intTypePromotion=1

các phương pháp phân tích hạt nhân: phần 2

Chia sẻ: Nhân Chi Sơ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

0
127
lượt xem
37
download

các phương pháp phân tích hạt nhân: phần 2

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

các phương pháp phân tích hạt nhân: phần 2 gồm có những nội dung chính sau: phân tích huỳnh quang tia x, phân tích urani, phương pháp phân tích dựa trên hiệu ứng tán xạ ngược rutherford, phân tích cacbon phóng xạ sử dụng khối phổ kế gia tốc (ams). mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: các phương pháp phân tích hạt nhân: phần 2

Chương 2<br /> <br /> Phân tích huỳnh quang tia X<br /> Các nguyên tô* hoá học được kích thích bằng tia X, tia gam m a<br /> mềm hoặc các h ạ t m ang điện có năng lương thích hợp sẽ p h á t ra các<br /> tia X đặc trứng cho từng nguyên tố. Trên cơ sở đo n ăng lượng và<br /> rường độ của các tia X đặc trư n g đó có thể n h ậ n diện và xác định được<br /> hàm lượng của nguyên tố.<br /> <br /> 2.1 M ở đ ầ u<br /> Tia X còn gọi là tia rơngen do w. K. Roentgen p h át m inh ra năm<br /> 1895 khi bắn chùm electron vào lá kim loại. Lúc đầu vì chưa biết rõ<br /> bản ch ất của loại bức xạ này nên ông gắn cho nó cái tên là tia X.<br /> Tia X thực ch ấ t cũng là bức xạ điện từ<br /> nằm trong giải từ 0,01 A (angstrom) tới 10<br /> Các tia X có bước sóng ngắn hơn 1 Ả gọi là<br /> gọi là tia X mềm. N ăn g lượng của tia X tính<br /> <br /> nhưng có bước sóng ngắn,<br /> Ả, hoặc th ậ m chí dài hơn.<br /> tia X cứng và dài hơn 1 Ả<br /> theo bước sóng như sau:<br /> <br /> r 12,398<br /> E =-----Ả<br /> trong dó E đo bằng keV, X đo bằng Ả.<br /> Việc p h át m inh ra tia X là một sự kiện quan trọng trong lịch sử<br /> p h át triển của ng àn h vật lý. Tia X và tia gam m a giống n h au ỏ chỗ đểu<br /> là bức xạ điện từ, như ng có nguồn gốc khác nhau. Tia gam m a sinh ra<br /> từ h ạ t n h â n còn tia X sinh ra từ nguyên tử. N ăng lượng của tia X đặc<br /> trư n g bằng hiệu n ăn g lượng liên kết của hai vành electron trong<br /> nguyên tử, do đó Ĩ1 Ó đặc trưng cho từng nguyên tô' Người ta ví năng<br /> lượng của tia X đặc trưng là “dấu vân tay” của nguyên tô' hoá học nên<br /> có th ể cản cứ vào đó để xây dựng một phương pháp p hân tích nguyên<br /> tố gọi là phương p h áp phân tích huỳnh quang tia X. Ngày nay phương<br /> <br /> 49<br /> <br /> p háp n ày đã trơ th à n h một công cụ p h ân tích m ạnh đối với t ấ t cả các<br /> nguyên tỏ từ nhỏm (Al) tới u ra n i (U) trong b àn g tu ầ n hoàn, đ áp ứng<br /> yêu cầu của n h iề u linh vực nghiên cứu và ứng dụng.<br /> Đê tiến h à n h p h â n tích cần đo n ă n g lượng và cường độ của các<br /> tia X đặc trưng. T rong thực t ế có th ể đo p hân giải bước sóng (WD)<br /> hoặc đo p h â n giải n ă n g lượng (ED) của tia X. Bước sóng của tia X có<br /> th ể đo bằng phương pháp n hiễu xạ 4ựa vào định lu ậ t Bragg:<br /> nẤ = 2ds\x\6<br /> <br /> (2.1)<br /> <br /> trong đó: n là sô nguyên<br /> Ả là bước sóng<br /> d là k h o ản g cách giữa hai lớp nguyên tử<br /> ế? là góc tạo bởi tia X và m ặ t p h ẳn g tinh thể.