Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hàm fE vào năng lượng của các tia gamma đặc trưng phát ra từ đồng vị 235 U của nguồn U4 .... Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hàm fE vào năng lượng của các tia
Trang 11
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
Trương Thi ̣ Thùy Vân
XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THANH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN-XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA 235U BẰNG PHƯƠNG PHÁP
CHUẨN NỘI HIỆU SUẤT GHI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2014
Trang 22
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
Trương Thi ̣ Thùy Vân
XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THANH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN-XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA 235U BẰNG PHƯƠNG PHÁP
CHUẨN NỘI HIỆU SUẤT GHI
Chuyên ngành: Vâ ̣t lý nguyên tử
Mã số: 60440106
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS CAO ĐÌNH THANH
Hà Nội – Năm 2014
Trang 33
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Cao Đình Thanh Thầy đã dành nhiều thời gian hướng dẫn cũng như giải đáp thắc mắc của tôi trong suốt quá trình làm luận văn Tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người thầy đáng kính của mình
Qua đây, tôi xin gửi tới các thầy cô đang công tác tại khoa Vật lý Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, cũng như các thầy cô đã tham gia giảng dạy khóa Cao học 2011-2013 lời cảm ơn chân thành với công lao dạy dỗ trong suốt thời gian tôi học tập tại trường
Tôi cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, cơ quan nơi công tác những người đã luôn cổ vũ động viên và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập cũng như làm luận văn
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Học viên
Trương Thị Thùy Vân
Trang 44
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN 10
1.1 Tổng quan về nhiên liệu hạt nhân và vật liệu phân hạch 10
1.2 Các đặc trưng của thanh nhiên liệu Uranium Error! Bookmark not defined
1.2.1 Uranium Error! Bookmark not defined
1.2.2 Dãy phóng xạ U238 và U235 Error! Bookmark not defined
1.3 Viên gốm UO 2 Error! Bookmark not defined
1.3.1 Tính chất của viên gốm UO2 Error! Bookmark not defined
1.3.2 Cấu trúc và sự giãn nở nhiệt Error! Bookmark not defined
1.3.3 Độ dẫn nhiệt Error! Bookmark not defined
1.3.4 Độ cháy của nhiên liệu hạt nhân Error! Bookmark not defined
1.3.5 Độ giàu của nhiên liệu hạt nhân Error! Bookmark not defined
1.4 Thanh nhiên liệu hạt nhân Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU
URANI Error! Bookmark not defined
2.1 Độ giàu của nhiên liệu Urani Error! Bookmark not defined
2.2 Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ gammaError! Bookmark not defined 2.3 Phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi Error! Bookmark not defined
2.4 Hệ phổ kế gamma bán dẫn Error! Bookmark not defined
2.4.1 Phổ kế gamma bán dẫn Gecmani siêu tinh khiếtError! Bookmark not defined
2.4.1 Hệ phổ kế gamma bán dẫn Error! Bookmark not defined
2.5 Xác định sai số Error! Bookmark not defined
2.5.1 Sai số thống kê Error! Bookmark not defined
2.5.2 Sai số hệ thống Error! Bookmark not defined
2.5.3 Công thức truyền sai số Error! Bookmark not defined
Trang 55
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Error! Bookmark not defined 3.1 Đo phổ gamma cu ̉ a các mẫu nhiên liê ̣u ha ̣t nhân đươ ̣c làm giàu
thấp Error! Bookmark not defined 3.2 Xác định độ giàu đồng vị trong nhiên liệu uran.Error! Bookmark not defined 3.3 Xác định độ giàu Error! Bookmark not defined
3.3.1 Độ giàu nhiên liệu Urani của nguồn U4 Error! Bookmark not defined 3.3.2 Độ giàu nhiên liệu Urani của nguồn U2.9 Error! Bookmark not defined
3.4 Đánh giá sai số và kết quả thực nghiệm Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11
Trang 66
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các thông số quan trọng của đồng vị phân hạch U233, U235 và Pu239 4
Bảng 1.2 Các thành phần đóng góp vào năng lượng phân hạch của U235 với notron nhiệt 5
Bảng 1.3 Các tính chất cơ bản của các loại nhiên liệu hạt nhân 5
Bảng 1.4 Các tính chất cơ bản của Uranium 6
Bảng 1.5 Các đồng vị phóng xạ trong dãy 238U và đặc trưng phân rã của chúng 10
Bảng 1.6 Các đồng vị phóng xạ trong dãy 235U và đặc trưng phân rã của chúng 11
Bảng 1.7 Các tính chất của UO2 11
Bảng 2.1: Các vạch phổ được sử dụng để tính toán tỉ lệ hoạt độ 22
Bảng 3.1 Các thông số đặc trưng của các đỉnh gamma cần quan tâm thu được từ mẫu U4 thời gian đo 51385 giây 34
Bảng 3.2 Các thông số đặc trưng của các đỉnh gamma cần quan tâm thu được từ mẫu U2.9 thời gian đo 57464 giây 35
Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm độ giàu mẫu U4 và U2.9 38
Trang 77
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Chuỗi chiếm bắt notron của 232Th và 238U 10 Hình 1.2 Chuỗi phân rã của 235U và 238
U, chu kỳ bán rã và các đỉnh gamma đặc
trưng của các đồng vị con cháu quan trọng.Error! Bookmark not defined
Hình 1.3 Viên gốm UO2 9 Hình 1.4 Độ dẫn nhiệt thay đổi theo nhiệt độ của nhiên liệu hạt nhân 13 Hình 1.5 Sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ và độ cháy của nhiên liệu hạt
nhân 14
Hình 1.6 Thanh nhiên liệu sử dụng trong lò VVER Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Thanh nhiên liệu hạt nhân Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Bó thanh nhiên liệu được sử dụng trong lò PWR và BWR Error!
