Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO NGHIÊN CỨU CÁC PHẢN ỨNG NHIỄU TRONG PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON Trong phân tích kích hoạt neutron ta thường dùng phản ứng để phân tích hàm lượng nguyên tố trong mẫu. Tuy nhiên nếu phổ neutron tại vị trí chiếu xạ không bị nhiệt hóa tốt, tức là tại vị trí chiếu xạ có cả neutron nhiệt và neutron nhanh, thì những nguyên tố matrix trong mẫu xảy ra phản ứng hoặc tạo ra đồng vị giống như đồng vị được tạo ra trong phản ứng. Vì vậy chúng sẽ gây nhiễu và làm sai lệch kết quả phân tích.
NGHIÊN CỨU CÁC PHẢN ỨNG NHIỄU TRONG PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TÔN NỮ THÙY MY Người hướng dẫn khoa học: TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao Mã số: 60 44 05 TP. HỒ CHÍ MINH- 9/2014 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI • Trong phân tích kích hoạt neutron ta thường dùng phản ứng (n, γ) để phân tích hàm lượng nguyên tố trong mẫu. • Tuy nhiên nếu phổ neutron tại vị trí chiếu xạ không bị nhiệt hóa tốt, tức là tại vị trí chiếu xạ có cả neutron nhiệt và neutron nhanh, thì những nguyên tố matrix trong mẫu xảy ra phản ứng (n, p) hoặc (n, α) tạo ra đồng vị giống như đồng vị được tạo ra trong phản ứng (n, γ). Vì vậy chúng sẽ gây nhiễu và làm sai lệch kết quả phân tích. Do đó mục tiêu của luận văn là nghiên cứu các phản ứng nhiễu sơ cấp (n,p) và (n,α) của các hạt nhân, nhằm nâng cao độ chính xác của phương pháp. 2 NỘI DUNG Tổng quan về phân ch kích hoạt neutron Tổng quan về phân ch kích hoạt neutron 1 Các phản ứng nhiễu trong phân ch kích hoạt Các phản ứng nhiễu trong phân ch kích hoạt 2 Thực nghiệm kiểm chứng các công thức Thực nghiệm kiểm chứng các công thức 3 Kết luận và kiến nghị Kết luận và kiến nghị 4 3 TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON 1.2. Nguyên lý về phân tích kích hoạt neutron 1 Hạt nhân bia Hạt nhân phóng xạ Hạt nhân hợp phần Neutron tới Tia gamma tức thời Tia gamma trễ Hạt nhân bền Hạt beta 4 ( ) * 1 1 1 0 A A A Z Z Z X n X X γ + + + → → + Phương trình cơ bản trong phân tích kích hoạt Mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng (R) và số đếm (N p ) thu được tại đỉnh năng lượng toàn phần như sau: 5 (1.10) (1.12) 1 1 i d m t t t m S e D e e C t λ λ λ λ − − − = − = − = ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 0,429 0,429 2 1 0,55 r I Q Q E α α α α σ α − = = + + ( ) 0 0 / . . .W / p m th th e e A p N t S D C R G G I N M φ σ φ α θε γ = + = ( ) 0 0 / 1 1 W . . . . . . p m A p th th e e N t M S D C N G G I θ γ ε φ σ φ α = ÷ + CÁC PHẢN ỨNG NHIỄU TRONG PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT 6 2 2 loại 2 loại Nhiễu sơ cấp Nhiễu sơ cấp Nhiễu thứ cấp Nhiễu thứ cấp Phản ứng (n, p) và (n, α) Phản ứng (n, p) và (n, α) Phản ứng (n, f) Phản ứng (n, f) Các phản ứng nhiễu Các phản ứng nhiễu Thiết lập công thức thực nghiệm Thiết lập công thức thực nghiệm 2.1. Các phản ứng nhiễu sơ cấp 2.1.1. Phản ứng (n, p) và (n, α) Phản ứng (n, p) của hạt nhân Z+1 hay phản ứng (n, α) của hạt nhân Z+2 có thể cho ra sản phẩm như phản ứng (n, γ) của hạt nhân Z sẽ gây ra nhiễu khi xác định hạt nhân Z. Lấy 23 Na (n, γ) 24 Na làm ví dụ 24 Mg (n, p) 24 Na 27 Al (n, α) 24 Na Nhiễu sẽ đóng góp vào kết quả phân tích nhiều hay ít phụ thuộc vào nồng độ tương đối của hạt nhân bia trong mẫu, thông lượng neutron nhanh/nhiệt, tỉ số tiết diện của chúng. 