Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Hoạt độ và hoạt độ riêng của mẫu Moss-soil

2 Hoạt độ và hoạt độ riêng của mẫu Moss-soil

Tải bản đầy đủ - 0trang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA VẬT LÝ



-------------------------



NGUYỄN THUỲ DUNG



XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ CỦA CÁC ĐỒNG VỊ

PHÓNG XẠ TRONG MẪU MOSS – SOIL

BẰNG HỆ PHỔ KẾ GAMMA PHƠNG THẤP

CHO BÀI TỐN SO SÁNH

QUỐC TẾ CỦA IAEA

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ



Giảng viên hướng dẫn: ThS. HOÀNG ĐỨC TÂM



---------------------------------------TP.HỒ CHÍ MINH – 2011



LỜI CẢM ƠN

B

0



Trong suốt q trình học tập tại trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh em

đã được sự hướng dẫn, giảng dạy, giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cơ, đặc biệt là trong thời

gian em thực hiện khoá luận tốt nghiệp đại học.

Để hoàn thành được luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy

Hồng Đức Tâm – người đã theo dõi trong suốt quá trình làm luận văn của em. Thầy là

người đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn em nhữngkiến thức bổ ích và rất q báu để giúp em

hồn thành khóa luận này.

Thầy luôn giúp đỡ và động viên em rất nhiều trong thời gian qua. Thầy đã chỉ dẫn em

nhiệt tình những phần mềm, những chương trình mới, bên cạnh đó Thầy còn hướng dẫn rất

chi tiết về luận văn, ln hỗ trợ và giúp em giải quyết những khó khăn gặp phải trong thực

nghiệm và q trình hồn thiện luận văn này. Qua quá trình được làm việc với Thầy em đã

học hỏi được rất nhiều điều mới mẻ, rất nhiều kinh nghiệm q giá trong q trình nghiên

cứu, giảng dạy và trong cuộc sống. Em xin gửi lời tri ân sâu sắc nhất đến Thầy.

Em xin gửi lời biết ơn đến gia đình đã ủng hộ, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em có

thể thực hiện được khoá luận tốt nghiệp.

Em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn ở tập thể Lớp Lý 5 Ninh Thuận - Đồng Nai đã

quan tâm, chia sẻ, giúp đỡ em trong suốt thời gian học đại học cũng như quá trình thực hiện

luận văn này.

Cuối cùng, em xin gửi lời biết ơn đến q Thầy cơ trong hội đồng đọc, nhận xét, đánh

giá và đóng góp những ý kiến rất q báu cho khố luận của em.

Nguyễn Thuỳ Dung



MỤC LỤC

B

1



LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ 3

T

3



T

3



MỤC LỤC ................................................................................................................. 4

T

3



T

3



MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6

T

3



T

3



CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ BỨC XẠ HẠT NHÂN .............................. 8

T

3



T

3



1.1 Vài nét về hiện tượng phóng xạ .................................................................................8

T

3



T

3



1.1.1 Các nguồn phóng xạ tự nhiên ...............................................................................9

T

3



T

3



1.1.2 Các nguồn phóng xạ nhân tạo ............................................................................ 15

T

3



T

3



1.2 Tình hình nghiên cứu phơng phóng xạ tự nhiên .................................................... 17

T

3



T

3



1.2.1 Thế giới ............................................................................................................. 18

T

3



T

3



1.2.2 Việt Nam ........................................................................................................... 19

T

3



T

3



1.2.3. Những ảnh hưởng của phơng phóng xạ tự nhiên đối với con người và môi

trường ......................................................................................................................... 20

T

3



T

3



1.2.4 Độ trung bình phóng xạ có trong người .............................................................. 22

T

3



T

3



1.3 Tương tác của tia gamma với vật chất. Hệ phổ kế gamma phông thấp ................ 23

T

3



T

3



1.3.1 Các tương tác của bức xạ gamma với vật chất .................................................... 23

T

3



T

3



1.3.2 Detector bán dẫn Germanium ............................................................................. 31

T

3



T

3



1.4 Nhận xét ................................................................................................................... 49

