Luận văn Nghiên cứu điều kiện chiếu xạ nơtron cho phân tích kích hoạt và chế tạo đồng vị phóng xạ tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

12 Chöô TOÅNG QUAN VEÀ N C TRÖNG THOÂNG LÖÔÏNG NÔTRON TRONG MOÄT SOÁ LOØ PHAÛN ÖÙNG NGHIEÂN CÖÙU caùc eânh chieáu xaï vaø caùc nghieân cöùu veà aûnh höôûng cuûa caùc thoâng soá naøy leân caùc keát quaû á öùng duïng khaùc ôû treân theá giôùi vaø ôû Vieät Nam. trong caùc mieàn naêng löôïng. Vì vaäy, ngöôøi ta chia toaøn daûi naêng löôïng töø 0 - hieät vôùi caùc eán vuøng nhieät goïi laø nhieät hoaù. P ng 1 GHIEÂN CÖÙU CAÙC THOÂNG SOÁ ÑAË TREÂN THEÁ GIÔÙI VAØ VIEÄT NAM Ñeå khai thaùc coù hieäu quaû loø phaûn öùng haït nhaân, caàn phaûi bieát caùc thoâng tin veà ñaëc tröng phoå nôtron trong caùc keânh chieáu xaï: thoâng löôïng nôtron nhanh, nôtron nhieät, nôtron treân nhieät, tyû soá nôtron nhieät treân nôtron treân nhieät f, heä soá leäch phoå 1/E, phaân boá thoâng löôïng nôtron trong caùc keânh chieáu xaï v.v.... Trong chöông naøy, trình baøy toång quan veà caùc phöông phaùp xaùc ñònh caùc thoâng soá ñaëc tröng phoå nôtron trong k phaân tích kích hoaït vaø trong moät so 1.1 Phoå nôtron cuûa loø phaûn öùng Caùc nôtron ñöôïc sinh ra trong loø phaûn öùng seõ coù naêng löôïng töø 0 MeV ñeán 20 MeV. Trong khoaûng naêng löôïng naøy, tính chaát töông taùc cuûa nôtron vôùi vaät chaát laø khaùc nhau 20 MeV thaønh ba vuøng vaø caùc nôtron cuõng ñöôïc chia thaønh ba loaïi theo ba vuøng naêng löôïng ñoù: - Vuøng nôtron nhieät: laø vuøng nôtron coù naêng löôïng töø 0 ñeán 0,5 eV. Nôtron phaân haïch sau khi ñöôïc laøm chaäm trong loø phaûn öùng, chuùng maát daàn naêng löôïng vaø trôû veà traïng thaùi caân baèng nhieät vôùi moâi tröôøng. Nhö seõ thaáy sau naøy, naêng löôïng cuûa chuùng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng vaø chính vì vaäy, chuùng ñöôïc goïi laø nôtron nhieät. Caùc nôtron nhieät chuyeån ñoäng trong traïng thaùi caân baèng n phaân töû moâi tröôøng. Quaù trình giaûm naêng löôïng cuûa nôtron ñ hoå nôtron nhieät ñöôïc moâ taû bôûi phaân boá Maxwell-Boltzmann [64]: dEEe kTn dn kT E 2/1 2/3)( 2 −= π π (1.1) 13 Trong ñoù, dn laø soá nôtron vôùi naêng löôïng trong khoaûng töø E ñeán E+dE, n laø soá nôtron toång coäng trong heä thoáng, k laø haèng soá Boltzmann, vaø T laø nhieät ñoä Kelvin. Trong phaân boá Maxwell-Boltzmann, ñoäng naêng coù vaän toác khaû dó nhaát töông öùng vôùi hö vaäy ñoái vôùi nôtron nhieät coù theå vieát: ET = 8,61xTx10-5eV (1.2) Baûng 1.1 Naêng löôïng vaø vaän toác cuûa nôtron vôùi nhieät ñoä moâi tröôøng khaùc nhau Nhieät ñoä kT, ñoäng naêng trung bình laø (3/2)kT. Haèng soá Boltzmann coù giaù trò 8,61x10-5 eV/ ñoä. N oK oC Naêng löôïng Vaän toác 10 /s eV 5 cm 400 127 0,034 2,6 25 0,025 2,2 298 600 800 1000 327 527 727 0,052 0,069 0,086 3,1 3,6 4,0 Neáu