DSpace at VNU: Đánh giá bằng thực nghiệm ưu điểm của phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi và một số ứng dụng

DSpace at VNU: Đánh giá bằng thực nghiệm ưu điểm của phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi và một số ứng dụng tài liệu, gi...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

BÙI THỊ HƯƠNG

ĐÁNH GIÁ BẰNG THỰC NGHIỆM ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN NỘI HIỆU SUẤT GHI

VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

1q – 50 - xb

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

BÙI THỊ HƯƠNG

ĐÁNH GIÁ BẰNG THỰC NGHIỆM ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN NỘI HIỆU SUẤT GHI

VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

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

Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Văn Loát

Hà Nội – 2015

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TS Bùi Văn Loát là người hướng dẫn khoa học đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo tại Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý, Phòng Sau đại học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập

và thực hiện bản luận văn

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình và bạn bè đã thường xuyên động viên, khuyến khích và dành mọi điều kiện có thể để em hoàn thành luận văn này

Hà nội, ngày tháng 12 năm 2015

Học viên

Bùi Thị Hương

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 PHÂN RÃ PHÓNG XẠ Error! Bookmark not defined 1.1 Hiện tượng phân rã phóng xạ Error! Bookmark not defined

1.1.1 Định nghĩa và đặc điểm của hiện tượng phân rã phóng xạ Error! Bookmark

not defined

1.1.2 Quy luật phân rã phóng xạ Error! Bookmark not defined

1.2 Chuỗi phóng xạ liên tiếp Hiện tượng cân bằng phóng xạ Error! Bookmark not defined

1.2.1 Chuỗi phóng xạ liên tiếp Error! Bookmark not defined 1.2.2 Hiện tượng cân bằng phóng xạ Error! Bookmark not defined

1.3 Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên Error! Bookmark not defined

1.3.1 Dãy phóng xạ Urani Error! Bookmark not defined 1.3.2 Dãy phóng xạ Thori Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined

2.1 Phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi Error! Bookmark not defined

2.2.1 Phương pháp phổ gamma Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi Error! Bookmark not defined

2.2 Hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe – Canberra Error! Bookmark not defined

2.2.1 Đầu dò bán dẫn BEGe, Model BE530 Error! Bookmark not defined 2.2.2 Buồng chì: Error! Bookmark not defined 2.2.3 Khối tiền khuếch đại, model Canberra 2002C: Error! Bookmark not

defined

2.2.4 Khối khuếch đại phổ, model Canberra 2026: Error! Bookmark not defined 2.2.5 Khối cao thế, model Canberra 3106D: Error! Bookmark not defined 2.2.6 Khối phân tích đa kênh: Error! Bookmark not defined

2.3 Phân tích phổ gamma Error! Bookmark not defined

2.3.1 Mục đích phân tích phổ gamma Error! Bookmark not defined 2.3.2 Phần mềm phân tích phổ gamma Error! Bookmark not defined 2.3.3 Đường cong hiệu suất ghi của detecto Error! Bookmark not defined

2.4 Một số hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác kết quả đo Error! Bookmark not defined

2.4.1 Hiệu ứng thời gian chết Error! Bookmark not defined 2.4.2 Hiệu chỉnh chồng chập xung Error! Bookmark not defined 2.4.3 Hiệu ứng cộng đỉnh Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Error! Bookmark not defined 3.1 Xác định tỉ số hoạt độ của 208 Tl / 228 Ac trong nguồn TS5 Error! Bookmark not defined

3.1.1 Nguồn không bọc chì đặt song song với bề mặt detecto Error! Bookmark not

defined

3.1.2 Nguồn bọc chì 1,5mm Error! Bookmark not defined

3.2 Xác định tỷ số hoạt độ của một số đồng vị trong dãy 238 U Error! Bookmark not defined

3.2.1 Đánh giá tính cân bằng phóng xạ trong dãy 238 U Error! Bookmark not

defined

3.2.2 Xác định tỉ số hoạt độ 235 U và 238 U Error! Bookmark not defined

3.3 Đánh giá sai số Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TÊN VIẾT TẮT

