Luận văn Nghiên cứu phát triển phương pháp chuẩn đơn nguyên tố trên hệ phân tích kích hoạt neutron với nguồn đồng vị Am-Be

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu phát triển phương pháp chuẩn đơn nguyên tố trên hệ phân tích kích hoạt neutron với nguồn đồng vị Am-Be

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tài Hải Long NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐƠN NGUYÊN TỐ TRÊN HỆ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON VỚI NGUỒN ĐỒNG VỊ Am-Be LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2019
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tài Hải Long NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐƠN NGUYÊN TỐ TRÊN HỆ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON VỚI NGUỒN ĐỒNG VỊ Am-Be Chuyên ngành : Vật lí nguyên tử và hạt nhân Mã số : 8440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG Thành phố Hồ Chí Minh - 2019
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS. Huỳnh Trúc Phương. Các kết quả trình bày trong luận văn là những kết quả mới và chưa được ai công bố trong các công trình nào khác. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2019 Tài Hải Long
4. LỜI CÁM ƠN Trong suốt thời gian học cao học tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. Để có được kết quả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành được luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến với quý thầy cô khoa Vật lí, cán bộ phòng Sau Đại học – Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh và quý thầy cô Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tại trường. Xin cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS.TS. Huỳnh Trúc Phương, thầy đã nhận lời hướng dẫn, trực tiếp chỉ bảo chi tiết và có những đóng góp quý báu cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Sự giúp đỡ tận tình của thầy chính là động lực để tôi hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Trần Thiện Thanh – Trưởng phòng Bộ môn Vật lý Hạt nhân – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất cho tôi được làm thực nghiệm tại phòng. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Trần Đình Toản – Hiệu trưởng Trường THPT Phan Bội Châu, nơi tôi đang công tác, và Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Ninh Thuận đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được đi học cao học. Cảm ơn người thân trong gia đình luôn động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến các bạn học viên cùng lớp cao học khóa 27 có những góp ý và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tại trường. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2019 Tài Hải Long
5. MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cám ơn Mục lục Danh mục các kí hiệu Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các bảng biểu Danh mục các hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU. ................................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON ................ 5 1.1. Lịch sự hình thành và phát triển của phân tích kích hoạt neutron ....................... 5 1.2. Cơ sở vật lý tương tác của neutron với vật chất .................................................. 8 1.3. Nguyên lý của phương pháp phân tích kích hoạt neutron ................................... 9 1.4. Phương trình kích hoạt (theo quy ước của Hogdahl) ........................................ 12 1.5. Các phương pháp chuẩn hóa trong phân tích kích hoạt neutron ....................... 19 1.5.1. Phương pháp chuẩn hóa tuyệt đối ............................................................... 20 1.5.2. Phương pháp chuẩn hóa tương đối .............................................................. 22 1.5.3. Phương pháp chuẩn hóa đơn nguyên tố ...................................................... 24 1.5.4. Phương pháp chuẩn hóa k0 .......................................................................... 30 Chương 2. CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON VỚI NGUỒN ĐỒNG VỊ Am-Be ........................ 34 2.1. Hệ phân tích kích hoạt neutron .......................................................................... 34 2.1.1. Nguồn neutron đồng vị Am-Be (Americium-Beryllium) ........................... 34 2.1.2. Hệ chuyển mẫu tự động MTA – 1527 ......................................................... 36 2.1.3. Hệ phổ kế gamma với detector HPGe ......................................................... 36