nhieät ñoä moâi tröôøng laø 25oC töùc 298oK thì naêng löôïng nôtron nhieät laø 0,025 eV. Baûng 1.1 ñöa ra naêng löôïng vaø vaän toác nôtron töông öùng vôùi nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng. Trong vuøng nôtron nhieät tieát dieän töông taùc cuûa nôtron nhìn chung tuaân theo qui luaät 1/v. Thöïc teá, naêng löôïng trung bình cuûa nôtron nhieät lôùn hôn moät ít so vôùi naêng löôïng trung bình cuûa chuyeån ñoäng nhieät cuûa caùc phaân töû moâi tröôøng. Ñieàu ñoù coù nghóa raèng, caùc nôtron thöïc teá khoâng ñaït ñöôïc söï caân baèng nhieät vôùi moâi tröôøng. Ñoù laø do söï haáp thuï lieân tuïc cuûa nôtron trong moâi tröôøng, söï haáp thuï caøng a no naêng löôïng nôtron raát øm ax maïnh khi vaän toác cuû ù caøng thaáp. Tuy nhieân, haøm soá phaân boá gaàn vôùi ha M well vôùi nhieät ñoä nôtron Tn cao hôn nhieät ñoä moâi tröôøng T. Nhieät ñoä nôtron Tn lieân heä vôùi nhieät ñoä moâi tröôøng T theo bieåu thöùc: ⎟⎟⎠⎝ Σ s ⎞ ⎜⎜ ⎛ Σ+= an AT 92,01 (1.3) T 14 trong ñoù: sΣ vaø aΣ laø caùc tieát dieän vó moâ taùn xaï vaø haáp thuï nôtron nhieät trong moâi tröôøng; A laø soá khoái löôïng cuûa caùc nguyeân töû moâi tröôøng. Trong moâi tröôøng haáp thuï nôtron yeáu thì Tn ≈ T. - Vuøng nôtron treân nhieät: laø vuøng nôtron ñang trong quaù trình laøm chaäm vaø coù naêng löôïng trong khoaûng 0,5 eV< En< 0,5 MeV. Vuøng naøy coøn goïi laø vuøng trung gian hoaëc vuøng coäng höôûng. Phoå nôtron treân nhieät ñöôïc moâ taû moät caùch lyù töôûng theo daïng 1/E. T h nôtron treân nhieät vaø nôtron nhieät. Tuy nhieân, quaù trình phaân haïch vaãn tieáp dieãn trong loø phaûn öùng neân trong loø phaûn öùng luoân luoân toàn taïi ñoàng thôøi nôtron nhanh, nôtron treân nhieät vaø nôtron nhieät. Khoaûn s ïch haït nhaân trong loø phaûn öùng laø caùc nôtron nhanh. Phoå nôtron phaân haïch f(E) theo bôûi caùc coâng thöùc baùn thöïc nghieäm (1.4a), (1.4b) vaø (1.4c): ieát dieän töông taùc cuûa nôtron treân nhieät vôùi vaät chaát coù daïng coäng höôûng. Do caáu truùc moâi tröôøng vaät chaát trong loø phaûn öùng, nôtron seõ bò haáp thuï laøm cho phoå nôtron treân nhieät bò leäch khoûi quy luaät 1/E vaø ñöôïc thay bôûi quy luaät 1/E1+α; trong ñoù α coù theå aâm hoaëc döông tuøy thuoäc vaøo töøng caáu hình cuûa loø phaûn öùng. Neáu α döông thì phoå nôtron ñöôïc goïi laø meàm vaø neáu α aâm thì phoå nôtron ñöôïc goïi laø cöùng. - Vuøng nôtron nhanh: laø vuøng nôtron sinh ra trong phaân haïch vaø coù naêng löôïng En > 0,5 MeV, cöïc ñaïi ôû 0,7 MeV. Phoå nôtron nhanh ñöôïc moâ taû bôûi phaân boá Watt. Trong quaù trình laøm chaäm, nôtron nhanh chuyeån thaøn g 99% nôtron inh ra do phaûn öùng phaân ha naêng löôïng coù theå moâ taû gaàn ñuùng ( ) ( ) EEkEf 2sinhexp1 −= (1.4a) ( ) ( ) EEkEf 29,2sinh96,0/exp2 −= (1.4b) ( ) ( ) EEkEf 29,1/exp3 −= (1.4c) trong ñ h hôïp