Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt để xác định các hạt nhân sóng ngắn

3 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

HỒ VĂN DOANH

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON LẶP VÒNG TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC HẠT NHÂN SỐNG NGẮN

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân Mã số: 9.44.01.06

DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học:

GVHD-1: TS. Hồ Mạnh Dũng

GVHD-2: PGS.TS. Nguyễn Nhị Điền

ĐÀ LẠT - 2020

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn khoa

học của TS. Hồ Mạnh Dũng và PGS.TS. Nguyễn Nhị Điền cùng với những ý kiến

đóng góp của các anh/chị và đồng nghiệp đang công tác tại Viện Nghiên cứu hạt

nhân. Các số liệu, kết quả được nêu trong Luận án là trung thực và đã được sự đồng

ý của các đồng tác giả trong các công trình khoa học đã công bố. Ngoài ra, trong

luận án không có sự sao chép, sử dụng bất hợp pháp kết quả, số liệu từ bất kỳ tài

liệu hoặc công trình khoa học của các tác giả khác hoặc nhờ người khác làm thay.

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về các nội dung trình bày trong luận án này.

Đà Lạt, ngày 15 tháng 04 năm 2020

Người cam đoan

Hồ Văn Doanh

Lời cảm ơn

Nhìn lại chặng đường 4 năm thực hiện Luận án, ngoài những nỗ lực của cá nhân,

không thể không kể đến sự động viên, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của các Thầy

hướng dẫn và các anh/chị và đồng nghiệp đang công tác tại Viện Nghiên cứu hạt

nhân. Tự đáy lòng mình, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

TS. Hồ Mạnh Dũng đã định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, cung cấp tài

liệu và truyền đạt những kinh nghiệm nghiên cứu khoa học.

PGS.TS. Nguyễn Nhị Điền đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm, tận

tình hướng dẫn từ lúc thực hiện Luận văn thạc sĩ cho đến khi tôi hoàn thiện Luận án

này.

Ban lãnh đạo Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam; Ban lãnh đạo và các

anh/chị đang công tác tại Trung tâm đào tạo hạt nhân đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi hoàn

thành các thủ tục cần thiết để bảo vệ Luận án này.

Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu hạt nhân và Trung tâm Lò phản ứng đã tạo mọi

điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện các thí nghiệm trong Luận án.

Ban giám đốc Trung tâm Vật lý và Điện tử hạt nhân, các anh/chị và các đồng

nghiệp đã và đang làm việc tại Viện Nghiên cứu hạt nhân, đặc biệt là phòng thí

nghiệm phân tích kích hoạt neutron, đã tận tình giúp đỡ và động viên tôi trong suốt

thời gian thực hiện Luận án này.

Và cuối cùng, xin cảm ơn sâu sắc đến gia đình và những người thân yêu đã luôn

động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập và

iii

nghiên cứu.

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ....................................................................... vii

Danh mục các bảng ................................................................................................... xii

Danh mục các hình vẽ và đồ thị .................................................................................. x

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN

TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON LẶP VÒNG ....................................................... 4

1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước về phương pháp CNAA ................................. 4

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về phương pháp CNAA ................................. 9

1.3. Phương pháp CNAA theo chuẩn hóa k0 ............................................................ 10

1.4. Thời gian chết và chồng chập xung ................................................................... 12

1.5. Nhận xét chung Chương 1 ................................................................................. 15

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KÍCH

HOẠT NEUTRON LẶP VÒNG ........................................................................... 16

2.1. Lý thuyết phương pháp phân tích kích hoạt neutron ........................................ 16

2.2. Phương pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng ........................................... 20

2.2.1. Giới thiệu .................................................................................................. 20

2.2.2. Nguyên lý CNAA ...................................................................................... 20

2.2.3. Phương trình kích hoạt lặp vòng ............................................................... 21

2.2.4. Thông số thời gian trong kích hoạt lặp vòng ............................................ 22

2.3. Phương pháp CNAA theo chuẩn hóa k0 ............................................................ 25

2.3.1. Phương trình cơ bản k0-CNAA ................................................................ 25

2.3.2. Hiệu chính sự thay đổi thông lượng neutron trong k0-CNAA ................. 26

2.3.3. Ước lượng độ không đảm bảo đo của phương pháp ................................. 28

2.3.4. Giới hạn phát hiện ..................................................................................... 29

2.4. Thời gian chết và chồng chập xung ................................................................... 30

2.4.1. Thời gian chết ........................................................................................... 30

2.4.2. Chồng chập xung ...................................................................................... 32

2.4.3. Phương pháp đề xuất cho hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết ........ 32

2.5. Hiệu chuẩn hiệu suất và xác định thông số phổ neutron .................................... 34

2.5.1. Thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu ................................................ 34

2.5.2. Hiệu chuẩn hiệu suất cho k0-CNAA ........................................................ 35

2.6. Nhận xét chung Chương 2 …………………………………………………….37

Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT

3.1. Hệ kích hoạt lặp vòng ........................................................................................ 38

NEUTRON LẶP VÒNG TRÊN LPƯĐL .............................................................. 38

3.1.1. Cấu tạo của hệ kích hoạt lặp vòng ............................................................ 38

3.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ ...................................................................... 40

3.2. Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma …………………………………………………43

3.2.1. Hệ phổ kế gamma ………………………………….……………………43

3.2.2. Hiệu chuẩn hiệu suất của đầu dò theo hình học mẫu đo ........................... 45

3.3. Xác định các thông số phổ neutron …………………………………………….47

3.4. Hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết........................................................... 51

3.5. Phần mềm k0-IAEA cho k0-CNAA .................................................................. 49

3.6. Thực nghiệm kiểm chứng hệ CNAA trên LPƯĐL ............................................ 51

3.6.1. Chuẩn bị mẫu cho kích hoạt lặp vòng ....................................................... 51

3.6.2. Chiếu và đo mẫu bằng hệ kích hoạt lặp vòng ........................................... 53

3.6.3. Xử lý số liệu CNAA theo chuẩn k0 bằng phần mềm k0-IAEA ............... 56

3.7. Nhận xét chung Chương 3 …………………………………………………….57

Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 58

4.1. Kết quả phát triển phương pháp k0-CNAA trên LPƯĐL .................................. 58

4.1.1. Kết quả đánh giá phương pháp k0-CNAA dùng mẫu chuẩn SMELS I .... 58

4.1.2. Kết quả đánh giá phương pháp k0-CNAA dùng mẫu chuẩn sinh học ...... 61

4.1.3. Kết quả ước tính độ không đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA ...... 64

4.1.3.1. Thời gian chiếu mẫu .......................................................................... 64

4.1.3.2. Thông số phổ và biến đổi thông lượng neutron ................................ 66

4.1.3.3. Hiệu suất của hệ phổ kế ……………………………………………69

4.1.3.4. Ước lượng độ không đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA ....... 71

4.2. Kết quả hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết cao ....................................... 73

4.2.1. Kết quả hiệu chính mất số đếm do chồng chập xung ............................... 73

4.2.2. Kết quả đánh giá k0-CNAA ở thời gian chết cao ..................................... 73

4.3. Kết quả xác định nguyên tố Selen trong mẫu sinh học thông qua hạt nhân 77mSe

bằng kích hoạt lặp vòng ............................................................................................ 79

4.4. Nhận xét chung Chương 4……………………………………………………..86

KẾT LUẬN ............................................................................................................. 87

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN

LUẬN ÁN ................................................................................................................. 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 91

Danh mục các ký hiệu

235

Kí hiệu σ0 σr̅ I0

I0(α)

vii

k0 φth φe φf N0 N1  R T1/2 ti td tc tw T Texp Np Npc B Fc FI N γ ε S D C Gth Ge W w  NA M Chú thích Tiết diện bắt neutron nhiệt tại vận tốc 2200 m.s-1 Tiết diện hiệu dụng của lá dò đối với phổ neutron phân hạch P Tiết diện tích phân cộng hưởng Tiết diện tích phân cộng hưởng cho phổ neutron trên nhiệt dạng phân bố 1/E1+α Hệ số k-zero Thông lượng neutron nhiệt Thông lượng neutron trên nhiệt Thông lượng neutron nhanh Số hạt nhân bền trong mẫu Số hạt nhân bị kích hoạt trong mẫu Hằng số phân rã Tốc độ phản ứng Chu kỳ bán rã của hạt nhân Thời gian kích hoạt mẫu Thời gian phân rã Thời gian đo mẫu Thời gian đợi từ lúc kết thúc đo đến lúc bắt đầu chiếu lại Chu kỳ của một vòng lặp (T = ti + td + tc + tw) Tổng thời gian thí nghiệm Số đếm đỉnh tại năng lượng quan tâm Số đếm tích lũy của n vòng lặp Số đếm phông Hệ số hiệu chính số đếm tích lũy Hệ số hiệu chính sự biến thiên thông lượng Số vòng lặp Xác suất phát của tia gamma Hiệu suất ghi của đầu dò Hệ số bão hòa trong khi chiếu Hệ số hiệu chính sự phân rã Hệ số hiệu chính sự phân rã trong khi đo Hệ số hiệu chính tự che chắn neutron nhiệt Hệ số hiệu chính tự che chắn neutron trên nhiệt Khối lượng của mẫu Khối lượng của nguyên tố quan tâm trong mẫu Hàm lượng của nguyên tố quan tâm Hằng số Avogadro Khối lượng nguyên tử

Độ phổ biến hay độ giàu hạt nhân Hệ số biểu diễn độ lệch phân bố phổ neutron trên nhiệt khỏi quy luật 1/E Nhiệt độ neutron Hoạt độ tạo thành tại thời điểm kết thúc chiếu Hoạt độ riêng của hạt nhân quan tâm

  Tn A0 Asp Asp,s Hoạt độ riêng của hạt nhân quan tâm trong mẫu Asp,m Hoạt độ riêng của hạt nhân quan tâm trong lá dò Q0

viii

Tỉ số tích phân cộng hưởng trên tiết diện ở vận tốc 2200 m/s Tỉ số tích phân cộng hưởng trên tiết diện đối với phổ neutron trên nhiệt phân bố dạng 1/E1+α Năng lượng cộng hưởng hiệu dụng Hàm lượng chứng nhận Hàm lượng thực nghiệm Sai số Hàm lượng trung bình Q0(α) 𝐸̅𝑟 𝛼 ce ex  𝜌̅

Danh mục các chữ viết tắt

Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

AAS

CNAA

Atomic Absorption Spectrometric Cyclic Neutron Activation Analysis DSPEC Pro Digital Signal Processing-

DT HDPE HPGe IAEA

ICP-MS

k0-NAA

k0-CNAA based gamma-ray spectrometer Dead-Time High Density Polyethylene High Purity Germanium International Atomic Energy Agency Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry Neutron Activation Analysis based k-zero method Cyclic Neutron Activation Analysis based k-zero method

K0-DALAT K0-DALAT Software k0-IAEA LFC LTC LOD LPƯĐL NAA NIST

PCNAA

PTS Re-NAA Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Phân tích kích hoạt neutron lặp vòng Hệ phổ kế gamma xử lý tín hiệu bằng kỹ thuật số Thời gian chết Vật liệu nhựa mật độ cao Gecmani siêu tinh khiết Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế Quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ Phân tích kích hoạt neutron theo phương pháp k-zero Phân tích kích hoạt neutron lặp vòng theo phương pháp k-zero Phần mềm Ko-DALAT Phần mềm k0-IAEA Không bị mất số đếm trong khi đo Đồng hồ đo thời gian sống Giới hạn phát hiện Lò phản ứng nghiên cứu Đà Lạt Phân tích kích hoạt neutron Viện quốc gia về chuẩn và công nghệ Phân tích kích hoạt neutron giả lặp vòng Hệ chuyển mẫu bằng khí nén Phương pháp chiếu mẫu lặp

k0-IAEA Software Loss-Free-Counting Live-Time-Clock Limit of Detection Dalat Research Reactor Neutron Activation Analysis National Institute of Standards and Technology Pseudo-Cyclic Neutron Activation Analysis Pneumatic Transfer System Replicate Neutron Activation Analysis Thermal Column X-Ray Fluorescence TC XRF

ZDT Zero-Dead-Time Cột nhiệt của lò phản ứng Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X Thời gian chết bằng không

Danh mục các bảng

Bảng 1.1: Số liệu hạt nhân của một số nguyên tố được xác định bằng CNAA thông

qua các hạt nhân sống ngắn ........................................................................................ 4

Bảng 1.2: Phân loại CNAA và các nguyên tố được xác định bằng CNAA ................ 6

Bảng 1.3: Số liệu hạt nhân của nguyên tố Selen và ảnh hưởng nhiễu lên Selen trong

NAA ….. ..................................................................................................................... 7

Bảng 1.4: Số liệu hạt nhân của nguyên tố Flo ............................................................ 7

Bảng 1.5: Số liệu hạt nhân đối với kích hoạt neutron cho Ag .................................... 8

Bảng 2.1: Truyền sai số của một số hàm phổ biến ................................................... 28

Bảng 2.2: Các phản ứng và các tia gamma dùng để tính toán các thông số phổ ...... 34

Bảng 3.1: Các thông số đặc trưng của hệ kích hoạt lặp vòng ................................... 42

Bảng 3.2: Thời gian chiếu, rã và đo cho các lá dò .................................................... 47

Bảng 3.3: Số hạt nhân của các nguồn chuẩn ............................................................ 46

Bảng 3.4: Thông tin của các lá dò dùng trong thực nghiệm ..................................... 48

Bảng 3.5: Khai báo các thông số của mẫu cho chương trình k0-IAEA .................... 50

Bảng 3.6: Kích thước của lọ đựng mẫu .................................................................... 51

Bảng 3.7: Kích thước của nắp lọ đựng mẫu .............................................................. 52

Bảng 3.8: Chuẩn bị mẫu SMELS I chiếu ở Cột nhiệt ............................................... 52

Bảng 3.9: Chuẩn bị mẫu chuẩn NIST-1566b chiếu ở Kênh 13-2 ............................. 52

Bảng 3.10: Chuẩn bị mẫu chuẩn NIST-2711A chiếu ở Cột nhiệt ............................ 53

Bảng 3.11: Thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu trên hệ lặp vòng ................... 53

Bảng 3.12: Điều kiện chiếu và đo mẫu SMELS I Cột nhiệt ..................................... 53

Bảng 3.13: Thông số thời gian của mẫu SMELS I ................................................... 54

Bảng 3.14: Điều kiện chiếu và đo mẫu chuẩn NIST-1566b chiếu ở Kênh 13-2 ...... 54

Bảng 3.15: Thông số thời gian của mẫu chuẩn NIST-1566b .................................... 54

Bảng 3.16: Điều kiện chiếu và đo mẫu chuẩn NIST-2711a chiếu ở Cột nhiệt ......... 54

Bảng 3.17: Thông số thời gian của mẫu chuẩn NIST-2711a .................................... 55

Bảng 4.1: Kết quả hàm lượng thực nghiệm (mg/kg) của một số nguyên tố trong mẫu

SMELS I được xác định bằng k0-CNAA ứng với 9 vòng lặp .................................. 59

Bảng 4.2: Tỉ số ex / ce của mẫu SMELS I .............................................................. 60

Bảng 4.3: Kết quả hàm lượng thực nghiệm của một số nguyên tố trong mẫu chuẩn

NIST-1566b tại kênh 13-2 bằng k0-CNAA .............................................................. 62

Bảng 4.4: Kết quả hàm lượng thực nghiệm (mg/kg) của một số nguyên tố trong mẫu

chuẩn NIST-1566b ứng với N=5 .............................................................................. 62

Bảng 4.5: Kết quả thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu ở Kênh 13-2 .............. 66

Bảng 4.6: Kết quả thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu ở Cột nhiệt ................ 67

Bảng 4.7: Giá trị hiệu suất thực nghiệm và sai số của nó đối với nguồn điểm tại

khoảng cách 50 mm, 100 mm, 150 mm và 180 mm ................................................. 69

Bảng 4.8: Các hệ số làm khớp đường cong hiệu suất khi có buồng đo .................... 70

Bảng 4.9: Tỉ lệ suy giảm hiệu suất khi đo mẫu có và không có buồng đo ............... 70

Bảng 4.10: Số liệu hạt nhân và thông số thực nghiệm của mẫu chuẩn NIST-2711a 71

Bảng 4.11: Kết quả tính toán hoạt độ riêng và sai số của nó đối với một số hạt nhân

trong mẫu chuẩn NIST-2711a ................................................................................... 72

Bảng 4.12: Số liệu dùng cho phương pháp k0 đối với những hạt nhân trong mẫu chuẩn

NIST-2711a ............................................................................................................... 72

Bảng 4.13: Ước tính độ không đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA ................ 73

Bảng 4.14: Kết quả xác định giá trị DT0 của hệ GMX-4076 .................................... 73

Bảng 4.15: Kết quả tính toán hệ số a cho hiệu chính chồng chập xung ................... 74

Bảng 4.16: Hệ số hiệu chính mất số đếm của mẫu chuẩn NIST-2711a .................... 77

Bảng 4.17: Kết quả hàm lượng thực nghiệm của một số nguyên tố trong mẫu chuẩn

NIST-2711a ở vòng lặp thứ 4 đã hiệu chính thời gian chết ...................................... 77

75Se

Bảng 4.18: Phân tích Selen trong mẫu chuẩn sinh học bằng NAA sử dụng 77mSe và

............................................................................................................... 82

Bảng 4.19: Kết quả hàm lượng thực nghiệm (mg/kg) của nguyên tố Selen theo số

vòng lặp trong một số mẫu chuẩn bằng kích hoạt lặp vòng ..................................... 85

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Hình 2.1: Nguyên lý của phân tích kích hoạt lặp vòng ............................................. 20

Hình 2.2: Sự thay đổi tỉ số tín hiệu trên nhiễu theo thời gian thí nghiệm tổng (nT)

trong trường hợp T = 2T1/2, ti = tc = T1/2, td = tw = 0 ................................................. 24

Hình 2.3: Giới hạn phát hiện của CNAA đối với Se trong mẫu tóc ......................... 24

Hình 2.4: Sự phụ thuộc của tốc độ đếm đỉnh vào thời gian chết của phổ. ............... 33

Hình 3.1: Sơ đồ minh họa hệ kích hoạt lặp vòng ...................................................... 39

Hình 3.2: Hình học và kích thước của ống chiếu và lọ đựng mẫu ............................ 40

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ CNAA ................................................ 41

Hình 3.4: Hệ phổ kế gamma sử dụng detector GMX-4076 ...................................... 44

Hình 3.5: Đầu dò GMX-4076 và buồng đo .............................................................. 44

Hình 3.6: Hình học và kích thước của nguồn chuẩn dạng điểm ............................... 45

Hình 3.7: Hình học của lọ đựng mẫu ........................................................................ 51

Hình 3.8: Hình học của nắp lọ đựng mẫu ................................................................. 52

Hình 3.9: Phổ tích lũy của mẫu chuẩn NIST-1566b ứng với 5 vòng lặp .................. 55

Hình 3.10: Cấu trúc khai báo các thông số thực nghiệm CNAA cho k0-IAEA ....... 56

Hình 4.1: Tỉ số ex / ce của một số nguyên tố trong mẫu SMELS I ....................... 60

Hình 4.2: Tỉ số ex / ce của một số nguyên tố trong mẫu SMELS ứng với N=7 ..... 61

