CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON

Chia sẻ: Lê Huy Ba Duy | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

248
lượt xem 39
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Gồm hai quá trình chủ yếu: a) Sự tạo thành hạt nhân phóng xạ từ nguyên tố mà ta muốn phân tích thông qua các phản ứng hạt nhân. Ví dụ minh họa: b) Xác định...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON

CHƯƠNG 2: CH
KÍCH HOẠT PHÓNG XẠ Gồm hai quá trình chủ yếu: a) Sự tạo thành hạt nhân phóng xạ từ nguyên tố mà ta muốn phân tích thông qua các phản ứng hạt nhân. Ví dụ minh họa: b) Xác định lượng hạt nhân phóng xạ sinh ra thông qua lượng nguyên Khảo sát sự tạo thành đồng vị phóng xạ 64Cu thông qua phản tố kích 63 ạt ban đầu ở trong mẫu. ho ứng Cu(n, γ )64Cu của nguyên tố đồng do sự chiếu xạ neutron. * Mối liên hệ : Phương trình các sản phẩm phóng xạ: Di là lượng 64Cu ở thời điểm kết thúc chiếu xạ 0 − λi t D = n σ φ (1 − e 0 ) ni là số hạt nhân biaitrong chất nền i i σi là tiết diện của phản ứng 63Cu(n,γ )64Cu λi là hằng số phân rã phóng xạ của 64Cu được sinh ra φ là thông lượng neutron qua chất nền t là thời gian chiếu xạ.
− λi t D = niσ iφ (1 − e 0 ) i Bia và chất nền Tiết diện phản ứng Nội dung chính: Thông lượng và chùm tia Kích hoạt bão hòa
Bia và chất nền: Bia:  Hạt nhân đồng vị của nguyên tố mà đang cần được xác định. Hạt nhân bia  Tham gia vào phản ứng kích hoạt hạt nhân mà ta lựa chọn các sản phẩm hạt nhân phóng xạ. 63 Ví dụ: Về kích hoạt đồng thì Cu là hạt nhân bia. 63Cu(n, γ )64Cu Cu Phản ứng hạt nhân thích hợp Đồng vị Các hạt nhân phóng xạ ( có thể đo được) Không nhất thiết phải là một đồng vị của đồng. Cu(n, γ )64 Cu 63 Hạt nhân bia phải là một đồng vị của nguyên tố mà 63 Cu(n,p) 65 Ni ta đang cần xác định. 63 Cu(p,n) 63 Zn
Chất nền: Trong trường hợp tổng quát nguyên tố muốn kích hoạt ( hay những nguyên tố) có thể là một phần nhỏ hoặc một vết lập thành mẫu. Tổng tất cả vật liệu của mẫu được chiếu xạ được gọi là chất nền. Chất nền có những đặc điểm như sau: Hữu cơ hoặc vô cơ hoặc cả hai Lượng dùng chiếu xạ nhiều hay ít Cứng, chất dẻo, bụi. Rắn, lỏng hoặc khí Toàn bộ hoặc một phần của mẫu Dễ bay hơi hoặc dễ nổ
− λi t D = niσ iφ (1 − e Cu(n, γ )64Cu 0 ) 63 i Thông thường chất nền thường được cân trước khi chiếu xạ. mi n i =N. Ae Nếu chất nền chiếm g gram của mẫu, phần trăm của hạt nhân bia i trong chất nền cho bởi: mi Wi ( w / o ) = .100 g
Độ phổ biến đồng vị: Hầu hết nguyên tố có nhiều hơn một đồng vị bền. Mỗi một đồng vị có một phân số phổ biến đồng vị thường được viết tắt là f. Trong tự nhiên f=1.0 Na 23 chỉ có một đồng vị bền chiếm 69,09% f = 0.6909 Cu 63 f = 0.3091 chiếm 30,91%. Cu 65 Cu(n, γ ) Cu 63 64 me n i = N.f i . Chúng ta chỉ xác định số nguyên tử 63Cu Ae
Tiết diện phản − λi t D = niσ iφ (1 − e 0 ) ứng: i Định nghĩa:  Tỷ lệ giữa số hạt tới và số hạt nhân bia hiện có Tốc độ phản ứng  Xác suất để hạt tới phản ứng hạt nhân bia. Xác suất này liên hệ với một diện tích giới hạn trên hạt tới thì được gọi là tiếσdiện của phản ứng t Bia mỏng hứng chùm tia Faraday cup Diện tích chùm tia Thiết bị đo cường độ chùm tia
dN i = Ri = I 0 nσ i x dt Trong đó: Ri : tốc độ phản ứng I0 : số hạt tới trên một đơn vị thời gian n : mật độ hạt nhân bia x : bề dày bia (cm) Tỷ số giữa tốc độ hạt sinh ra với tốc độ hạt nhân bia mất đi trong một đơn vị diện tích: Tốc độ phản ứng Bia R= hạt/(cm2.s) x Ri φ= n/cm2.s σi = I 0 nx Tiết diện - Có thứ nguyên của diện tích - Xác suất để một hạt tham gia phản ứng bằng tỷ số giữa diện tích hiệu dụng với diện tích tổng cộng của hạt nhân bia.