cho phoå phaân haïch coù naêng löôïng döôùi 9 MeV [78]. où k1, k2 vaø k3 laø caùc haèng soá. Phaân boá Watt (1.4a) cho thaáy noù truøng toát vôùi soá lieäu thöïc nghieäm trong khoaûng naêng löôïng töø 0,075 ñeán 15 MeV [23]. Bieåu thöùc (1.4b) aùp duïng toát trong khoaûng naêng löôïng 0,18 ñeán 12 MeV [46], coøn bieåu thöùc (1.4c) thíc 15 Trong loø phaûn öùng nôtron nhanh, caùc nôtron naøy gaây phaûn öùng phaân haïch haït nhaân nhieân lieäu. Ñoái vôùi loø phaûn öùng nôtron trung gian vaø loø phaûn öùng nôtron nhieät, reân ình 1.1 ñöa ra moät ví duï phoå nôtron trong baãy nôtron cuûa LPÖHNÑL. caùc nôtron nhanh caàn ñöôïc laøm chaäm ñeán nôtron trung gian hoaëc nôtron nhieät. T h 0.0001 0.01 1 100 10 4 10 -8 10 -6 10 -10 10 -8 10 -6 0.0001 0.01 1 100 Hình 1.1 Phoå nôtron trong baãy nôtron cuûa loø Ñaølaït tính töø code MCNP Naêng löôïng (MeV) 1.2 Caùc phöông phaùp xaùc ñònh caùc thoâng soá ñaëc tröng thoân g löôïng nôtron cuûa hieáu xaï. Ví duï, trong phaân tích kích hoaït caàn phaûi bieát chính chung coù theå duøng phöông phaùp tính toaùn hoaëc thöïc nghieäm. loø phaûn öùng 1.2.1 Xaùc ñònh thoâng löôïng nôtron nhanh φf, nôtron treân nhieät φepi vaø nôtron nhieät φth Khi chieáu maãu trong caùc keânh cuûa loø phaûn öùng, chuùng ta caàn phaûi bieát giaù trò tuyeät ñoái caùc ñaëc tröng thoâng löôïng nôtron nhanh, nôtron treân nhieät, nôtron nhieät vaø phaân boá cuûa chuùng trong keânh c xaùc caùc thoâng soá naøy vì noù lieân quan ñeán ñoä nhaïy, ñoä chính xaùc cuûa keát quaû phaân tích. Hôn nöõa, caùc thoâng tin veà tyû soá nôtron nhieät/nôtron nhanh hoaëc nôtron nhieät/nôtron treân nhieät laø raát caàn thieát ñeå löïa choïn ñieàu kieän chieáu xaï toái öu hoaëc hieäu chænh aûnh höôûng cuûa chuùng. Xaùc ñònh thoâng löôïng nôtron trong loø phaûn öùng, nhìn 16 Trong thöïc nghieäm, ñeå xaùc ñònh thoâng löôïng nôtron thöôøng söû duïng phöông phaùp kích hoaït caùc laù doø moûng, nhaèm traùnh hieän töôïng töï che chaén vaø nhieãu loaïn tröôøng nôtron xung quanh maãu chieáu xaï. Thoâng thöôøng, caùc nguyeân toá duøng kích hoaït ñeå xaùc ñònh thoâng löôïng nôtron phaûi coù soá lieäu haït nhaân chính xaùc nhö ñoä phoå caäp, hieäu suaát phaùt gamma, tieát dieän phaûn öùng, v.v... . Trong [28] ñaõ söû duïng caùc laù doø saét moûng ( 0,95 cm ñöôøng kính vaø 0,0028 cm ñoä daøy) vôùi phaûn öùng: 58Fe(n,γ)59Fe ñeå xaùc ñònh thoâng löôïng nôtron nhieät (Eγ =1,292 MeV duøng ñeå tính toaùn). Duøng laù doø Fe chuùng ta coù theå ñoàng thôøi xaùc ñònh ñöôïc thoâng löôïng nôtron nhanh theo phaûn öùng: 54Fe(n,p)54Mn Ño cöôøng ñoä ñænh naêng löôïng gamma Eγ = 0,835 MeV cuûa 54Mn ñeå xaùc ñònh giaù trò thoâng löôïng. Do caû hai ñoàng vò coù thôøi gian baùn huûy daøi, neân coù theå ño baát cöù thôøi gian naøo sau khi chieáu xaï. Trong [18, 19, 30, 59] vaø raát nhieàu