Hình 4.3: Tỉ số ex / ce và sai số của một số nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST-1566b

ứng với N=5 .............................................................................................................. 63

Hình 4.4: Hoạt độ riêng của 28Al ứng với thời gian chiếu ở Kênh 13-2 ................... 65

Hình 4.5: Hoạt độ riêng của 28Al ứng với thời gian chiếu ở Cột Nhiệt .................... 65

Hình 4.6: Sự thay đổi hoạt độ riêng của nhôm theo thời điểm chiếu ....................... 68

Hình 4.7: Đường cong hiệu suất khi có và không có buồng đo. ............................... 71

Hình 4.8: Tốc độ đếm tương đối của đỉnh 142,5 keV của 46mSc trước và sau khi hiệu

chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết .......................................................................... 75

Hình 4.9: Tốc độ đếm tương đối của đỉnh 411,8 keV của 198Au trước và sau khi hiệu

xii

chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết .......................................................................... 75

Hình 4.10: Tốc độ đếm tương đối của đỉnh 661,7 keV của 137Cs trước và sau trước và

sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết ...................................................... 76

Hình 4.11: Tỉ số ex / ce của một số nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST-2711a và sai

số của chúng ............................................................................................................. 78

Hình 4.12: Phổ gamma tại đỉnh 161,9 keV của 77mSe trong mẫu chuẩn NIST-1566b

tích lũy theo các vòng lặp .......................................................................................... 80

Hình 4.13: Kết quả khảo sát thời gian chiếu tối ưu để xác định Selen ..................... 81

Hình 4.14: Phổ tích lũy tại đỉnh 161,9 keV của 77mSe trong mẫu NIST-1598a ........ 83

Hình 4.15: Giới hạn phát hiện của Selen trong mẫu chuẩn IAEA-436 bằng việc kết

xiii

hợp phổ của hai phương pháp Re-NAA và PCNAA ................................................ 84

MỞ ĐẦU

Phân tích kích hoạt neutron đã được công nhận là một kỹ thuật phân tích rất

hiệu quả trong việc xác định thành phần nguyên tố trong mẫu. Với độ nhạy cao và độ

chính xác tốt, cũng như khả năng xác định đồng thời đa nguyên tố và phân tích không

hủy mẫu, những ưu điểm nêu trên đã làm cho kỹ thuật phân tích này được ứng dụng

rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu như sinh học, môi trường, địa chất, công

nghiệp, khảo cổ, điều tra pháp lý, v.v.. Trong phân tích kích hoạt neutron, có nhiều

loại nguồn neutron khác nhau được sử dụng (lò phản ứng, máy gia tốc, máy phát

neutron và nguồn đồng vị), trong đó phân tích kích hoạt neutron (NAA) trên lò phản

ứng nghiên cứu được sử dụng phổ biến nhất, cho độ nhạy phân tích cao nhất do thông

lượng neutron cao và cho phép xác định khoảng 70 nguyên tố trong bảng hệ thống

tuần hoàn [1]. Tuy nhiên, nhiều nguyên tố cần thời gian phân tích khá dài vì chúng

được xác định dựa vào các hạt nhân có chu kỳ bán hủy dài (hay còn gọi là hạt nhân

sống dài), chẳng hạn như 75Se (T1/2 = 120 ngày), 46Sc (T1/2 = 84 ngày), 181Hf (T1/2 =

42 ngày) và 110mAg (T1/2 = 250 ngày) ... Để đạt được độ nhạy yêu cầu thì tổng thời

gian chiếu – rã – đo có thể từ vài ngày đến vài tuần. Điều này làm giảm tính cạnh

tranh của NAA so với các kỹ thuật phân tích khác. Với các hạt nhân có chu kỳ bán

hủy ngắn (hay còn gọi là hạt nhân sống ngắn) như 77mSe (T1/2 = 17,45 giây), 46mSc

(T1/2 = 18,75 giây), 179mHf (T1/2 = 18,68 giây) và 110Ag (T1/2 = 24,60 giây) của cùng

một nguyên tố với các hạt nhân sống dài, có thể giảm đáng kể thời gian phân tích, do

đó có thể tăng số lượng mẫu đo được trong cùng thời gian. Vì vậy, nếu khai thác sử

dụng các hạt nhân sống ngắn trong kỹ thuật NAA sẽ mang lại hiệu quả và tăng tính

cạnh tranh so với các kỹ thuật phân tích khác. Hơn nữa, nhiều nguyên tố có thể được

xác định bằng kỹ thuật NAA thông qua chỉ một hạt nhân sống ngắn duy nhất như 20F

(T1/2 = 11,03 giây), 19O (T1/2 = 26,9 giây), 207mPb (T1/2 = 0,8 giây), 28Al (T1/2 = 2,24

phút), 52V (T1/2 = 3,75 phút), 51Ti (T1/2 = 5,76 phút), v.v.. Điều này mở rộng khả năng

phân tích so với việc sử dụng hạt nhân sống dài trong kỹ thuật NAA. Do đó, sử dụng

NAA để phân tích các nguyên tố thông qua các hạt nhân sống ngắn ngày càng thu hút

được nhiều sự chú ý [2]. Tuy nhiên, một số vấn đề khi sử dụng hạt nhân sống ngắn

trong kỹ thuật NAA là thời gian chiếu và thời gian đo bị hạn chế dẫn đến thống kê

đếm cũng như độ chính xác của phép đo không đạt yêu cầu đối với hầu hết các đối

tượng mẫu quan tâm. Vấn đề này có thể được cải thiện nhờ áp dụng phương pháp

phân tích kích hoạt neutron lặp vòng (CNAA). Trong CNAA, mẫu được chiếu và đo

lặp lại nhiều lần để tích lũy số đếm thống kê trong phổ gamma, từ đó cải thiện giới

hạn phát hiện nguyên tố cần xác định trong mẫu.

Phân tích kích hoạt neutron lặp vòng (hay còn gọi tắt là kích hoạt lặp vòng -

CNAA) được xem là một phương pháp bổ sung cho kỹ thuật NAA dùng để xác định

nguyên tố thông qua hạt nhân sống ngắn. Khoảng hơn 20 nguyên tố có các hạt nhân

sống ngắn được xác định bằng CNAA được liệt kê trong Bảng 1.1 [3]. Từ năm 1960,

phương pháp này đã được đề xuất [4, 5], sau đó phát triển nhanh chóng vào thập niên

80 [6-8]. Từ đó đến nay, phương pháp CNAA được áp dụng rộng rãi bởi có nhiều ưu

điểm như sau:

(1) Thời gian phân tích nhanh nhờ sử dụng các hạt nhân sống ngắn. Qui trình

chuẩn bị mẫu đơn giản, mẫu được chiếu ngắn và đo nhanh (tổng thời gian chiếu, rã

và đo chỉ khoảng 1 ÷ 2 chu kỳ của hạt nhân sống ngắn mà ta quan tâm) và chỉ lặp lại

một số vòng lặp. Vì thế kết quả phân tích có thể được gửi trả cho khách hàng trong

cùng ngày nhận mẫu.

(2) Cải thiện đáng kể giới hạn phát hiện và độ chính xác của phép phân tích nhờ

kích hoạt lặp vòng để cải thiện số đếm thống kê của hạt nhân quan tâm và giảm thiểu

sự ảnh hưởng từ những hạt nhân sống dài bởi thời gian của mỗi phép chiếu lặp vòng

là rất ngắn.

(3) Cho phép xác định đa nguyên tố thông qua các hạt nhân sống ngắn và trung

bình. Đặc biệt, đối với kích hoạt lặp vòng sử dụng nguồn neutron từ lò phản ứng

(LPƯ) nghiên cứu, thời gian chiếu – đo chỉ trong vài giây và chỉ cần vài vòng lặp là

77mSe, 46mSc, 110Ag, 179mHf, 165mDy, 28Al, 51Ti, 52V, 49Ca, 66Cu, v.v..).

có thể xác định được các hạt nhân có chu kỳ bán rã (T1/2) từ 10 giây đến vài phút (20F,

(4) Cho phép đánh giá được độ đồng nhất của mẫu bằng cách chia mẫu để phân

tích nhiều phần khác nhau với nhiều vòng lặp đơn lẻ [9, 10]. Hơn nữa, việc chiếu và

đo lặp lại nhiều lần sẽ tránh được sai số ngẫu nhiên.

Tuy nhiên, phương pháp CNAA cũng có những nhược điểm như:

(1) Qui trình thực nghiệm khá phức tạp bởi chiếu - đo lặp lại nhiều lần cho cả

mẫu cần phân tích và mẫu chuẩn để áp dụng phương pháp tương đối nhằm tính toán

hàm lượng nguyên tố quan tâm.

(2) Trong CNAA để xác định các hạt nhân sống ngắn, việc thực hiện phép đo

ngay sau khi chiếu cũng như chiếu và đo lặp lại nhiều lần dẫn đến thời gian chết rất

cao, thường lớn hơn 20%. Điều này dẫn đến sai số lớn trong việc xác định số đếm

đỉnh của hạt nhân quan tâm.

Vì vậy, trong luận án của tác giả, phương pháp phân tích kích hoạt neutron lặp

vòng dựa vào chuẩn hóa k0 (k0-CNAA) đã được nghiên cứu phát triển cùng với một

số hiệu chính để khắc phục các nhược điểm nêu trên nhằm xác định một số hạt nhân

sống ngắn như: 77mSe, 110Ag, 179mHf, 46mSc, 165mDy, v.v… Lần đầu tiên phương pháp

k0-CNAA được phát triển và áp dụng thành công tại Việt Nam. Đó là điểm mới của

Luận án.

Tất cả các thí nghiệm trong luận án này được thực hiện trên hệ kích hoạt lặp

vòng tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt (LPƯĐL) khi vận hành tại mức công suất danh

định 500 kW. Phần mềm k0-IAEA sau khi nâng cấp bởi Dr. Menno Blaauw cho k0-

CNAA đã được nghiên cứu và áp dụng lần đầu tiên tại LPƯĐL để xử lý phổ tích lũy

trong phương pháp CNAA. Đây cũng là điểm mới của Luận án. Ngoài ra, hệ kích

hoạt lặp vòng đã được nâng cấp thông qua Đề tài cấp Bộ giai đoạn 2015 – 2016, nên

một số hiệu chính liên quan đến phương pháp k0-CNAA cũng được thực hiện trong

nghiên cứu này.

Qua kết quả nghiên cứu của luận án, phương pháp phân tích kích hoạt neutron

lặp vòng dựa trên chuẩn hóa k0 (k0-CNAA) đã được phát triển và ứng dụng tại Lò

phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Phương pháp k0-CNAA cho kết quả nhanh, tin cậy và có

độ nhạy cao cho phép xác định các nguyên tố vi lượng có tính chất chỉ thị dùng trong

nghiên cứu y – sinh học và môi trường.

Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG

PHÁP PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON LẶP VÒNG

Chương này trình bày tóm lược về tình hình nghiên cứu và ứng dụng của phương

pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng (CNAA) ở trong và ngoài nước để giải

quyết những khó khăn trong việc phân tích các hạt nhân có thời gian sống ngắn mà

kỹ thuật phân tích kích hoạt (NAA) truyền thống không giải quyết được. Bên cạnh

đó, phương pháp CNAA theo chuẩn hóa k0 cùng với phần mềm k0-IAEA cũng được

giới thiệu. Ngoài ra, hiệu ứng chồng chập xung và thời gian chết cao cũng được trình

bày trong chương này bởi chúng là một trong những nguồn gây ra sai số chính trong

phương pháp CNAA.

1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước về phương pháp CNAA

Nhu cầu về các kỹ thuật phân tích nhanh, tin cậy cùng với yêu cầu độ nhạy cao

để xác định các nguyên tố vi lượng và khả năng phân tích đa nguyên tố, đặc biệt liên

quan đến các chương trình quan trắc và nghiên cứu môi trường (cần phân tích một số

lượng lớn mẫu) đã thúc đẩy sự phát triển của phương pháp kích hoạt lặp vòng. Ngoài

sự cạnh tranh về yếu tố thương mại so với các kỹ thuật phân tích khác, một lý do khác

mà phương pháp CNAA ngày càng nhận được nhiều mối quan tâm là do một số hạt

nhân sống ngắn là đối tượng nghiên cứu chỉ thị liên quan đến các vấn đề về môi

trường và y sinh [6].

Bảng 1.1: Số liệu hạt nhân của một số nguyên tố được xác định bằng CNAA thông

qua các hạt nhân sống ngắn [3,4]

TT Ng.

Eγ, keV

0,143

Phản ứng hạt nhân 18O(n,γ)19O 19F(n,γ)20F 46Sc(n,γ)46mSc 74Ge(n,γ)75mGe 76Se(n,γ)77mSe 85Rb(n,γ)86mRb 103Rh(n,γ)104Rh 106Pd(n,γ)107mPd

Hạt , nhân % 19O 0,002 20F 1,00 46mSc 1,00 75mGe 0,365 77mSe 0,090 86mRb 0,722 104Rh 1,00 107mPd 0,273

T1/2, giây 26,9 11,02 0,0095 18,75 9,6 48 17,45 21 61,2 42,3 20,9

I0, 0, barn barn 0,00016 0,00081 197,14 1633,60 0,039 142,53 -- 139,6 0,35 161,93 16 556,17 1275 555,8 112 214,9 1,16

0,05 134 0,013

tố O F Sc Ge Se Rb Rh Pd

1 2 3 4 5 6 7 8

Ag 9 In 10 11 Sb 12 Ce 13 Dy 14 Er 15 Yb 16 Pt 17 Hf 18 Ir 19 W 20 Pb

109Ag(n,γ)110Ag 115In(n,γ) 116mIn 123Sb(n,γ)124mSb 138Ce(n,γ)139mGe 164Dy(n,γ)165mDy 166Er(n,γ)167mEr 176Yb(n,γ)177mYb 198Pt(n,γ)199mPt 178Hf(n,γ)179mHf 191Ir(n,γ)192mIr 182W(n,γ)183mW 206Pb(n,γ)207mPb

110Ag 89 24,6 0,482 116mIn 87 14,1 0,957 124mSb 0,427 0,035 93,0 139mCe 0,0025 56,4 0,15 165mDy 0,282 1698 75,6 167mEr 15 2,27 0,336 177mYb 0,127 3,8 6,41 199mPt 13,6 0,3 0,072 179mHf 0,273 18,68 53 192mIr 300 87 0,373 183mW 20 5,65 0,265 207mPb 0,241 0,03 0,80

0,2 -- 0,93 2 425 10 -- -- 1039 1060 600 0,1

657,76 1293,6 645,86 757,0 515,5 207,8 104 319 216 58 107,9 570

Nguồn gốc của phương pháp kích hoạt lặp vòng không được biết rõ ràng. Tuy

nhiên, một vài báo cáo đầu tiên đã đề cập rằng mẫu được luân chuyển giữa nguồn

chiếu và đầu dò để tăng tỉ số “tín hiệu trên nhiễu” đối với một số hạt nhân quan tâm,

đã được thực hiện bởi Anders [4, 5] vào các năm 1960 và 1961. Mặc dù không đề cập

đến thuật ngữ “lặp vòng” nhưng mẫu đã được chiếu lặp lại bởi nguồn neutron từ bia

Berylli của máy gia tốc Van-de-Graaff 2 MeV và được đo trên đầu dò NaI(Tl) sử

dụng hệ chuyển mẫu nhanh. Mỗi mẫu sau một lần chiếu được đo hai lần liên tục trong

khoảng thời gian bằng nhau, phổ thu được đem trừ lẫn nhau (phổ đo trước trừ phổ đo

sau). “Sự khác biệt” giữa hai phổ này cho thấy sự hiện diện của các hạt nhân có chu

kỳ bán hủy rất ngắn. Vì vậy, phương pháp này có khả năng xác định được một số

nguyên tố: O, F, Na, Sc, Ge, Se, Br, Y, Rb, Rh, Ag, Er, Hf, W, Yb, Ir và Au. Sau đó,

Givens [11] và cộng sự, năm 1968 và 1970 , đã đo được nhiều hạt nhân hơn như 16N

(7,14 giây) và 24mNa (20 mili giây) bởi thiết lập hệ thống sao cho mẫu cố định đối với

cả nguồn chiếu và đầu dò. Tani và cộng sự [12], năm 1969 ở Nhật Bản, sử dụng cấu

hình thí nghiệm tương tự đã quan sát được phổ từ 205mPb (4 mili giây) và 207mPb (800

mili giây). Để đạt được độ nhạy yêu cầu, Spyrou và Ozek [13] lần đầu tiên đã sử dụng

lò phản ứng như là một nguồn neutron cho CNAA và đã công bố kết quả đo 207mPb

(800 mili giây) trong mẫu môi trường. Từ đó, nhiều thiết bị dùng cho CNAA đã được

nghiên cứu thiết kế và lắp đặt như ở Anh, Mỹ, Hàn Quốc và Áo [14-16], phương pháp

luận và hàng loạt các nghiên cứu ứng dụng đã được thực hiện [17-19].

Trong tất cả các loại kích hoạt lặp vòng, hầu hết các nghiên cứu được thực hiện

kích hoạt lặp vòng bằng neutron (CNAA). Dựa vào nguồn neutron được sử dụng,

CNAA có thể phân loại theo các dạng khác nhau như CNAA dùng lò phản ứng, máy

gia tốc, máy phát, và nguồn đồng vị. Dựa vào năng lượng của neutron, CNAA có thể

phân loại theo neutron nhiệt, trên nhiệt và neutron nhanh; dựa vào bức xạ phát ra từ

hạt nhân phóng xạ, có thể phân loại theo tia gamma và neutron trễ. Bảng 1.2 cho thấy

các nguyên tố có thể xác định bằng các loại CNAA khác nhau.

Bảng 1.2: Phân loại CNAA và các nguyên tố được xác định bằng CNAA

Neutron

Nguồn neutron

Bức xạ được đo

Nguyên tố

Nhiệt

LPƯ, máy gia tốc

Tia gamma

Nhiệt LPƯ Trên nhiệt LPƯ

Neutron trễ Tia gamma

Nhanh

tốc,

Tia gamma

LPƯ, máy gia nguồn đồng vị, máy phát neutron

O, F, Sc, Ge, Se, Rb, In, Rh, Pd, Ag, Sb, Dy, Hf, Ce, Er, Yb, Ir, W, Pb, U U, Th O, F, Ge, Rh, Ag, Ce, Er, Hf, Pt, Ir B, O, F, S, Cl, Si, Na, Mg, Ti, Ge, As, Se, Br, Rb, Y, In, Ba, Ce, Hf, Nd, Sm, Er, Tb, W, Au, Pb

Một vài ứng dụng phổ biến của phương pháp CNAA

Selen được biết như là một nguyên tố vi lượng thiết yếu trong mẫu sinh học.

Hàm lượng của Selen trong các mô sinh học bình thường khoảng <1,0 mg/kg, điều

này cũng đồng nghĩa là cần một kỹ thuật phân tích có độ nhạy cao để định lượng nó.