<br /> Vì khoáng cách cl cố định ứng với mỗi loại tin h thể nên giá trị cực<br /> đại của Á đo được là 2d. N hư vậy, nếu m uôn do giải sóng rộng phải sử<br /> dụn g nhiều loại tin h ihể khác nh au. Đây là một trong nhữ ng h ạ n chê<br /> của phương p h áp đo p h ân giải bước sóng. Trong khi đó phương pháp<br /> đo p h ân giải n ă n g lượng tia X sử dụn g đetectơ bán dẫn Si(Li) vận<br /> h àn h đơn giản, k ế t quả chính xác và một đetectơ có thể đo đồng thòi<br /> nhiều tia X đặc tr ư n g cho nhiều nguyên tố. Chính vì vậy m à ngày nay<br /> phương p háp p h â n giải n ă n g lượng dược sử dụ ng rấ t phổ biến.<br /> N ăng lượng tia X đặc trư n g cho v ành K của các n guyên tố trải<br /> rộng từ vài koV tới k hoảng 100 keV còn các tia X đặc trư n g của vành<br /> L thì cực đại ỏ k h o ản g 20 keV. Trong ứng d ụ n g thực tiễn p h â n tích<br /> nguyên tô thường đo các tia X có n ăn g lượng từ vài keV tới vài chục<br /> keV. Đôi với n h iề u nguyên tô' thì các tia X vành K luôn luôn là sự ưu<br /> tiên lựa chọn.<br /> Đê kích thích các nguyên tô" p h á t tia X đặc trưng có th ế sử dụng<br /> tia X, tia g a m m a mềm, các hạt m an g điện hoặc các chùm ion. Trường<br /> hợp sử d ụ n g các chùm h ạ t m ang điện đê kích thích nguyên tô' phát<br /> tia X đặc trư ng, đặc biệt là sử dụ ng chùm proton còn gọi là phương<br /> pháp PIXE (Proton Induced X -ra y Emission). Ngày nay các máy gia<br /> tốc sincrotron (Synchrotron) còn cung cấp một nguồn photon mói, đó<br /> là bức xạ sincrotron với m ậ t độ thông lượng r ấ t lớn, có th ế sử dụng<br /> n h ư m ột nguồn kích thích tia X siêu m ạ n h và cho độ n h ạy p h â n tích<br /> cao hơn nhiều so với sử d ụ n g các nguồn kích thích tia X khác.<br /> P hương p h á p phân tích h uỳ n h q u an g tia X đã được triể n khai<br /> rộng rãi trong n h iều lĩnh vực nghiên cứu và ứng (lụng vì nỏ có độ<br /> <br /> 50<br /> <br /> nhạy và độ chính xác cao, có k h ả n ăn g phân tích đồng thời nhiều<br /> nguyên tô và mẫu p h á n tích không bị phá huỷ. Nhờ tốc* (ỉộ n h a n h nên<br /> phương pháp p h â n tích huỳnh q u an g tia X còn cỏ thô ứng d ụ n g dể<br /> kiêm tra hoặc điếu chính cấc quá trình nghiên cứu và sàn suất.<br /> Nhìn chung th iế t l)ị p hân tích huỳnh q u an g tia X tương đôi gọn<br /> nhọ, bô" trí thí nghiệm không phức tạ p n ên có th ể tiến h à n h p h â n tích<br /> mầu ỏ trong phòng th í nghiệm hay cả ở ngoài hiện trường.<br /> <br /> 2.2 Cơ c h ế p h á t x ạ t i a X<br /> 2.2.1 Phổ tia X<br /> ố n g phóng tia X (hình 2.1) là loại nguồn tia X có sớm n h ấ t. Cấu<br /> tạo của ống phóng tia X gồm một buồng ch ân không (áp s u ấ t k h o ản g<br /> 10 r đến 10 * mmHg) và hai diện cực (anốt và catôt). C hù m electron<br /> ><br /> phát ra từ ca tốt (khi bị dốt nóng) sẽ được gia tốc bởi điện trư ờn g ở<br /> trong buồng chan không và khi đập vào an ô t (hay còn gọi là bia) sẽ<br /> phát ra tia X.<br /> <br /> Hỉnh 2.1<br /> Cảu tạo của ống phóng tia X<br /> 1. Buồng chân không; 2. Catốt; 3. Anốt<br /> <br /> Phố tia X p h á t ra từ ông phóng tia X n h ư trê n h ình 2.2 và 2.3 bao<br /> gồm hai phần chính. P h ầ n th ứ n h ấ t có bước sóng th a y đổi liên tục nên<br /> gọi là phổ liên tục h a y phố hãm . P h ần th ứ hai có bước sóng g ián đoạn<br /> nôn gọi là phổ vạch hay phổ tia X đặc trưng. Các đỉnh phổ tia X đặc<br /> õl<br /> <br /> trưng nằm trên nền phổ liên tục nhìn giông như “các đỉnh th á p xây<br /> trên một sườn đồi”.<br /> <br /> Bước sóng Á<br /> <br /> Bước s óng Ẩ<br /> <br /> Hình 2.2<br /> <br /> Hinh 2.3<br /> <br /> Phổ phát xạ tia X của w (Z=74) được<br /> bắn bằng chùm electron gia tốc với điện<br /> thế khảc nhau.<br /> <br /> Phổ phát xạ tia X của w (Z=74) và<br /> Mo (Z=42) được bắn bằng chùm<br /> electron với điện thế gia tốc 35 kv<br /> <br /> 2.2.2 Cơ c h ế p h á t bức xạ h ả m<br /> Theo điện dộng lực học cố điển, các h ạ t m ang diện dược gia tốc<br /> hoặc làm chậm đểu p h á t ra bức xạ điện từ. Khi các h ạ t m ang điện<br /> tương tác với nguyên tử (hạt nhân của nguyên tử) và bị hãm đột ngột<br /> sẽ p h á t ra bức xạ gọi là bức xạ hàm. Thực c h ấ t của quá trìn h này là<br /> động n ăng của electron đà được giải phóng dưới dạn g tia X. T rong ông<br /> tia X, khi các electron đập vào bia thi tốc độ của chúng thay đổi liên<br /> tục trong trường Culông của các nguyên tử bia, hay nói cách khác là<br /> năng lượng của electron bị m ất dần, do đó các tia X p h á t ra có bước<br /> sóng thay đổi liên tục trong một giải rộng. Q uá trìn h tương tác và<br /> phát tia X (bức xạ hăm) được minh hoạ trên h ìn h 2.4.<br /> Chùm electron được gia tốc có động năng cực dại là:<br /> T = eV<br /> trong đó: e là điện tích của electron,<br /> V là điện th ế gia tốc (tính bằng kV).<br /> <br /> 52<br /> <br /> (2.2)<br /> <br /> Khi toàn bộ động năng' của electron biên th à n h bức xạ hãm thì<br /> nàng lượng cực đại của chùm bức xạ hãm sẽ là:<br /> (2.3)<br /> <br /> h 1n n = T = e V = /ic/A,nm<br /> »*<br /> trong đó: h là h ằn g sô Plank,<br /> r l à tần sô"của bức xạ hàm ,<br /> c là vận tốc án h sáng.<br /> T ừ (2.3) suy ra ẢiìU hay còn gọi là giới hạn lượng tử (Ả):<br /> U<br /> <br /> ;<br /> <br /> h<br /> L<br /> <br /> (2.4)<br /> <br /> 12 398<br /> \ v ~ F (k V )<br /> hv,<br /> <br /> hv2<br /> <br /> Hĩnh 2. 4<br /> Quá trinh làm chậm electron trong trường culong của hạt nhản và phát bức xạ<br /> hãm vởi năng lương h »; = E0-E, trong đó E0 là nàng lượng ban đầu của<br /> electron và E, là năng lượng của electron sau khi bị làm chậm và đổi hướng<br /> <br /> Cưòng độ của bức xạ hãm tỳ lệ nghịch với bình phương khỏi<br /> lượng cùa h ạ t m ang điện tích bắn vào bia (hạt tới). Do dó cường độ<br /> bức xạ hãm tạo bởi các h ạ t nặng như proton sẽ yếu hờn so vối trường<br /> họp tạo bởi các h ạ t n h ẹ n h ư electron.<br /> M ặ t khác, cường độ của bức xạ hãm tỷ lệ với bình phương điện<br /> tích củ a h ạ t n h ân bia. Do đó muôn tăng cường độ bức xạ hãm cần sử<br /> dụng các nguyên t ố nặng, có nhiệt độ nóng chảy cao và có khả năng<br /> tru y ền n h iệ t tốt để làm bia n hư vonfram (W) hoặc tan tali (Ta).<br /> Sự th a y dổi điện th ê gia tốc đồng nghĩa vỏi sự thay đổi động năng<br /> của chùm electron tới và do đó củng làm thay đoi năng lượng cực đại<br /> 53<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2