taùc giaû khaùc ñaõ söû duïng laù doø Cu, Co, Au, v.v... ñ h thoâng löôïng nôtron nhieät vaø nôtron treân nhieät; caùc laù doø Fe, Cu, Ti, Nb, Zr, v.v... duøng caùc V Taïi ieän Nghieân cöùu Haït nhaân Ñaø Laït, nhoùm nghieân cöùu cuûa Phoøng loø phaûn öùng cuõng ñaõ haùc nhau; 89 thanh, 100 thanh vaø 104 thanh ô n uaát nhaèm muïc ñích ño ûa v aát, khoâng bò aên moøn , thôøi eå xaùc ñònh giaù trò thoâng löôïng. Trong moät soá tröôøng hôïp thích hôïp (thoâng löôïng cao, nhieät hoaù thaáp) thì coù theå söû duïng Zr nhö laø monitor thoâng löôïng nôtron nhanh duøng phaûn öùng 90Zr(n,2n)89Zr; vì hieän nay, tieát dieän phaûn öùng cuûa ñoàng vò naøy ñaõ ñöôïc xaùc ñònh khaù chính xaùc cuûa hai nhoùm nghieân cöùu Seki vaø Mannhart [39,54] vaø caùc soá lieäu haït nhaân khaùc ñöôïc laáy töø [26, 27, 53]. Nhoùm taùc giaû ôû Vieän KFKI (Hunggari) cuõng ñaõ duøng caùc laù doø Fe, Al-Au, Al-Co, Nb, v.v... ñeå xaùc ñòn phaûn öùng ngöôõng ñeå xaùc ñònh thoâng löôïng nôtron nhanh trong vuøng töø 2-10 Me . V duøng laù doø ña nguyeân toá Au, Mn, W, Mo, Ni ñeå xaùc ñònh moät vaøi thoâng soá ñaëc tröng thoâng löôïng nôtron vaø phaân boá thoâng löôïng nôtron trong moät soá keânh chieáu xaï cuûa LPÖHNÑL vôùi caùc caáu hình vuøng hoaït k nhieân lieäu [12,13]. Caùc laù doø ña thaønh phaàn thö øng ñöôïc saû x ñaëc tröng phoå nôtron, noù tho maõn caùc ñieàu kieän eà tính ñoàng nh trong ñieàu kieän nhieät ñoä vuøng hoaït, sô ñoà phaân raõ haït nhaân töông ñoái ñôn giaûn 17 gian soáng töông ñoái ngaén phuø hôïp vôùi ñieàu kieän thöïc nghieäm vaø ñaùp öùng trong moät daûi roäng naêng löôïng cuûa phoå nôtron. Kyõ thuaät duøng ñeå xaùc ñònh thoâng löôïng nôtron laø nhö sau: caùc laù doø ñöôïc chieáu xaï trong moät khoaûng thôøi gian tc vaø sau ñoù ñöôïc ñöa ra khoûi vò trí chieáu xaï vaø ñöôïc ñeå hoâng soá haït nhaân, hieäu suaát ghi cuûa detector, vaø thôøi gian ño, cuõng nhö khoái löôïng laù doø vaø soá ñeám cuûa hoaït raõ trong moät khoaûng thôøi gian td, sau ñoù ñöôïc ño treân heä phoå keá vôùi hieäu suaát tuyeät ñoái cuûa detector ñaõ bieát. Döïa vaøo caùc t thôøi gian chieáu, ñôïi ñoä; töø phöông trình kích hoaït cô baûn coù theå xaùc ñònh ñöôïc thoâng löôïng nôtron. 1.2.1.1 Xaùc ñònh thoâng löôïng nôtron nhieät thφ vaø thoâng löôïng nôtron coäng höôûng epiφ Thoâng löôïng nôtron nhieät ñöôïc xaùc ñònh bôûi phöông phaùp ño hoaït ñoä tuyeät ñoái oø coù tieát dieän trong vuøng nôtron nhieät tuaân theo quy luaät 1/v vôùi khi chieáu xaï caùc laù d tieát dieän kích hoaït bieát chính xaùc. Ví duï: 59Co: 0σ = 37,2 barn; 60Co: λ = ,168 4 10 197Au: -9 s-1 0σ = 98,8 barn; 198Au: λ = 2,98 10-6 s-1 Tyû soá phaûn öùng trong tröôøng hôïp chieáu khoâng boïc cadmium seõ ñöôïc tính: IRRR epithepith φσφ +=+= 0 Trong ñoù: Rth vaø Repi laø tyû soá phaûn öùng cuûa nôtron nhieät vaø