NAA là một kỹ thuật rất nhạy để xác định nguyên tố Selen. Trong hầu hết các trường

hợp, phép phân tích được thực hiện bằng phép đo 75Se (T1/2 = 120 ngày), do đó cần

thời gian phân tích khá dài. Sử dụng hạt nhân sống ngắn 77mSe (T1/2 = 17,4 giây) có

thể giảm đáng kể thời gian và chi phí phân tích. Ngoài ra, giới hạn phát hiện và độ

chính xác phân tích có thể được cải thiện bằng kích hoạt lặp vòng. Trong vài năm

qua, hàng loạt các áp dụng CNAA để xác định Selen trong nhiều loại mẫu như mô

động vật và mô người, dịch cơ thể, thực phẩm trong chế độ ăn uống hàng ngày [10,

17, 20-26]

Hạt nhân bền, (% ) 74Se (0.87)

Bảng 1.3: Số liệu hạt nhân của nguyên tố Selen và ảnh hưởng nhiễu lên Selen trong NAA [21]

Số liệu hạt nhân của Selen Hạt nhân; (T1/2) 75Se; (119,8 d)

σth (b)*; Iepi (b)* 51,8  1,2; 424  17

76Se (9.02)

-ray (keV) 121,1 136,0 264,7 279,5 161,9

-ray (keV) 121,8 136,3 264,1 279,1 162,3

77mSe; (17,4 s)

Hạt nhân gây nhiễu Hạt nhân (T1/2) 152Eu 181Hf 182Ta 203Hg 116mIn (2,18 s)

21  1; 16  0,2

Flo là một nguyên tố vi lượng thiết yếu trong cơ thể và được tích lũy trong

xương. Sâu răng và loãng xương được cho là có liên quan đến sự hấp thụ Flo và hàm

lượng của nó trong các mô. Flo chỉ có một hạt nhân duy nhất là 20F (T1/2 = 11,02 giây,

Eγ= 1633 keV) và được sử dụng để xác định hàm lượng Flo trong NAA thông qua

phản ứng 19F(n,γ)20F. Do 20F có chu kỳ bán hủy rất ngắn là 11,02 giây, cho nên CNAA

là phương pháp phù hợp để xác định nó [27-34]. Flo thực sự là nguyên tố đầu tiên

được xác định bằng kích hoạt lặp vòng [4, 5]. Flo có một hạt nhân bền là 19F, nó có

thể tham gia nhiều phản ứng hạt nhân như được tóm tắt trong Bảng 1.4.

Bảng 1.4: Số liệu hạt nhân của nguyên tố Flo

Hạt nhân bền, (% )

19F (100%)

Phản ứng hạt nhân n,γ n,p n,α n,2n

σth (b) 9,5 1,35 7,85 0,0073

Hạt nhân 20F 19O 16N 18F

T1/2, giây 11,02 26,91 7,13 6.600

Eγ, keV 1634 197 6130 511

Xác suất phát, % 100 95,9 69 194

19F9 + 1n0 → 20F9 + γ (gamma tức thời)

20F9 (T1/2 = 11 giây)→ (20Ne)* + 0β-1 + 

Phản ứng bắt neutron nhiệt và trên nhiệt của Flo như sau:

(20Ne)* → 20Ne10 + γ (Eγ = 1633 keV)

Theo kết quả nghiên cứu của Farooqi [29] giới hạn phát hiện của Flo trong mẫu

sinh học có thể đạt được ở mức vài mg/kg bằng CNAA sử dụng LPƯ ở điều kiện Ti

= Tc = 10 giây, Td = Tw = 2 giây. Tuy nhiên, cần lưu ý về phản ứng 23Na(n,α)20F và

20Ne(n,p)20F cũng có thể tạo ra 20F, cho nên sự ảnh hưởng nhiễu cần được hiệu chính

cho từng đối tượng mẫu cụ thể.

Chì được biết đến như là một nguyên tố độc và có khả năng gây ô nhiễm cao.

Vì vậy, có nhiều sự quan tâm về việc xác định hàm lượng của Chì trong nhiều vật

liệu môi trường. Chì chỉ có thể được xác định bằng NAA thông qua một hạt nhân

sống rất ngắn, 207mPb. Chu kỳ bán hủy của 207mPb chỉ 0,8 giây làm cho nó rất khó đo

bằng kỹ thuật NAA thông thường. Bằng việc sử dụng hệ chuyển mẫu khí nén nhanh

kết hợp với kích hoạt lặp vòng, Egan và Spyrou [35] đã xác định được Chì trong một

số mẫu môi trường, với điều kiện thời gian Ti = Tc = 2 giây và Td = Tw = 1 giây và

với 50 vòng lặp, độ nhạy đạt được là 5µg và giới hạn phát hiện là 30 mg/kg đối với

mẫu sinh học.

Các nguyên tố Ag, Sc và Hf thường được xác định bằng kỹ thuật NAA sử dụng

hạt nhân sống dài 110mAg (250 ngày), 46Sc (84 ngày) và 181Hf (42 ngày). Tuy nhiên,

sử dụng hạt nhân sống ngắn 110Ag (24,6 giây), 46mSc (18,75 giây) và 179mHf (18,68

giây) không chỉ giảm thời gian phân tích mà còn có thể cải thiện giới hạn phát hiện

bằng phương pháp lặp vòng. Spyrou đã áp dụng thành công CNAA để phân tích một

số mẫu môi trường nhằm xác định Sc, Hf, Ag và cùng một số nguyên tố khác như

Dy, Se, Al và V.

Bảng 1.5: Số liệu hạt nhân đối với kích hoạt neutron cho Ag

Hạt nhân bền

Hạt nhân

T1/2

, (%) 51,84

107Ag

108Ag

2,37 phút

48,16

109Ag

110Ag

24,6 giây

110mAg

250 ngày

Năng lượng, (γ) 633 keV (1,8) 657,7 keV (4,5) 657,7 keV (94,6)

σth, (b); Iepi, (b) 33; 96 89; 1112 3,9; 69

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về phương pháp CNAA

Trước năm 2005, hệ chuyển mẫu dùng cho chiếu ngắn tại Kênh 13-2 và Cột

nhiệt ở LPƯĐL đã được cải tiến nhằm phục vụ cho việc phân tích nhanh để xác định

các hạt nhân sống ngắn. Kênh 13-2 và Cột nhiệt là hai kênh chiếu xạ có các đặc trưng

phù hợp với việc phân tích các hạt nhân sống ngắn. Tuy nhiên, tại thời điểm đó có

nhiều khó khăn khách quan về điều kiện thực tế, như thiết bị không tự động hoàn toàn

và chưa được chính xác về mặt thời gian, ống chiếu mẫu không sạch, hệ thống lọc

bụi khí phóng xạ làm việc chưa hiệu quả, hiệu chính ảnh hưởng thời gian chết một

cách thủ công. Vì vậy, phương pháp phân tích nhanh cũng như kích hoạt lặp vòng

chưa được nghiên cứu áp dụng trên LPƯĐL.

Năm 2013, qua dự án viện trợ kỹ thuật (RER/4/028) của IAEA, LPƯĐL đã được

trang bị một hệ chuyển mẫu bằng khí nén (Pneumatic Transfer System-PTS) phục vụ

cho việc kích hoạt mẫu ở hai vị trí chiếu là Kênh 13-2 và Cột nhiệt, đi kèm với hệ

PTS là một hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò Ge siêu tinh khiết (GMX40-76-PL) và

khối điện tử xử lý tín hiệu bằng kỹ thuật số (DSPEC Pro). Các qui trình chiếu, rã và

đo mẫu được điều khiển hoàn toàn tự động thông qua thiết bị điều khiển lập trình

(PLC) được giao tiếp với máy tính. Ngoài ra, thời gian chiếu, rã và đo cũng được xác

định một cách chính xác thông qua các bộ cảm biến quang học. Qua đó, hệ này cho

phép thực hiện các phép chiếu ngắn trong vài giây, thời gian chuyển mẫu từ vị trí

chiếu đến vị trí đo khoảng 3 giây.

Các thông số phổ neutron ở Kênh 13-2 và Cột nhiệt cũng đã được tham số hóa

để thiết lập các qui trình phân tích bằng k0-NAA cho các hạt nhân sống ngắn. Bên

cạnh đó, hệ này cũng được áp dụng để xác định hàm lượng của Selen thông qua hạt

nhân sống ngắn 77mSe. Tuy nhiên, độ chính xác và giới hạn phát hiện thì chưa tốt ở

mức hàm lượng dưới ppm. Sau đó, các nỗ lực nghiên cứu đã được thực hiện để cải

thiện độ nhạy của Selen qua 77mSe bằng việc áp dụng các phương pháp kích hoạt lặp

vòng khác nhau, bao gồm lặp vòng (CNAA) can thiệp bằng tay, giả lặp vòng (Pseudo-

CNAA hay PCNAA), chiếu mẫu lặp (Replicate-NAA hay Re-NAA) và kết hợp Re-

NAA với CNAA hoặc PCNAA. Đối với CNAA, mẫu được chiếu trong một khoảng

thời gian ngắn, và sau khoảng thời gian rã, mẫu được đo nhanh, sau đó mẫu được

chiếu lại và toàn bộ quá trình được lặp lại một số vòng lặp. Trong trường hợp mẫu

sau khi chiếu có hoạt độ cao (hoặc thời gian chết cao), phương pháp PCNAA được

phát triển thay thế bằng cách điều chỉnh các thông số trong CNAA, đặc biệt là thời

gian đợi giữa các vòng chiếu-rã-đo khoảng từ vài phút đến vài giờ để giảm thời gian

chết của hệ phổ kế. Một phương pháp khác là Re-NAA, được phát triển từ việc chiếu

và đo các phần nhỏ của cùng một mẫu, sau đó các phổ riêng lẻ được kết hợp lại để

tạo thành một phổ tổng. Trong phương pháp này, hoạt độ của mẫu gần như nhau ở

mỗi vòng lặp, số đếm phông và thời gian chết không tăng khi tăng số mẫu lặp. Vì lý

do đó, phương pháp này cho giới hạn phát hiện tốt và độ tái lặp tốt hơn so với phương

pháp CNAA thông thường đối với một số hạt nhân sống ngắn.

1.3. Phương pháp CNAA theo chuẩn hóa k0

Phương pháp k0 là một trong bốn phương pháp tính toán hàm lượng nguyên tố

trong NAA, được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1974 bởi hai tác giả là F. De Corte

và A. Simonits. Từ đó cho đến nay, k0-NAA luôn được quan tâm phát triển tại nhiều

phòng thí nghiệm NAA và đã được hiệp hội phân tích hạt nhân công nhận như một

phương pháp phân tích chuẩn hóa. Phương pháp k0-NAA đã được bắt đầu nghiên

cứu tại Viện Nghiên cứu hạt nhân từ những năm 1980 của thế kỷ trước. Đến năm

2002, phương pháp này được áp dụng một cách chính thức thông qua chương trình

K0-DALAT [36]. Ưu điểm của phương pháp k0-NAA là đơn giản trong thực nghiệm

so với phương pháp tương đối, độ chính xác cao so với phương pháp tuyệt đối và linh

hoạt khi thay đổi điều kiện chiếu và đo so với phương pháp chuẩn đơn. Đặc biệt là

không cần dùng mẫu chuẩn khi phân tích một số lượng lớn mẫu.

Phương pháp k0-CNAA đã được nghiên cứu lần đầu tiên năm 2012 [37]. Thí

nghiệm kích hoạt lặp vòng được thực hiện tại Lò phản ứng nghiên cứu ở Bồ Đào Nha.

Chương trình k0-IAEA được nghiên cứu áp dụng với các bước xử lý phổ bằng tay vì

tại thời điểm đó chương trình này chưa được nâng cấp cho k0-CNAA. Các hiệu chính

về thời gian chết và thay đổi thông lượng neutron chưa được đề cập đến trong phép

tính k0-CNAA.

Trong quá trình nghiên cứu phương pháp CNAA trên LPƯĐL, tác giả nhận thấy

qui trình thực nghiệm CNAA khá phức tạp bởi chiếu và đo mẫu lặp lại nhiều lần, và

càng phức tạp hơn khi thực hiện thêm qui trình CNAA đối với mẫu chuẩn để áp dụng

phương pháp tương đối nhằm tính toán hàm lượng nguyên tố quan tâm. Vì vậy,

phương pháp CNAA dựa theo chuẩn hoá k-zero (k0-CNAA) được nghiên cứu áp

dụng để giúp cho qui trình thực nghiệm CNAA đơn giản hơn, giảm bớt qui trình thực

nghiệm đối với mẫu chuẩn.

Phần mềm k0-IAEA cho phương pháp k0-NAA được thiết kế và phát triển bởi

hai tác giả chính được IAEA đề nghị là Marcio Bacchi và Menno Blaauw. k0-IAEA

có hai đặc trưng mới so với các phần mềm khác: (1) Cách tiếp cận Holistic được sử

dụng trong thuật toán xử lý phổ gamma. Holistic là một thuật toán ma trận khá mới

mẻ được chính tác giả Menno Blaauw phát triển và công bố năm 1994; (2) Việc chuẩn

hiệu suất ghi của đầu dò trong chương trình k0-IAEA sử dụng giải thuật Monte Carlo,

phương pháp này cho phép biến đổi đường cong hiệu suất từ hình học đo này sang

hình học đo khác mà không cần phải đo đạc thực nghiệm ở nhiều khoảng cách khác

nhau. Cho đến nay một số lượng lớn các công trình khoa học liên quan đến phương

pháp k0-NAA và chương trình k0-IAEA đã được đăng tải trên các tạp chí uy tín trong

lĩnh vực kỹ thuật hạt nhân. Điều đó cho thấy rằng, chương trình k0-IAEA là một công

cụ tin cậy và có thể sử dụng trong nghiên cứu của luận án. Phần mềm thực hiện nhiều

chức năng, bao gồm cả một số chức năng chính được sử dụng thường xuyên trong

phương pháp NAA như chức năng đọc phổ từ phần mềm Gamma Vision, Genies 2k,

chuẩn năng lượng, chuẩn độ phân giải, chuẩn hiệu suất detector, biên dịch thông số

phổ neutron, tính diện tích đỉnh tự động, sau đó tính ra được hàm lượng, giới hạn đo,

độ lặp lại của các nguyên tố dựa vào phổ đo và báo cáo kết quả tính được.

Theo đề xuất của Nghiên cứu sinh vào năm 2016, ông Menno Blaauw, tác giả

của chương trình k0-IAEA đã đến và làm việc tại Viện Nghiên cứu hạt nhân nhằm

nâng cấp phần mềm k0-IAEA cho việc xử lý số liệu của k0-CNAA. Trong thời gian

này, lò phản ứng Đà Lạt đã hoạt động định kỳ theo kế hoạch, nhờ đó các thí nghiệm

phục vụ việc thử nghiệm phần mềm cũng đã được tiến hành. Phần mềm k0-IAEA

hiện nay đã có thể được áp dụng cho CNAA. Chức năng này được xem là mới của

phần mềm k0-IAEA, phiên bản k0-IAEA V.8 được sử dụng cho mục đích áp dụng k0-

CNAA trên phần mềm k0-IAEA.

1.4. Thời gian chết và chồng chập xung

Tín hiệu có thể bị mất trong tất cả các bộ phận của hệ phổ kế gamma như tinh

thể đầu dò, tiền khuếch đại, khuếch đại, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC) và khối

phân tích đa kênh (MCA) hoặc máy tính. Trong trường hợp muốn đo nguồn 198Au

với độ chính xác yêu cầu là = 0,1%, thì theo thống kê Poisson phải ghi nhận hơn

106 số đếm của đỉnh năng lượng 412 keV. Nếu muốn hoàn thành phép đo trong một

giờ, trong khi tỉ số đỉnh trên tổng của đầu dò là 0,2 thì phải thực hiện phép đo tại tốc

độ đếm hơn 1400 cps. Ở tốc độ đếm này, số đếm có thể bị mất lên đến vài phần trăm

vì thời gian đáp ứng hữu hạn của hệ đo [38]. Trong nhiều ứng dụng, hệ phổ kế gamma

cần phải thực hiện các phép đo lên đến hàng chục ngàn số đếm trên giây. Trong thực

tế, nếu thời gian chết trên ADC cho thấy 10% thì việc hiệu chính mất số đếm cần

được xem xét ngay cả khi mạch hiệu chính thời gian chết đang làm việc tốt [39].

Hầu hết các điện tích trong đầu dò được thu thập trong vòng dưới 100 ns và

được định hình trong khối khuếch đại trong khoảng 1-10 µs tiếp theo [38]. Vì vậy, hệ

đo cần một khoảng thời gian trên để xử lý mỗi tín hiệu tới đầu dò, do đó nếu tín hiệu

thứ hai tới đầu dò trong khi tín hiệu thứ nhất đang được xử lý thì tín hiệu thứ hai sẽ

bị mất đi. Hiện tượng này được gọi là sự mất số đếm do hiệu ứng thời gian chết.

Số đếm bị mất bởi chồng chập xung (pulse pile-up) hay còn gọi là chồng chập

ngẫu nhiên (random summing) có thể là một nguồn đóng góp sai số chính trong phép

đo phổ gamma. Sự xuất hiện ngẫu nhiên của tín hiệu từ hai tia gamma (không liên

quan gì nhau) tại khối khuếch đại trong khoảng thời gian ngắn so với thời gian hình

thành xung sẽ tạo thành một xung tổng có biên độ là tổng của hai sự kiện. Kết quả

là hai số đếm bị mất tại vùng năng lượng thấp của phổ và một số đếm mới xuất hiện

tại vùng năng lượng cao. Đối với phép đo cần độ chính xác cao, mỗi xung tổng ngẫu

nhiên này nên được loại trừ ra khỏi phổ (pileup rejection), và thời gian chết của hệ

cần được bù lại cho hệ thống lúc đang bận.

Trong phân tích kích hoạt neutron, hoạt độ của mẫu ngay sau khi kích hoạt ở

các kênh chiếu trên LPƯĐL thường rất lớn. Đối với NAA sử dụng các hạt nhân sống

ngắn, mẫu cần được đo ngay hoặc để rã chỉ trong một khoảng thời gian rất ngắn,

khoảng 1  2 chu kỳ bán rã (T1/2) của hạt nhân quan tâm. Điều này dẫn đến thời gian

chết của hệ đo rất cao. Thời gian chết khoảng 10  20% khi thực hiện các phép đo để

xác định nhóm các hạt nhân sống ngắn như 28Al, 51Ti, 52V, 49Ca và 27Mg có chu kỳ

bán rã khoảng 2  10 phút. Thời gian chết có thể lên đến 20  50% khi đo để xác định

nhóm các hạt nhân có chu kỳ bán rã ngắn hơn như 77mSe, 110Ag, 179mHf và 46mSc có

chu kỳ bán rã dưới 100 giây. Ngoài ra, khi áp dụng phương pháp CNAA, mẫu được

chiếu và đo lại nhiều lần để tích lũy số đếm, cũng đồng nghĩa với việc hoạt độ tổng

của mẫu tăng liên tục dẫn đến thời gian chết rất cao. Do đó một phần số đếm không

được ghi nhận bởi hệ đo do thời gian chết cao và chồng chập xung [38]. Vì vậy, bài

toán hiệu chính mất số đếm do thời gian chết cao và chồng chập xung trong kích hoạt

neutron lặp vòng cần được nghiên cứu và thực hiện hiệu chỉnh.