T

3



T

3



CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THỰC NGHIỆM ................................................................. 50

T

3



T

3



2.1 Các phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ mẫu mơi trường ............................ 50

T

3



T

3



2.1.1 Phương pháp tương đối ...................................................................................... 52

T

3



T

3



2.1.2 Phương pháp tuyệt đối ....................................................................................... 53

T

3



T

3



2.2 Phương pháp thực nghiệm xác định hiệu suất ghi của detector đối với mẫu dạng

hình trụ .......................................................................................................................... 54

T

3



T

3



2.3 Thực nghiệm ............................................................................................................ 55

T

3



T

3



2.3.1 Chuẩn bị mẫu chuẩn ........................................................................................... 55

T

3



T

3



2.3.2 Chuẩn bị mẫu đo ................................................................................................ 56

T

3



T

3



2.4 Phương pháp đo ....................................................................................................... 57

T

3



T

3



2.4.1 Cách đo .............................................................................................................. 57

T

3



T

3



2.4.2 Hệ phổ kế gamma .............................................................................................. 57

T

3



T

3



2.5 Xử lí phổ ................................................................................................................... 58

T

3



T

3



2.6 Nhận xét ................................................................................................................... 62

T

3



T

3



CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 63

T

3



T

3



3.1 Hiệu suất ghi nhận của detector đối với mẫu khối dạng hình trụ ......................... 63

T

3



T

3



3.2 Hoạt độ và hoạt độ riêng của mẫu Moss-soil .......................................................... 66

T

3



T

3



3.3 Nhận xét ................................................................................................................... 68

T

3



T

3



KẾT LUẬN.............................................................................................................. 70

T

3



T

3



TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 72

T

3



T

3



MỞ ĐẦU

B

2



Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và ngành

vật lí hạt nhân nói riêng đã thải vào mơi trường sống của chúng ta một lượng chất phóng xạ

đáng kể. Các nhân phóng xạ phân bố khơng đều giữa nơi này và nơi khác vì hàm lượng

phóng xạ trong mơi trường phụ thuộc vào vị trí địa lí, kiến tạo địa chất, nơi con người sống

và làm việc,…[1]. Môi trường đang chịu tác động ngày càng lớn từ những hoạt động của

con người như: q trình cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa, thăm dò, khai thác tài

ngun…Song song đó khoa học cơng nghệ đặc biệt là kỹ thuật hạt nhân ngày càng phát

triển và hiện đại. Và vấn đề về phóng xạ mơi trường cũng là mối quan tâm hàng đầu.

Nghiên cứu phóng xạ mơi trường bắt đầu bằng việc đo hoạt độ của các mẫu môi trường: đất,

nước, bụi khí, … Ngày nay, hệ phổ kế gamma phông thấp được sử dụng rộng rãi và phổ

biến trong việc xác định hoạt độ của các nguyên tố quan tâm trong các mẫu môi trường [1].

Luận văn được hình thành trên cơ sở: tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ

phổ kế gamma phông thấp tại phòng thí nghiệm vật lí hạt nhân trường Đại học Sư phạm

TpHCM [1]. Hệ phổ kế gamma phông thấp có khả năng ghi nhận trực tiếp các tia gamma do

các đồng vị phóng xạ trong mẫu phát ra mà khơng cần tách chiết các nhân phóng xạ khỏi

chất nền của mẫu, giúp chúng ta thu được một cách định tính và định lượng các nhân phóng

xạ trong mẫu [9]. Nhờ những kết quả phân tích trong nghiên cứu mơi trường này, chúng ta

có thể đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các chất phóng xạ có trong mơi trường đối với

cuộc sống con người.

Xuất phát từ ý tưởng tìm hiểu cách vận hành hệ đo gamma phơng thấp và xác định

hoạt độ của các mẫu mơi trường có hoạt độ thấp dựa trên việc sử dụng hệ phổ kế, tác giả

của luận văn đã lựa chọn đề tài :“Xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong mẫu Moss – soil

bằng hệ phổ kế gamma phông thấp cho bài toán so sánh quốc tế của IAEA”. Đối tượng của luận văn



là mẫu Moss-soil (mẫu rong rêu) do cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) cung

cấp nằm trong chương trình so sánh chéo giữa các phòng thí nghiệm trên thế giới (300

phòng thí nghiệm) để xác định hoạt độ của các đồng vị có trong mẫu Moss-soil và so sánh

với kết quả của IAEA.