nôtron treân nhieät; thφ vaø epiφ laø thoâng löôïng nôtron nhieät vaø thoâng löôïng nôtron coäng höôûng; 0σ tieát dieän kích hoaït cuûa nôtron vôùi v=2200 m/s; λ laø haèng soá phaân raõ; I tích phaân coäng höôûng nhieät; Neáu bieát thôøi gian chieáu xaï t cuûa nôtron treân aây D seõ ñöôïc tính: c, thôøi gian ñeå raõ td vaø soá haït nhaân bia N thì tyû soá phaân raõ trong moät gi )exp()]exp(1[ dc ttNRD λλ −−−= Neáu laù doø ñöôïc chieáu coù boïc cadmium thì luùc ñoù chæ coù thaønh phaàn hoaït ñoä do nôtron coäng höôûng IR epiepi φ= , coøn phaàn nôtron nhieät bò ca ium haáp thudm ï 0σφththR = = . 0 )exp()]exp(1[ (1.5a) dcepiepi ttIND λλφ −−−= 18 Khi ñoù phaàn kích hoaït do nôtron nhieät seõ laø: )exp()]exp(1[0 dctheth ttNDDD λλσφ −−−=−= (1.5b) Nhö vaäy, xaùc ñònh hoaït ñoä rieâng trong tröôøng hôïp chieáu boïc vaø khoâng boïc cadmium, bieát , I, N,0σ λ , t , tc d coù theå xaùc ñònh ñöôïc epiφ vaø thφ töø phöông trình (1.5a) vaø (1.5b). 1.2.1.2 Xaùc ñònh thoâng löôïng nôtron nhanh fφ Thoâng löôïng nôtron nhanh trong vuøng naêng löôïng treân 1 MeV ñöôïc xaùc ñònh thoâng qua caùc phaûn öùng ngöôõng. Caùc phaûn öùng ngöôõng coù theå ñöôïc söû duïng laø (n,p), (n,α), (n,f), (n,2n), hoaëc (n,n'). Tyû soá phaûn öùng ñoái vôùi phaûn öùng ngöôõng laø 00 σφσφ == ffR ; trong ñoù φ laø thoâng löôïng phaân haïch töông ñöông vaø 0σ laø tieát dieän trung bình trong phoå phaân haïch. Hoaït ñoä tuyeät ñoái Df vôùi thôøi gian chieáu tc vaø thôøi gian ñeå raõ td seõ laø : )exp()]exp(1[0 dcff ttND λλφσ −−−= (1.5c) Cuõng nhö trong tröôøng hôïp thoâng löôïng nôtron nhieät vaø nôtron coäng höôûng, bieát N, 0σ ,λ , tc, td töø phöông trình (1.5c) ta xaùc ñònh ñöôïc fφ 1.2.1.3 Xaùc ñònh tyû soá cadmium vaø tyû soá thoâng löôïng nôtron nhieät/thoâng löôïng nôtron treân nhieät. Tyû soá cadmium Rcd cuûa moät ñoàng vò trong moät keânh chieáu xaï ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc: I I epi epith φ φσφ += 0 cadmium boïccoù vò ñoàng cuûa ñoäHoaït cadmium (1.5d) = boïc khoângvò ñoàng cuûa ñoäHoaït Rcd vaø nhö vaäy, töø bieåu thöùc (1.5a) vaø (1.5b) coù theå xaùc ñònh tyû soá f = epith φφ / hoaëc neáu bieát tyû soá cadmium Rcd thì tyû soá f coù theå xaùc ñònh: 0 )1( σ IRf cd −= (1.5e) 19 Moät soá thoâng soá ñaëc tröng thoâng löôïng nôtron trong loø phaûn öùng nghieân cöùu cuõng coù theå xaùc ñònh ñöôïc baèng phöông phaùp tính toaùn thuaàn tuùy. Phöông phaùp hay ñöôïc söû duïng laø phöông phaùp Monte Carlo. Hieän nay coù raát nhieàu chöông trình tính Mtoaùn höõu hieäu; trong ñoù phaûi keå ñeán chöông trình MCNP ( onte Carlo N-Particle MCNP 4B phieân baûn PMV (chaïy treân heä maùy tính song song Parallel Virtual I. Koprivnikar vaø caùc coäng söï trong [45] cuõng dieän laáy töø thö vieän ENDF/B-V vaø ENDF/B ng nôtron beân trong vaø beân ngoaøi keânh trung taâm