Thông thường, mẫu có hoạt độ thấp (thời gian chết dưới 10%) và không thay

đổi trong suốt quá trình đo thì số đếm được hiệu chính theo kỹ thuật “Live-Time-

Clock” (LTC – đồng hồ đo thời gian sống). Kỹ thuật LTC hiệu chính sự mất số đếm

bằng cách kéo dài thời gian đo để bổ sung số đếm bị mất. Tuy nhiên, kỹ thuật này

không phù hợp vì các hạt nhân sống ngắn rã rất nhanh nên cần phải đo trong khoảng

thời gian rất ngắn. Hơn nữa, hoạt độ của các hạt nhân sống ngắn giảm rất nhanh sau

khi chiếu, dẫn đến thời gian chết cũng thay đổi nhanh chóng trong quá trình đo, trong

khi kỹ thuật LTC chỉ phù hợp với phép đo mà thời gian chết gần như không thay đổi.

Các kỹ thuật “Loss-Free Counting” (LFC – số đếm không bị mất trong khi đo)

và “Zero Dead-Time” (ZDT – thời gian chết bằng không) là những kỹ thuật mạnh

nhất để hiệu chính sự mất số đếm ở thời gian chết cao và biến đổi nhanh trong phổ

kế hạt nhân, đặc biệt là các ứng dụng kỹ thuật phân tích kích hoạt đo các hạt nhân

sống rất ngắn [39]. Bằng cách thực hiện nhiều phép toán hiệu chính cho phổ thay vì

một lần như kỹ thuật LTC, cho nên về cơ bản kỹ thuật LFC có khả năng khôi phục

tốt hầu hết các sự kiện bị mất của hệ phổ kế. Về nguyên lý, kỹ thuật này chia khoảng

thời gian đo thành rất nhiều khoảng thời gian rất ngắn dựa vào tỉ số “real-time” trên

“live-time”, cho nên kỹ thuật LFC có khả năng hiệu chính tốt trường hợp tốc độ đếm

thay đổi nhanh chóng. Do đó nó phù hợp tốt cho các ứng dụng NAA, bởi vì sự mất

số đếm gắn liền với các sản phẩm kích hoạt hạt nhân sống ngắn. Điều này không

giống với kỹ thuật hiệu chính LTC, chỉ đưa ra một hệ số hiệu chính trung bình cho

toàn bộ phép đo.

Kỹ thuật LFC cho kết quả tốt hơn khi tốc độ đếm thay đổi đáng kể suốt khoảng

thời gian đếm. Tuy nhiên, kỹ thuật này không có chức năng xác định sai số của diện

tích đỉnh phổ. Vì thế, phân tích dữ liệu phổ với việc tính toán sai số là không thể thực

hiện được. Vì vậy, kỹ thuật ZDT được phát triển nhằm khắc phục nhược điểm trên,

với chức năng hiệu chính thời gian chết ở tốc độ đếm cao và biến đổi nhanh, ngoài ra

còn có chức năng xác định sai số ở từng mỗi kênh.

Hệ phổ kế gamma được dùng trong nghiên cứu của luận án là hệ điện tử xử lý

tín hiệu bằng kỹ thuật số (DSPEC Pro) gắn với đầu dò bán dẫn Ge siêu tinh khiết

GMX-4076 của hãng ORTEC với hiệu suất 40%, độ phân giải 2,0 keV đối với đỉnh

năng lượng 1,33 MeV của 60Co. Bộ tiền khuếch đại xóa bằng tranzitor phù hợp cho

việc đo tốc độ đếm cao và biến đổi nhanh. Hệ phổ kế có ba chế độ đo: chế độ đo

thường chỉ ghi nhận phổ LTC, chế độ NORM-CORR ghi nhận đồng thời phổ LTC

và ZDT, và chế độ CORR-ERR ghi nhận đồng thời phổ ZDT và phổ ERR.

1.5. Nhận xét chung Chương 1

Khoảng 20 nguyên tố có hạt nhân sống ngắn với thời gian bán rã dưới 100 giây

được phân tích bằng phương pháp CNAA đã được giới thiệu. Trong đó, một số

nguyên tố vi lượng quan trọng như Selen và Flo cần được phân tích nhanh với số

lượng lớn trong khoảng thời gian ngắn. Trong trường hợp đó, phương pháp CNAA

với khả năng phân tích nhanh, tin cậy và độ chính xác cao được nghiên cứu và đề

xuất sử dụng.

Tuy vậy, tại LPƯĐL, hệ kích hoạt nhanh tự động và đồng bộ, với thời gian

chuyển mẫu từ vị trí chiếu đến vị trí đo chỉ khoảng 3 giây, được lắp đặt và đưa vào

sử dụng từ năm 2013, nhưng đến năm 2016 mới được nâng cấp và thiết lập phương

pháp CNAA bởi nhóm nghiên cứu của tác giả. Trên cơ sở đó các phương pháp kích

hoạt lặp vòng khác nhau, bao gồm lặp vòng (CNAA), giả lặp vòng (Pseudo-CNAA

hay PCNAA), chiếu mẫu lặp (Replicate-NAA hay Re-NAA) và kết hợp Re-NAA với

CNAA hoặc PCNAA đã được nghiên cứu và phát triển để áp dụng phân tích một số

nguyên tố quan trọng như Se, Flo, ...

Để tính toán hàm lượng các nguyên tố trong kỹ thuật NAA, trên cơ sở phương

pháp k0 cho NAA đã được phát triển tại LPƯĐL từ năm 2002, luận án đã nghiên cứu

và áp dụng thành công phương pháp chuẩn hóa k0 cho phương pháp CNAA và lần

đầu tiên sử dụng phần mềm k0-IAEA để xử lý số liệu cho hệ CNAA tại LPƯĐL.

Để giải quyết vấn đề chồng chập xung và thời gian chết cao của hệ đo CNAA,

các kỹ thuật “Live-Time-Clock” (LTC – đồng hồ đo thời gian sống), “Loss-Free

Counting” (LFC – số đếm bị mất do thời gian chết) và “Zero Dead-Time” (ZDT –

thời gian chết bằng không) đã được giới thiệu, đó là những kỹ thuật mạnh để hiệu

chính sự mất số đếm ở thời gian chết cao và biến đổi nhanh trong phổ kế hạt nhân,

đặc biệt là các ứng dụng kỹ thuật phân tích kích hoạt đo các hạt nhân sống rất ngắn

đã được giới thiệu và nghiên cứu để áp dụng cho hệ phổ kế CNAA hiện có tại Lò

phản ứng hạt nhân Đà Lạt.

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN

TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON LẶP VÒNG

Dựa vào cơ sở lý thuyết của kỹ thuật phân tích kích hoạt neutron (NAA) và

phương pháp chuẩn hóa k0 đã được nghiên cứu và áp dụng gần hơn 30 năm tại Viện

Nghiên cứu hạt nhân), và dựa vào nguyên lý của phương pháp kích hoạt neutron lặp

vòng (CNAA), phương trình cơ bản của phương pháp kích hoạt lặp vòng (CNAA)

theo chuẩn hóa k0 (k0-CNAA) đã được thiết lập để tính toán hàm lượng của nguyên

tố quan tâm trong mẫu. Ngoài ra, để áp dụng được phương pháp k0-CNAA, các hiệu

chính hệ chiếu và hệ đo mẫu là cần thiết, cho nên chương này còn trình bày các

phương pháp hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết cao, phương pháp hiệu chuẩn

hiệu suất và phương pháp xác định các thông số phổ neutron.

2.1. Lý thuyết phương pháp phân tích kích hoạt neutron

Phân tích kích hoạt neutron (NAA) là một kỹ thuật hạt nhân được sử dụng để

xác định hàm lượng đa nguyên tố trong rất nhiều loại mẫu. Hầu hết các nguyên tố

trong bảng hệ thống tuần hoàn có thể được xác định tại mức hàm lượng rất thấp

(thường ở mức hàm lượng mg/kg với khối lượng mẫu đem phân tích chỉ khoảng 100

mg). Đầu tiên mẫu bị bắn phá bởi dòng neutron, hạt nhân bền trong mẫu tương tác

với neutron bởi phản ứng bắt neutron, hầu hết là phản ứng (n, γ), qua đó hạt nhân

phóng xạ được hình thành. Mỗi hạt nhân phóng xạ có một thời gian sống khác nhau

và đặc trưng bởi sự phân rã. Trong quá trình phân rã, hạt nhân có thể phát ra positron,

alpha, beta và/hoặc tia gamma. Đa số các hạt phân phóng xạ thường phát ra một hoặc

nhiều tia gamma như là sản phẩm của sự dịch chuyển từ trạng thái kích thích về trạng

thái bền hơn. Năng lượng tia gamma là đặc trưng của hạt nhân phóng xạ. Dải năng

lượng tia gamma từ 70 keV đến 3100 keV thường được sử dụng cho việc xác định đa

nguyên tố trong NAA. Các tia gamma này có thể được xác định bằng đầu dò bán dẫn

gemanium siêu tinh khiết với độ phân giải năng lượng cao. Trong phổ gamma, năng

lượng của một đỉnh chỉ ra nguyên tố hiện diện trong mẫu và diện tích của một đỉnh cho

phép định lượng nguyên tố trong mẫu [1].

Kích hoạt mẫu

Mỗi hạt nhân có thể bắt một neutron trong suốt quá trình chiếu xạ. Ngay sau khi

bắt, nó giải phóng năng lượng dư ở dạng động năng bằng cách phát ra các photon

và/hoặc các hạt theo các phản ứng (𝑛, 𝛾), (𝑛, 𝑛′), (𝑛, 𝑝), (𝑛, 𝛼), (𝑛, 2𝑛). Hầu hết,

phản ứng được sử dụng trong NAA là phản ứng (𝑛, 𝛾).

Xác suất bắt neutron của một hạt nhân được biểu thị bằng tiết diện bắt neutron,

đơn vị của tiết diện là cm2 hoặc barn (1 barn = 10-24 cm2). Xác suất này phụ thuộc vào

phản ứng tạo thành và năng lượng của neutron tới. Nhìn chung, phản ứng (𝑛, 𝛾) và

(𝑛, 𝑓) (phản ứng phân hạch) có tiết diện cao nhất đối với neutron chậm với năng

lượng nhỏ hơn 1eV [40].

Xác suất R của một hạt nhân bắt một neutron trong một đơn vị thời gian được

∞

gọi là tốc độ phản ứng và được xác định bởi công thức [1]:

R = ∫ σ(v)φ(v)dv (2.1)

Trong đó: v là vận tốc của neutron, m.s-1; σ(v) là tiết diện bắt neutron tại vận tốc v,

barn; φ(v) là thông lượng neutron tại vận tốc v, n.cm-2.s-1.

Nếu thông lượng neutron đồng nhất khi đi qua thể tích của mẫu thì tốc độ tạo

ra hạt nhân bị kích hoạt tại thời điểm t là :

( ) = RN0 (2.2) dN1 dt

Trong đó: N0 là số hạt nhân bia trong mẫu; N1 là số hạt nhân bị kích hoạt trong mẫu

ở thời điểm t.

Phân rã phóng xạ

Khi hạt nhân bắt neutron trở thành hạt nhân không bền thì chúng sẽ có xu

hướng trở về trạng thái bền bằng cách phát ra các bức xạ. Tốc độ phân rã của các

hạt nhân không bền trong mẫu được cho bởi:

phân rã

( ) = −λN1(t) (2.3) dN1(t) dt

Với 𝜆 là hằng số phân rã (s-1) hay còn gọi là xác suất phân rã trên một đơn vị thời

gian; dấu ‘‘–’’ cho thấy sự mất đi bởi quá trình phân rã của hạt nhân. Chu kỳ bán rã

T1/2 và hằng số phân rã liên hệ với nhau như sau:

λ = (2.4) ln 2 T1/2

Trong thời gian chiếu mẫu sẽ cùng xảy ra hai quá trình: kích hoạt và phân rã,

được mô tả bởi phương trình (2.5) dưới đây, mà còn gọi là phương trình kích hoạt

phóng xạ cơ bản:

kích hoạt

phân rã

= ( ) + ( ) = RN0 − λN1(t) (2.5) dN1(t) dt dN1(t) dt dN1(t) dt

Từ phương trình trên ta tính được số hạt nhân bị kích hoạt sau thời gian chiếu là:

(1 − e−λti) (2.6) N1(ti) = RN0 λ

Sau khi chiếu, số hạt nhân bị kích hoạt trong mẫu sẽ giảm theo hàm e mũ theo

thời gian. Số hạt nhân bị kích hoạt còn lại trong mẫu tại lúc bắt đầu đo được cho bởi:

(1 − e−λti))(e−λtd) (2.7) N1(ti, td) = RN0 λ

Với t𝑖 là thời gian chiếu và td là thời gian rã, khoảng thời gian từ lúc kết thúc

chiếu tới lúc bắt đầu đo.

Đo hoạt độ phóng xạ

Như là kết quả của sự chiếu xạ neutron, hỗn hợp các hạt nhân phóng xạ được

hình thành trong mẫu. Hạt nhân phân hủy bởi phân rã alpha, phân rã beta và/hoặc bắt

các electron. Trong mỗi trường hợp này, các photon (bức xạ gamma, bức xạ tia X)

được phát ra. Bởi vì các photon phát ra có năng lượng đặc trưng và có thể đi xuyên

qua vật chất mà không bị suy giảm năng lượng, cho nên phép đo phổ gamma giúp

nhận biết hạt nhân đang phân rã [1,40].

Số hạt nhân phân rã trong suốt quá trình đo từ t1 đến t2 được cho bởi phương

trình:

(1 − e−λti)(e−λtd)(1 − e−λtc) (2.8) ∆N1(ti, td, tc) = RN0 λ

Với tc là khoảng thời gian đo.

Kết quả diện tích đỉnh photon NP hiển thị trong phổ gần đúng với NP = ∆N1γε:

(1 − e−λti)(e−λtd)(1 − e−λtc)γε (2.9) Np = RN0 λ

Với γ là xác suất phát của tia gamma; ε là hiệu suất ghi đỉnh của đầu dò; Hệ số bão

hòa trong khi chiếu: S = (1 − e−λti); Hệ số hiệu chính sự phân rã: D = (e−λtd) ; Hệ

(1−e−λtc) λ.tc

số hiệu chính sự phân rã trong khi đo: C =

Phương trình (2.9) được viết lại thành:

Np = R. N0S. D. C. γ. ε. tc (2.10)

Phương trình tính toán hàm lượng

Tốc độ phản ứng R ở phương trình (2.1) được viết lại theo quy ước Hogdhl:

R = Gthφthσ0 + GeφeI0(α) (2.11) Trong đó: Gth là hệ số hiệu chính tự che chắn neutron nhiệt; φth là thông lượng neutron nhiệt; σ0 là tiết diện bắt neutron tại vận tốc 2200 m.s-1; Ge là hệ số hiệu chính tự che chắn neutron trên nhiệt; φe là thông lượng neutron trên nhiệt; I0(α)là tiết diện tích phân cộng hưởng của phân bố thông lượng neutron trên nhiệt không tuân theo quy

luật 1/E. Thế R từ (2.11) vào (2.10) ta có:

wθNA M

Np = S. D. C. γ. ε. tc. [Gthφthσ0 + GeφeI0(α)] (2.12)

mθNA M

và khối lượng của nguyên tố quan tâm trong mẫu m = ρ. W; Với N0 =

θ là độ phổ biến đồng vị; NA là hằng số Avogadro; M là khối lượng nguyên tử; W là

khối lượng của mẫu; ρ là hàm lượng của nguyên tố quan tâm. Từ (2.12) ta có:

ρ (𝑚𝑔/𝑘𝑔) = . . . (2.13) Np/tc S. D. C. W M NAθγ 1 εp 1 [Gthφthσ0 + GeφeI0(α)]

Đây chính là phương trình tính toán hàm lượng của một nguyên tố trong kỹ thuật

phân tích kích hoạt neutron.

2.2. Phương pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng

2.2.1. Giới thiệu

Phân tích kích hoạt lặp vòng là một phương pháp bổ sung trong kỹ thuật NAA

để xác định các nguyên tố thông qua các hạt nhân phóng xạ có thời gian bán hủy

ngắn. Ngoài phương pháp CNAA, phương pháp PCNAA (Pseudo-CNAA) cũng được

phát triển thay thế dựa vào CNAA bằng cách điều chỉnh các thông số trong CNAA,

đặc biệt là thời gian đợi giữa các vòng chiếu-rã-đo trong khoảng từ vài phút đến vài

giờ để giảm thời gian chết của hệ phổ kế. Một phương pháp thay thế khác là Re-NAA

(Replicate-NAA), phương pháp này được phát triển từ việc chiếu và đo các phần khác

nhau của cùng một mẫu, sau đó các phổ riêng lẻ được kết hợp lại để tạo thành một

phổ tổng. Trong phương pháp này, hoạt độ của mẫu gần như nhau ở mỗi vòng lặp, số

đếm phông và thời gian chết không tăng khi tăng số mẫu lặp. Vì lý do đó, phương

pháp này cho giới hạn phát hiện và độ tái lặp tốt hơn so với phương pháp CNAA

thông thường đối với một số hạt nhân sống ngắn.

2.2.2. Nguyên lý của CNAA

Nguyên lý của CNAA đã từng được mô tả bởi Spyrou [6]. Trong phương pháp

này, mẫu được chiếu trong một khoảng thời gian ngắn, và sau khoảng thời gian rã,

mẫu được đo cũng trong một khoảng thời gian ngắn, sau đó mẫu được chiếu lại và

toàn bộ quá trình được lặp lại một số vòng lặp. Số đếm của tia gamma quan tâm được

tích lũy qua các vòng lặp, dẫn đến tỉ số tín hiệu trên nhiễu có thể được cải thiện. Vì

vậy, độ nhạy phân tích của các hạt nhân sống ngắn được cải thiện đáng kể.

Hình 2.1: Nguyên lý của phân tích kích hoạt lặp vòng

2.2.3. Phương trình kích hoạt lặp vòng

Lần đo thứ nhất trong lần kích hoạt đầu tiên (N = 1) số đếm đỉnh của tia gamma

quan tâm trong phổ đo được tính bởi phương trình:

γεRN0 λ

(1 − e−λti)(e−λtd)(1 − e−λtc) (2.14) Np1 = Np =

Khi mẫu được đưa trở lại vị trí chiếu, một số hạt nhân bền còn lại trong mẫu

được kích hoạt trở thành hạt nhân phóng xạ và được đo trên hệ phổ kế. Số đếm đỉnh

ở lần đo thứ hai (N = 2) là:

Np2 = Np + Np1e−λT = Np(1 + e−λT) (2.15)

Với T là chu kỳ của một vòng lặp T = ti + td + tc + tw. Trong phương trình này

đã bỏ qua thành phần hiệu chính số hạt nhân bia bị mất đi sau lần kích hoạt thứ nhất

bởi theo tính toán sự thay đổi của các hạt nhân đã kích hoạt sau mỗi vòng lặp là không

đáng kể.

