báo cáo nghiên cứu phương pháp chuẩn k0-inaa tại kênh nhanh của hệ phân tích kích hoạt với nguồn am-be

Lý do chọn đề tàiHệ thống phân tích kích hoạt neutron của Bộ môn Vật lý Hạt nhân sử dụng nguồn neutron đồng vị Am-Be Kênh neutron nhiệt Kênh nhanh Kênh nhiệt nghiên cứu và phát triển p

Trang 1

LOGO ĐẠI HỌC QUỐC GIA- THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CHUẨN HÓA

k0 INAA TẠI KÊNH NHANH CỦA HỆ PHÂN TÍCH

KÍCH HOẠT VỚI NGUỒN Am–Be

Người hướng dẫn khoa học:

TS HUỲNH TRÚC PHƯƠNG

NGUYỄN THỊ HOÀI THU

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao

Mã số: 60 44 05

Trang 3

Lý do chọn đề tài

Hệ thống phân tích kích hoạt neutron của Bộ môn Vật lý Hạt nhân sử

dụng nguồn neutron đồng vị Am-Be

Kênh neutron nhiệt

Kênh nhanh Kênh nhiệt

nghiên cứu và phát triển phương pháp chuẩn hóa k 0 tại kênh neutron nhiệt của nguồn Am-Be Kênh neutron nhanh:  f e α f

cần thiết nghiên cứu phương pháp chuẩn hóa k 0 -INAA tại kênh nhanh của hệ phân tích kích hoạt.

Trang 4

I Tổng quan

I.1 Phân tích kích hoạt neutron (Neutron ActIIation Analysis – NAA)

 Cho phép xác định định tính và định lượng các nguyên tố.

 Khả năng phân tích đồng thời đa nguyên tố.

 Độ nhạy đến ppm hoặc ppb.

 Không phá mẫu.

 Thích hợp trong việc xác định các mức hàm lượng rất thấp trong vật liệu siêu sạch hoặc khi lượng mẫu phân tích rất nhỏ

Trang 5

I.2 NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON

Trang 6

 Nguồn neutron (nguồn ĐV, máy phát/máy gia tốc, lò phản ứng)

 Dụng cụ thích hợp để phát hiện/ghi nhận & xử lý phổ gamma

Trang 7

S =1-exp(-ti) D = exp(-td) C = [1-exp(-tm)]/(tm)

I.4 PHƯƠNG TRÌNH KÍCH HOẠT

I Tổng quan

p A

th th 0 e e p m

Trang 8

I Tổng quan

I.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUẨN HÓA

Chuẩn hóa tuyệt đối Chuẩn hóa tương đối Chuẩn đơn nguyên tố

Trang 9

I Tổng quan

 Phương pháp chuẩn hóa tuyệt đối

Thông số trường neutron

Thành

phần đo

phổ

Số liệu hạt nhân

Hiệu suất detector

Ảnh hưởng bởi nhiều nguồn sai số do sử dụng một loạt số liệu hạt nhân

Trang 10

I Tổng quan

 Phương pháp chuẩn hóa tương đối

N / t WS.D.C

Trang 11

I Tổng quan

 Phương pháp chuẩn đơn nguyên tố

k

N / t W.S.D.C

Trang 12

I Tổng quan

 Phương pháp chuẩn hóa k0

0,Au

Au

N t w.S.D.C 1 f Q ( )

N t (a) f Q ( ) W.S.D.C

Trang 13

II.Thực nghiệm xác định hệ số Q 0 và k 0

Phản ứng hạt nhân

Thời gian chiếu

Thời gian rã

II.1 Lựa chọn các yếu tố cần thiết cho phân tích kích hoạt neutron

Thời gian đo

Trang 14

II.2 Hệ phân tích kích hoạt neutron tại Bộ môn VLHN

Cấu hình nguồn neutron Am-Be

Trang 15

Hệ chuyển mẫu MTA-1527 nhờ bơm áp lực

Trang 16

Hệ phổ kế gamma với detector HPGe.