7 2.1.2. Phản ứng (n, f) Một phản ứng gây nhiễu khác trong phân tích kích hoạt neutron nhiệt là sự hiện diện của nguyên liệu có khả năng phân hạch. Ví dụ như việc xác định hàm lượng Mo, Te và Ce trong mẫu có U 2.2. Các phản ứng nhiễu thứ cấp Phản ứng thứ cấp do các tia γ hay các hạt mang điện từ các phản ứng (n, γ) hay (n, p) và (n, α) gây ra. Ví dụ: neutron va chạm với H cho ra proton, sau đó tương tác với C theo phản ứng 13 C (p, n) 13 N. Giống sản phẩm với xác định nitơ trong hydrocacbon bằng phản ứng 14 N(n, 2n) 13 N 8 2.3. Thiết lập công thức thực nghiệm hiệu chỉnh phản ứng nhiễu • Bài toán đặt ra Giả sử ta có phản ứng A(n, γ)C và B (n, p)C hoặc B(n, α)C 2.3.1. Cách tìm khối lượng A và B % khối lượng A chiếm trong mẫu là x % khối lượng B chiếm trong mẫu là 1 – x Hạt nhân A ban đầu có (2.4) Hạt nhân B ban đầu có (2.5) • 9 Áp dụng công thức biến đổi hạt nhân theo thông lượng của Leibnitz ta được t d t m γ t i 10 . 0 , . . 1 (2.6) C i t s A A A S C N N e λ φ σ λ − = − 0 . B, . . 1 (2.7) C i f B B t S C N N e λ φ σ λ − = − . ' , , (2.8) C d t A S A S N N e λ − = . ' B, B, (2.9) C d t S S N N e λ − = . " ' , , . 1 (2.10) C m t A S A S N N e λ − = − . " ' B, B, . 1 (2.11) C m t S S N N e λ − = − " , , . (2.12) A A S N N γ γ = " B, , . (2.13) B S N N γ γ = [...]... nhiều loại mẫu khác nhau, ở các dạng khác nhau, và có thể chứa nhiều nguyên tố 35 DANH MỤC CÔNG TRÌNH 1 Huỳnh Trúc Phương, Trịnh Minh Tùng, Tôn Nữ Thùy My, Nguyễn Thị Hoài Thu (2014), Nghiên cứu các phản ứng nhiễu trong phân tích kích hoạt neutron, Hội nghị khoa học trường Đại học Khoa học Tự nhiên lần 9 (21/11/2014) NGHIÊN CỨU CÁC PHẢN ỨNG NHIỄU TRONG PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON Huỳnh Trúc Phương (1)... lý-VLKT, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM Tóm tắt Trong nghiên cứu này, các công thức thực nghiệm cho việc hiệu chỉnh phản ứng nhiễu sơ cấp đối với phản ứng (n, γ) và (n, p) được thiết lập Các thí nghiệm trên hệ phân tích kích hoạt neutron với nguồn Am-Be nhằm kiểm chứng công thức thực nghiệm cũng được nghiên cứu Trong thực nghiệm này, phản ứng 55 56 56 Mn(n, γ) Mn, Fe(n, 56 p) Mn được lựa chọn... NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC 3.1 Hệ phân tích kích hoạt neutron Nguồn neutron Hệ điều khiển Chuyển mẫu α + 9 Be → 12C + 1n Máy bơm Hình 3.2: Hệ phân tích kích hoạt MTA-1527 16 Kênh neutron nhiệt Kênh neutron nhanh Hình 3.5: Hệ thống kênh neutron nhanh và neutron nhiệt 17 Buồng đo Máy tính hiển thị Hình 3.3: Hệ phổ kế gamma với detector HPGe 18 Mn Fe Fe2O3 MnO2 Mẫu được dùng làm thí nghiệm 19 Các bước... quả kiểm định các mẫu làm thí nghiệm STT Tên mẫu Đơn vị Kết quả Phương pháp 1 Mn % 92,18 AAS 2 Fe % 80,32 AAS 3 MnO2 % 