Số đếm đỉnh ở lần đo thứ 3:

Np3 = Np(1 + e−λT + e−2λT) (2.16)

Số đếm đỉnh ở lần đo thứ nth:

(1−e−NλT) (1−e−λT)

(2.17) Npn = Np(1 + e−λT + e−2λT+. . . +e−(N−1)λT) = Np

Số đếm tích lũy của N vòng lặp (tổng số đếm của N vòng lặp) là:

i=1

− Npc = ∑ Npi = Np [ ] = NpFc (2.18) N (1 − e−λT) e−λT(1 − e−NλT) (1 − e−λT)

n (1−e−λT)

e−λT(1−e−NλT) (1−e−λT)

] − Với Fc = [

Thay Np = Npc/Fc ở (2.18) vào phương trình tính toán hàm lượng của NAA

(2.13), ta suy ra phương trình tính toán hàm lượng nguyên tố trong phương pháp

CNAA như sau:

ρ = (2.19) . . . Npc/tm S. D. C. W M NAθγ 1 Fc 1 εp

1 [Gthφthσ0 + GeφeI0(α)] Đây là phương trình tính toán hàm lượng của một nguyên tố trong phương pháp

phân tích kích hoạt lặp vòng.

2.2.4. Thông số thời gian trong kích hoạt lặp vòng

Sự ghi nhận của đầu dò có thể được tối đa hóa bằng việc tối ưu các thông số

trong phương trình xác định tổng số đếm tích lũy Npc ở phương trình (2.18). Đối với

tổng thời gian thí nghiệm được cho (Texp = NT = mT1/2), giá trị cực đại của Npc xảy

ra khi td = tw = 0 và ti = tc. Tuy nhiên, trong thực tế, td và tw không bao giờ bằng không,

giá trị của chúng phụ thuộc vào hệ chuyển mẫu được sử dụng. Nếu hệ chuyển mẫu

được thực hiện một cách thủ công, thì thời gian chuyển mẫu có thể khá dài, khoảng

từ 10 giây đến 1 phút. Khi thời gian chuyển mẫu quá dài, phương pháp giả lặp vòng

(PCNAA) thường được áp dụng [23, 25, 41]. Đối với một vài hệ chuyển mẫu nhanh,

các thao tác được điều khiển tự động bằng các khối lập trình điện tử và máy tính, thời

gian chuyển mẫu chỉ khoảng vài giây hoặc ít hơn [35].

Spyrou and Kerr [13] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian chuyển mẫu (td

và tw) lên tín hiệu Np và tỉ số tín hiệu trên nhiễu Np/ √ B. Họ đã tìm thấy điểm giao

nhau giữa kích hoạt lặp vòng và kích hoạt truyền thống khi thời gian chuyển mẫu quá

dài so với thời gian sống của hạt nhân quan tâm. Điều này có nghĩa rằng CNAA sẽ

hấp dẫn hơn phương pháp truyền thống khi thời gian chuyển mẫu của hệ chuyển mẫu

rất ngắn, bởi thời gian chuyển mẫu là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến giới

hạn phát hiện.

Trong điều kiện thực tế, nhiều hạt nhân sống dài hiện diện trong nền phông của

mẫu sẽ đóng góp vào phông dưới đỉnh của hạt nhân quan tâm sau khi kích hoạt. Để

tính toán sự đóng góp này và tối ưu các thông số thời gian cho kích hoạt lặp vòng,

nhiều chương trình máy tính đã được phát triển. Chương trình của Tout và Chatt [42]

sử dụng các số liệu đầu vào như tổng thời gian thí nghiệm, thời gian chuyển mẫu (td

và tw), khối lượng mẫu và số liệu hạt nhân liên quan đến các nguyên tố nền đóng góp

vào hoạt độ phông và T1/2 của hạt nhân quan tâm. Tỉ số Np/ √ B đã được tính toán

đối với những nguyên tố nền riêng lẻ và phông tổng. Thời gian đo, thời gian chiếu và

một số vòng lặp tối ưu có thể được tính toán ứng với giá trị cực đại của Np/ √ B . Kết

quả chỉ ra rằng cùng một bộ giá trị ti và tc giống nhau có thể cho ra kết quả gần với

giá trị cực đại Np/ √ B đối với nhiều hạt nhân với thời gian sống khác nhau. Ví dụ

tổng thời gian thí nghiệm là 5 phút, ti = tc = 6-7 s sẽ cho giá trị cực đại Np/ √ B đối

với các hạt nhân có thời gian sống từ 3 – 22 s. Điều này có nghĩa rằng nhiều hạt nhân

sống ngắn có thể đạt được giới hạn phát hiện tốt nhất bằng cách chỉ sử dụng cùng một

bộ thông số thời gian.

Trong chương trình của Spyrou và Al-Mugrabi [43] đã bổ sung thêm số liệu đầu

vào của các đỉnh năng lượng từ các hạt nhân của các nguyên tố nền, nền Compton,

các đỉnh thoát đơn, thoát đôi và bức xạ hãm. Cùng với một số thông tin sử dụng trong

chương trình của Tout và Chatt như thông lượng neutron, khối lượng mẫu, số liệu hạt

nhân của nguyên tố quan tâm, thông số của đầu dò, không chỉ điều kiện kích hoạt tối

ưu được tạo ra bên cạnh đó phổ mô phỏng, giới hạn phát hiện và độ chính xác đối với

các nguyên tố quan tâm cũng được tính toán.

Hình 2.2 cho thấy sự thay đổi của tỉ số tín hiệu trên nhiễu theo số vòng lặp đối

với một chu kỳ vòng lặp cố định (T = 2T1/2). Tỉ số tín hiệu trên nhiễu tăng đáng kể

khi tăng số vòng lặp. Hình 2.3 cho thấy sự thay đổi của giới hạn phát hiện theo số

vòng lặp trong phương pháp CNAA đối với Se trong mẫu tóc người với chu kỳ T =

ti + td + tc + tw = 30 + 3 + 30 + 3 = 66 giây. Có thể thấy rằng CNAA cải thiện đáng kể

giới hạn phát hiện theo số vòng lặp.

Hình 2.2: Sự thay đổi của tỉ số tín hiệu trên nhiễu theo thời gian thí nghiệm tổng

(nT) trong trường hợp T = 2T1/2, ti = tc = T1/2, td = tw = 0 [6]

Hình 2.3: Giới hạn phát hiện của CNAA đối với Se trong mẫu tóc [6]

2.3. Phương pháp CNAA theo chuẩn hóa k0

2.3.1. Phương trình cơ bản k0-CNAA

Áp dụng phương trình (2.13) cho một lá dò (kí hiệu: m) được kích hoạt trong lò

phản ứng [36], ta có:

. . ) . ( (2.20) ρm = ( Np/tc S. D. C. W M NAθγ 1 εp,m ) m 1 [Gth,mφthσ0,m + Ge,mφeI0,m(α)]

Với RAsp R là tốc độ đếm riêng (phân rã/ giây/ gam)

R Lập tỉ số (2.13)/ (2.20), với wm = ρm. Wm ta được:

Asp = Np/tc S. D. C. w

( ) ρ = . . . (2.21) Np/tc S. D. C. W Asp,m Mθmγm Mmθγ εp,m εp Gth,mφth,mσ0,m + Ge,mφe,mI0,m(α) Gthφthσ0 + GeφeI0(α)

I0(α) σ0

, ta được: Thay Q0(α) =

( ) . . (2.22) ρ = . εp,m εp Np/tc S. D. C. W Asp,m Gth,mφth,mσ0,m + Ge,mφe,mQ0,m(α)σ0,m Gthφthσ0 + GeφeQ0(α)σ0

Nhân

) ta được:

φe φe

(với f =

) . ρ = . . (2.23) Mθmγm Mmθγ φth φe Np/tm ( S. D. C. W Asp,m Mθmγmσ0,m Mmθγσ0 Gth,mf + Ge,mQ0,m(α) Gthf + GeQ0(α) εp,m εp

Trong phương pháp k-zero, các số liệu hạt nhân từ các tài liệu tra cứu được thay

bằng một tổ hợp các hằng số hạt nhân được xác định một cách chính xác bằng thực

nghiệm, được gọi là hệ số k0.

(2.24) k0,m(a) = Mmθaγaσ0,a Maθmγmσ0,m

k0,m(a) là hệ số của nguyên tố phân tích “a” so với lá dò “m”.

Thay hệ số k0,m(a) vào (2.23) ta thu được phương trình cơ bản của phương pháp k-

zero, tức là công thức để tính hàm lượng của một nguyên tố trong mẫu bằng k0-NAA:

( )

. . . (2.25) ρ = 1 k0,m(a) Gth,mf + Ge,mQ0,m(α) Gth,af + Ge,aQ0,a(α) εp,m εp,a Np/tc S. D. C. W Asp,m

Trong đó:

+ (1eV)α Q0(α) = Q0 − 0,429 Ē r α

I0 σ0

; Với Q0 = ; Q0(α) = 0,429 α (2α + 1) ECd I0(α) σ0

Trong đó: ECd là năng lượng cắt cadmium bằng 0,55 eV; Ē r là năng lượng cộng hưởng hiệu dụng (eV); α là hệ số biểu diễn độ lệch phân bố phổ neutron trên nhiệt khỏi quy

luật 1/E, gần đúng ở dạng 1/E1+α.

Thay Np = Npc/Fc vào phương trình cơ bản của phương pháp k-zero ta có

phương trình tính hàm lượng của một nguyên tố trong mẫu bằng phương pháp k0-

CNAA:

) a ρ = . . . (2.26) Npc/tc ( S. D. C. W. Fc Asp,m 1 k0,m(a) Gth,mf + Ge,mQ0,m(α) Gth,af + Ge,aQ0,a(α) εp,m εp,a

2.3.2. Hiệu chính sự thay đổi thông lượng neutron trong k0-CNAA

Đối với kích hoạt lặp vòng sử dụng neutron từ lò phản ứng nghiên cứu, thông

lượng neutron tại vị trí kích hoạt mẫu có thể thay đổi theo từng vòng lặp (thay đổi

theo thời gian và theo vị trí trong ống chiếu mẫu). Vì vậy phương trình k0-CNAA

cần xem xét đến hệ số hiệu chính sự biến thiên thông lượng neutron [7, 44].

Lần đo thứ nhất ở vòng lặp đầu tiên (N = 1), số đếm đỉnh của tia gamma quan

tâm trong phổ đo phụ thuộc vào thông lượng neutron (φ1) như sau:

Np1 = Np = (1 − e−λti)(e−λtd)(1 − e−λtc) = k. φ1 (2.27) γεφσN0 λ

Số đếm đỉnh ở lần đo thứ hai (N = 2)

Np2 = k. φ1. e−λT + k. φ2 (2.28)

Số đếm đỉnh ở lần đo thứ 3:

Np3 = Np2e−λT + kφ3 = kφ3 + k. φ2e−λT + k. φ1e−2λT (2.29)

Số đếm đỉnh ở lần đo thứ 4:

Np4 = Np3e−λT + kφ4 = kφ4 + kφ3e−λT + k. φ2e−2λT + k. φ1e−3λT (2.30)

Số đếm đỉnh ở lần đo thứ nth:

Npn = kφn + k. φn−1e−λT + k. φn−2e−2λT. . . +k. φ1e−(n−1)λT (2.31) Số đếm tích luỹ của N vòng lặp (tổng số đếm của N vòng lặp):

n i=1

(2.32) Npc = ∑ Npn =

φn−2 φn

1 + (1 + e−λT) + (1 + e−λT + e−2λT) + (1 + e−λT + e−2λT + e−3λT)

φn−1 φn +. . . +

φn−3 φn (1 + e−λT + e−2λT + e−3λT+. . . +e−(n−1)λT)

φ1 φn

] kφn [

Với

1 + e−λT + e−2λT + e−3λT+. . . +e−(n−1)λT =

n Npc = kφn ∑ n′=1

+ + +. . . + ] (2.33) 1 − e−n′λT 1 − e−λT [ φn−1 φn φn−2 φn φn−3 φn 1 − e−nλT 1 − e−λT φ1 φn

n Npc = kφn ∑ n′=1

(2.34) = kφnFI 1 − e−n′λT 1 − e−λT . φn+1−n′ φn

1 − e−n′λT 1 − e−λT .

φn+1−n′ φn

n Với FI = ∑ n′=1

Đây là phương trình tính hàm lượng của một nguyên tố trong mẫu bằng phương

pháp k0-CNAA sau khi đã hiệu chính sự biến thiên thông lượng giữa các vòng lặp.

2.3.3. Ước lượng độ không đảm bảo đo của phương pháp

Độ không đảm bảo đo của một đại lượng nào đó sẽ chịu ảnh hưởng của tất cả

các biến sai số thành phần. Ví dụ X(x1, … xn) là hàm của nhiều thông số x1, x2, …

xn. Thế thì độ chính xác của X, (X) được tính theo công thức truyền sai số:

i=1

) (2.35) (X, x1, … xn) = √∑ ( ((xi)) ∂X ∂xi

Công thức truyền sai số của một vài hàm phổ biến được tóm tắt trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1: Truyền sai số của một số hàm phổ biến

Độ lệch chuẩn σ2(X) = σ2(x1) + σ2(x2) TT Hàm 1 2 X = + X = x1 ± x2 x1x2 x3 σ2(X) X2 = σ2(x1) 2 x1 σ2(x2) 2 + x2 σ2(x3) 2 x3

3 4 X = ax + b X = eax

5 X = xr

6 X = ln cx σ2(X) =

7 X = ln(x1 + x2) σ2(X) = σ2(X) = a2σ2(x) σ2(X) X2 = a2σ2(x) X2 = r2 σ2(x) σ2(X) x2 σ2(x) x2 σ2(x1) + σ2(x2) (x1 + x2 )2 8 X = ln σ2(X) = + x1 x2 σ2(x1) 2 x1 σ2(x2) 2 x2

Việc đánh giá độ chính xác của phương pháp CNAA dựa trên những đánh giá

về sai số của các thông số được tạo bởi nhiều bước trong qui trình như chuẩn bị mẫu,

chiếu và đo mẫu, xử lý số liệu và các sai số của các thông số hạt nhân liên quan [1,

45]. Độ chính xác của hàm lượng trong phương pháp k0-CNAA phụ thuộc vào các

thông số trong phương trình tính hàm lượng.

Bên cạnh đó, phương trình tính toán hàm lượng của một nguyên tố bằng phương

pháp k0-CNAA được trình bày dưới dạng ngắn gọn:

] Aa/k0,a/εp,a/ [1 + ρ = (2.36)

] Am/k0,m/εp,m/ [1 + Q0,a(α) f Q0,m(α) f

Độ không đảm bảo đo được ước tính như sau:

2 ) a

2 ) m

) ) ) ) + ( + ( + ( + 2 ( + 2 ( (2.37) σρ = ρ√( σA A σA A σε ε σf f σk0 k0 σk0 k0

Tóm lại, độ không đảm bảo của phép đo hàm lượng nguyên tố trong mẫu phân

tích phụ thuộc chính vào: Sai số tính hoạt độ riêng của nguyên tố quan tâm, sai số

hoạt độ riêng của lá dò thông lượng, sai số của hệ số k0 của nguyên tố quan tâm và

sai số của hệ số k0 của lá dò thông lượng, sai số của hiệu suất ghi của đầu dò và sai

số của tỉ số thông lượng neutron nhiệt trên thông lượng neutron trên nhiệt.

2.3.4. Giới hạn phát hiện

Giới hạn phát hiện của phương pháp NAA đối với một nguyên tố trong một đối

tượng mẫu cụ thể được định nghĩa như là khối lượng nhỏ nhất của nguyên tố trong

đối tượng mẫu đó mà thiết bị NAA có thể xác định được. Giới hạn phát hiện được

xác định theo công thức sau [3]:

(2.38) MD = LOD K

Trong đó: LOD = 2,71 + 3,29√B với độ tin cậy 95% [46], với B là số đếm phông

dưới đỉnh năng lượng quan tâm. K là hệ số độ nhạy liên quan đến sự ghi nhận của

đầu dò đối với một lượng nguyên tố hiện diện trong mẫu hay còn gọi là tỉ số giữa số

đếm mà đầu dò ghi nhận được (diện tích đỉnh) và khối lượng nguyên tố hiện diện

trong mẫu (số đếm/ gam). Trong phương pháp NAA, K phụ thuộc vào điều kiện chiếu

và đo mẫu như: thông lượng neutron, tiết diện bắt neutron, hiệu suất ghi của đầu dò,

xác suất phát gamma, các thông số thời gian sử dụng trong thực nghiệm … Về mặt

lý thuyết, ước lượng hệ số độ nhạy K thông qua biểu thức sau [47, 48]:

K = . τ. γ. ε (2.39) φ. σ. N0 λ 1 w

Trong đó: φ là thông lượng neutron, σ là tiết diện bắt neutron, N0 là số hạt nhân

bia trong mẫu,  là hằng số phân rã,  là hàm thời gian phụ thuộc vào thời gian chiếu,

rã và đo,  xác suất phát gamma,  là hiệu suất ghi của đầu dò và mele là khối lượng

của nguyên tố quan tâm.

Về mặt thực nghiệm, hệ số độ nhạy K được thể hiện qua tỉ số giữa số đếm của

đỉnh năng lượng quan tâm (Np) và khối lượng của nguyên tố quan tâm (w) trong mẫu:

K = (2.40) NP w

Từ đó, giới hạn phát hiện của một nguyên tố trong một đối tượng mẫu là:

(2.41) MD = 2,71 + 3,29√B NP/w

Với B là số đếm phông dưới đỉnh năng lượng quan tâm, NP là diện tích đỉnh năng

lượng của hạt nhân quan tâm, w là khối lượng nguyên tố quan tâm hiện diện trong

mẫu.

Đối với các phép đo mẫu có hoạt độ cao như NAA, công thức tính LD được rút

gọn như sau:

LOD = (2.42) 3w√B NP

Đối với kích hoạt lặp vòng với n vòng lặp, giới hạn phát hiện được xác định bởi:

LOD = (2.43) 3w√𝐵𝐶 NPC

Với NPC là số đếm tích lũy của đỉnh năng lượng quan tâm, BC là số đếm tích lũy của

phông dưới đỉnh năng lượng quan tâm.

2.4. Thời gian chết và chồng chập xung

2.4.1. Thời gian chết

Tốc độ đếm cao của các hạt nhân sống ngắn tạo ra thời gian chết đáng kể và

biến đổi nhanh. Các xung đến bộ phân tích đa kênh (MCA) trong khi nó đang bận xử

lý xung khác là sẽ bị mất. Nếu chỉ có các hạt nhân sống dài được đo thì MCA hiệu

chỉnh phép đo bằng cách kéo dài thời gian đếm bằng với khoảng thời gian mà thiết

bị bận không ghi nhận được tín hiệu. Sự hiệu chỉnh này không thể đúng cho các hạt

nhân sống ngắn bởi vì số đếm được đo trong khoảng thời gian kéo dài thêm thì không

đáng kể, vì thế số đếm bị mất sẽ không được bổ sung [3, 49, 50].

Phương trình cơ bản cho việc hiệu chính thời gian chết được cho bởi Schonfeld [50]:

Tc 0

Np = ∫ A0e−λt[1 − DT(t)]dt (2.44)

Trong đó Np là số đếm thực của đỉnh năng lượng quan tâm, A0 là tốc độ đếm

thực ban đầu của đỉnh phổ và DT(t) là thời gian chết tại thời điểm t.

