NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐI VỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNG BÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠ

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCHKÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐIVỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNGBÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀLẠ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-  -

TRỊNH QUANG THÀNH

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐI VỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNG BÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ

LẠT.

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

-

TP HỒ CHÍ MINH - 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-  -

TRỊNH QUANG THÀNH

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON TRÊN NHIỆT (ENAA) ĐỐI VỚI CÁC ĐỒNG VỊ CÓ THỜI GIAN BÁN HỦY TRUNG BÌNH VÀ DÀI TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện khóa luận này, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, anh chị và các bạn bè trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân và Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt Em xin được bày tỏ lòng tri ân sâu sắc nhất đến:

TS Hồ Mạnh Dũng, người Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp

các tài liệu và truyền đạt những kinh nghiệm nghiên cứu khoa học cho em hoàn thành luận văn

Các thầy, cô trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân đã giảng dạy, truyền đạt những

kiến thức và kinh nghiệm trong lĩnh vực hạt nhân Đặc biệt là TS Huỳnh Trúc Phương, Người Thầy đã giảng dạy và hướng dẫn em từ suốt quá trình học đại học đến sau đại học, Thầy cũng là người đưa em đến với luận văn này

Cô Nguyễn Thị Sỹ, CN Trần Quang Thiện, Th.S Hồ Văn Doanh là người

đã tận tình giúp đỡ, cung cấp tài liệu, truyền đạt những kinh nghiệm trong quá trình làm luận văn

Các anh, chị, cô, chú trong Viện Nghiên Cứu Hạt Nhân Đà Lạt đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho em hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn !

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2015 Trịnh Quang Thành

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4

1.1 Phương pháp luận của phân tích kích hoạt neutron 4

1.2 Ưu, nhược điểm của phân tích kích hoạt neutron 5

1.2.1 Ưu điểm của phương pháp phân tích kích hoạt neutron 5

1.2.2 Nhược điểm của phương pháp phân tích kích hoạt neutron 5

1.3 Các phương pháp kích hoạt 6

1.4 Thông lượng neutron 7

1.5 Phương trình kích hoạt 9

1.6 Những phương pháp chuẩn hóa 12

1.6.1 Phương pháp tuyệt đối 13

1.6.2 Phương pháp tương đối 13

1.6.3 Phương pháp chuẩn đơn 14

1.6.4 Phương pháp chuẩn hóa k0 14

1.7 Các kỹ thuật được sử dụng trong NAA 15

1.7.1 Kỹ thuật nhanh đo nhân sống ngắn 15

1.7.2 Kích hoạt lặp vòng ( cyclic activation ) 15

1.7.3 Kích hoạt neutron đo gamma tức thời 16

1.8 Phân tích kích hoạt neutron trên nhiệt (ENAA) 17

1.8.1 Tỉ số Cadmium (RCd) 18

1.8.2 Năng lượng cắt Cd hiệu dụng và hàm truyền qua 18

1.8.3 Hệ số lợi AF 20

1.8.4 Các phương pháp chuẩn hóa khi dùng ENAA 21

1.8.5 Một vài ứng dụng của ENAA trong phân tích nguyên tố 22

1.9 Thiết bị chiếu và phần mềm 24

1.9.1 Thiết bị chiếu 24

1.9.2 Phần mềm Ko-DALAT cho ENAA 25

Chương 2 PHÉP ĐO CÁC THÔNG SỐ THỰC NGHIỆM 28

2.1 Chuẩn hệ phổ kế gamma sử dụng detector HPGe 28

2.1.1 Hiệu chuẩn năng lượng và FWHM 28

2.1.2 Chuẩn hiệu suất detector 29

2.2 Quy trình thực nghiệm ENAA trên LPƯHN Đà Lạt 31

2.3 Thực nghiệm xác định hệ số lợi AF 32

2.4 Áp dụng quy trình ENAA cho các mẫu chuẩn 36

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Kết quả tính hệ số lợi AF 37

3.2 Kết quả phân tích hàm lượng cho các mẫu chuẩn 42

3.3 So sánh giới hạn phát hiện của một vài nguyên tố 44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

NAA : Neutron activation analysis : Phân tích kích hoạt neutron

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Giá trị làm khớp đường chuẩn năng lượng và FWHM tính bởi

Bảng 3.4 Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố có thời gian sống

Bảng 3.5 Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố có thời gian sống

Bảng 3.6 Kết quả tính LOD các nguyên tố có thời gian sống trung bình

Bảng 3.7 Kết quả tính LOD các nguyên tố có thời gian sống trung bình

Bảng 3.8 Kết quả tính LOD các nguyên tố có thời gian sống dài (mẫu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.2 Các nguyên tố có thể phân tích bằng k0-NAA 6

