° có chu kì ban rã: Ty = 26.8 phút vả Bi?" có chu ki ban rã: Ty
19.9 phút. Dong vị Pb*"' phát ra các tia năng lượng 241.9 keV (7,46%); 295.2
Khóa luận tốt nghiệp đại học GVHD: TS. Trần Quốc Dũng
33
keV (19,2%) và 351,9 keV (37.1%). Con Bí?! phát ra các tia năng lượng 609.3 keV
(46.1%): 768.4 keV (4.88%); 1120.4 keV (15.0%) va 1764,6 keV (15.9%). Trong
thực tế người ta thường sử dung các tia 295.2 keV: 351.9 keV vả 609.3 keV vi
ching có cường độ lớn. Hai đồng vị phỏng xạ nay là con cháu gần của Ra?”. Ra???
26 Nền hoạt độ thực tế là của Ra’?
là đồng vị con trực tiếp của Ra nhưng giả sử bỏ
qua sự mat cân bằng địa hóa giữa U?TM và Ra?" nên ta coi hoạt độ của Ra” 1a của U**. Tuy nhiên sau khi tạo thành từ đồng vị mẹ Ra*" thi Ra””” thoát ra ngoài một phan do phát xạ va một phần đo khuyếch tán, do đó làm cho Ra*”* và Ra?” mắt cân bằng, Như vậy làm cho ham lượng đo được theo phô của Pb’TM và Bi?* không phải
la ham lượng của Ra?” do đó việc nhốt mẫu được thực hiện trong vòng khoảng 23 ngày dé đạt được sự cân bằng giữa Rn*” và Ra?" và những sản phâm phân hủy của
chúng được thiết lập.
2.6.5. Tính toán hoạt độ phóng xạ [9|
Hoạt độ phóng xạ được tinh theo công thức:
Cm = = x a x CỔ x exp(—0,693(t, — t.))/T; (2.1)
Trong đó:
> Cy: hoạt độ phóng xạ của mẫu (Bq/kg)
C.: hoạt độ phóng xạ của mẫu chuẩn (Ba/kg)
> No: tốc độ đêm đã trừ phông tại đỉnh năng lượng của đồng vị can phân tích
Vv
trong mau
> Nz: tốc độ đếm đã trừ phông tai dinh nang lượng của đồng vị can phân tích
trong mẫu chuẩn
> My: khỏi lượng mẫu
> M. khối lượng mẫu chuẩn
> 1„vàt,: thời gian đo mẫu và mẫu chuẩn
> Ty chu kỷ bán huỷ của đông vị cần đo
Khoa luận tot nghiệp đại học GVHD: TS. Tran Quốc Dũng
34
Với các đồng vị U, Th va K có chu kỳ bán huỷ dai hàng tý năm nên hàm số
mũ có giá trị là 1, Hàm mũ này chủ yếu được áp dụng dé hiệu chỉnh thời gian phân
rã cho Cs” ”?.