Để thực hiện sự hiệu chính này thì số liệu về thời gian chết thay đổi theo từng

khoảng thời gian đếm phải được biết. Từ dữ liệu thực nghiệm, Egan [47] đã tìm được

hàm DT(t) là một hàm mũ của t, và nó được thể hiện bằng phương trình:

DT(t) = B + Ce−kt (2.45)

Trong đó B, C, k là các hằng số được xác định bằng số liệu thực nghiệm. Vì thế, hệ

số hiệu chính thời gian chết (f) trong khoảng thời gian đo có thể tính bằng phương

trình:

tc ∫ A0e−λt 0 tc ∫ A0e−λT(1 − B − Ce−kt)dt 0

dt f = (2.46)

CNAA thường được sử dụng cho việc xác định các hạt nhân sống ngắn trong

nền phông của các sản phẩm kích hoạt có thời gian sống dài. Hoạt độ của mẫu không

chỉ thay đổi đáng kể trong suốt khoảng thời gian đếm do sự phân rã của các hạt nhân

sống ngắn, bên cạnh đó hoạt độ còn tăng từ vòng lặp này đến vòng lặp khác bởi hoạt

độ phông nền gây ra do sự tích lũy của các sản phẩm sống dài hơn. Do đó, thời gian

chết thay đổi một cách nhanh chóng diễn ra trong suốt quá trình đếm.

Đối với kích hoạt lặp vòng với n vòng lặp, hệ số hiệu chính (Fn) được tính bằng:

n n=1

tc ∫ A0e−λt 0 tc ∫ A0e−λT(1 − B − Ce−kt)n dt 0

∑ dt (2.47) Fn = ∑

DT(t) không chỉ thay đổi theo thời gian t trong khoảng thời gian đo mà còn khác

nhau từ vòng lặp này tới vòng lặp khác.

Hệ số hiệu chính thời gian chết f , xấp xỉ bằng tỉ số “Clock-Time” và “Live-

Time” trong mỗi thời gian đo. Vì thế, nó thường được sử dụng để hiệu chính thời

gian chết sau mỗi vòng lặp. Trong trường hợp này cần phải lưu phổ gamma của mỗi

vòng lặp và hiệu chính số đếm của hạt nhân quan tâm theo thời gian chết trước khi

tổng các phổ riêng lẻ.

2.4.2. Chồng chập xung

Khi thời gian chết tăng cao, mất số đếm do chồng chập xung (hay gọi là

summing effect or coincidence loss) sẽ trở nên nghiêm trọng. Điều này có thể khắc

phục bởi đặt một máy phát xung với tần số cố định vào trong hệ thống. Hệ số hiệu

chính chồng chập xung được định nghĩa [3]:

𝐹𝑝 = diện tích đỉnh tại thời gian chết gần bằng không diện tích đỉnh tại thời gian chết của mẫu

Tuy nhiên, hiệu chính chồng chập xung không giống như hiệu chính thời gian

chết, nó được thực hiện trên phổ tổng của các vòng lặp. Wyttenbach [51] đã đề xuất

một cách khác để hiệu chính mất số đếm do chồng chập xung bởi sử dụng “Clock-

Time” TR và “Live-Time” TL của phép đo:

= 1 − 2 − 1) (2.48) ( Fp = τ υ P P0 TR TL

Trong đó P0 là tốc độ đếm đỉnh thực mà số đếm không bị mất do chồng chập

xung, P tốc độ đếm của đỉnh gồm có chồng chập xung, 𝜐 là một hằng số của hệ phổ

kế, 𝜏 𝜐⁄ có thể đo bởi P/P0 theo TR/TL và sau đó có thể sử dụng để hiệu chính các phổ

khác. Một điều nên chú ý là 𝜏 phụ thuộc vào năng lượng của tia gamma được đo [51].

Ngoài ra, sử dụng hệ “Loss-Free-Counting” với chức năng loại bỏ chồng chập xung

sẽ tránh được vấn đề này [52].

2.4.3. Phương pháp đề xuất cho hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết

Sự phụ thuộc tốc độ đếm vào thời gian chết của đầu dò GMX-4076 đã được

khảo sát và trình bày trong hình 2.4. Số liệu chỉ ra rằng khi đo mẫu ở thời gian chết

nhỏ hơn 10% thì tốc độ đếm đỉnh gần như không thay đổi nhiều, nghĩa là số đếm

không bị mất đáng kể khi đo ở thời gian chết thấp. Tuy nhiên, khi đo ở thời gian chết

lớn hơn 10%, tốc độ đếm của đỉnh giảm tuyến tính theo thời gian chết tăng. Phần số

đếm bị mất được biểu thị bằng [a × (DT – DT0)] là tích giữa hệ số đặc trưng (a) của

đầu dò và thời gian chết cao gây ra hiệu ứng mất số đếm (DT − DT0). Từ nhận xét

này ta có:

ADT = A0 × [1 − a × (DT − DT0)] (2.49)

Từ đây, hệ số hiệu chính được xác định bởi hệ số FP:

= (2.50) FP = A0 ADT 1 [1 − a × (DT − DT0)]

Trong đó, A0 là hoạt độ thực; ADT là hoạt độ ghi nhận được ứng với thời gian

chết; tích [a × (DT – DT0)] biểu thị phần số đếm bị mất trong đầu dò. Với hệ số a là

giá trị đặc trưng của đầu dò, biểu thị cho sự phụ thuộc của phần số đếm bị mất theo

thời gian chết. DT là thời gian chết ứng với từng phổ đo mẫu, DT0 là giá trị thời gian

chết tối đa của hệ đo khi không cần hiệu chính hiệu ứng chồng chập sự kiện trong

đầu dò (thông thường có giá trị khoảng 10%). Giá trị DT0 được xác định từ giao điểm

của đường làm khớp bậc nhất của các tốc độ đếm khi thời gian chết cao (>10%) với

đường thẳng biểu thị giá trị trung bình của tốc độ đếm ở thời gian chết thấp. Giá trị a

được tính từ độ dốc của đường làm khớp bậc nhất của tốc độ đếm khi thời gian chết

cao.

Hình 2.4: Sự phụ thuộc của tốc độ đếm đỉnh vào thời gian chết của phổ.

2.5. Hiệu chuẩn hiệu suất và xác định thông số phổ neutron

Để áp dụng phương pháp k0-CNAA, hai công việc chính cần phải thực hiện là

tham số hóa các thông số phổ neutron của kênh chiếu mẫu và hiệu chuẩn hệ phổ kế

gamma. Vì vậy, trong phần này, tác giả sẽ trình bày phương pháp xác định các thông

số phổ neutron tại các vị trí kích hoạt mẫu ở kênh chiếu trong vùng hoạt (Kênh 13-2)

và tại Cột nhiệt của LPƯĐL và hiệu chuẩn hiệu suất ghi tuyệt đối của đầu dò ứng với

cấu hình đo mẫu.

2.5.1. Thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu

Các thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu như thông lượng neutron nhiệt

(φth), thông lượng neutron nhanh (φf), Rhệ số biểu diễn độ lệch phân bố phổ neutron trên nhiệt khỏi quy luật 1/E R (α), tỉ số thông lượng neutron nhiệt trên neutron trên

nhiệt (f) và nhiệt độ neutron (Tn) là các thông tin đặc trưng tại vị trí kích hoạt mẫu.

Để áp dụng phương pháp k-zero sử dụng hệ lặp vòng tại Kênh 13-2 và Cột nhiệt thì

việc xác định các thông số phổ neutron tại hai vị trí kích hoạt mẫu này là rất cần thiết.

Các thông số phổ trong nghiên cứu này được xác định bằng phương pháp ba lá dò

chiếu trần (không bọc Cadmi).

Để xác định các thông số phổ tại vị trí kích hoạt mẫu, các lá dò Al-0,1%Au, Al-

0,1%Lu, 99,8%Zr và 99,98%Ni được kích hoạt tại các vị trí nêu trên. Các phản ứng

hạt nhân xảy ra trong quá trình kích hoạt và các tia gamma phát ra từ các hạt nhân tạo

thành được dùng trong tính toán được trình bày trong Bảng 2.2.

TT 1

Năng lượng tia gamma (keV) 411,8

724,2 và 756,8

743,3

208,4

810,8

Phản ứng hạt nhân 𝐴197 𝑢(𝑛, 𝛾) 𝐴198 𝑢 𝑍94 𝑟(𝑛, 𝛾) 𝑍95 𝑟 𝑍96 𝑟(𝑛, 𝛾) 𝑍97 𝑟 𝐿176 𝑢(𝑛, 𝛾) 𝐿177 𝑢 𝑁58 𝑖(𝑛, 𝑝) 𝐶58 𝑜

Bảng 2.2: Các phản ứng và các tia gamma dùng để tính toán các thông số phổ

Tính toán hệ số α dựa vào phản ứng 1, 2 và 3 sử dụng phương trình [53]:

−1

= 0 (2.51) (a − b)Q0,1(α). − a. Q0,2(α). + b. Q0,3(α). Ge,1 Gth,1 Ge,2 Gth,2 Ge,3 Gth,3

Asp,2 Asp,1

k0,1 k0,2

εp,1 εp,2

Asp,3 Asp,1

k0,1 k0,3

εp,1 εp,3

] ] . Với a = [1 − . . ; b = [1 − . .

Lá dò Zr ở phản ứng 2 và 3 được dùng để tính 𝑓 theo phương trình [53]:

. Ge,2 Q0,2(α) − Ge,3 . Q0,3(α) k0,2 k0,3 εp,2 εp,3 f = (2.52)

. Gth,3 − Gth,2 Asp,2 Asp,3 εp,2 εp,3 k0,2 k0,3 Asp,2 Asp,3

Xác định tỉ số thông lượng neutron nhiệt trên thông lượng neutron nhanh dựa

vào lá dò Ni sử dụng phản ứng 5 và phản ứng 2 (hoặc 3), theo phương trình [53]:

235

PU, phụ thuộc vào

( ) 5 . . . (2.53) fF = Asp,2 Asp,5 f f + Q0(α) εp,5 εp,2 ( θ. γ. σr M θ. γ. σ M ) 2

σr là tiết diện hiệu dụng của lá dò đối với phổ neutron phân hạch P

vị trí trong lò phản ứng.

Tính toán thông lượng neutron nhiệt dựa vào phản ứng 1 sử dụng công thức sau:

. f Asp,1. (

(2.54) φth = M ) NA. σ0. θ. γ 1 [f + Q0,1(α)]. εp,1

Thông lượng neutron nhanh được tính dựa vào mối liên hệ với φth, fF như sau:

φfast = φth/fF

2.5.2. Hiệu chuẩn hiệu suất cho k0-CNAA

Trong việc hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma dùng cho phương pháp NAA đặc biệt

là phương pháp k0, quan trọng nhất là xác định chính xác hiệu suất ghi tuyệt đối của

đầu dò ứng với cấu hình đo mẫu. Hiệu suất ghi tuyệt đối có thể được định nghĩa như

là xác suất của một tia gamma phát ra từ nguồn để lại toàn bộ năng lượng của nó

trong thể tích vùng hoạt của đầu dò [54]. Hiệu suất đầu dò phụ thuộc vào các yếu tố

chính như sau:

- Kích thước và hình học của vật liệu phóng xạ (nguồn, mẫu đo);

- Cách bố trí hình học đo;

- Sự suy giảm bức xạ trước khi tia gamma đó đến được đầu dò (bởi không khí,

chất liệu bao quanh phần nhạy của đầu dò, bản thân vật liệu phóng xạ bao gồm

nền phông và mật độ).

Hiệu suất ghi tuyệt đối của đầu dò đối với nguồn dạng điểm được xác định

thông qua việc đo thực nghiệm bộ nguồn chuẩn giả điểm. Hiệu suất ghi tuyệt đối

được tính bằng công thức sau [55]:

ε = (2.55) N/tc A. Iγ. C

Trong đó:

N là diện tích đỉnh của tia gamma quan tâm;

tc là khoảng thời gian đo nguồn chuẩn; A là hoạt độ của nguồn tại thời điểm bắt đầu đo, A = A0. exp(−λ. td);

td là thời gian rã, bằng thời điểm bắt đầu đo trừ thời điểm sản xuất nguồn chuẩn; C là hệ số hiệu chính sự phân rã trong quá trình đo mẫu, C = [1 − exp(−λ. tc)]/λ. tc;

Iγ là xác suất phát của tia gamma quan tâm.

Áp dụng cách tính truyền sai số ta có công thức tính sai số của hiệu suất:

2 σN N2 +

2 σA A2 (2.56)

2 σIγ 2 + Iγ

σε = ε. √

Bằng phép tính toán, hiệu suất của mẫu có hình học không phải là nguồn điểm

có thể xác định được thông qua hiệu suất của nguồn điểm xác định bằng thực nghiệm.

Việc xác định hiệu suất bằng phương pháp bán thực nghiệm đối với mẫu dạng hình

trụ có thể làm theo các bước sau:

1) Xác định thực nghiệm hiệu suất ghi tuyệt đối của đầu dò (εp,ref) theo năng

152

lượng đối với nguồn điểm đặt tại khoảng cách “tham khảo”, thông thường là cách xa

PEu,

133

PBa và P

PCo.

đầu dò để tránh hiệu ứng trùng phùng tổng khi sử dụng các nguồn đa năng như P

2) Tính toán góc khối đối với cấu hình thí nghiệm xác định hiệu suất nguồn

điểm tại vị trí tham khảo (Ωref) và góc khối đối với cấu hình thí nghiệm với mẫu dạng

hình trụ, (Ωx).

Đối với nguồn điểm đặt tại vị trí tham khảo (nằm trên trục đi qua tâm của đầu

dò), thì góc khối giữa đầu dò và nguồn điểm được tính theo công thức [55]:

α Ωref = ∫ 2π sin θ dθ

d = 2π (1 − ) (2.57) √d2 + RD

Với d là khoảng cách từ nguồn tới mặt đầu dò, R BDB là bán kính của đầu dò.

Đối với nguồn thể tích (bán kính Rs và chiều cao Hs đặt tại vị trí Zs), góc khối

ZS+HS

R. dR

Ωx =

[R2 − 2. R. r. cos ϕ + r2 + h2]3/2 (2.58)

h. dh ∫ r. dr ∫ dϕ ∫ 0

4 2. HS RS

∫ ZS

được tính theo [55]:

3) Cuối cùng, hiệu suất đỉnh đối với nguồn có dạng hình trụ được tính toán

theo:

) (2.59) εP,x = εp,ref ( Ωx Ωref

2.6. Nhận xét chung Chương 2

Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật phân tích kích hoạt neutron (NAA) được tóm lược

với phương trình tính toán hàm lượng của một nguyên tố trong kỹ thuật NAA được

trình bày. Trên cơ sở đó, phương pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng (CNAA)

được giới thiệu chi tiết hơn để từ đó xây dựng phương trình tính toán hàm lượng của

một nguyên tố trong phương pháp CNAA. Đặc biệt, phương pháp CNAA theo chuẩn

hóa k0, là đối tượng nghiên cứu chính của luận án, được trình bày chi tiết. Qua đó,

phương trình cơ bản cho phương pháp CNAA dựa vào chuẩn hóa k0 (k0-CNAA) đã

được xây dựng để tính toán hàm lượng nguyên tố, ước tính độ không đảm bảo đo và

giới hạn phát hiện. Bên cạnh đó, dựa vào việc khảo sát thực nghiệm, công thức hiệu

chính mất số đếm khi đo mẫu ở thời gian chết cao trong CNAA đã được xây dựng.

Đồng thời, việc hiệu chuẩn hiệu suất của hệ đo và thông số phổ neutron cho k0-

CNAA cũng được trình bày trong Chương này.

Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH

KÍCH HOẠT NEUTRON LẶP VÒNG TRÊN LPƯĐL

Tất cả các thí nghiệm trong luận án này đều được thực hiện trên hệ kích hoạt

lặp vòng. Hệ này đã được nhóm tác giả nâng cấp vào năm 2016 từ hệ chiếu đơn được

lắp đặt tại LPƯĐL vào năm 2013. Vì vậy, nguyên lý hoạt động của hệ cũng như các

thí nghiệm hiệu chuẩn hệ phổ kế, hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết và thí

nghiệm xác định các thông số phổ neutron tại các kênh chiếu được trình bày. Cũng

trong thời gian này, phần mềm k0-IAEA được nâng cấp cho k0-CNAA. Vì vậy, trong

nghiên cứu này, các thực nghiệm kiểm chứng hệ kích hoạt lặp vòng, phương pháp

k0-CNAA sử dụng phần mềm k0-IAEA được thực hiện và trình bày trong Chương

này.

3.1. Hệ kích hoạt lặp vòng

3.1.1. Cấu tạo của hệ kích hoạt lặp vòng

Cấu tạo của hệ kích hoạt lặp vòng bao gồm 5 phần chính như được minh họa

trong Hình 3.1. Phần thứ nhất gồm hai ống chiếu được lắp đặt vào ô 13-2 trong vùng

hoạt (gọi là Kênh 13-2) và trong Cột nhiệt của LPƯ. Tại vị trí chiếu mẫu tại Kênh

13-2, thông lượng neutron nhiệt khoảng 4,2  1012 n.cm-2.s-1 cùng với thành phần

neutron nhanh và neutron trên nhiệt. Tại vị trí chiếu mẫu trong Cột nhiệt, thông lượng

neutron được xem là thuần nhiệt khoảng 1,2  1011 n.cm-2.s-1.

Phần thứ hai là hệ phổ kế gamma với đầu dò HPGe hiệu suất 40% với bộ tiền

khuếch đại xóa bằng transistor phù hợp cho việc đo ở tốc độ đếm cao và khối điện tử

xử lý tín hiệu kỹ thuật số (DSPEC Pro) với nhiều chức năng tối ưu hóa tín hiệu lối ra

từ đầu dò. Vị trí đo mẫu được bao bọc bằng buồng chì dày 5 cm. Khoảng cách từ mẫu

tới đầu dò có thể thay đổi từ 3 cm đến 20 cm.

Phần thứ 3 gồm các khối chuyển mẫu và các buồng lưu mẫu làm cho dễ dàng

thực hiện qui trình chiếu và đo tự động hoàn toàn. Buồng nạp mẫu tự động (SE-1) có

thể nạp cùng lúc 25 mẫu: sau khi mẫu này đo xong, mẫu tiếp theo sẽ được đưa vào

khối nạp mẫu và được đẩy tới vị trí chiếu. Thời gian chiếu, rã và đo có thể đặt trong

khoảng từ 1 s đến 9999 s.

Hình 3.1: Sơ đồ minh họa hệ kích hoạt lặp vòng

Phần thứ 4 gồm các khối xử lý khí thải và buồng cung cấp khí nén. Áp suất vận

hành của hệ theo khuyến cáo của nhà sản xuất là 3,1 bar. Khí vận chuyển sử dụng để

đẩy mẫu vào vị trí chiếu và đưa mẫu ra khỏi vị trí chiếu sẽ được dẫn trực tiếp tới bộ

lọc khí, sau đó được đưa vào hệ thống lọc chung của nhà lò.

Phần thứ 5 là gói phần mềm và bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable

Logic Controller) để vận hành hệ thống. Các khối chuyển mẫu và các bộ phận cung

cấp khí nén đều được điều khiển bởi PLC thông qua phần mềm NASC (Neutron

Activation Sample Changer). Ngoài ra, hệ chuyển mẫu còn có 4 bộ cảm biến quang

học được dùng để xác định chính xác thời gian di chuyển của mẫu.