Bookmark not defined
Hình 2.1 Hệ phổ kế gamma BEGE tại Bộ môn Vật lý hạt nhân, khoa Vật lý Error!
Bookmark not defined
Hình 2.2 Detetor bán dẫn HPGe model GLP-10180/07 (ORTEC) tinh thể mỏng
tại Viện Đồng vị phóng xạ Hungari Error! Bookmark not defined
Hình 3.1 Phổ gamma mẫu nhiên liê ̣u Viê ̣n Công nghê ̣ xa ̣ hiếm cung cấp được đo
trên hê ̣ phổ kế gamma siêu tinh khiết Ge (Li) tai Bô ̣ môn vâ ̣t lý ha ̣t nhân , Trường Đa ̣i ho ̣c Khoa ho ̣c Tự nhiên 33 Hình 3.2 Phổ gamma mẫu nhiên liê ̣u do Cơ quan không phổ biến và ch ống vũ khí
hạt nhân Quốc tế cung cấp được đo trên detetor bán d ẫn HPG model GLP-10180/07 với thời gian 57464 giây 33 Hình 3.3 Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hàm f(E) vào năng lượng của các tia
gamma đặc trưng phát ra từ đồng vị 235
U của nguồn U4 35 Hình 3.4 Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hàm f(E) vào năng lượng của các tia
gamma đặc trưng phát ra từ đồng vị 235U của nguồn U2.9 37
Trang 88
MỞ ĐẦU
Công nghiệp năng lượng nói chung và năng lượng hạt nhân nói riêng có vai trò quan trọng trong sự phát triển của các quốc gia Đối với Việt Nam việc phát triển năng lượng trong giai đoạn hiện nay được ưu tiên hàng đầu, do sự cạn kiện dần các nguồn năng lượng truyền thống như nhiệt điện, thủy điện,… năng lượng hạt nhân trở thành giải pháp lựa chọn phù hợp hơn cả
Các số liệu về thành phần, hàm lượng các đồng vị, các tạp chất hóa học, tuổi nhiên liệu, đô ̣ cháy là các thông số vâ ̣t lý quan có ý nghĩa quan tr ọng trong quá trình sử dụng cũng như công tác quản lý, an ninh, an toàn hạt nhân Dựa trên đặc tính phân rã tự nhiên của các đồng vị trong chuỗi urani, hàm lượng của vật liệu urani có thể xác định thông qua việc đo tỷ số hoạt độ của các đồng vị phóng xạ này
Để xác định các đặc trưng của nhiên liệu urani, có nhiều những phương pháp khác nhau được sử dụng như phân tích phá hủy mẫu, thường sử dụng các khối phổ
kế hấp thụ nguyên tử, khối phổ kế cảm ứng plasma (ICP-MS), phổ kế anpha, và phương pháp không phá hủy mẫu (NDA) chủ yếu sử dụng phổ kế gamma độ phân giải năng lượng cao Mỗi phương pháp trên đều có những lợi thế và mặt hạn chế riêng, bổ sung lẫn nhau Tùy thuộc vào mục đích và điều kiện nghiên cứu và đặc điểm của từng loại
Phương pháp xác định các đặc trưng của vật liệu hạt nhân sử dụng phổ kế gamma bán dẫn được ứng dụng phổ biến, với ưu điểm không cần phá mẫu, đă ̣c biê ̣t không cần mẫu chuẩn, quy trình thực nghiệm không quá phức tạp, tuy nhiên đòi hỏi
kỹ năng phân tích xử lý số liệu thực nghiệm
Đề tài: “Xác định một số đặc trưng của nhiên liệu hạt nhân - Xác định độ
giàu U 235 bằng phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi” trình bày một số nội dung
cơ bản về: nhiên liệu hạt nhân Urani, các phương pháp phân tích hàm lượng Urani, tập trung nghiên cứu phương pháp phân tích Urani sử dụng phổ kế gamma với đêtectơ gecmani siêu tinh khiết HPGe, phương pháp chuẩn nô ̣i hiê ̣u suất ghi
Trang 99
Về bố cục, ngoài các phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn được chia thành 3 chương sau:
Chương 1: Trình bày tổng quan về các đặc trưng cơ bản của nhiên liệu hạt
nhân và các phương pháp phân tích Urani
Chương 2: Trình bày phương pháp thực nghiệm phân tích hàm lượng Urani
sử dụng phổ kế gamma kết hợp với các kỹ thuật chuẩn sử dụng đường cong hiệu suất ghi tương đối
Chương 3: Trình bày một số kết quả thực nghiệm.