Nội dung được trình bày trong luận văn gồm 3 chương:





Chương 1: Trình bày cơ sở lí thuyết về bức xạ hạt nhân và tìm hiểu về hệ phổ kế



gamma phơng thấp.







Chương 2: Trình bày phương pháp thực nghiệm trên hệ phổ kế gamma phông thấp



và phương pháp xác định hoạt độ của mẫu Moss-soil.





Chương 3:Kết quả và thảo luận.



CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ BỨC XẠ HẠT NHÂN

B

3



Mơi trường xung quanh chúng ta ln tồn tại các hạt nhân phóng xạ. Các hạt nhân này

có thể được tạo ra do tia vũ trụ tương tác với các hạt nhân khác trong bầu khí quyển xung

quanh Trái Đất, do sự tiến bộ của khoa học trong lĩnh vực hạt nhân, hay có nguồn gốc từ

thời kì ban đầu hình thành nên vũ trụ. Thơng thường, các chất phóng xạ này thường có hoạt

độ thấp. Tuy nhiên, do sự tồn tại khắp mọi nơi của chúng trong cả mẫu đo, ngay bên trong

và xung quanh detector nên cũng ảnh hưởng đáng kể đến các phép đo mẫu mơi trường có

hoạt độ thấp. Việc hiểu rõ đặc điểm của một số hạt nhân và các chuỗi phóng xạ tự nhiên phổ

biến đặc biệt là các chuỗi Thorium, Uranium, và Actinium sẽ giúp ích rất nhiều trong việc

đo đạc mẫu môi trường. Bên cạnh đó, việc nắm vững về lý thuyết tương tác của tia gamma

do các hạt nhân phóng xạ phát ra với vật chất sẽ giúp chúng ta có những hiệu chỉnh cần thiết

khi xác định diện tích của những đỉnh gamma mà chúng ta quan tâm. Chương này trình bày

sơ lược một số hạt nhân phóng xạ phổ biến trong tự nhiên và sự tương tác gamma với vật

chất.



1.1 Vài nét về hiện tượng phóng xạ

B

8



Phóng xạ là một hiện tượng tự nhiên xuất hiện từ thuở khai thiên lập địa, nhưng chưa

được biết đến cho đến năm 1896, khi Henri Becquerel tình cờ phát hiện các bức xạ từ muối

của Uranium. Sau đó, năm 1889 Pierre và Marie Curie tìm ra hai chất phóng xạ mới là

Polonium và Radium. Năm 1934, Frederic Jiolot và Iren Curie tạo ra các đồng vị phóng xạ

nhân tạo của phospho và nitrogen. Phát minh này đã mở ra kỉ nguyên của phóng xạ nhân

tạo. Theo định nghĩa, phóng xạ là biến đổi tự xảy ra của hạt nhân nguyên tử đưa đến sự thay

đổi trạng thái hoặc bậc số nguyên tử hoặc số khối của hạt nhân. Khi chỉ có sự thay đổi trạng

thái xảy ra hạt nhân sẽ phát ra tia gamma mà không biến đổi thành hạt nhân khác, khi bậc số

nguyên tử thay đổi sẽ biến hạt nhân này thành hạt nhân của nguyên tử khác, khi chỉ có số

khối thay đổi hạt nhân sẽ biến thành đồng vị khác của nó .[7]

Các cơng trình nghiên cứu thực nghiệm về hiện tượng phóng xạ đã xác nhận sản phẩm

phân rã của hạt nhân gồm:



+ Tia alpha: là chùm các hạt tích điện dương, bị lệch trong điện trường và từ trường, dễ bị

các lớp vật chất mỏng hấp thụ. Về bản chất, tia alpha là chùm các hạt nhân của nguyên tử

Helium.