Hình 3.2: Hình học và kích thước của ống chiếu và lọ đựng mẫu

Ống chiếu mang mẫu và lọ đựng mẫu sử dụng trong hệ chuyển mẫu khí nén được

làm bằng vật liệu HDPE sạch nên hoạt độ phóng xạ tạo thành trong khi chiếu là không

đáng kể và cũng không gây ảnh hưởng nhiều trong phép đo phổ. Việc kiểm tra số đếm

phông đã được thực hiện đối với ống chiếu mang mẫu trong trường hợp có và không

có lọ đựng mẫu ứng với phép chiếu 30 s tại vị trí chiếu mẫu ở Kênh 13-2 và 60 s tại

vị trí chiếu mẫu ở trong Cột nhiệt. Kết quả cho thấy rằng hầu như không có sự hiện

diện đáng kể các hạt nhân gây nhiễu gây ra từ vật liệu của ống chiếu mẫu và lọ đựng

mẫu khi bị kích hoạt. Tuy nhiên, trong quãng đường ống chiếu di chuyển trong đường

ống của Kênh 13-2, có mang theo một số ít bụi phóng xạ ra tới buồng đo với sự có

mặt của các đỉnh năng lượng của một số hạt nhân như 28Al, 27Mg, 56Mn, 24Na và 41Ar

trong phổ.

3.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ

Sơ đồ chi tiết về nguyên lý hoạt động của hệ kích hoạt lặp vòng được mô tả chi

tiết trong Hình 3.3. Mẫu được nạp vào hệ thông qua khối nạp mẫu (LS-1). Sau đó mẫu

được chuyển đến vị trí chiếu tại Cột nhiệt (TC) hoặc Kênh 13-2 (R) bằng lực đẩy của

khí nén từ van V11. Sau khi kết thúc chiếu, mẫu được lấy ra khỏi vị trí chiếu nhờ lực

đẩy khí nén từ van V12 hoặc V13. Mẫu đi qua khối RU và khối SU1 trước khi đi vào

buồng đo (CC). Sau khi kết thúc đo, mẫu được lấy ra qua đường dẫn D4. Để thực hiện

chiếu lặp vòng, mẫu được đưa trở lại khối nạp mẫu ban đầu LS-1 thông qua khối điều

hướng SU2.

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ CNAA

Chức năng của từng bộ phận được mô tả chi tiết như sau:

- Khối LS1 (Loading Station 1): Dùng để nạp mẫu vào hệ chuyển mẫu khí nén (PTS)

theo hai cách: Nạp mẫu bằng tay hoặc nạp mẫu tự động thông qua Khối SE-1 (Sample

changer 1).

- Khối D1 (Irradiation switch 1): Dẫn mẫu chưa chiếu đến D2 và dẫn mẫu đã chiếu tới

RU.

- Khối D2 (Irradiation switch 2): Dẫn mẫu cần chiếu từ D1 đến vị trí chiếu mong

muốn: Kênh 13-2 (R) hoặc Cột nhiệt (TC). Sau khi chiếu, D2 dẫn mẫu đã chiếu về lại

D1.

- Khối RU (Relief Unit): Dẫn mẫu đã chiếu từ D1 đến SU1. Tại RU, một phần khí vận

chuyển (khí đã bị kích hoạt) được dẫn tới bộ lọc.

- Khối SU1 (Separation Unit 1): Dẫn mẫu đã chiếu tới buồng đo (CC) hoặc đưa mẫu

khỏi hệ thống. Tại SU1, khí vận chuyển còn lại được dẫn tới bộ lọc.

- Khối D4 (Counting switch 4): Dẫn mẫu đã chiếu từ SU1 tới CC. Ngoài ra, D4 còn

có thể nhận mẫu đã chiếu từ LS-2 rồi chuyển vào CC. Sau khi mẫu được đo xong, D4

dẫn mẫu ra vị trí thải.

- Khối LS2 (Loading Station 2): Dùng để nạp mẫu đã chiếu vào buồng đo theo hai

cách: Nạp mẫu bằng tay và nạp mẫu tự động thông qua SE-2 (Sample changer 2).

- V11, V12, V13, V14, V15 và V16: Các van xả khí sạch để đẩy mẫu.

- V12R, V13R: Các van dẫn hướng khí vận chuyển tới bộ lọc.

- SU2 (Separation Unit 2): Nhận mẫu đã chiếu-đo để nạp mẫu trở lại LS1 hoặc đưa

mẫu ra khỏi hệ thống.

Các thông số kỹ thuật của hệ kích hoạt lặp vòng đã được khảo sát và trình bày

trong Bảng 3.1. Thời gian nghỉ giữa hai vòng lặp (tw - thời gian từ lúc kết thúc đo đến

lúc bắt đầu chiếu lại ở vòng lặp tiếp theo) là 10 ± 1,0 giây. Thời gian đẩy mẫu từ vị trí

chiếu đến vị trí đo (với thời gian rã tối thiểu - td) là 3,5 ± 0,5 giây. Thông tin chi tiết

về các thông số thời gian ứng với mỗi phép thí nghiệm đều được ghi lại chi tiết và lưu

vào máy tính.

Bảng 3.1: Các thông số đặc trưng của hệ kích hoạt lặp vòng

TT Thông số thời gian Thời gian (giây)

10 ± 1 1 Thời gian nghỉ giữa hai vòng lặp (tw)

3,2 ± 0,5 2 Thời gian đẩy mẫu từ vị trí chiếu đến vị trí đo (td)

Thời gian chiếu tối thiểu ở Kênh 13-2 2 3

Thời gian chiếu tối đa ở Kênh 13-2 600 4

Thời gian chiếu tối thiểu ở Cột nhiệt 5 5

Thời gian chiếu tối đa ở Cột nhiệt 3600 6

3.2. Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma

3.2.1. Hệ phổ kế gamma

Đầu dò đi kèm với thiết bị phân tích kích hoạt lặp vòng được ký hiệu là GMX40–

76, có hiệu suất danh định là 40% và độ phân giải năng lượng 2,0 keV tại đỉnh năng

PCo. Tỉ số đỉnh trên Compton là 59:1. Đầu dò được đặt

lượng 1332 keV của nguồn P

trong khung nhôm hình hộp với kích thước 74 x 62 x 58 cm. Các viên gạch chì có bề

dày trung bình 5 cm được lót vào các mặt trong khung nhôm nhằm giảm phông. Các

mặt trong lớp chì được lót thêm các lớp Cu và Plastic với bề dày mỗi lớp 2 mm nhằm

hạn chế các tia X phát ra từ chì do tương tác của tia gamma. Bên trong buồng chì có

một buồng đo dùng để nhận ống chiếu mẫu. Buồng đo có thể dịch chuyển theo khoảng

cách xa gần so với đầu dò. Khoảng cách từ mẫu tới đầu dò có thể thay đổi từ 3 cm

đến 20 cm.

Buồng đo có dạng ống trong suốt hình trụ chiều cao 110,0 ± 0,2 mm đường kính

ngoài 35,7 ± 0,2 mm, đường kính trong 16,2 ± 0,2 mm, khối lượng riêng của chì là

1,14 ± 0,06 g/cm3. Buồng đo có vai trò giữ ống chiếu mẫu trong quá trình đo.

Đầu dò đặt nằm ngang cùng với bình nitơ lỏng và buồng chì. Buồng chì có dạng

hình hộp chữ nhật có khe trống ở mặt trên để dẫn mẫu ra vào. Do hệ đo đặt trong

không gian nhà lò phản ứng và buồng chì không kín hoàn toàn nên không thích hợp

để thực hiện những phép đo cần thời gian đo dài, nhưng khi đo các hạt nhân sống

ngắn với tốc độ đếm cao và thời gian đo ngắn thì ảnh hưởng của phông là không đáng

kể.

DSPEC Pro là khối điện tử xử lý tín hiệu kỹ thuật số để thu nhận và xử lý tín

hiệu từ đầu dò. Trong đó tích hợp chức năng khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu thành

dạng số và sử dụng bộ tiền khuếch đại xóa bằng transitor phù hợp cho việc đo tốc độ

đếm cao và biến đổi nhanh.

DSPEC Buồng chì

Detector

Hình 3.4: Hệ phổ kế gamma sử dụng detector GMX-4076

Buồng chì

Sensor S4

Detector Buồng đo

Hình 3.5: Đầu dò GMX-4076 và buồng đo

Việc thu nhận phổ được thực hiện bằng chương trình Maestro, là chương trình

thu nhận phổ đi kèm với hệ đo. Chương trình này giống như phiên bản rút gọn của

chương trình Gamma vision nhưng chỉ có chức năng ghi nhận phổ mà không có chức

năng xử lý phổ. Hệ có thể ghi nhận theo 3 chế độ ghi nhận khác nhau: Phổ LTC (Live

Time Clock) là phổ đo bình thường tương tự với phổ đo của chương trình Genie 2000;

Phổ ZDT (Zero Dead Time) là phổ đo mà số đếm của từng kênh đã được hiệu chính

thời gian chết, tuy nhiên sai số của diện tích đỉnh không thể lấy trực tiếp từ phổ đo

này; và Phổ ERR (Error) là phổ đo thể hiện sai số của từng kênh tương ứng của phổ

ZDT, đồng thời phổ này cũng dùng để tính sai số diện tích đỉnh tương ứng của phổ

ZDT.

Hệ đo có ba chế độ đo: chế độ đo thường chỉ ghi nhận phổ LTC, chế độ NORM-

CORR ghi nhận đồng thời phổ LTC và ZDT, chế độ CORR-ERR ghi nhận đồng thời

phổ ZDT và phổ ERR. Chế độ đo thường không thích hợp khi đo các hạt nhân có thời

gian sống ngắn vì thời gian chết cao và giảm nhanh. Chế độ CORR-ERR thích hợp

hơn cho việc tính toán với sai số của phổ ZDT và thích hợp để xử lý tự động bằng

các chương trình xử lý phổ khác như k0-IAEA.

241

131

3.2.2. Hiệu chuẩn hiệu suất của đầu dò theo hình học mẫu đo

PAm, P

PBa,

152

137

PEu, P

PCs, P

PCo xuất xứ từ phòng thí nghiệm Isotope Products của Mỹ. Các nguồn

Nguồn chuẩn giả điểm sử dụng trong thí nghiệm này bao gồm: P

này có dạng hình trụ nhỏ với đường kính 5 mm, chiều cao 3,18 mm được tráng trên

đế Epoxy, bề mặt bao phủ bởi lớp Acrylic. Đường kính của lớp bao bọc bên ngoài là

25,4 mm, chiều cao 6,35 mm. Hình 3.6 mô tả hình học và kích thước của các nguồn

này.

Hình 3.6: Hình học và kích thước của nguồn chuẩn dạng điểm

Nguồn chuẩn giả điểm được đặt ngoài buồng đo khi ghi đo phổ. Khoảng cách

từ nguồn đến đầu dò được định vị bằng thước đo có độ chính xác đến mm. Tâm của

nguồn được định vị sao cho trùng với tâm của đầu dò bằng cách đưa buồng đo lại gần

và đánh dấu vị trí đặt nguồn. Lần lượt các nguồn chuẩn được đặt vào vị trí đo cách

mặt đầu dò 50 mm, 100 mm và 150 mm. Thời gian đo được đặt sao cho số đếm ghi

được tại các đỉnh quan tâm chính khoảng 10.000 số đếm.

Bảng 3.3: Số hạt nhân của các nguồn chuẩn [56]

Hạt nhân

T1/2 (ngày) 157742 11020 1925.5 4933 3862

Ngày sản xuất 01/05/2002 15/05/2002 15/05/2002 15/05/2002 15/05/2002

Hoạt độ (Bq) 417,0 259,0 367,0 304,1 285,6

Sai số (Bq) 12,5 7,8 11,0 9,1 8,568

Năng lượng (keV) 59,5 661,7 1173,2 1333,5 40,1 45,4 121,8 244,7 344,3 411,1 444,0 778,9 867,4 964,1 1085,8 1089,8 1112,1 1213,0 1299,2 1408,0 53,2 81,0 276,4 302,9 356,0 383,9

241Am 137Cs 60Co 152Eu 133Ba

Xác suất phát (%) 36,0 85,1 99,9 99,9 30,0 9,0 28,4 7,5 26,6 2,2 3,1 13,0 4,2 14,6 10,1 1,7 13,5 1,4 1,6 20,9 2,2 34,1 7,1 18,3 61,9 8,9

Mẫu khi đo được đặt nằm trong ống chiếu mẫu có thành dày 1,5 mm và vị trí

trong buồng đo có thành dày 10 mm nên hiệu suất ở các vị trí đo cần phải được hiệu

chính sự suy giảm qua ống buồng đo. Tác giả sử dụng mẫu chuẩn SMELS III được

kích hoạt và đo ở vị trí cách detector 10 cm khi có và không có buồng đo với

container. Tỉ lệ suy giảm hiệu suất bằng tỉ lệ tốc độ đếm khi không có buồng đo và

tốc độ đếm khi có buồng đo.

3.3. Xác định các thông số phổ neutron

Các thông số phổ neutron được xác định bằng cách kích hoạt và ghi đo bộ lá dò

(Au, Zr, Ni và Lu). Mỗi bộ lá dò được kích hoạt tại vị trí chiếu mẫu trong các đợt

LPƯĐL vận hành của các tháng 5, 6 và 7 năm 2017. Bảng 3.2 trình bày các thời gian

chiếu, thời gian rã và thời gian đo đối với các lá dò. Thông thường các lá dò với khối

lượng 4 mg đối với Al-0,1% Au và Al-0,1% Lu, 10 mg đối với lá dò 99,8% Zr và 30

mg đối với lá dò 99,98 % Ni được kích hoạt trong thời gian 10 phút tại vị trí chiếu

176m

198

177

mẫu ở Kênh 13-2 và 2,5 giờ tại vị trí chiếu mẫu trong Cột nhiệt. Thời gian rã khoảng

PNi và P

PLu, 1 ngày đối với P

PZr, 3 ngày đối với P

PAu, P

PLu,

PZr, P

PNb và P

PCo trước khi đo trên hệ phổ kế gamma. Các lá dò được đo tại các vị

4 - 6 giờ đối với P

trí cách xa 50 mm đến 150 mm từ mặt đầu dò Ge siêu tinh khiết (GMX-4076) đã

được chuẩn năng lượng và hiệu suất ghi tuyệt đối. Thời gian đo đối với mỗi lá dò

nằm trong khoảng từ 0,5 đến 3 giờ để đạt được tối thiểu là 10.000 số đếm tại đỉnh

năng lượng chính. Bên cạnh đó, các lá dò được kết hợp với nhau và đo trong khoảng

từ 2 đến 5 giờ.

Bảng 3.2: Thời gian chiếu, rã và đo cho các lá dò (Phổ kết hợp: các lá dò được đặt cùng với nhau trong khi đo)

PNi (2,5h 366,3;

Thời gian/ vị trí chiếu (lá dò, khối lượng) Hạt nhân được đo (TB1/2B, -rays, keV)

Thời gian rã ~ 4  6 h Thời gian đo (phổ kết hợp) 0,5  1 h

97m

1115,5; 1481,8) 176m

198

~ 1d 1  2 h (3h)

177

PLu (3,6h; 88,4) * PNb (60s; 743,4) P PNb (16,7h; 657,9) PAu (2,7d; 411,8) PLu (6,7d, 112,9; 208,4) PZr (64d; 765,8) PCo (70,8d; 810,8)

97m

*Hạt nhân P

PNb được phân rã từ hạt nhân P

PZr với chu kỳ bán rã là 16,7h

10 phút/ Kênh 13-2 2 giờ/ Cột nhiệt (Al-0,1% Au, ~4mg) (Al-0,1% Lu, ~4mg) (99,8%Zr, ~10mg) (99,98%Ni, ~30mg) ~ 3d 0,5  3h (5h)

Để kiểm tra sự thay đổi của thông lượng neutron theo thời điểm chiếu khi thực

hiện nhiều phép chiếu và đo giống nhau liên tiếp trong phương pháp kích hoạt lặp

vòng, tác giả đã thực hiện việc chiếu 15 mẫu Al giống nhau, khối lượng gần như nhau

trong cùng điều kiện chiếu, rã và đo. Đối với Kênh 13-2, thời gian chiếu của mỗi mẫu

là 5 giây và đối với Cột nhiệt, thời gian chiếu của mỗi mẫu là 30 giây. Các mẫu được

đặt chiếu và đo liên tiếp nhau một cách tự động. Thời gian bắt đầu chiếu của mỗi mẫu

cách nhau khoảng 3 phút.

3.4. Hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết

Thực nghiệm được tiến hành trên hệ kích hoạt neutron lặp vòng sử dụng đầu dò

GMX-4076 gắn với hệ chuyển mẫu khí nén Kênh 13-2/ Cột nhiệt trên LPƯĐL. Các

lá dò Nhôm (Al), Scandium (Sc), vàng (Au), Dysprosium (Dy) và nguồn chuẩn 137Cs

được sử dụng trong nghiên cứu này.

Lá dò

Dạng

Đường kính (mm)

Khối lượng riêng (g/cm3)

0,1%Au-Al Lá

5,44

Bề dày dạng lá (mm) 0,100

Chiều dài dây trung bình (mm) -

Khối lượng trung bình (mg) 6,268

2,7

99,9%Sc

Lá

2,21

0,127

1,448

3,0

99,9%Al Dây

1,00

1,397

2,960

2,7

1%Dy-Al Dây

0,50

2,010

1,065

2,7

Bảng 3.4: Thông tin của các lá dò dùng trong thực nghiệm

Các bộ lá dò được kích hoạt và đo nhiều phổ liên tiếp để có thể nghiên cứu sự

phụ thuộc của tốc độ đếm theo các thời gian chết khác nhau. Mẫu được kích hoạt sao

cho thời gian chết đạt 90%, sau đó mẫu được đo nhiều lần ứng với thời gian chết giảm

dần xuống dưới 10%, mỗi phổ được đo trong khoảng thời gian 5 phút và được xử lý

để tính diện tích đỉnh của hạt nhân quan tâm. Sau khi hiệu chính thời gian rã đối với

từng phổ, ta thu được số đếm của các phép đo rồi so sánh với giá trị số đếm ở thời

gian chết thấp DT < 10% (xem như giá trị chuẩn, số đếm không bị mất khi DT <

10%). Hệ số hiệu chính sự mất số đếm (Fp) do chồng chập xung ở thời gian chết cao

được xác định bằng công thức thực nghiệm đã được đề cập trong phần lý thuyết ở

Chương 2.

3.5. Phần mềm k0-IAEA cho k0-CNAA

Phần mềm k0-IAEA phiên bản V.8 có thể được áp dụng cho CNAA. Chức năng

này được xem là mới của phần mềm k0-IAEA và được nghiên cứu áp dụng lần đầu

tiên cho phương pháp k0-CNAA với hệ kích hoạt lặp vòng tại LPƯĐL.

Phổ thu được từ thực nghiệm được xử lý thông qua phần mềm k0-IAEA vừa

được nâng cấp chức năng lặp vòng. Các bước xử lý được trình bày như sau:

Bước 1: Sử dụng chương trình “import_spectrum_tst.exe” để tổng các phổ riêng lẻ

thành phổ tích lũy;

Bước 2: Tạo “file input” bao gồm các thông số thực nghiệm CNAA.