6. 2.2. Phương pháp thực nghiệm đo đường cong hiệu suất của detector HPGe ......... 37 2.2.1. Hiệu suất ghi của detector HPGe ................................................................ 37 2.2.2. Đường cong hiệu suất theo năng lượng của detector HPGe ....................... 39 2.2.3. Thực nghiệm đo hiệu suất detector HPGe theo năng lượng gamma .......... 40 2.3. Khảo sát các thông số đặc trưng phổ neutron của nguồn đồng vị Am-Be ........ 43 2.3.1. Phương pháp thực nghiệm đo tỉ số thông lượng neutron nhiệt trên thông lượng neutron trên nhiệt, (f) ............................................................... 43 2.3.2. Phương pháp thực nghiệm đo thông lượng neutron chậm ()s , thông lượng neutron nhiệt ()th , thông lượng neutron trên nhiệt ()e ................. 45 2.3.3. Phương pháp thực nghiệm đo thông lượng neutron nhanh ()f ................ 47 2.3.4. Thực nghiệm đo thông số phổ neutron ........................................................ 48 2.3.4.1. Thực nghiệm đo thông lượng neutron nhiệt ()th và thông lượng neutron trên nhiệt ()e ............................................................................ 48 2.3.4.2. Thực nghiệm đo thông lượng neutron nhanh ()f ............................... 50 2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................................. 52 Chương 3. PHƯƠNG PHÁP CHUẨN HÓA ĐƠN NGUYÊN TỐ - ÁP DỤNG PHÂN TÍCH MẪU XI MĂNG ............................................................. 54 3.1. Thực nghiệm đo hệ số k của các đồng vị nguyên tố ......................................... 54 3.1.1. Thực nghiệm đo hoạt độ riêng của monitor Au (Asp,Au) ............................. 56 3.1.2. Thực nghiệm đo hệ số k của các nguyên tố đối với monitor Au ................. 57 3.2. Phân tích kiểm chứng hàm lượng nguyên tố quan tâm ..................................... 61 3.2.1. Chuẩn bị mẫu kiểm định để xác định hàm lượng nguyên tố quan tâm ....... 61 3.2.2. Phân tích hàm lượng của các nguyên tố trong mẫu kiểm định ................... 63 3.3. Áp dụng phân tích Mn trong các loại mẫu xi măng .......................................... 65 3.3.1. Đặt vấn đề .................................................................................................... 65 3.3.2. Chuẩn bị và xử lý mẫu xi măng .................................................................. 66
7. 3.3.3. Kết quả và thảo luận .................................................................................... 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 72 PHỤ LỤC .............................................................................................................. PL1
8. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU M : khối lượng nguyên tử, (g.mol-1) W : khối lượng nguyên tố cần phân tích, (g) w : khối lượng mẫu cần phân tích, (g) ti : thời gian chiếu, (s) td : thời gian rã, (s) tm : thời gian đo, (s) T1/2 : chu kỳ bán rã, (s) S : hệ số hiệu chỉnh thời gian chiếu D : hệ số hiệu chỉnh thời gian rã C : hệ số hiệu chỉnh thời gian đo Asp : hoạt độ riêng của hạt nhân được phân tích, (Bq/g) * Asp : hoạt độ riêng của hạt nhân chuẩn, (Bq/g) Np : diện tích đỉnh năng lượng toàn phần của tia gamma 23 -1 NA : hằng số Avogadro [=6,023.10 (mol )] E : năng lượng tia gamma ECd : năng lượng ngưỡng cadmi FCd : hệ số hiệu chỉnh cho độ truyền qua cadmi của neutron trên nhiệt Er : năng lượng cộng hưởng trung bình, (eV) f : tỉ số thông lượng neutron nhiệt trên thông lượng neutron trên nhiệt Ge : hệ số hiệu chỉnh tự che chắn neutron trên nhiệt Gth : hệ số hiệu chỉnh tự che chắn neutron nhiệt I0 : tiết diện tích phân cộng hưởng của phổ neutron trên nhiệt tuân theo 1/ E 1 I()0 : tiết diện tích phân cộng hưởng của phổ neutron trên nhiệt tuân theo 1/ E
9. : là hệ số lệch phổ neutron trên nhiệt Q0 : tỉ số tiết diện tích phân cộng hưởng của phổ neutron trên nhiệt tuân theo -1 trên tiết diện neutron tại vận tốc 2200 m.s Q()0 : tỉ số tiết diện tích phân cộng hưởng của phổ neutron trên nhiệt tuân theo -1 trên tiết diện neutron tại vận tốc 2200 m.s -2 -1 th : thông lượng neutron nhiệt, (n.cm .s ) -2 -1 e : thông lượng neutron trên nhiệt, (n.cm .s ) -2 -1 f : thông lượng neutron nhanh, (n.cm .s ) 1/ E 1/ E1
10. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt DGNAA Delay neutron activation Phân tích kích hoạt với gamma trễ analysis HPGe High purity germanium Detector germanium siêu tinh khiết INAA Instrumental neutron activation Phân tích kích hoạt neutron dụng cụ analysis Phân tích Neutron activation analysis Phân tích kích hoạt neutron kích hoạt neutron PGNAA Prompt gamma neutron Phân tích kích hoạt với gamma tức activation analysis thời