94,35 AAS 4 Fe2O3 % 95,14 Trắc quang 32 Nguyên nhân gây sai số Thời gian đo đạc Quy trình làm mẫu Hiệu ứng tự hấp thụ Tiết diện bắt neutron và nguồn phát Hệ số che chắn Các hệ số khác 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ • KẾT LUẬN Nghiên cứu phản ứng nhiễu trong phân tích kích hoạt neutron tại... thể khảo sát hết tất cả các hệ số có liên quan đến công thức Do đó có thể tiến hành thêm các thí nghiệm để thu được các thông số chính xác hơn - Các công thức thiết lập trong phản ứng nhiễu cũng bỏ qua các hiệu chỉnh hệ số tự che chắn trong khi chiếu và hệ số tự hấp thụ trong khi đo Vì vậy cần tìm ra phương pháp để tính toán các hệ số này - Để nâng cao phương pháp phân tích nhiễu tại kênh nhanh, có... hệ phân tích kích hoạt với nguồn đồng vị Am-Be đã thu được những kết quả sau: - 6 -2 -1 Thông lượng neutron nhanh: φf = (2,44 ± 0,14).10 n.cm s - 3 -2 -1 Thông lượng neutron chậm: φs = (5,49 ± 0,07).10 n.cm s - 3 -2 -1 Thông lượng neutron nhiệt φth = (4,25 ± 0,06).10 n.cm s - Thiết lập công thức thực nghiệm xác định hàm lượng nguyên tố quan tâm trong phản ứng gây nhiễu (n, p) và (n, γ) đối với các. .. 10 3 (5,71 ± 0,13 ) 10 3 (4,25 ± 0,06 ) 10 3 (4,35 ± 0,06 ) 10 3 Các kết quả về thông lượng neutron nhanh, neutron chậm và neutron nhiệt so với kết quả tham khảo [6] không chênh lệch nhiều (neutron chậm giảm 3,85%, neutron nhiệt giảm 2,29%), chỉ có thông lượng neutron nhanh giảm đáng kể (giảm 15,86 %) 25 3.4 Thực nghiệm kiểm chứng xác định hàm lượng nguyên tố theo công thức đã xây dựng 55 56 56... ống chuyên dụng Chiếu mẫu Đo mẫu 20 3.3 Khảo sát đặc trưng phổ neutron tại kênh nhanh 3.3.1 Thực nghiệm xác định đường cong hiệu suất Dùng nguồn chuẩn Eu – 154 có thời gian bán rã là 3138,8 ngày, hoạt độ 35108 Bq tại ngày đo, đo trong thời gian 1 giờ Bảng 3.1: Diện tích các đỉnh năng lượng đo được của nguồn Eu - 154 Hiệu suất Năng lượng Diện tích Np (số Xác suất phát tia Eγ (KeV) Sai số (%) đếm) Vị trí... xác định thông lượng neutron tại kênh nhanh 3.3.2.1 Thực nghiệm xác định thông lượng neutron nhanh tại kênh nhanh Bảng 3.3: Thông lượng neutron nhanh của nguồn Am-Be Mẫu φf φf Phản ứng -2 -1 (n.cm s ) -2 -1 (n.cm s ) 6 (2,54 ± 0,06).10 Al-H1 27 27 Al(n, p) Mg (2,44 ± 0,14).10 6 (2,34 ± 0,05).10 Al-H2 φf = A sp N A θ.γ.σ.ε P / M (3.1) 23 6 3.3.2.2 Thực nghiệm xác định thông lượng neutron chậm tại kênh... 56 56 Mn(n, γ) Mn, Fe(n, 56 p) Mn được lựa chọn để đánh giá công thức thực nghiệm Kết quả giữa thực nghiệm và lý thuyết có sự sai lệch 25% – 36% là do có sự sai số lớn trong các dữ liệu hạt nhân đã dùng trong tính toán Từ khóa: Phản ứng nhiễu sơ cấp (n, γ) và (n, p), nguồn Am-Be 36 . hướng dẫn khoa học: TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao Mã số: 60 44 05 TP. HỒ CHÍ MINH- 9/2014 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI • Trong phân tích kích hoạt neutron. của luận văn là nghiên cứu các phản ứng nhiễu sơ cấp (n,p) và (n,α) của các hạt nhân, nhằm nâng cao độ chính xác của phương pháp. 2 NỘI DUNG Tổng quan về phân ch kích hoạt neutron Tổng quan