Tên file input mặc định là “tên file.txt” và được định dạng “Tab delimited” từ tập

tin Excel gồm các thông tin chi tiết về chuẩn bị mẫu, thời gian chiếu và đo mẫu ở các

vòng lặp vv.. Mẫu khai báo tóm tắt được trình bày trong Bảng 3.5, bao gồm:

- Phần mô tả mẫu: Chứa các thông tin như tên mẫu, phân loại mẫu, nền phông,

hình học.

- Phần đóng gói mẫu: Bao gồm ngày và giờ bắt đầu đóng gói (thường được chọn

vào thời gian trước thời gian chiếu), ngày và giờ mở đóng gói (thường được chọn vào

thời gian sau thời gian kết thúc chiếu và đo), kí hiệu lọ chứa mẫu, khối lượng tổng

của lọ chứa và mẫu, độ cao của mẫu trong lọ chứa và hình học đo. Các khai báo này

sẽ giúp phần mềm thực hiện các hiệu chính liên quan.

- Thông tin về quá trình chiếu bao gồm như ngày và thời gian bắt đầu chiếu, ngày

và thời gian kết thúc chiếu, vị trí chiếu tại kênh DRR-132 kí hiệu cho Kênh 13-2 và

DRR-TC kí hiệu cho Cột nhiệt tại LPƯĐL.

- Thông tin về quá trình đo như ngày và thời gian bắt đầu đo, ngày và thời gian

kết thúc đo, tên đầu dò, hình học đo, tên phổ thu được, tên phổ lưu đuôi .k0p là file

sau khi phổ được xử lí bằng phần mềm, thời gian chết theo chế độ ZDT được đặt

bằng “không”.

- Bốn phần khai báo trên sau khi nhập bởi người phân tích có thể được thêm, sửa

và xóa trong phần mềm k0-IAEA trong quá trình làm việc. Vì là thông tin input để

chương trình đọc và tính toán do vậy khi nhập cần kiểm tra các thông số để đảm bảo

sự chính xác như ngày giờ, thời gian bắt đầu chiếu, đo và kết thúc. Thời gian này,

thường được người phân tích lấy từ file phổ “.spc” đối với phần mềm đọc phổ

Gamma. Khối lượng tổng, tên detector đo, khoảng cách đo, hướng đo liên quan tới

tính góc khối trong thuật toán và số thứ tự mẫu tương ứng với tên mẫu thì phải được

sử dụng đồng nhất.

ID Classification Matrix

Reporting Geometry

Certificate

Un dry/wet ratio

Blank

(Blank) (Ordinary) Soil Plant (Refmat)

TRUE TRUE TRUE TRUE

0.100 0.100 0.100 0.100

1 Comparator Monitor 2 3 4 ID Action_type Start_date Start_time Stop_date

Dry/wet ratio IRMM-530 Powder/Liquid 1.000 1.000 (Foil) 1.000 (Slab) 1.000 NIST-1566b (Wire) Stop_time Recipient Gross Mass

(mg)

1 PACK 2 PACK 3 PACK 4 PACK ID Action_type Start_date Start_time Stop_date

Facility

Stop_time

dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss 13-2 dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss TC dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss 7-1 dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss MQ

IRRAD IRRAD IRRAD IRRAD

Stop_time Detector

1 2 3 4 ID Action_type Start_date Start_time Stop_date

dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss (Cylinder) 00.000 00.000 dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss (Disk) 00.000 dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss 00.000 dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss Rabbit number 1 2 3 4 Spectrum file dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss GMX-4076 .k0s dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss GMX-4076 .k0s dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss GMX-4076 .k0s dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss dd-mmm-yy hh:mm:ss.sss GMX-4076 .k0s

1 MEAS 2 MEAS 3 MEAS 4 MEAS

Bảng 3.5: Khai báo các thông số của mẫu cho chương trình k0-IAEA

Bước 3: Khởi động chương trình k0-IAEA, đọc “file input” bằng lệnh Edit/“Read

series data from tab-separated text file”.

Bước 4: Xử lý phổ

Dùng k0-IAEA như trong phân tích kích hoạt thông thường để xử lý phổ tích

lũy, tính toán hàm lượng và độ không đảm bảo đo của các nguyên tố quan tâm trong

mẫu chuẩn và mẫu phân tích.

3.6. Thực nghiệm kiểm chứng hệ CNAA trên LPƯĐL

3.6.1. Chuẩn bị mẫu cho kích hoạt lặp vòng

Một số mẫu chuẩn được sử dụng trong nghiên cứu này là NIST-1566b (Mô Con

Hàu), IAEA-436 (Cá Ngừ), NIST-1577b (Gan Bò) và NIST-2711a (Đất vùng

Montana). Những mẫu chuẩn này có nguồn gốc từ Cơ quan Năng lượng Nguyên tử

Quốc Tế (IAEA) và Viện Quốc gia về Chất chuẩn và Công nghệ Hoa kỳ (NIST). Các

mẫu được cân với khối lượng khoảng 100  200 mg và để trong lọ PE sạch, sau đó

dùng nhiệt để hàn chặt nắp và đặt vào lọ mang mẫu có dung tích 3,5 ml. Thông

thường, khối lượng mẫu là 100 mg đối với loại mẫu địa chất và 200 mg đối với loại

mẫu sinh học.

Hình 3.7: Hình học của lọ đựng mẫu

Kích thước của lọ PE đựng mẫu được trình bày trong các Hình 3.7, 3.8 và các

Bảng 3.6, 3.7. Kích thước này cùng với chiều cao của mẫu sẽ được khai báo chi tiết

trong chương trình k0-IAEA dùng để hiệu chính hiệu suất của mẫu.

Bảng 3.6: Kích thước của lọ đựng mẫu

Loại Thể tích (cc) D (mm) d (mm) L1 (mm) L2 (mm)

B 0,5 8,0 7,4 8,0 7,0

R 1,5 11,5 10,0 22,0 21,3

Hình 3.8: Hình học của nắp lọ đựng mẫu

Bảng 3.7: Kích thước của nắp lọ đựng mẫu

Loại B R D (mm) 8,0 11,5 d (mm) 7,4 10,0 L1 (mm) 2,8 2,8 L2 (mm) 1,9 1,9

Để đánh giá phương pháp k0-CNAA, mẫu chuẩn SMELS I được chuẩn bị với

khối lượng 28,04 mg trong lọ đựng mẫu loại B, chiều cao của mẫu là 2 mm. Bên cạnh

đó, hai lá dò thông lượng cũng đã được chuẩn bị để xác định thông lượng trước và

sau khi chiếu và đo mẫu SMELS I.

Bảng 3.8: Chuẩn bị mẫu SMELS I chiếu ở Cột nhiệt

TT Mẫu/lá dò

Al-0,1%Au SMELS I Al-0,1%Au

Kí hiệu mẫu Au1778 SM17a Au1179

Hình học mẫu Vial-B Vial-B Vial-B

Chiều cao mẫu (mm) 1 2 1

Khối lượng mẫu (mg) 4,91 28,04 4,41

1 2 3

TT Mẫu/lá dò

Al-0,1%Au Lọ rỗng NIST-1566b Al-0,1%Au

Kí hiệu mẫu Au1113 BLK-2 OT22 Au1119

Hình học mẫu Vial-B Vial-R Vial-R Vial-B

Chiều cao mẫu (mm) 1 10 10 1

Khối lượng mẫu (mg) 4,750 200 201,81 4,020

1 2 3 4

Bảng 3.9: Chuẩn bị mẫu chuẩn NIST-1566b chiếu ở Kênh 13-2

Mẫu chuẩn NIST-1566b và NIST-2711A đã được chuẩn bị như trong Bảng 3.9

và Bảng 3.10. Các mẫu này được sử dụng để đánh giá phương pháp k0-CNAA cho

các đối tượng mẫu sinh học và địa chất. Ngoài ra, mẫu chuẩn NIST-2711a còn được

dùng để đánh giá ảnh hưởng của thời gian chết trong phân tích kích hoạt lặp vòng.

Bảng 3.10: Chuẩn bị mẫu chuẩn NIST-2711A chiếu ở TC

ID Mẫu/lá dò

Al-0,1%Au

Kí hiệu mẫu Au1228

Hình học mẫu Vial-B

Chiều cao mẫu (mm) 1

Khối lượng mẫu (mg) 6,41

NIST-2711a

MO204g

Vial-B

136,42

3.6.2. Chiếu và đo mẫu bằng hệ kích hoạt lặp vòng

Mẫu được kích hoạt tại Kênh 13-2 hoặc Cột nhiệt bằng hệ kích hoạt lặp vòng.

Thông lượng neutron nhiệt tại Kênh 13-2 khoảng 4 x 1012 cm-2.s-1 và ở Cột nhiệt

khoảng 1,2 × 1011 cm-2.s-1 khi LPƯĐL hoạt động ở công suất danh định 500 kW.

Bảng 3.11 cho thấy các thông số phổ neutron ở 2 kênh chiếu dùng cho k0-CNAA.

Bảng 3.11: Thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu trên hệ lặp vòng

Các thông số phổ Kênh 13-2 Cột nhiệt

4,1  0,2 1,2  0,1

6,6  2,2 8,4  1,3

Thông lượng neutron nhiệt, th ( x 1012) n.cm-2.s-1 Thông lượng neutron nhanh, f ( x 1012) n.cm-2.s-1 Hệ số α -0,038  0,01 -0,10  0,06

11,0  1,0 195  11

Tỉ số th/epi Nhiệt độ, Tn (K) 312  12 298  19

Thời gian chuyển mẫu từ vị trí chiếu đến đầu dò khoảng 3,5 giây (gồm cả thời

gian khởi phát hệ đo). Sau đó, mẫu được đo trên hệ phổ kế gamma xử lý tín hiệu kỹ thuật

số dùng đầu dò HPGe.

Các Bảng 3.12 ÷ 3.17 trình bày các thông số thực nghiệm phân tích kích hoạt lặp

vòng đối với mẫu SMELS I, NIST-1566b và NIST-2711a.

Bảng 3.12: Điều kiện chiếu và đo mẫu SMELS I tại kênh Cột nhiệt

TT Kí hiệu mẫu 1 Au1778 2 SM17a 3 Au1779 N 1 10 1 ti (m) 10 2 10 td (m) 150 1 270 tc (m) 180 2 180 tw (s) --- 10 --- D (mm) 100 100 50

Ngày thực hiện Bắt đầu chiếu Kết thúc chiếu Bắt đầu đo Kết thúc đo

19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17 19-Apr-17

16:15:30 16:30:19 16:35:32 16:40:44 16:45:56 16:51:08 16:56:21 17:01:34 17:06:47 17:11:58 17:17:09 17:24:30

16:25:30 16:32:19 16:37:32 16:42:44 16:47:56 16:53:08 16:58:21 17:03:34 17:08:47 17:13:58 17:19:09 17:34:30

18:59:38 16:33:19 16:38:31 16:43:43 16:48:55 16:54:07 16:59:20 17:04:33 17:09:46 17:14:57 17:20:08 22:00:02

21:59:38 16:35:19 16:40:31 16:45:43 16:50:55 16:56:07 17:01:20 17:06:33 17:11:46 17:16:57 17:22:08 01:00:02

ID 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3

Bảng 3.13: Thông số thời gian của mẫu SMELS I

Bảng 3.14: Điều kiện chiếu và đo mẫu chuẩn NIST-1566b chiếu ở Kênh 13-2

ID Kí hiệu mẫu Au1113 1 Blank 2 NIST-1566b 3 Au1119 4 N 1 5 5 1 ti 60s 10s 10s 60s td 2h 3s 3s 60m tc 15m 20s 20s 15m tw (s) --- 10 10 --- D (mm) 100 100 100 100

ID 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4

Ngày thực hiện Bắt đầu chiếu 18:49:53,000 23-Aug-16 19:07:48,000 23-Aug-16 19:08:32,000 23-Aug-16 19:09:18,000 23-Aug-16 19:10:03,000 23-Aug-16 19:10:49,000 23-Aug-16 19:19:15,000 23-Aug-16 19:20:01,000 23-Aug-16 19:20:47,000 23-Aug-16 19:21:33,000 23-Aug-16 19:22:19,000 23-Aug-16 19:27:19,000 23-Aug-16

Kết thúc chiếu 18:50:53,000 19:07:58,000 19:08:42,000 19:09:28,000 19:10:13,000 19:10:59,000 19:19:25,000 19:20:11,000 19:20:57,000 19:21:43,000 19:22:29,000 19:28:19,000

Bắt đầu đo 20:11:58,000 19:07:59,000 19:08:45,000 19:09:30,000 19:10:16,000 19:11:01,000 19:19:27,000 19:20:13,000 19:20:58,000 19:21:45,000 19:22:31,000 20:27:13,000

Kết thúc Đo 20:26:58,000 19:08:19,000 19:09:05,000 19:09:50,000 19:10:36,000 19:11:21,000 19:19:47,000 19:20:33,000 19:21:18,000 19:22:05,000 19:22:51,000 20:42:13,000

Bảng 3.15: Thông số thời gian của mẫu chuẩn NIST-1566b

ID Kí hiệu mẫu 1 Au1228 2 MO204g

ti (s) 60 60

td (s) 7200 10

tc (s) 900 60

tw (s) --- 10

D (mm) 100 100

N 1 4

Bảng 3.16: Điều kiện chiếu và đo mẫu chuẩn NIST-2711a ở kênh Cột nhiệt

ID 1 2 2 2 2

Ngày thực hiện Bắt đầu chiếu Kết thúc chiếu Bắt đầu đo 19:21:37 15:53:24 15:55:46 15:58:07 16:00:30

26-07-17 28-07-17 28-07-17 28-07-17 28-07-17

17:06:43 15:52:15 15:54:37 15:56:58 15:59:21

17:16:43 15:53:15 15:55:37 15:57:58 16:00:21

Kết thúc đo 21:21:37 15:54:24 15:56:46 15:59:07 16:01:30

Bảng 3.17: Thông số thời gian của mẫu chuẩn NIST-2711a

Hình 3.9: Phổ tích lũy của mẫu chuẩn NIST-1566b ứng với 5 vòng lặp

3.6.3. Xử lý số liệu CNAA theo chuẩn k0 bằng phần mềm k0-IAEA

Phổ thu được từ thực nghiệm được xử lý thông qua phần mềm k0-IAEA vừa

được nâng cấp chức năng lặp vòng. Các bước xử lý được trình bày như sau:

Bước 1: Tạo “file input” bao gồm các thông số thực nghiệm CNAA (khai thác số liệu

ở chế độ ZDT thì phải cho DT = 0). “file input” gồm các thông tin chi tiết về chuẩn

bị mẫu, thời gian chiếu và đo mẫu ở các vòng lặp.

Hình 3.10: Cấu trúc khai báo các thông số thực nghiệm CNAA cho k0-IAEA

Bước 2: Sử dụng chương trình “import_spectrum_tst.exe” để tổng các phổ riêng lẻ

thành phổ tích lũy;

Bước 3: Khởi động chương trình k0-IAEA, đọc “file input” bằng lệnh Edit/“Read

series data from tab-separated text file”;

Bước 4: Dùng k0-IAEA như trong phân tích kích hoạt thông thường để xử lý phổ tích

lũy, tính toán hàm lượng và độ không đảm bảo đo của các nguyên tố quan tâm trong

mẫu chuẩn và mẫu phân tích.

3.7. Nhận xét chung Chương 3

Để tiến hành thực nghiệm kiểm chứng phương pháp phân tích kích hoạt neutron

lặp vòng theo chuẩn hóa k0 (k0-CNAA), hệ kích hoạt neutron lặp vòng tại Lò phản

ứng hạt nhân Đà Lạt đã được trình bày chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các

thông số kỹ thuật đặc trưng, v.v.. Qua quá trình thực nghiệm, mẫu được chiếu và đo

với các chức năng chiếu - đo lặp vòng hoàn toàn tự động. Các thông số phổ neutron

dùng trong k0-CNAA và sự biến thiên thông lượng tại hai vị trí chiếu mẫu Kênh 13-

2 và Cột nhiệt đã được xác định khi lò hoạt động tại công suất danh định 500 kW. Hệ

phổ kế GMX-4076 kết nối với hệ lặp vòng đã được hiệu chuẩn hiệu suất ứng với cấu

hình đo mẫu thực tế. Các phổ riêng lẻ thu được qua các lần đo được cộng thành phổ

tổng bằng “phần mềm tích lũy phổ”. Phổ tổng ứng với số vòng lặp được xử lý thông

qua phần mềm k0-IAEA phiên bản V.8 để tính hàm lượng nguyên tố, độ không đảm

bảo đo và giới hạn phát hiện.

Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương này trình bày các kết quả kiểm tra, đánh giá phương pháp phân tích

kích hoạt neutron lặp vòng dựa theo phương pháp chuẩn hóa k0 (k0-CNAA) bằng

việc phân tích mẫu tham khảo SMELS I (mẫu chuẩn dành riêng cho việc kiểm tra

chất lượng phương pháp k0 trong phân tích kích hoạt neutron) và phân tích một số

loại mẫu chuẩn sinh học. Trong đó, độ không đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA

cũng được tính dựa trên mẫu chuẩn NIST-2711A (Montana II Soil). Các thành phần

đóng góp gồm có sai số thời gian chiếu, sai số trong phép xác định các thông số phổ,

sai số của việc hiệu chuẩn hiệu suất và sai số từ các thông số khác trong quá trình

thực nghiệm. Khả năng hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết cao bằng công thức

đề xuất được kiểm chứng bằng cách so sánh tốc độ đếm của hạt nhân quan tâm tại

thời điểm trước và sau khi hiệu chỉnh. Ngoài ra, mẫu NIST-2711A được dùng để

kiểm chứng thêm công thức hiệu chính thời gian chết bởi mẫu này có nền phông phức

tạp nên thời gian chết khi đo lên đến 62%. Để đánh giá khả năng áp dụng của phương

pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng, nguyên tố Selen ở các mức hàm lượng

khác nhau trong một số mẫu chuẩn sinh học được xác định bằng các phương pháp:

lặp vòng thông thường (CNAA), giả lặp vòng (PCNAA), chiếu mẫu lặp (Re-NAA),

và kết hợp các phương pháp Re-NAA và CNAA hoặc PCNAA.

4.1. Kết quả phát triển phương pháp k0-CNAA trên LPƯĐL

4.1.1. Kết quả đánh giá phương pháp k0-CNAA dùng mẫu chuẩn SMELS I

Mẫu SMELS I là mẫu chuẩn chuyên dùng cho việc đánh giá phương pháp k0.

Vì thế mẫu SMELS I đã được dùng trong nghiên cứu này để đánh giá sơ bộ kết quả

phân tích bằng phương pháp k0-CNAA tại LPƯĐL. Bảng 4.1 cho thấy kết quả phân

tích mẫu chuẩn SMELS I bằng k0-CNAA sử dụng kênh chiếu Cột nhiệt ứng với 9

134mCs (2,9h), 198Au (2,695d) , 134I (52m) , 66Cu (5,12m), 52V (3,743m), 56Mn (2,56h),

140La (1,7d) và 38Cl (37m). Hoạt độ của mẫu này được tạo thành chủ yếu từ các

vòng lặp. Các hạt nhân của các nguyên tố trong mