Phương pháp kích hoạt neutron

PHƯƠNG PHÁP KÍCH HOẠT NEUTRON GVHD: PHẠM NGUYỄN THÀNH VINH SVTH: LƯU VĂN BÁN LƯƠNG HẢI DƯƠNG NGUYỄN THỊ HUÊ ĐOÀN NGỌC HIỀN NỘI DUNG Phân tích kích hoạt tự động 1 Phương pháp đặc biệt 2 Phân tích phóng xạ xung neutron. Phân tích phóng xạ bức xạ nhanh 2.1 2.3 2.2 Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Phân tích kích hoạt tự động Phân tích kích hoạt tự động có thể tự động cả quá trình đo chiếu xạ. Ý tưởng cho hệ thống tự động: Đưa mẫu ở khoảng cách với thời gian được định trước chiếu xạ mẫu chiếu xạ một hệ thống đo phổ bức xạ một chu kỳ làm trễ thích hợp Một máy tính sẽ được dùng để chạy chương trình chiếu xạ Đưa ra kết quả số liệu Phân tích kích hoạt tự động Hệ thống phân tích kích hoạt tự động Mark II trường đại học Texas A&M Hệ thống này được dùng để đo phóng xạ gây ra từ các mẫu được chiếu xạ Mẫu chiếu xạ : Dùng hạt tích điện trong máy gia tốc Dùng neutron trong lò phản ứng hạt nhân Quá trình hoạt động của máy tính phân tích kích hoạt “ Hevesy” Phương pháp đặc biệt Mặc dù, hầu hết phương pháp phân tích kích hoạt dựa trên cơ sở phóng xạ hóa học hay tia gama xác định quang phổ học bởi chiếu xạ neutron nhiệt. Những phương pháp đặc biệt này thì dùng để mở rộng phạm vi chung của phân tích kích hoạt. Vẫn có phương pháp thực nghiệm khác để phát triển như phương pháp phân tích hoạt độ phóng xạ được bổ sung từ phân tích kích hoạt neutron. Phương pháp đặc biệt Phân tích phóng xạ bức xạ nhanh Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Phân tích phóng xạ xung neutron. Phương pháp đặc biệt Bản phân tích phóng xạ bức xạ nhanh Phép đo tia nhanh sau khi bắt neutron nhanh trong phản ứng (n, ) được phát triển rộng rãi. Trong phương pháp này cường độ tia phụ thuộc vào tiết diện bắt bức xạ và không nhờ vào chu kỳ bán rã của hạt nhân sản phẩm Bản phân tích phóng xạ bức xạ nhanh Nguyên nhân xuất phát từ phương pháp phân tích bức xạ tia gamma nhanh từ quá trình bắt bức xạ . Kết quả trong sự phân rã của hạt nhân pha trộn bởi sự phát ra của bức xạ gama đặc trưng như một photon đơn lẻ với động năng đủ lớn đến từ năng lượng kích thích ít hơn năng lượng giật lùi, bởi một tầng của 2 hoặc nhiều photon với tổng năng lượng giống nhau. Bản phân tích phóng xạ bức xạ nhanh Khối lượng hạt nhân hợp phần là : Trong đó: En Là năng lượng phát ra của việc bắt neutron. Khi đó : Với năng lượng kích thích E* là : Bản phân tích phóng xạ bức xạ nhanh Năng lượng kích thích là : E* =En + Q Tỉ lệ sản lượng của hạt nhân hợp phần từ một nguyên tố bia được chiếu xạ với các neutron mang bởi: Tổng số của hạt nhân làm phóng xạ thì thường nhỏ so với tổng số hạt nhân có mặt trong mẫu. Tốc độ hình thành của hạt nhân hợp phần là một hằng số: Bản phân tích phóng xạ bức xạ nhanh Nếu tia nhanh ở mỗi hạt nhân hợp phần phát ra do sự khử kích thích, tốc độ của photon phát ra là một hằng số: Phổ tia nhanh có thể đo được với một hỗn hợp NaI (Tl) trong hệ thống quang phổ kế nhấp nháy Bản phân tích phóng xạ bức xạ nhanh Hình 7.22. Phổ của tia gamma nhanh năng lượng thấp từ Cadmium Bản phân tích phóng xạ bức xạ nhanh (a) Phổ của 60Co với quang phổ kế toàn bộ trùng nhau ngẫu nhiên (b) Sự di chuyển của đỉnh tổng bởi sự thêm vào trùng hợp ngẫu nhiên theo yêu cầu của quang phổ kế ngẫu nhiên trùng nhau toàn bộ nhanh/ chậm a) b) a) Bản phân tích phóng xạ bức xạ nhanh Máy phát neutron, hệ thống ghi nhận tia Gamma tức thời sử dụng đơn vị trùng hợp ngẫu nhiên để cải tiến độ nhạy của hệ thống. Bản phân tích phóng xạ xung neutron. Một xung ngắn của phân tích kích hoạt neutron có thể biến đổi theo phương trình: Hình dạng của xung neutron của lò phản ứng 900MW được mô tả trong hình 7.25 Bản phân tích phóng xạ xung neutron. Một xung dạng Gaussion có