cuûa ø SAR aùn chæ ra phuø hôïp ic vaø coäng söï cuõng ñaõ duøng chöông trình eáu xaï cuûa loø TRIGA ôû Vieän S, F. De CORTE vaø J. HOSTE ñaõ ñeà ng phaân tích kích hoaït treân loø phaûn ong phaân tích kích h ñöôïc tính töø phöông trình cô baûn sau: Transport Code System). Tuy nhieân, caùc chöông trình naøy thöôøng chæ chaïy treân heä maùy tính lôùn (super computer) hoaëc treân maùy tính workstation. Trong [24] ñaõ söû duïng Machine) ñeå tính toaùn cho vuøng hoaït cuûa loø TRIGA thôøi gian chaïy khoaûng vaøi ngaøy treân maùy tính workstation HP 712/80. ñaõ söû duïng MCNP 4B vôùi caùc soá lieäu tieát -VI ñeå tính toaùn ñaëc tröng tröôø lo (Siemens Argonaut Reactor) ôû Graz, AÙo. Caùc keát quaû tính to raát toát vôùi keát quaû thöïc nghieäm. R. Jacimov MCNP ñeå tính toaùn thoâng löôïng nôtron trong caùc keânh chi Nghieân cöùu Haït nhaân Jozef Stefan (Slovenia) [62]. 1.2.2 Caùc phöông phaùp xaùc ñònh heä soá α Naêm 1975, nhoùm taùc giaû A. SIMONIT nghò moät phöông phaùp phaân tích duøng heä soá k0 tro öùng [20,21,47], vaø töø ñoù phöông phaùp ñaõ ñöôïc öùng duïng raát phoå bieán tr oaït. Noäi dung chính trong phöông phaùp k0 laø söû duïng bieán ñoåi Hogdahl [59], vaø haøm löôïng cuûa nguyeân toá phaân tích p p mp mp Qf Qf k SDCw tN tN ppm ε ε α αρ * 0 * 0 0 * )( )(1 / / )( + + ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= (1.6) Vôùi k SDCW 0 ñöôïc ñònh nghóa laø: ** 0 * 0 * 0 ... γσθM 0 ... γσθMk = (1.7) 20 Heä soá k0 coù theå xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm. Phaûn öùng (Eγ = 11.8 g hôïp naøy. Kyù hieäu (*) trong bieåu thöùc laø gram; w* : Troïng löôïng maãu laøm comparator tính baèng microgam; c = exp(-λtd); td - thôøi gian ñôïi; ôûng vôùi hieäu chænh leäch phoå 1/E cuûa thoâng löôïng nôtron treân nhieät. nôtron treân nhieät) trong caùc vò trí chieáu xaï laø raát quan troïng ñoái vôùi ñoä chính xaùc trong phaân tích kích hoaït d thöïc nghieäm xaùc ñònh heä soá α [1 - Phöông phaùp boïc cadmium Phöông phaùp chieáu traàn ba ñoàng vò loø phaûn öùng. Nhö ñaõ bieát, trong ñieàu kieän lyù töôûng, thoâng löôïng nôtron treân nhieät trong caùc keânh chieáu xaï cuûa loø phaûn öùng laø tyû leä ngöôïc vôùi naêng löôïng: AunAu 198197 ),( γ 4 keV) thöôøng ñöôïc söû duïng trong tröôøn nguyeân toá laøm comparator. M : Khoái löôïng nguyeân töû; θ : Ñoä phoå caäp ñoàng vò; σ0 : Tieát dieän phaûn öùng (n,γ) vôùi nôtron coù vaän toác 2200 ms-1; γ : Cöôøng ñoä phaùt gamma tuyeät ñoái; Np : Dieän tích ñænh phoå gamma caàn xaùc ñònh; W : Troïng löôïng maãu tính baèng S = 1- exp(-λt ); tc - thôøi gian chieáu xaï, λ - haèng soá phaân raõ; D C = [1-exp(-λtm)]/λtm; tm - thôøi gian ño; f : tyû soá nôtron nhieät treân nôtron treân nhieät; εp : Hieäu suaát ghi cuûa detector taïi ñænh naêng löôïng caàn phaân tích. Q0(α) = I0(α)/ σ0 ; I0(α) - tích phaân coäng hö Chuùng ta bieát raèng, heä soá α (heä leäch phoå 1/E trong vuøng uøng caùc phöông phaùp comparator. Maëc duø, heä soá naøy laø raát nhoû nhöng aûnh höôûng raát roõ ñeán tích phaân coäng höôûng vaø nhö vaäy, aûnh höôûng ñeán ñoä chính xaùc trong bieåu thöùc tính haøm löôïng cuûa nguyeân toá. Coù ba phöông phaùp 9, 30] laø: - Phöông phaùp tyû soá cadmium - Laàn löôït chuùng ta seõ xem xeùt cuï theå ba phöông phaùp thöïc nghieäm naøy. Tröôùc heát, chuùng ta xem xeùt cô sôû lyù thuyeát xaùc ñònh heä soá α trong caùc keânh chieáu xaï cuûa 21 E E epiepi 1)( φφ = (1.8) Trong ñoù, epiφ laø moät haèng soá ño laäp vôùi naêng löôïng. Do ñoù, tích phaân coäng höôûng ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc: äc ∫= ∞ E dEEI )(0 σ (1.9) CdE Vôùi CdE laø naêng löôïng caét cadmium hieäu duïng ( CdE = 0,55eV) ñoái vôùi caùc ñoàng vò coù tieát dieän kích hoaït trong phaûn öùng (n,γ) tyû leä vôùi 1/v ( vv /1~)(σ ) tôùi vuøng naêng löôïng 1-2 eV. Tuy nhieân, trong thöïc teá, phoå nôtron trong caùc keânh chieáu xaï seõ bò leäch khoûi quy luaät naøy vaø gaàn ñuùng bôûi quy luaät [74,75]: αφ += 11) Eφ (Eepi (1.10) epi c döông tuøy thuoäc vaøo caáu hình loø phaûn öùng (vaät lieäu laøm chaäm, hình hoïc vò trí chieáu xaï, v,v...), vaø nhö Trong ñoù α khoâng phuï thuoäc vaøo naêng löôïng, coù theå aâm hoaë vaäy, tích phaân coäng höôûng trong ñieàu kieän naøy seõ ñöôïc vieát: ∫ += E E I αα 10 )( ∞ dEEσ )( (1.11) ch p ân coäng höôûng I0 ûa hoâng ). Lieân quan giöõa I0 vaø I0(α) trong ñôn vò naêng löôïng eV ñöôïc cho bôûi bieåu thöùc: Cd Tí ha (α) seõ ñöôïc duøng trong tính toaùn haøm löôïng cu nguyeân toá ñöôïc kích hoaït trong keânh chieáu xaï naøo ñoù (taïi ñoù coù giaù trò α) maø k phaûi I0. Tuy nhieân, trong caùc taøi lieäu chæ cho giaù trò I0 maø khoâng phaûi I0(α 22 ) )12( 0426,0 )( 0426,00()(0 αα σ α σα CdErE I I ++ −= (1.12) Trong ñoù 0σ laø tieát dieän nôtron vôùi vaän toác 2200 m.s-1, rE laø naêng löôïng coäng höôûng trung bình (eV) [48, 75] vaø chuù yù, trong coâng thöùc (1.12) giaù trò 0,426 = 2(E0/ECd)1/2 vôùi E0 = 0,025 eV vaø ECd = 0,55eV. a) Xaùc ñònh heä soá α baèng phöông phaùp boïc cadmium Phöông phaùp boïc cadmium döïa treân hieáu nhieàu ito coù bo ad öô a ö â t S A aø R 4]. T löô ron u n rong ñôn vò eV ñöôïc vieát nhö sau: −E ( N i v cieäc mon r khaùc nhau ïc c mium. Ph ng ph ùp ñaõ ñ ôïc mo aû bôûi CHUM NN v ALBE T [7 hoâng ïng nôt trong v øng treân hieät t αφ Eφepi = epiE)( 1.13) hö vaäy, kh veõ Lo EEi )(g epφ t ñoä uûa g th se -α. Ca iaù ie heo LogE thì doác c ñöôøn aúng õ laø ù gc t brò rieâng ät Log EE)(epiφ ñöôïc xaùc ñònh töø vieäc chieáu xaï c mium caùc mo itor c aêng co ôûn ha . ùi m n c = où boïc cad n où caùc n löôïng äng hö g Er k ùc nhau ñoái vô oãi mo itor seõ où: αφφ −= repirrepi EEE )( αα