Thạc Sĩ Khảo sát các đặc trưng phổ neutron tại kênh nhanh nguồn Am – Be

MỞ ĐẦU
Phân tích kích hoạt neutron dụng cụ (INAA) là một trong những kỹ thuật phân tích hạt nhân được dùng để phân tích hàm lượng nguyên tố trong vật chất. Trong kỹ thuật này mẫu được chiếu bằng các neutron để chuyển các hạt nhân bền thành hạt nhân phóng xạ, sau đó hoạt độ phóng xạ của hạt nhân này được đo bằng các detector ghi bức xạ. Kỹ thuật INAA thích hợp cho cả hai yêu cầu định tính và định lượng của phân tích đa nguyên tố trong nhiều mẫu khác nhau. Sự ra đời và phát triển của các phương pháp phân tích hạt nhân gắn liền với những thành tựu của vật lý và kỹ thuật hạt nhân hiện đại, thật sự đã khẳng định được vị trí cao của mình trong lĩnh vực phân tích. Với những ưu điểm như độ nhạy và độ chính xác cao, tốc độ phân tích nhanh, mẫu phân tích không bị phá hủy và có thể tiến hành phân tích đồng thời nhiều nguyên tố, phương pháp phân tích kích hoạt neutron đã trở nên phổ biến.
Vào năm 1994, bộ môn Vật lý hạt nhân – Trường Đại học Khoa học tự nhiên Tp. HCM đã xây dựng và hoàn thiện hệ thống phân tích kích hoạt neutron MTA 1527 với nguồn đồng vị 241Am – Be và hoạt độ của mẫu sau khi chiếu neutron được đo trên detector NaI (Tl) hoặc ống đếm Geiger – Muller. Cùng với sự phát triển của bộ môn Vật lý hạt nhân, hệ phân tích kích hoạt này đã được phát triển kết hợp với việc đo hoạt độ phóng xạ của mẫu bằng detector Germanium siêu tinh khiết (HPGe) từ năm 2004.
Hệ thống phân tích kích hoạt neutron của bộ môn Vật lí hạt nhân có hai kênh là: kênh neutron nhiệt và kênh neutron nhanh. Trong đó, kênh neutron nhiệt đã được khai thác nhiều năm nay và đã đạt được những kết quả nhất định, chẳng hạn như phân tích hàm lượng Al, Na và Mn trong xi măng [3] còn kênh neutron nhanh vẫn chưa được nghiên cứu sử dụng. Vì vậy, để đưa vào khai thác sử dụng kênh nhanh dùng cho kích hoạt neutron thì việc xác định các thông số phổ neutron là hết sức cần thiết. Dù neutron được chiếu kênh neutron nhanh nhưng vì xung quanh nguồn Am-Be là chất làm chậm paraffin nên dòng neutron nhanh đã bị làm chậm bởi paraffin và trở thành neutron nhiệt tán xạ vào kênh nhanh. Do đó ta chỉ có thể nghiên cứu các thông số phổ của neutron nhiệt nhưng được chiếu tại kênh nhanh.
Xác định hệ số lệch phổ neutron trên nhiệt (hệ số α) và tỉ số thông lượng neutron nhiệt/trên nhiệt (hệ số f) đã được nghiên cứu và thực hiện trong đề tài gần đây nhất tại bộ môn vật lý hạt nhân – Trường Đại học Khoa học tự nhiên Tp. HCM tại kênh nhiệt nguồn Am – Be [3]. Mục đích của khóa luận này là tiếp tục mở rộng trong việc xác định thông lượng neutron nhanh, thông lượng neutron nhiệt, trên nhiệt, hệ số α và tỉ số f tại kênh nhanh của nguồn Am – Be tại bộ môn vật lý hạt nhân – Trường Đại học Khoa học tự nhiên.
Với mục đích trên luận văn được thực hiện trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan phân tích kích hoạt neutron.
Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm xác định thông số phổ neutron.
Chương 3: Khảo sát các đặc trưng phổ neutron tại kênh nhanh nguồn Am-Be
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO.

MỤC LỤC
LIỆT KÊ CÁC KÍ HIỆU i
DANH MỤC BẢNG BIỂU . iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ . v
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1_TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON
1.1. Giới thiệu . 3
1.2. Nguyên lý của phương pháp phân tích kích hoạt 3
1.2.1. Các nguồn neutron dùng trong phân tích kích hoạt neutron . 4
1.2.1.1. Nguồn neutron đồng vị . 5
1.2.1.2. Máy phát neutron . 6
1.2.1.3. Lò phản ứng hạt nhân . 6
1.2.2. Tốc độ phản ứng . 7
1.2.3. Hàm tiết diện phản ứng . 8
1.2.4. Thông lượng neutron . 8
1.2.4.1. Đặc điểm của neutron nhanh hay là neutron phân hạch . 8
1.2.4.2. Đặc điểm của neutron trung gian hay neutron trên nhiệt . 9
1.2.4.3. Đặc điểm của neutron nhiệt 9
1.3. Phương trình kích hoạt . 11
1.4. Những phương pháp chuẩn hóa 12
1.4.1. Phương pháp chuẩn hóa tuyệt đối 12
1.4.2. Phương pháp chuẩn hóa tương đối 13
1.4.3. Phương pháp chuẩn hóa đơn nguyên tố . 14
1.4.4. Phương pháp chuẩn hóa k0 14
1.5. Phương trình cơ bản của phương pháp k0 – INAA 16
1.5.1. Phương trình cơ bản của k0-INAA . 16
1.5.2. Các hệ số trong phương trình cơ bản của phương pháp k0 – INAA 16
1.5.2.1. Hệ số k0 16
1.5.2.2. Hệ số f 17
1.5.2.3. Hệ số α 0 Q ( ) 18
1.5.2.4. Thông số r E . 19
1.5.2.5. Hệ số α . 19
1.5.2.6. Hiệu suất ghi của hệ phổ kế εp 20
1.5.2.7. Hệ số tự che chắn neutron nhiệt Gth và trên nhiệt Ge . 20
1.5.3. Độ chính xác của phương pháp k0 – INAA 21
1.6. Kết luận chương 1 22
CHƯƠNG 2_CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ
PHỔ NEUTRON
2.1. Các bước phân tích mẫu bằng phương pháp phân tích kích hoạt neutron 23
2.1.1. Thiết bị và vật liệu . 23
2.1.2. Chuẩn bị mẫu 23
2.1.3. Việc lựa chọn các yếu tố cần thiết cho phân tích kích hoạt neutron . 23
2.1.4. Chiếu mẫu . 24
2.1.5. Đo phổ gamma 25
2.1.6. Xử lý phổ gamma 26
2.2. Phương pháp thực nghiệm xác định thông lượng neuton 27
2.2.1. Phương pháp thực nghiệm xác định thông lượng neutron chậm φs . 27
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm xác định thông lượng neutron nhanh φf 28
2.3. Phương pháp thực nghiệm xác định độ lệch phổ α . 28
2.3.1. Phương pháp bọc cadmi cho đa lá dò 29
2.3.2. Phương pháp tỉ số cadmi cho đa lá dò . 30
2.3.3. Phương pháp đa lá dò chiếu trần 32
2.4. Phương pháp thực nghiệm xác định hệ số f 34
2.4.1. Phương pháp tỉ số cadmi . 34
2.4.2. Phương pháp ba lá dò chiếu trần 34
2.5. Xác định chỉ số thay đổi phổ neutron trên nhiệt và nhiệt độ neutron . 34
2.5.1. Xác định chỉ số thay đổi phổ neutron trên nhiệt α n 0 r( ) T / T . 34
2.5.2. Thực nghiệm xác định nhiệt độ neutron Tn 36
2.6. Kết luận chương 2 37
CHƯƠNG 3_KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG PHỔ NEUTRON TẠI KÊNH
NHANH NGUỒN Am – Be
3.1. Nguồn neutron . 38
3.2. Thực nghiệm xác định hệ số α và tỉ số f . 40
3.2.1. Phương pháp tỉ số cadmi cho đa lá dò . 40
3.2.1.1. Thực nghiệm với cặp monitor 197Au và 98Mo. 42
3.2.1.2. Thực nghiệm với cặp monitor 197Au và 55Mn 44
3.2.2 Phương pháp ba lá dò chiếu trần . 47
3.2.2.1. Thực nghiệm với monitor 197Au – 96Zr – 94Zr . 48
3.2.2.2. Thực nghiệm với monitor Au – In – Mo . 49
3.3. Thực nghiệm xác định thông lượng neutron tại kênh nhanh 51
3.3.1. Thực nghiệm xác định thông lượng neutron nhanh tại kênh nhanh 51
3.3.2. Thực nghiệm xác định thông lượng neutron chậm tại kênh nhanh . 54
3.3.3. Thực nghiệm xác định thông lượng neutron nhiệt và trên nhiệt . 56
3.4. Kết luận chương 3 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 61
PHỤ LỤC 63