+ Tia beta: cũng bị lệch trong điện trường và từ trường, có khả năng xuyên sâu hơn tia

alpha. Về bản chất, tia beta là các electron (β-) và các positron(β+).

P



P



P



P



+ Tia gamma: không chịu tác dụng của điện trường và từ trường, có khả năng xuyên sâu

vật chất. Về bản chất, tia gamma là các photon có năng lượng cao [7].





Nguồn gốc phóng xạ

Từ các tro bụi của vụ nổ các ngôi sao, khoảng 4,5 tỉ năm trước đây đã hình thành hệ



Mặt trời. Trong các đám tro bụi đó có một lượng lớn các nguyên tố phóng xạ. Theo thời

gian đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở thành các đồng vị bền, chúng là thành

phần chính của hệ thống hành tinh chúng ta ngày nay. Tuy nhiên, trong vỏ Trái đất vẫn còn

những nguyên tố phóng xạ, đó là những nguyên tố có thời gian bán rã có tuổi của Trái đất

hoặc lớn hơn. Các đồng vị phóng xạ này cùng một sản phẩm của chúng là nguồn gốc chính

của bức xạ ion hóa tự nhiên tác dụng lên mọi vật trên Trái đất. Phóng xạ có ở khắp mọi nơi:

trong đất, nước, khơng khí, thực phẩm, vật liệu xây dựng, kể cả con người. Do đó, việc tìm

hiểu áp dụng và phát triển các kĩ thuật đo lường bức xạ ngày càng nhiều với qui mô rộng

lớn trong các lĩnh vực như quân sự, công nghiệp, nông nghiệp, y học, sinh học,... Nguồn

phóng xạ được chia làm hai loại: nguồn phóng xạ tự nhiên và nguồn phóng xạ nhân tạo[2].

Nguồn phóng xạ tự nhiên (thường gọi là phơng phóng xạ tự nhiên) là các chất đồng vị

phóng xạ có mặt trên Trái đất, trong nước hay bầu khí quyển. Nguồn phóng xạ nhân tạo là

do con người chế tạo bằng cách chiếu các chất trong lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc.

1.1.1 Các nguồn phóng xạ tự nhiên

B

1

2



Các nguồn phóng xạ tự nhiên gồm hai nhóm: nhóm các đồng vị phóng xạ nguyên thủy

– có từ khi tạo thành Trái đất và vũ trụ và nhóm các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ vũ

trụ - được tia vũ trụ tạo ra [7].

1.1.1.1 Nhóm các đồng vị phóng xạ ngun thủy

B

5

3



Phơng phóng xạ trên Trái đất gồm các nhân phóng xạ tồn tại cả trước và sau khi Trái

đất được hình thành. Chúng có chu kỳ bán rã ít nhất khoảng vài triệu năm, gồm có Uranium,

Thorium và con cháu của chúng, cùng với một số nguyên tố phóng xạ khác tạo thành 4 họ



phóng xạ cơ bản: Họ Thorium



232

P



Th (4n); họ Uranium

P



238

P



U (4n+2); Họ Actinium

P



235

P



U

P



(4n+3) và họ phóng xạ nhân tạo Neptunium 241Pu (4n+1).

P



P



Các đặc điểm của 4 họ phóng xạ tự nhiên:

+ Thành viên thứ nhất là đồng vị phóng xạ sống lâu với thời gian bán rã được đo theo các

đơn vị địa chất.

+ Mỗi họ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng vị khác nhau

của nguyên tố Radon. Ví dụ trong họ Uranium là

220

P



Rn 86 (Thoron); trong họ Actinium là

P



R



R



219

P



222

P



Ra(Radon); trong họ Thorium là

P



Rn 86 (Actinon). Trong họ phóng xạ nhân tạo

P



R



R



Neptunium khơng có thành viên khí phóng xạ.

+ Sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ phóng xạ tự nhiên đều là chì: 206 Pb trong họ Uranium,

P



207

P



P



Pb trong họ Actinium và



208

P



P



P



Pb trong họ Thorium. Trong họ phóng xạ nhân tạo



Neptunium, thành viên cuối cùng là 209 Bi [7].

P



Họ Thorium (4n)



P



Họ Uranium (4n +2)



Họ Actinium (4n + 3)



Họ Neptunium (4n +1)



Hình 1.1.Các họ phóng xạ [2]

Ngồi các đồng vị phóng xạ trong bốn họ Thorium, Uranium, Neptunium, Actinium,

trong tự nhiên còn tồn tại một số đồng vị phóng xạ với số nguyên tử thấp, một trong số đó là

Kali [2].

Kali là kim loại kiềm có 3 đồng vị ở dạng tự nhiên, nhưng chỉ có 40K là có tính phóng

P



P



xạ với độ phổ cập 0,0117% và thời gian bán rã T 1/2 = 1,28.109 năm, phát ra tia gamma có

R



R



P



P



năng lượng 1,46 MeV. Trong lớp bề mặt của vỏ Trái đất, Kali có hàm lượng cao trong

magma, hàm lượng trong đất sét và đá phiến cỡ 6,5%. Kali có chủ yếu trong sinh vật vì

vậyviệc phát xạ 40K là tất yếu nhưng có sự biến thiên về độ tuổi trong vạch phổ với những

P



P



thay đổi tương ứng trong nồng độ Kali. Sự có mặt của 40K trong đá và đất tạo ra nguồn phát

P



P



xạ ngồi.40K có hàm lượng trung bình trong đất đá là 27 g/kg và trong đại dương ~ 380

P



P



mg/lít. 40K phân rã thành đồng vị ổn định 40Ca (88,8%) bằng bức xạ beta, cũng như phân rã

P



P



thành đồng vị



P



40

P



P



Ar (11,2%) bằng cách bắt điện tử hoặc bằng bức xạ positron kết hợp với

P



việc phát ra bức xạ gamma 1,461 MeV [2].



Hình 1.2.40K phân rã β+ và bắt electron tạo 40Ar và phân rã β- tạo 40Ca [8]

P



P



P



P



P



P



Một đồng vị phóng xạ tự nhiên quan trọng khác là



P



14

P



P



P



P



C với chu kỳ bán rã 5600 năm.

P



C là kết quả của biến đổi hạt nhân do các tia vũ trụ bắn phá hạt nhân 14N. Trước khi xuất



14

P



P



P



hiện bom hạt nhân, hàm lượng tổng cộng của



14

P



P



C trong khí quyển khoảng 1,5.1011 MBq

P



P



P



(4MCi), trong thực vật khoảng 4,8.1011 MBq (13MCi), trong đại dương khoảng 9.1012 MBq

P



P



P



P



(240 MCi). Việc thử nghiệm vũ khí hạt nhân làm tăng đáng kể hàm lượng 14C. Cho đến năm

P



P



1960, tất cả các vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân đã thải ra khí quyển khoảng 1,1.1011 MBq

P



P



(3MCi). Cacbon phóng xạ tồn tại trong khí quyển dưới dạng khí CO 2 đi vào cơ thể động vật

R



R



qua q trình hơ hấp và vào thực vật qua quá trình quang hợp nên được sử dụng để đánh giá

tuổi các mẫu khảo cổ vật liệu hữu cơ thông qua các số liệu hoạt độ riêng 14C của chúng [7].

P



P



Các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên quan trọng nhất được dẫn ra trong bảng dưới

đây:

Bảng 1.1. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên phổ biến trong vỏ Trái Đất [2]

Đồng vị

phóng xạ

235

P



U

P



Chu kỳ bán rã



Hàm lượng / Hoạt độ tự nhiên



7,04.108 năm



0,72% của tổng số Uran tự nhiên



P



P



99,2745% của tổng số Uran tự

238

P



U

P



4,47.109 năm

P



P



nhiên, 0,5 – 4,7 ppm Uran trong

đất đá. (ppm = g/kg)



232

P



Th

P



226

P



Ra

P



1,41.1010 năm

P



P



1,6.103 năm

P



P



1,6 – 20 ppm trong tất cả các loại

đá

16 Bq/kg trong các loại đá vôi, 48

Bq/kg trong đá nham thạch.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Hoạt độ và hoạt độ riêng của mẫu Moss-soil

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×