1
1
2
Trang 1010
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN
1.1 Tổng quan về nhiên liệu hạt nhân và vật liệu phân hạch
Nhiên liệu hạt nhân liên quan trực tiếp đến các vật liệu có khả năng tạo ra năng lượng thông qua phản ứng hạt nhân Các vật liệu này thường được chia làm hai loại: Vật liệu phân hạch và vật liệu phổ biến
Vật liệu phân hạch là các đồng vị có khả năng gây ra phản ứng phân hạch với notron nhiệt, hiện nay chỉ có duy nhất một đồng vị trong tự nhiên bị phân hạch bởi notron nhiệt đó là U235 còn các đồng vị khác như là U238 chỉ có thể phân hạch với notron nhanh (notron có năng lượng lớn hơn 1 MeV) Uranium xuất hiện trong
tự nhiên gồm có U238 (chiếm 99.283%) và U235 (chiếm 0.711%)
Vật liệu phổ biến bao gồm 2 đồng vị trong tự nhiên đó là U238 và Th232, hai đồng vị này có thể tạo ra các vật liệu phân hạch như Pu239
và U233 thông qua chiếm bắt notron như trong hình 1.1
Hình 1.1 Chuỗi chiếm bắt notron của 232 Th và 238
U
3
Trang 1111
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Thái Khắc Định, Bùi Văn Loát (2007), Các phương pháp xử lí số liệu thực
nghiệm hạt nhân, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh
2 Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khao học và Kỹ thuật, Hà
Nội
3 Bùi Văn Loát (2009), Địa vật lý hạt nhân, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
4 Cao Đình Thanh(2010), Tập bài giảng nhiên liệu hạt nhân- Lưu hành nội bộ,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội
5 A Luca (2008), “Experimental Determination of the Uranium Enrichment
Ratio”, Rom Journ Phys, 53(2), pp.35 -39
6 Delynn Clark (1996), U235:A gamma ray analysis code for uranium isotopic
determination, Lawrence Livermore National Laboratory University of
California, California
7 Donald R(1976), Fundamential Aspects of Nuclear Reactor Fuel
Elements,Department of Nuclear Engineering, University of California,
Berkeley
8 Haluk YÜcel (2007), “The applicability of MGA method for depleted and
natural uranium isotopic analysis in the presence of actinides”, Applied
Radiation and Isotopies, 65, pp.1269-1280
9 Huda Abdulrahman Al-Sulaiti (2011), Determination of Natural Radioactivity
Levels in the State of Qatar Using HighResolution Gamma-ray
Spectrometry, A thesis submitted for the Degree of Doctor of
Philosophy; University of Surrey
10 H Yucel, H.Dikmen (2009), “Uranium enrichment measurements using the
intensity ratios of self- fluresence X-ray-92* keV gamma ray in UXKα
spectral region”, Talanta, 78, pp 410-417
11 M.H Nassef, W.EL Mowafi, and M.S.EL Tahawy (2009), “Non destructive
assay for 235U determination in reference material of uranium oxide”, Journal
of Nuclear and Radiation Physics, 4(2), pp 65-73
41
Trang 1212
12 WL Kuhn, JP Sloughter (2001), Technical Review of the Characteristics
of Spent Nuclear Fuel Scrap, Department of Energy, Prepared for the U.S
42