Tiết diện phản ứng toàn phần: Trong thực tế bia chiếu xạ thường là bia dày do đó cường độ chùm tia tới có thể bị suy giảm đáng kể. dN i = −dI = Inσ T dx dt Trong đó σ T là tiết diện toàn phần dI − nσ T x I = I 0 (1 − e ) = −nσ T dx I Tốc độ phản ứng: − nσ T x ∆I = I 0 − I = I 0 (1 − e )
Tiết diện hình học Ngoài khái niệm tiết diện là xác suất phản ứng giữa các hạt tới và hạt nhân bia thì nó còn thể hiện dưới dạng đại lượng tiết diện hình học. Tiết diện phản ứng hình học cho bởi : σ geo = π R 2 Mà ta có: R = R0 × A 1/3 cm −13 = 1.4 ×10 1/3 A cm Tiết diện phản ứng hình học cho chúng ta thấy tầm quan trọng của tiết diện phản ứng
ĐƠN VỊ TIẾT DIỆN Thuận tiện cho việc biểu diễn tiết diện phản Đơn vị là barn ng 1 barn = 10-24 cm2 Hơn nữa sự thích hợp ở chỗ barn được chia ra nhỏ hơn để dùng cho những giá trị tiết diện nhỏ trong hệ thống đo lường m 1 barn = 103 milibarns (1mb =10-27 cm2) Chú ý: Trong tính toán kích hoạt thì tiết diện có đơn vị là cm 2
σ Tiết diện phản ứng toàn phần T được xác định cho một quá trình mà trong đó tốc độ hạt nhân sinh ra được xác định thông qua tốc độ số hạt tới mất đi Những hạt nhân mất đi bởi 2 quá trình Tiết diện phản ứng riêng phần σS Tán xạ σT = σ S + σ a σa Hấp thụ Thường cả hai quá trình này có thể được chia nhỏ ra thành từng quá trình riêng lẻ
σ inel Không đàn hồi Tán xạ σ el Đàn hồi Khi cả hai quá trình xảy ra trong một quá trình chiếu xạ: σ S = σ el + σ inel Hấp thụ Sự hấp thụ của các hạt tới dẫn đến một sự biến đổi hạt nhân. Ví dụ chiếu xạ một lá nhôm bằng neutron năng lượng 14MeV Al (n, γ ) 13 Al σ n ,γ 27 28 13 σ n ,2 n 27 28 Al (n, 2n) 13 Al 13 σ a = σ n ,γ + σ n ,2 n + σ n , p + ... σ n, p 27 Al (n, p) 27 Mg 13 12 σ n,d 27 26 Al (n, d ) 12 Mg 13 Al (n, α ) 24 Na σ n ,α 27 13 11
Hàm kích thích: Tiết diện phản ứng thay đổi không chỉ phụ thuộc vào phản ứng mà nó còn ự phụ thuộvàoủa tiếlượện củản ứng vàoi. S phụ thuộc c c năng t di ng pha các hạt tớ năng lượng hạt tới được biểu diễn bởi hàm kích thích. b MeV
THÔNG LƯỢNG i0 = niσ iφ (1TIA − λi t ) D VÀ CHÙM − e Đến hạt nhân chất nền theo nhiều hướng khác Thông lượng nhau Cường độ hạt chiếu xạ mà trong quá trình chiếu xạ các hạt tới theo φ Chùm tia mọi hướng được Tọi là thôngớượngthạtn theo một hướng. gương tác v l i chấ nề ( ) Thông lượng neutron có thể được coi như là số neutron chuyển qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian: φ = nv (Neutron/cm2.s) Ví dụ: Thông lượng neutron nhiệt dn 4n 2 − v2 / v02 = 3 ve dv v0 π
v0 = ( 2kT / M n ) 1/2 Thông lượng Ở nhiệt độ tuyệt đối 2930K (200C) vận tốc lớn nhất là: v0 = 2.2 ×105 cm/s Vận tốc trung bình là: 2v0 v= v = 2.5 ×10 5 cm/s π Và với mật độ neutron là 107 hạt/cm3 thông lượng neutron sẽ là φ = nv = 107 × 2.5 × 105 = 2.5 ×1012 n/cm 2 .s Chiếu xạ trong t giây Φ = nvt Φ = 2.5 × 1012 × 3.6 ×103 = 9.0 ×1015 n / cm 2
Chùm tia Một chùm tia thì ngược lại với thông lượng, nó thường mô tả sự dịch chuyển thẳng hàng của các hạt theo một hướng với cường độ N hạt/s như là một dòng hạt Bia mỏng hứng chùm tia Faraday cup Diện tích chùm tia Q = C.∆V Thiết bị đo cường độ chùm tia C ∆V ×10−6 I ( µ A) = I t J = = 6, 25 ×1012 I ( µ A) (hạt/s e )
Với cường độ chùm tia ở ngõ ra là I hạt/s thì cường độ chùm tia ở khoảng cách r, bán kính ρ , góc phân kỳ Ω I J= 2 π r tan Ω
Kích hoạt bão hòa Tốc độ phản ứng R ( xảy ra trong một s) có thể được hiểu là số hạt nhân sản phẩm được tạo ra trong một giây: dN p = nσφ R= dt Nếu hạt nhân sinh ra bền vững, tổng số hạt nhân sinh ra trong khoảng thời gian chiếu xạ t là: N p = Rt = (nσφ )t Sản phẩm phóng xạ phân rã trong suốt quá trình chiếu xạ dN p = R − λNp dt