Trang 17

(F R 1)

 



Trang 18

N / tA

W.S.D.C

Trang 19

II.3 Thực nghiệm xác định hệ số Q0

Chuẩn bị mẫu

Nguyên tố phân tích: Au, Mn, V, Mo, Br

Trang 20

Đóng gói mẫu

Chuẩn bị mẫu

Trang 21

Đèn hồng ngoại và cân điện tử

Trang 22

II.3 Thực nghiệm xác định hệ số Q0Bảng 2.1 Khối lượng của các mẫu dùng cho thực nghiệm.

Đồng vị

Khối lượng (g)

Sai số (g) Dùng chiếu trần Dùng chiếu bọc

Trang 23

Phản ứng quan tâm Ē r Năng lượng phát gamma,

E (keV)

Chu kì bán hủy, T 1./2 (giờ)

Trang 24

Diện tích đỉnh N p (số đếm)

Trang 25

Đồng vị Năng lượng

E γ (keV)

Hoạt độ riêng (phân rã/giây/gam)

5,5184 1,1463 4,0121 1,1288

5,3241 1,1009 3,8671 1,0859

1,0365 1,0412 1,0375 1,0395

93,9178 83,2039 91,4133 86,7848

Trang 26

Đồng vị

Hệ số Q0

Độ sai lệch (%)

Thực nghiệm

Trang 27

 Hệ số Q0 của một số đồng vị dựa trên phổ neutron nguồn

Trang 28

N / t W.S.D.C G f G Q ( )

N / t G f G Q ( ) W.S.D.C

Trang 30

II.4 Thực nghiệm xác định hệ số k0

Hệ số k 0,Au

Độ sai lệch (%)

Trang 31

II.4 Thực nghiệm xác định hệ số k0

Nhận xét

 Sai số tương đối của hằng số k0,Au được xác định bằng kích hoạt

neutron nguồn đồng vị Am-Be so kết quả thực nghiệm của De Corte và cộng sự nhỏ hơn 15% Trong đó, sai số tương đối của hằng số

k0,Au(51V) là nhỏ nhất (2,5%).

 Nguyên nhân:

 Hiệu suất detector

 Bề dày của mẫu chuẩn không chính xác.

 Khi xác định các thông số của nguồn và hệ đo như tỉ số thông lượng f, độ lệch phổ α và đường cong hiệu suất ε cũng gặp

Trang 32

III Áp dụng phương pháp k0-INAA phân tích

Hàm lượng (g/g)

Trang 33

hàm lượng một số nguyên tố

Bảng 3.2 : Các số liệu thực nghiệm của mẫu 1.

Mẫu 1

Nguyên tố

Thời gian chiếu t i (s)

Thời gian đo

t m (s)

Thời gian rã

t d (s)

Năng lượng

E γ (keV)

Diện tích đỉnh

N p (số đếm)

55 Mn 81240 7200 2520 846,8 654 ± 11,14%

98 Mo 81240 7200 2520 140,5 422 ± 7,99%

51 V 81240 600 0 1434,1 65 ± 10,66%

81 Br 81240 7200 2520 554,3 789 ± 8,07%

Trang 34

Diện tích đỉnh N p (số đếm)

55 Mn 68400 7200

62271

540 10860

846,8 846,8

1292 ± 2,75%

816±6,07%

98 Mo 68400 7200

62271

540 10860

140,5 140,5

7200 62271

540 10860

554,3 776,5 554,3 776,5

828 ± 4,37%

669 ± 4,67%

4551±1,88%

4102±1,78%

Trang 35

1200 11940

846,8 846,8

1200 11940

140,5 140,5

7200 81171

1200 11940

554,3 776,5 554,3

Trang 36

Trang 37

Nguyên

tố

Năng lượng E γ (keV)

Năng lượng

E r (eV)

Chu kỳ bán rã

T 1/2 (h)

Hệ số Q 0 Hệ số

k 0,Au

Hiệu suất,  p

Bảng 3.5: Các số liệu thực nghiệm Q0(α), k0,Au, p của nguyên tố phân tích.

Trang 38

Bảng 3.6: Hàm lượng của các nguyên tố phân tích trong mẫu 1.

Trang 39

Trang 40

Trang 41

Bảng 3.9: Hàm lượng trung bình và sai số trung bình của nguyên

tố phân tích trong các mẫu.