Hình 1.3 Phổ thông lượng neutron 7

Hình 1.4 Đường cong tiết diện toàn phần của Cadmium [14] 18

Hình 1.5 Hàm truyền qua Cd của neutron, thực tế T(E) và lý tưởng t(E) 19

Hình 1.6 Bố trí các kênh chiếu theo mặt cắt ngang vùng hoạt của LPƯ hạt nhân Đà Lạt [6] 24

Hình 1.7 Cửa sổ thực đơn chính của hệ thống chương trình Ko-DALAT (trong đó chức năng F6 dùng cho ENAA) 25

Hình 2.1 Chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế gamma, dùng phần mềm GENIE-2K 28

Hình 2.2 Đường cong hiệu suất đỉnh năng lượng toàn phần của detector HPGe tại các vị trí đo 30

Hình 2.3 Các là dò và mẫu chuẩn dùng trong chiếu trần 31

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn hệ số AF của BTN và TN 38

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn hệ số AF của BTN và của tác giả Steines 39

MỞ ĐẦU

Từ cuối những năm 1960, phân tích kích hoạt neutron trên nhiệt (ENAA) đã được nghiên cứu và ứng dụng để tăng cường đáng kể việc phân tích hàm lượng nhiều nguyên tố có tích phân cộng hưởng lớn ENAA cũng giảm ảnh hưởng của nguyên tố nhiễu lên nền phông của phổ gamma là các nguyên tố có tiết diện bắt neutron nhiệt lớn, các nguyên tố nhiễu có hoạt độ kích hoạt lớn bao gồm các phản ứng: 27Al(n,γ)28Al, 37Cl(n,γ)38Cl, 23Na(n,γ)24Na, 55Mn(n,γ)56Mn, 45Sc(n,γ)46Sc và

59Co(n,γ)60Co Khi dùng phương pháp ENAA để lọc bớt các neutron nhiệt sẽ làm giảm nền phông từ các nguyên tố nhiễu trên và giảm giới hạn phát hiện của một số nguyên tố dẫn đến nâng cao đáng kể việc xác định các nguyên tố khác Steinnes là một trong những người tiên phong nghiên cứu và áp dụng phương pháp ENAA trong nghiên cứu về các mẫu trầm tích học, địa chất học và vũ trụ học trong cuối những năm 1960 và đầu những năm đầu 1970 Tiếp theo đó là giai đoạn phát triển một số lượng lớn các nghiên cứu sử dụng ENAA từ những năm 1970 đến nay trong các mẫu trầm tích, địa chất, sinh học, vũ trụ học, … Một số ứng dụng tiêu biểu của ENAA là phân tích các nguyên tố đất hiếm, uran và thori trong các mẫu đất đá hay phân tích nhóm nguyên tố halogen trong các mẫu sinh học và trầm tích biển Tuy nhiên, trên thế giới hiện nay không có nhiều các công trình được xuất bản về kỹ thuật ENAA chứng tỏ kỹ thuật này ít được sử dụng hơn so với phân tích kích hoạt neutron nhiệt mặc dù nó có nhiều ưu điểm hơn

Ở trong nước, các nghiên cứu về kỹ thuật ENAA trước đây ở Lò phản ứng (LPƯ) hạt nhân Đà Lạt chủ yếu được thực hiện trên kênh chiếu 7-1 và Mâm quay [3], khối lượng hộp Cadmium (Cd) cho phép đưa vào vùng hoạt <2,0 gram nên không thể chiếu nhiều mẫu cùng lúc Các kết quả nghiên cứu chủ yếu là tập trung xác định tỉ số Cd và thử nghiệm chiếu mẫu để phân tích các nguyên tố có đồng vị sống ngắn Tuy nhiên, cho đến nay, các ưu điểm của kỹ thuật ENAA đối với nguyên tố có đồng vị sống trung bình và dài vẫn chưa được khai thác và cũng chưa

có một quy trình phân tích nào được xây dựng dựa trên kỹ thuật ENAA Ngoài ra, khả năng phân tích hiện tại của phương pháp INAA tại Viện Nghiên cứu hạt nhân

đối các nguyên tố trong các mẫu địa chất và sinh học hiện tại vẫn còn nhiều hạn chế, nhiều nguyên tố phân tích theo các Tiêu chuẩn cơ sở hiện tại vẫn có giới hạn phát hiện lớn Đặc biệt là các mẫu địa chất do ảnh hưởng từ hoạt độ cao từ các đồng

vị 24Na và 59Fe, 46Sc lên các đồng vị sống trung bình và dài Điều này làm giảm khả năng triển khai kỹ thuật và nghiên cứu ứng dụng của phương pháp INAA đối với đối tượng mẫu địa chất, một trong những nhóm đối tượng mẫu chủ yếu của PTN INAA- Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt

Trong quy trình phân tích các mẫu địa chất, đất đá và sinh học, quy trình phân tích nguyên tố có chu kỳ bán hủy ngắn không có lợi thế khi áp dụng kỹ thuật ENAA bởi vì các nguyên tố trong nhóm có chu kỳ bán hủy ngắn là Al, Ti, V, Ca Cu, Mn,

Dy đều có tiết diện bắt neutron nhiệt bằng hoặc cao hơn tích phân cộng hưởng Trừ trường hợp áp dụng kỹ thuật ENAA cho các đồng vị sống cực ngắn (77mSe, 20F,

Do đó, luận văn đặt ra 3 mục tiêu:

- Xây dựng quy trình phân tích các nguyên tố có đồng vị sống trung bình và dài bằng kỹ thuật ENAA, các quy trình phù hợp với tiêu chuẩn ISO/IEC 17025:2005

- Phân tích, xử lý, đánh giá số liệu thu được, đưa ra các ưu và nhược điểm của phương pháp ENAA

-Đặt trưng hóa vị trí chiếu mẫu đã bọc Cd, bao gồm xác định các thông số phổ trên kênh chiếu mẫu

Nội dung luận văn gồm 3 phần như sau:

Chương 1 - Tổng quan lý thuyết: Trình bày tổng quan về lý thuyết phân tích kích hoạt neutron trên nhiệt

Chương 2 - Thực nghiệm: Quy trình thực nghiệm tại LPƯ hạt nhân Đà Lạt

và các bước tính toán hệ số lợi, hàm lượng các nguyên tố

Chương 3 - Kết quả và thảo luận: Trình bày các kết quả thực nghiệm , so sánh và đánh giá các số liệu

Cuối cùng là phần kết luận và kiến nghị

Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Phương pháp luận của phân tích kích hoạt neutron

Trong phân tích kích hoạt, những mẫu được kích hoạt bởi neutron Trong quá trình chiếu xạ, các đồng vị bền ở dạng tự nhiên của các nguyên tố được chuyển thành những đồng vị phóng xạ bởi sự bắt neutron Các đồng vị phóng xạ này được phân biệt dựa trên những tính chất bức xạ khác nhau hay dựa vào các hoạt tính phóng xạ đặc trưng của chúng như loại bức xạ, năng lượng bức xạ, thời gian bán rã Đây là cơ sở cho việc nhận diện nguyên tố (định tính) và xác định hàm lượng nguyên tố dựa trên việc đo lường cường độ của các bức xạ gamma phát ra từ các sản phẩm kích hoạt (định lượng)

Quan trọng nhất trong NAA là phản ứng (n,) trong đó hạt nhân X (hạt nhân bia) hấp thụ một neutron tạo ra một hạt nhân phóng xạ với cùng số nguyên tử Z nhưng có khối lượng nguyên tử A tăng lên một đơn vị và phát tia gamma đặc trưng, quá trình này được biểu diễn bởi phản ứng:

với:A : số khối nguyên tố bia

Z : số hiệu nguyên tử của hạt nhân bia

H nh 1 Sơ đồ phản ứng hạt nhân với neutron.[5]

Ký hiệu () trong quá trình biểu diễn cho hạt nhân hợp phần ở giai đoạn trung gian

1.2 Ưu, nhược điểm của phân tích kích hoạt neutron

1.2.1 Ưu điểm của phương pháp phân tích kích hoạt neutron

- Khả năng ứng dụng rộng rãi cho nhiều loại mẫu khác nhau

- Giới hạn phát hiện thấp tới 10-6 mg.kg-1

- Không bị hiệu ứng nhiễu do maxtrix mẫu (hiệu ứng ảnh hưởng qua lại

giữa các thành phần trong mẫu)

- Có thể phân tích không phá hủy mẫu (còn gọi là phân tích kích hoạt

neutron dụng cụ INAA)

- Khả năng định tính cao dựa vào các đặc trưng của phóng xạ phát ra

- Phương pháp này về mặt lý thuyết thì đơn giản và dễ hiểu,

- Mật độ thông lượng neutron và năng lượng neutron có thể được lựa chọn

ở các mức độ nhất định, điều này cho phép có được các kết quả tốt nhất khi sử dụng tối ưu hóa, chẳng hạn như kích hoạt có chọn lọc.[10]

1.2.2 Nhược điểm của phương pháp phân tích kích hoạt neutron

- Cần phải có LPƯ hoặc nguồn neutron

- Công việc yêu cầu phải làm việc với các vật liệu phóng xạ Cần phải xử

lý chất thải phóng xạ, che chắn phóng xạ và định liều cá nhân theo quy

định

- Việc ứng dụng trong công nghiệp thì không thường xuyên

- Phương pháp phân tích kích hoạt không phải áp dụng được cho tất cả các

nguyên tố (Hình 1.2)

- Mẫu phân tích tốt nhất nên được sấy khô bởi vì trong quá trính chiếu mẫu trong lò các phân tử nước có thể tách ra tạo thành các ion, dẫn đến việc

tăng áp suất trong công-tai-nơ chiếu mẫu và có nguy cơ gây nổ mẫu

- Đối với các nguyên tố có thời gian sống dài thì thời gian phân tích khá

dài

Hình 1.2 Các nguyên tố có thể phân tích bằng k0-NAA.[10]

1.3 Các phương pháp kích hoạt

Các phương pháp sau đây được sử dụng để tăng xác suất của các phản ứng cần thiết giữa neutron và hạt nhân bia của mẫu phân tích (xác suất của phản ứng phụ thuộc vào năng lượng neutron) và hạn chế hình thành các nhiễu không mong muốn của matrix

a Phân tích kích hoạt neutron nhiệt (TNAA)

Mẫu được chiếu bởi phổ neutron trong LPƯ , sử dụng chủ yếu là neutron nhiệt được nhiệt bằng chất làm chậm Vì vậy, cần thiết phải có một khối làm chậm tại nguồn neutron ( ví dụ như khoảng cách, khối graphite, cột graphite trong LPƯ) Khi neutron di chuyển xuyên qua các khối này thì sẽ bị giảm năng lượng và trở thành neutron nhiệt sau đó sử dụng cho kích hoạt

b Phân tích kích hoạt neutron trên nhiệt (ENAA)

Mẫu được chiếu bởi neutron có năng lượng cao hơn 0,55 eV Được sử dụng trong những trường hợp các hạt nhân có vùng cộng hưởng cao đối với việc bắt neutron có năng lượng trên 0,55 eV Loại kích hạt này cần phải có sự che chắn neutron nhiệt, chúng ta có thể sử dụng Cd hoặc Bo cho mục đích này

c Phân tích kích hoạt neutron nhanh (FNAA)

Loại kích hoạt này nghiên cứu các phản ứng hạt nhân với neutron nhanh, như (n,p), (n,2n), (n,α), etc neutron nhanh có thể thu được từ LPƯ tương tự như neutorn trên nhiệt, nghĩa là bằng cách che chắn neutron nhiệt hoặc từ nguồn neutron khác (ví dụ như các máy gia tốc )

1.4 Thông lƣợng neutron

Một trong những yếu tố quan trong trong việc sử dụng INAA là thông lượng neutron trong LPƯ Trong Hình 1.3 cho hình dạng phổ neutron trong LPƯ

H nh Phổ thông lượng neutron.[5]

Tiết diện bắt và thông lượng neutron phụ thuộc vào năng lượng neutron Trong nghiên cứu hạt nhân phổ thông lượng neutron có thể phân loại như sau[7]:

a) Neutron nhiệt: Là vùng neutron có năng lượng từ 0 đến 0,5 eV Neutron phân

hạch sau khi được làm chậm trong LPƯ sẽ mất dần năng lượng và trở về trạng thái cân bằng nhiệt với môi trường, nên gọi là neutron nhiệt Các neutron nhiệt chuyển động trong trạng thái cân bằng nhiệt với các phân tử môi trường Quá trình giảm

năng lượng của neutron đến vùng nhiệt gọi là nhiệt hóa Phổ neutron nhiệt khi đó phân bố theo sự phân bố Maxwell-Boltzmann:

2n

2 / 3 n

Từ công thức (1.1) ta có thể viết lại theo sự phân bố thông lượng neutron tại nhiệt độ neutron Tn như sau:

 2 E/(kT )n

m m

n

ekT

E)

E(

với k – hằng số Boltzmann và m – thông lượng neutron toàn phần tuân theo phân

bố Maxwell Khi đó, hàm phân bố thông lượng theo vận tốc neutron tương ứng là:

v)

v('n)v('m  m

với n’m(v) – mật độ neutron trong phân bố Maxwell cho mỗi khoảng đơn vị vận tốc Tại nhiệt độ chuẩn T0 = 293,6 K (20,4 0C) năng lượng tương ứng là E0 = kT0 = 0,0253 eV, vận tốc tương ứng v0 = 2.200 m.s-1

Như vậy, năng lượng của neutron nhiệt sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường

và trong vùng năng lượng này tiết diện tương tác của neutron tuân theo luật 1/v

b) Neutron trên nhiệt: Là vùng neutron đang trong quá trình chậm dần và có năng

lượng trong khoảng 0,5 eV < En < 0,5 MeV Vùng này gọi là vùng trung gian hay vùng cộng hưởng Một cách lí tưởng, sự phân bố neutron trên nhiệt tỉ lệ nghịch với năng lượng neutron, E :

E)E

' e

c) Neutron nhanh : Là vùng neutron sinh ra trong phân hạch và có năng lượng En

> 0,5 MeV Một vài công thức bán thực nghiệm cho việc biểu diễn phổ phân hạch thường được dùng là:

- Phổ phân hạch của Watt

E2sinhe

484,0)E(

- Phổ phân hạch của Cranberg

E29,2sinhe

453,0)E('f  f E/0,965

- Phổ phân hạch của Grundl và Usner

E 776 , 0 f

1.5 Phương tr nh kích hoạt

Kích hoạt mẫu bằng neutron là bước đầu tiên trong NAA

Tốc độ phản ứng R trên một hạt nhân bắt neutron trên một đơn vị thời gian được

Do sự phụ thuộc của tiết diện phản ứng và mật độ thông lượng neutron theo năng lượng nên phương trình (1.11) được chia thành hai phần là nhiệt và trên nhiệt,

trong đó năng lượng phân chia được xác định bởi ECd = 0,55 eV Từ đó, phương trình (1.11) trở thành:

Thành phần đầu tiên trong phương trình (1.12), (v) : tiết diện bắt neutron nhiệt

tuân theo quy luật 1/v và 0v0

(E)dEI

luật 1/E Trong thực nghiệm của LPƯ, mật độ thông lượng neutron trên nhiệt không

hoàn toàn tuân theo quy luật trên Có một sự sai lệch nhỏ có thể đo được bởi tham

Khi xét đến các hệ số che chắn neutron nhiệt G th và hệ số che chắn neutron trên

nhiệt G e thì tốc độ phản ứng được tính theo công thức :

f  

0 0

i d

R NN(t , t )   (1 e ) e 

Số hạt nhân phân rã ΔN trong thời gian đo :

m d

i

t t

Trong đó S, D, C là các hệ số hiệu chỉnh theo thời gian chiếu, rã, đo

Thay thế số hạng N0 bởi (NAw / M) Khi đó số hạt nhân ghi nhận được từ detector sẽ là:

M N / (S D C COI w t )R

m

NA

1.6 Những phương pháp chuẩn hóa

Chuẩn hóa NAA là làm cho quy trình thực nghiệm phù hợp với phương trình tính toán đã chọn của NAA [4]

Hai đặc điểm của phản ứng với neutron là : bức xạ gamma và neutron có độ xuyên sâu cao nên bảo đảm việc chuẩn hóa là chính xác và dễ dàng Vì tỉ lệ nồng độ gần như độc lập với matrix nên việc chuẩn bị mẫu dễ dàng hơn, do đó nguy cơ sai

số ngẫu nhiên và sai số hệ thống sẽ giảm Sự phân tích có thể được tiến hành nhanh hơn, tiết kiệm hơn nhờ việc đơn giản của phương pháp chuẩn hóa

1.6.1 Phương pháp tuyệt đối

Nồng độ nguyên tố  (g/g) có thể thu được bằng việc chiếu kèm mẫu với một monitor chuẩn ( kí hiệu ) và áp dụng phương trình:

G f G Q ( )

Trong đó:

A* sp: hoạt độ riêng của nguyên tố chuẩn, (phân rã/gam/giây);

w: khối lượng mẫu phân tích, (g);

Công thức cơ bản của phương pháp tuyệt đối (1.34) dùng các số liệu hạt nhân (M,0,,) được lấy từ tài liệu tra cứu Đối với nhiều phản ứng quan tâm (n,) các thông số này không được biết một cách chính xác Bởi vì chúng được xác định bằng các phương pháp độc lập – độ chính xác của các thông số này sẽ đóng góp vào khi tính hàm lượng bằng công thức tuyệt đối Điều này dẫn đến sai số tính toán lớn Đây chính là nhược điểm cơ bản của phương pháp tuyệt đối

1.6.2 Phương pháp tương đối

Trong phương pháp tương đối, mẫu cần phân tích được chiếu cùng với mẫu chuẩn mà đã biết trước hàm lượng của nguyên tố quan tâm Mẫu chuẩn và mẫu phân tích phải được đo cùng một điều kiện

Khi đó, hàm lượng của nguyên tố là:

p m

p m

(N / t ) / (w.S.D.C)( g / g)

(N / t ) / (W.S.D.C)

W: Khối lượng mẫu chuẩn (g);

Vì mẫu phân tích và mẫu chuẩn được đo cùng dạng hình học nên không cần hiệu chỉnh tự che chắn neutron (Ge, Gth) và sự tự suy giảm gamma

Nhược điểm của phương pháp này là không thể phân tích đa nguyên tố, bởi

vì tạo ra một mẫu chuẩn mà có đầy đủ các nguyên tố mà chúng ta quan tâm là rất khó

1.6.3 Phương pháp chuẩn đơn

Phương pháp này được đưa ra bởi Giraadi Phương pháp này dựa trên việc

gộp các thông số hạt nhân , điều kiện chiếu và đo vào một hệ số k như sau:

Người ta xác định bằng thực nghiệm các hệ số k của nguyên tố chuẩn đối với

từng nguyên tố quan tâm, sau đó lập thành bảng Khi phân tích, người ta chỉ cần chiếu kèm mẫu với một nguyên tố chuẩn đã chọn (do đó gọi là phương pháp chuẩn

đơn) và dùng các hệ số k để tính hàm lượng nguyên tố quan tâm theo công thức sau:

Do đó, phương pháp này không có tính linh hoạt cho việc chiếu và đo bức xạ

1.6.4 Phương pháp chuẩn hóa k 0

Để làm cho phương pháp chuẩn đơn có thể áp dụng linh hoạt hơn khi thay đổi điều kiện chiếu và hệ đo và để làm cho phương pháp tuyệt đối chính xác hơn,

Simonits và các tác giả khác đã đề nghị sử dụng các hệ số k0 được xác định bằng

thực nghiệm giống như hệ số k trong phương pháp chuẩn đơn, nhưng khác ở chỗ là các hệ số k0 không bao gồm các thông số chiếu và điều kiện đo Như vậy, hệ số k0 là

tổ hợp của các thông số hạt nhân và độc lập với thiết bị chiếu và hệ đo

Hằng số k0 xuất phát từ hệ số k của phương pháp chuẩn đơn nhưng làm độc lập với thành phần liên quan đến điều kiện chiếu và đo, k0 có dạng:

Au a 0,a a 0,Au

Hằng số k0,Au(a) trở thành thông số hạt nhân đối với phổ neutron nhiệt Trong

sự chuyển đổi k0,Au, Au là một nguyên tố dùng làm chuẩn, với phản ứng

197

Au(n,)198Au và các số liệu hạt nhân của nó là:

0 = 98,56  0,90 (barn) ; Q0 = 15,71  0,28 ; I0 = 1550  28 (barn)

1.7 Các kỹ thuật đƣợc sử dụng trong NAA

1.7.1 Kỹ thuật nhanh đo nhân sống ngắn

Kích hoạt nhanh đo nhân sống ngắn (short-lived nuclides) (có chu kỳ bán hủy nhỏ hơn một vài phút) vì các lí do: (i) Khi nhân sống ngắn được tạo thành sau khi kích hoạt nhanh là duy nhất; (ii) khi các nhân sống dài tạo thành sau khi kích hoạt với thời gian dài có thể ảnh hưởng lên việc đo các nhân sống ngắn, vì vậy kích hoạt nhanh là cần thiết Hơn nữa, trong một số trường hợp độ nhạy nhận được khi đo nhân sống ngắn cao hơn độ nhạy đo nhân sống dài của cùng một nguyên tố, thậm chí khi tiết diện của phản ứng hạt nhân trong trường hợp sau lớn hơn trường hợp trước Lý do là vì hệ bão hòa [1-exp(-λt)], trong đó t là thời gian chiếu tăng và gần đạt đến đơn vị khi tỉ số thời gian chiếu / chu kỳ bán hủy tăng Chu kỳ bán hủy ngắn dẫn đến hệ số bão hòa tăng cao thậm chí sau khi chiếu với thời gian rất ngắn Vấn

đề nguyên tắc đối với một hệ kích hoạt nhanh là thời gian chiếu ngắn, chuyển mẫu nhanh, thời gian đo ngắn nên hệ phải được tự động hóa Cũng như vậy, thông thường mẫu sau khi kích hoạt có hoạt độ khá cao nhất là mẫu địa chất, do đó cần phải có khối điện tử hiệu chỉnh thời gian chết và sự chồng chập xung Nếu có thể nên lắp đặt một hệ triệt Compton (Compton suppression) gắn với hệ thống kích hoạt nhanh [2]

1.7.2 Kích hoạt lặp vòng ( cyclic activation )

Phân tích kích hoạt lặp vòng nhằm nâng cấp độ nhạy của phương pháp kích hoạt để xác định các nguyên tố có thời gian sống ngắn bằng cách chiếu lặp lại – đo tuần hoàn và thu được phổ gamma tổng Phương pháp này sẽ cải thiện số đếm thống

kê của các nhân sống ngắn nhờ tăng tỉ số đỉnh trên phông (trong đó phông được tạo bởi các nhân sống dài) Với thời gian chiếu ngắn, hoạt độ của các nhân sống ngắn

có thể đạt bão hòa trong mỗi lần chiếu Trong khi đó, hoạt độ của các nhân sống dài chỉ tăng rất ít trong mỗi lần chiếu và với thời gian rã thích hợp giữa hai lần chiếu, kết quả là số đếm đỉnh phổ gamma của nhân sống ngắn xác định bằng kích hoạt lặp vòng mô tả như trên sẽ tăng một cách tuyến tính với thời gian thực nghiệm (thời gian chiếu + thời gian đo) Đối với kích hoạt thông thường, hệ số bão hòa trong phương trình kích hoạt đạt đến đơn vị sau một thời gian chiếu bằng vài lần chu kỳ bán hủy của nhân sống ngắn quan tâm, và nếu tăng thời gian chiếu thì chỉ làm cho hoạt độ của nhân sống dài ảnh hưởng tăng lên Do đó, trong thực nghiệm người ta thường phải chiếu với thời gian càng ngắn càng tốt có thể, sau đó đo cũng với thời gian ngắn Tuy nhiên, thời gian chiếu và đo ngắn sẽ cho số đếm thống kê nghèo, vì vậy kích hoạt lặp vòng cho phép tăng số đếm thống kê đối với nhân sống ngắn trong khi vẫn giữ được tỉ số tín hiệu/phông thấp [2]

1.7.3 Kích hoạt neutron đo gamma tức thời

Sau khi tạo thành nhân hợp phần do phản ứng hạt nhân với neutron, khi nhân hợp phần trở về trạng thái cân bằng nó phát ra một gamma tức thời đặc trưng, sau

đó mới phát gamma trễ đặc trưng Trong phân tích kích hoạt neutron đo gamma tức thời (PGNAA), các phép đo phổ tức thời được thực hiện ngay trong khi chiếu Trong thực tế, dòng neutron trong lò được dẫn theo các kênh ngang Chính vì bố trí thí nghiệm như vậy nên việc che chắn để giảm phông cho hệ PGNAA là cần thiết Nói chung, PGNAA có bốn ưu điểm như sau:

 Đa nguyên tố được xác định một cách tức thời và không phá hủy mẫu

 Có khả năng phân tích các nguyên tố nhẹ mà các phương pháp khác gặp khó khăn hoặc không thể

 Việc phân tích chỉ phụ thuộc vào tiết diện phản ứng, khối lượng mẫu và thông lượng neutron mà không phụ thuộc vào tốc độ phân rã

 Hầu như không phụ thuộc vào năng lượng neutron cũng như các tia gamma tức thời thường có năng lượng cao nên ít ảnh hưởng bởi hiệu ứng tự hấp thụ gamma trong mẫu nên có thể phân tích mẫu lớn

Tuy nhiên, PGNAA cũng có các nhược điểm :

 Dòng neutron lấy ra từ kênh ngang nên thông lượng khá thấp cũng như năng lượng gamma phát ra từ mẫu khá cao nên hiệu suất ghi thấp, dẫn đến độ nhạy không cao

 Các đỉnh thoát đơn và đỉnh thoát đôi của bức xạ hủy tăng dẫn đến phổ gamma tức thời phức tạp hơn phổ gamma trễ

 Thời gian đo khá dài nên số mẫu phân tích cho một lần chạy lò hạn chế

 Các neutron tán xạ làm giảm tuổi thọ detector cũng như làm tăng phông nên phải che chắn phức tạp

Ngoài ra, còn có các kỹ thuật phân tích khác như: kích hoạt neutron trễ, kích hoạt

đo tia X và gamma mềm, …[2]

1.8 Phân tích kích hoạt neutron trên nhiệt (ENAA)

Để tăng độ nhạy cho NAA, người ta có thể sử dụng neutron trên nhiệt của LPƯ nhằm giảm hoạt độ của các nguyên tố ảnh hưởng chẳng hạn như 38

Cl, 24Na,

56Mn, 46Sc, 56Fe … do các nguyên tố này có tiết diện bắt neutron trên nhiệt (hay còn gọi là tích phân cộng hưởng – kí hiệu là I) thấp hơn so với tiết diện bắt neutron nhiệt (kí hiệu ζth) đồng thời để tăng hoạt độ của một số nguyên tố quan tâm nếu các nguyên tố này có I cao hơn so với ζth

Về mặt thực nghiệm, để sử dụng neutron trên nhiệt trong LPƯ người ta thường dùng vật liệu Cd hoặc B để làm vỏ bọc mẫu kích hoạt Đặc điểm của Cd và

B là có tiết diện hấp thụ neutron nhiệt rất cao, nên hầu như nó chỉ cho các neutron trên nhiệt đi qua Tuy nhiên, trong thực tế việc sử dụng Cd có một số khó khăn vì khi chiếu Cd với một lượng nào đó, tức là đã đưa vào lò một độ phản ứng âm, khi lấy Cd ra khỏi lò, tức là đưa vào lò một độ phản ứng dương và nếu quá trình này xảy ra một cách đột ngột sẽ khó khăn cho việc vận hành LPƯ Ngoài ra, Cd có nhiệt

độ nóng chảy khá thấp nên dễ nóng chảy trong lò, đồng thời mẫu bọc Cd cũng bị nóng lên trong khi chiếu nên mẫu rất dễ bị vỡ

1.8.1 Tỉ số Cadmium (R Cd )

Cd có tiết diện hấp thụ rất cao đối với neutron có năng lượng 0,35 đến 1,50

eV Ngưỡng hiệu dụng của Cd phụ thuộc vào bề dày của lớp Cd và phụ thuộc vào dạng hình học của nó Nếu chiếu mẫu có bao phủ lớp Cd dày 0,7 mm đến 1,0 mm thì các neutron nhiệt hoàn toàn bị hấp thụ, vì thế neutron đi vào chỉ còn lại neutron trên nhiệt Tỉ số Cd được định nghĩa như sau : RCd là tỉ số giữa tốc độ phản ứng của một hạt nhân khi không bọc Cd và tốc độ phản ứng của hạt nhân khi có bọc Cd.[12]

th 0 e 0 Cd

I ( )R

1.8.2 Năng lƣợng cắt Cd hiệu dụng và hàm truyền qua

Khi chiếu xạ các nguyên tố dưới lớp bọc Cd, tốc độ phản ứng của phản ứng (n,γ) trong vùng năng lượng thấp bị giảm xuống một cách nhanh chóng vì tiết diện hấp thụ neutron tại vùng năng lượng này của Cd khá cao Nguyên nhân là do phản ứng 113Cd(n,γ)114

Cd cộng hưởng tại 0,178 eV (Hình 1.4)

Hình 1.4 Đường cong tiết diện toàn phần của Cadmium [14]

Tuy nhiên, đối với neutron năng lượng cao tiết diện này nhỏ hơn 104 lần Goldstein và các cộng sự đã tính tóan rằng năng lượng cắt Cd hiệu dụng có giá trị từ

ECd = 0,55 eV tới tối thiểu 1,50 eV đối với các nguyên tố có tiết diện tuân theo dạng

1/v, được chiếu tại tâm của hộp Cd hình trụ dày 1 mm và tỉ số độ cao/ đường kính

=2 Khi xét tại thành của hộp Cd, thông lượng tại đây có sự nhiễu loạn rất lớn nên với thông lượng neutron trên nhiệt tuân theo quy luật 1/E thì năng lượng này giảm xuống còn xấp xỉ 0,3 eV (Hình 1.5) Đối với các nguyên tố có thông lượng tuân theo quy luật 1/E1+α thì các giá trị này cũng không thay đổi.[12]

Hình 1.5 Hàm truyền qua Cd của neutron, thực tế T(E) và lý tưởng t(E).[12]

Hàm truyền qua T(E) của neutron đối với một lớp Cd có bề dày 1 mm được biểu diễn ở Hình 1.5 Hàm truyền qua được tính bởi công thức sau:

 : hàm tiết diện toàn phần Hình 1.4 đơn vị cm2

Nếu t = 1 mm thì T(E) ≈ 0 đối với E < 0,2 eV và T(E) ≈ 1 đối với E > 2 eV

1.8.3 Hệ số lợi AF

Để đánh giá độ cải thiện đối với độ nhạy của việc dùng neutron trên nhiệt, người ta đưa ra khái niệm tỉ số tích phân cộng hưởng trên tiết diện bắt neutron nhiệt I/ζth Bằng cách tính hệ số lợi (Advantage factor – AF) như sau:

Ở đây, AX và AY là hoạt độ phóng xạ của các nhân quan tâm và nhân ảnh hưởng tương ứng [2]

Bảng 1.1 Một vài giá trị về hệ số lợi

Đồng vị bia T1/2[9] Er [9] ζ (barn) I0 (α) R (Cd) AF

(X/Na) Na-23 14,96h 3380 0,513 0,2579 50,5612 1,0000 Mg-26 9,46m 257000 0,0372 0,0189 48,8064 1,0359 Si-30 2,62h 2280 0,108 0,0821 32,4213 1,5595 Ar-40 1,83h 31000 0,66 0,3354 49,3831 1,0239 K-41 12,36h 2960 1,45 1,0868 32,8307 1,5401

1.8.4 Các phương pháp chuẩn hóa khi dùng ENAA

Tương tự như phần chuẩn hóa cho phân tích kích hoạt neutron dụng cụ Trong ENAA cũng có các phương pháp chuẩn hóa như trong phần 1.6 đã được trình bày ở trên Tuy nhiên, thay vì sử dụng phương trình cơ bản là (1.29a) thì ta sẽ sử

dụng công thức (1.29b), nghĩa là hệ số f ở đây được cho bằng 0 vì thông lượng neutron nhiệt bây giờ bằng không và số hạng Ge.Q0(α) được nhân thêm một hệ số