BEGe - Broad Energy Germaniumdetector - Đầu dò bán dẫn gecmani siêu tinh khiết dải rộng

FWHM - Full Width at Half Maximum, độ rộng nửa chiều cao của đỉnh, còn gọi là

độ phân giải năng lượng

Iγ - Gamma ray intensity, cường độ bức xạ tia gamma, còn được gọi là xác suất

phát xạ

ADC – Analog to Digital Converter, bộ biến đổi tương tự số

MCA – Multichannel Analyzer, phân tích biên độ nhiều kênh

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Sơ đồ hê ̣ phổ kế gamma Error! Bookmark not defined

Hình 2.2 Hệ phổ kế gamma BEGe tại Bộ môn Vật lý hạt nhân Trường

ĐHKHTH-ĐHQGHN Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Phân tích phổ gamma bằng GammaVision 6.03.Error! Bookmark not

defined

Hình 2.4 Nhận diện sơ bộ các đồng vị bằng công cụ FitzPeaks 3.66 Error!

Bookmark not defined

Hình 3.1: Mặt trước mẫu TS5 Error! Bookmark not defined Hình 3.2: Mặt sau mẫu TS5 Error! Bookmark not defined

Hình 3.3: Phổ gamma của mẫu TS5 với cấu hình đo nguồn không bọc chì đặt song

song với mặt đềtéctơ thời gian đo 69270s Error! Bookmark not defined

Hình 3.4 Đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi của phổ gamma mẫu TS5 cấu hình

đo không bọc chì song song Error! Bookmark not defined

Hình 3.5 Phổ gamma của mẫu TS5 với cấu hình đo bọc chì thời gian đo 83181

Error! Bookmark not defined

Hình 3.6 Đường cong chuẩnnội hiệu suất ghi của phổ gamma mẫu TS5 cấu hình đo

bọc chì Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi của phổ gamma mẫu US2 Error!

Bookmark not defined

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các bức xạ gamma đặc trưng và hệ số phân nhánh của các đồng vị phóng

xạ trong dãy 238U Error! Bookmark not defined

Bảng 1.2 Các bức xạ gamma đặc trưng và hệ số phân nhánh của các đồng vị phóng

xạ trong dãy 235

U Error! Bookmark not defined

Bảng 1.3 Các bức xạ gamma đặc trưng và hệ số phân nhánh của các đồng vị trong dãy phóng xạ 232Th Error! Bookmark not defined

Bảng 3.1 Kết quả thực nghiệm với cấu hình son song, thời gian đo 69270 giây

Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Cấu hình bọc chì thời gian đo 83181s Error! Bookmark not defined

Bảng 3.3: Bảng so sánh kết quả thực nghiệm với hai cấu hình đo bọc chì và không

bọc chì Error! Bookmark not defined

Bảng 3.4 Kết quả tỉ lệ hoạt độ của 208

Tl và 228Ac với hai cấu hình đo khác nhau

Error! Bookmark not defined Bảng 3.5 Bảng số liệu kết quả xử lý đối với mẫu US2Error! Bookmark not defined

Bảng 3.6 Bảng số liệu kết quả xử lý đối với hai đỉnh năng lượng 186,21keV và

185,75keV Error! Bookmark not defined

Bảng 3.7 Tỉ lệ hoạt độ của 235

U và 238U theo lý thuyết và bằng thực nghiệm Error!

Bookmark not defined

1

MỞ ĐẦU

Trong nhiều bài toán Vật lý hạt nhân liên quan tới tỉ số hoạt độ của hai đồng

vị trong mẫu đo Trong [6] đưa ra công thức xác định độ giàu và tuổi của nhiên liệu hạt nhân Tuổi của nhiên liệu hạt nhân được xác định thông qua tỷ số hoạt độ

Độ giàu đồng vị được xác định thông qua việc đo tỉ số hoạt độ

cũng được xác định phổ biến theo phương pháp phổ gamma, trong đó phương pháp

nghiên cứu tỉ số suất lượng đồng phân bằng phương pháp đo phổ gamma tỷ số suất lượng cũng được xác định thông qua đo tỷ số hoạt độ

Về nguyên tắc để xác định tỷ số hoạt độ cần xác định hoạt độ của từng đồng

vị một Như đã biết, hoạt độ của đồng vị được xác định thông qua tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng Biết hiệu suất ghi tại đỉnh và các hệ số hình học sẽ xác định được hoạt độ của đồng vị Để nâng cao độ chính xác [4] cần nâng cao hệ số tự hấp thụ trong mẫu, hiệu chỉnh sự hấp thụ của cửa sổ detecto, hiệu chỉnh thời gian chết Hiệu suất ghi được xác định dựa vào đường cong hiệu suất ghi xây dựng được khi đo mẫu chuẩn có hình học giống như mẫu phân tích Nhưng với nhiều bài toán hình học mẫu đo hết sức khác nhau, việc tính toán hình học đo cũng gặp nhiều khó khăn Để khắc phục khó khăn trên trong [6] đưa ra phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi

Theo phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi tỷ số hoạt độ của hai đồng vị được xác định dựa vào tỷ số tốc độ đếm chia cho hệ số phân nhánh của hai bức xạ đặc trưng cho hai đồng vị quan tâm Hai bức xạ được chọn có cùng năng lượng hoặc năng lượng xấp xỉ nhau Tỷ số tốc độ đếm chia cho hệ số phân nhánh

của một đồng vị được xác định trực tiếp thông qua việc đo phổ gamma của mẫu, Còn tỷ số tốc độ đếm chia cho hệ số phân nhánh của đồng vị thứ hai thu được từ đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi được xây dựng dựa vào các tỷ số tại các năng lượng Eγ do đồng vị thứ hai gây ra

2

Ưu điểm của phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi là không cần mẫu chuẩn

và có thể áp dụng cho hình học đo bất kỳ Mục tiêu của bản luận văn là kiểm tra bằng thực nghiệm việc xác định tỷ số hoạt độ của hai đồng vị có trong mẫu không cần mẫu chuẩn, không phụ thuộc vào hình học đo Mục tiêu thứ hai là áp dụng phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi để đánh giá trạng thái cân bằng của các đồng

vị phóng xạ trong dãy 238U trong một nguồn, và tỷ số hoạt độ của 235U và 238U Ngoài phần mở đầu, kết luận Luận văn được chia thành 3 chương

Chương 1 Tìm hiểu khái quát về phân rã phóng xạ, hiện tượng cân bằng phóng xạ và một số đặc điểm của các dãy phóng xạ trong tự nhiên

Chương 2 Trình bày các phương pháp thực nghiệm, phương pháp phổ gamma, phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi, các hệ đo và hần mềm xử lý Một số phương pháp hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác kết quả đo

Chương 3 Trình bày các kết quả thực nghiệm xác định tỷ số hoạt độ

trong mẫu TS5 Xác định tỷ số hoạt độ của bằng thực nghiệm và tính toán lý thuyết

3

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt

[1]: Nguyễn Văn Đỗ, 2005 “Phương pháp phân tích hạt nhân”, Nhà xuất bản

ĐHQG Hà Nội

[2]: Ngô Quang Huy, 2006“Cở sở Vật lý hạt nhân”, Nhà xuất bản khoa học kỹ

thuật Hà Nội

[3]: Bùi Văn Loát, 2009“Địa vật lý hạt nhân”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

Hà Nội

[4]: Đặng Huy Uyên, 2006 “Vật lý hạt nhân đại cương”, Nhà xuất bản Đại học

Quốc Gia Hà Nội

Tài liệu tiếng Anh

[1]: Cong Tam Nguyen,(2005)103“Age-dating of highly enriched uranium by gamma-spectrometry”, Nucl.Instr And Meth B229

[2]: Huda Abduirahman Al-Sulaiti, 2011 Determination of Natural Radioactivity Levels in the State of Using High- Resolution Gamma- Ray Spectrometry A thesis

of Dortor of Phylosophy- University of Surey, UK

[3]: K.N Mukhin,1987 “Experimental Nuclear Physis”, Vol I Mir Publisher

Mosscow