thông lượng neutron hợp nhất mang bởi công thức: Quá trình hoạt động của trạng thái ổn định có hoạt độ bão hòa của nucleic phóng xạ giống nhau có công thức : Bản phân tích phóng xạ xung neutron Tỉ lệ hoạt độ của xung kích hoạt phóng xạ ,hằng số năng lượng kích hoạt bão hòa là : Tỉ lệ của một xung ở 900MW khi so sánh sự kích hoạt từ một xung đơn lẻ bão hòa tại trang thái hoạt động là 250 KW tăng : Bản phân tích phóng xạ xung neutron. Hình 7.25.Hình dạng của 1 xung lò phản ứng có công suất trong phạm vi công suất đỉnh là 900 MW Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Cho đến khi sự phân tích kích hoạt gần đây được thực hiện ưu thế bằng các mẫu phóng xạ với neutron nhiệt trong hạt nhân, các kích hoạt với neutron nhiệt phổ biến một cách rõ rệt. Tất cả các ưu điểm trên của phóng xạ neutron trở thành vấn đề ảnh hưởng đến các mức độ khác nhau với neutron năng lượng cao, các hạt mang điện tích và phóng xạ photon. Các xác suất xảy ra tương tác giữa các hạt cơ bản tương đối lớn đối với sự hấp thụ neutron nhiệt Sự chuyên biệt của các hạt nhân phóng xạ được tạo bởi sự bắt giữ neutron nhiệt. Sự tạo thành của các hạt nhân phóng xạ phân rã β được đo đạc dễ dàng. Dòng neutron lớn có sẵn. Khả năng phóng xạ các mẫu tương đối lớn mà không cần phân rã quá mức năng lượng neutron hay các mất mát trong dòng. Sự tiện lợi của các hệ thống truyền khí để chèn và rút các mẫu ra nhanh chóng từ vị trí phóng xạ. Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Các giá trị thực nghiệm của tỉ lệ phóng xạ sinh ra trong mạch phóng xạ bão hoà bền Các tỉ lệ cho thấy một giá trị trung bình 70/ T1/2 tăng các độ nhạy của phép phân tích kích hoạt neutron bằng cách sử dụng mạch phản ứng, trong các phương pháp phân tích hoá phóng xạ Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Một số nhân tố không được xác định dễ dàng do phép phân tích kích hoạt neutron nhiệt. Bảng liệt kê một vài nhân tố thể hiện ở bảng 7.7. Trong số các nguyên nhân sau: Xác suất xảy ra tương tác giữa các hạt cơ bản quá nhỏ đối với các phản ứng (n,γ). Chu kỳ bán rã của sản phẩm hạt nhân phóng xạ quá ngắn. Chu kỳ bán rã của sản phẩm hạt nhân phóng xạ quá dài. Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Ricci và Hahn đề xuất sử dụng đại lượng xác suất xảy ra tương tác giữa các hạt cơ bản trung bình σ đối chiếu với sự thay đổi trong xác suất xảy ra tương tác giữa các hạt cơ bản với sự xâm nhập sâu vào mẫu. Tỉ lệ lượng hạt nhân phóng xạ do một tia các hạt nhân xâm nhập vào vật mỏng như sau: Ri = I0nσix Tỉ lệ hàm lượng tất cả các sản phẩm của phản ứng như sau Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Ricci và Hahn nhận thấy hệ thống kích hoạt ở nơi mà sự mất năng lượng của mẫu là đáng kể; đó là, phương sai của σx với x là đáng kể. Với mục tiêu độ dày lớn hơn tổng phạm vi R của các hạt mang điện tích (x > R), tỉ lệ phân rã hạt nhân phóng xạ sản sinh ra được xác định như sau: (97) Tiết diện toàn bộ của công thức trên có thể chuyển thành biểu thức giới hạn giảm năng lượng theo khoảng cách như sau: (98) Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Họ định nghĩa một xác suất xảy ra tương tác giữa các hạt cơ bản trung bình σ như: (99) Công thức (99) được rút gọn với độ chính xác gần tuyệt đối Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Một minh hoạ của sự biến thiên xác suất xảy ra tương tác giữa các hạt trung bình σ với số nguyên tử Z của chất nền đối với các phản ứng : 16O( 3He,p) 18F và 16O( 3He,p) 18Ne → 18F Trên phạm vi nhân tố từ Z = 4 đến Z = 95, σ đổi gần 8% và từ phạm vi Z = 4 đến Z = 57 σ được thay đổi chỉ gần 3%. Phân tích kích hoạt neutron phi nhiệt Do đó với định nghĩa về σ ở công thức (99) phương trình kích hoạt (97) được sửa thành D = I0n σR