Trang 42

Sau khi xác định hàm lượng của các nguyên tố, ta so sánh kết quả này với kết quả hàm lượng lý thuyết Hàm lượng lý thuyết được tính với các số liệu lấy từ kết quả thực nghiệm của De Corte và cộng sự:

Đồng vị Năng lượng

E γ (keV)

Năng lượng

E r (eV)

Bảng 3.10: Các số liệu tham khảo [6]

Trang 43

Mẫu 1 Hợp chất Nguyên tố

Hàm lượng (%) Sai lệch

(%) (*) Pha chế Thực nghiệm Lý thuyết

Bảng 3.11: Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố trong mẫu 1.

(*) Sai lệch % giữa giá trị thực nghiệm và giá trị pha chế.

Trang 44

Bảng 3.12: Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố trong mẫu 2

Trang 45

Bảng 3.13: Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố trong mẫu 3.

Trang 46

 Qua kết quả phân tích bằng phương pháp chuẩn hóa k0 ta nhận thấy rằng sự sai lệch

về hàm lượng giữa thực nghiệm và pha chế là khá nhỏ đối với Mn (< 8%) và Br (< 7,5%)

 Đối với Mo và V thì có sự sai lệch khá lớn, đối với V lên đến 25% và Mo lên đến 20%

 Sở dĩ độ lệch cao là do các nguyên tố có có tiết diện kích hoạt nhỏ dẫn đến số đếm thu được rất nhỏ (đối với V) dẫn đến sai số thống kê lớn, đối với Mo là do sai số trong phép đo hoạt độ tại đỉnh năng lượng 140,5 keV (có sự hiện diện của 99Mo và

Trang 47

IV Kết luận và kiến nghị

Kết luận

 Xác định được hệ số Q0 của các đồng vị 55Mn, 98Mo, 51V, 81Br

 Xác định hệ số k0,Au của các đồng vị 55Mn, 98Mo, 51V, 81Br.

 Áp dụng xác định hàm lượng của các nguyên tố 55Mn, 98Mo, 51V, 81Br có trong mẫu hợp chất pha chế.

 Phương pháp chuẩn hóa k0-INAA tại kênh nhanh của hệ phân tích kích hoạt neutron với nguồn Am-Be và hệ phổ kế gamma HPGe đã được nghiên cứu và phát triển.

 Do phương pháp chuẩn hóa k0 không phụ thuộc vào các thông số của nguồn neutron và hệ đo nên ưu điểm của phương pháp này là có tính linh hoạt khi

Trang 48

Kiến nghị

IV Kết luận và kiến nghị

Do thời gian có hạn và các mẫu chuẩn chưa được nhiều nên khóa luận chưa khảo sát sâu, nếu có thời gian thì công việc sau đây sẽ được tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện hơn trong việc:

 Xác định được hệ số Q0 có tính đến việc hiệu chỉnh hệ số tự hấp thụ tia gamma, hệ số tự che chắn neutron nhiệt và trên nhiệt bằng thực nghiệm.

 Xác định hệ số k0,Au của nguyên tố với nhiều mẫu để kết quả có độ tin cậy cao hơn.

Trang 49

NGHIÊN CỨU CÁC PHẢN ỨNG NHIỄU TRONG PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON

Huỳnh Trúc Phương (1), Trịnh Minh Tùng(1), Tôn Nữ Thùy My(1), Nguyễn Thị Hoài Thu(1) (1) Khoa Vật 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, ) 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 55Mn(n, )56Mn, 56Fe(n, p)56Mn 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, ) và (n, p), nguồn Am-Be.

Danh mục công trình

Trang 50

Tài liệu tham khảo

TIẾNG VIỆT

[1] Cao Đông Vũ (2009), Nghiên cứu áp dụng chương trình k 0 -IAEA trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học Công nghệ cấp Cơ sở, Viện nghiên

cứu Hạt nhân Đà Lạt, tr 18&19

[2] Hồ Mạnh Dũng (2003), Nghiên cứu phát triển phương pháp k– zero trong phân tích

kích hoạt neutron lò phản ứng Hạt nhân cho xác định đa nguyên tố, Luận án Tiến sĩ,

Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM

[3] Hồ Mạnh Dũng (2007), Phân tích kích hoạt neutron (NAA), Lớp huấn luyện về ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp và môi trường, Đà Lạt, tr 5&6.

[4] Huỳnh Trúc Phương, Mai Văn Nhơn (2007), “Áp dụng phương pháp chuẩn hóa

k0-INAA phân tích hàm lượng nguyên tố Sm và La trong mẫu bụi có tính đến việc hiệu chỉnh

trùng phùng thực”, Tạp chí Phát triển KH&CN, Vol.10, tr.35-39

[5] Huỳnh Trúc Phương, Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo (2009), Giáo trình Các

Trang 51

[6] Huỳnh Trúc Phương (2009), Giáo trình Phân tích kích hoạt (lưu hành nội bộ), ĐH

KHTN TP.HCM

[7] Huỳnh Trúc Phương, Mai Văn Nhơn, Văn Thị Thu Trang (2009), “Thực nghiệm

xác định hệ số k 0 của vài đồng vị dựa trên phương pháp k 0 -INAA với nguồn neutron Be”, Tạp chí Phát triển KH&CN.

Am-[8] Huỳnh Trúc Phương (2009), Nghiên cứu và phát triển phương pháp chuẩn hóa k 0

cho vùng tia gamma năng lượng thấp, Luận án tiến sĩ, Đại học Khoa học Tự nhiên

Tp.Hồ Chí Minh, tr 5-18

[9] Huỳnh Trúc Phương (2011), Phát triển phương pháp chuẩn hóa k 0 -INAA trong

phân kích hoạt Neutron cho nguồn Neutron đồng vị Am-Be tại bộ môn Vật Lí Hạt Nhân,

Báo cáo đề tài cấp ĐHQG, ĐH KHTN TP.HCM

[10] Lê Thị Thanh Tuyền (2012), Khảo sát các đặc trưng phổ neutron tại kênh nhanh

Trang 52

[11] Lưu Đặng Hoàng Oanh (2013), Nghiên cứu phép phân tích kích hoạt neutron

nhanh và huỳnh quang tia X để phân tích hàm lượng một số nguyên tố trong mẫu địa chất, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM, tr 6-10.

[12] Trần Đức Thiệp (2002), Máy Gia Tốc, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà

Nội, tr.95-107.]

[13] Trương Thị Hồng Loan (2008), Giáo trình các phương pháp thống kê đánh giá số

liệu thực nghiệm – lưu hành nội bộ, ĐH KHTN TP.HCM

[14] Văn Thị Thu Trang (2008), Xác định hằng số k0 trong phương pháp k0 – INAA

bằng kích hoạt neutron nguồn đồng vị Am – Be, Khóa luận tốt nghiệp Đại học, Trường

Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM, tr.4-7

Trang 53

TIẾNG ANH

[15] D.C Puerta, A.M.G Figueredo, R.Semmler, R.Semmler, R.Jacimovic (2014),

“k0-INAA of biological matrices at IPEN neutron actIIation analysis laboratory, São

Paulo, using the k0_IAEA software”, Journal of Radioanalytical and Nuclear

Chemistry, 300(2): 637-644 doi:10.1007/s10967-014-3035-z

[16] D.Soete, R.Gijbels, J.Hoste (1972), Neutron ActIIation Analysis, Wiley

Interscience, New York, pp 119-121

[17] F.D Corte, A Simonits (2003), “Recommended nuclear data for use in the k 0

standardization of neutron actIIation analysis”, Atomic Data and Nuclear Data Tables

8, pp 47-67.

[18] L.Alghem, M.Ramdhane, S.Khaled, T.Akhal (2006), Nuclear Instruments and

Methods in Physics Research Section A, Volume 556, Issue 1, p 386-390.

Trang 54

[19] R.P.Murrie, J.S.Quinton, R.S.Popelka-Filcoff (2013) “Determination of the f

parameter for k0-neutron actIIation analysis at the Australian 20 MW OPAL research

reactor”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 298(1):77-86 DOI:10.1007/

S10967-013-2542-7

[20] Simonits (1976), “Measurements of k0-Value for (n, ) Reactor Neutron ActIIation

Analysis”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol.24, pp.31-46.

[21] Huynh T Phuong et al (2012), “Development of k0-INAA standardization method

by neutron actIIation with Am-Be source”, Journal of Radioanalytical and Nuclear

Trang 55

Xin chân thành cám ơn sự

quan tâm theo dõi của

Quý Thầy Cô và các bạn!

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	9,84 MB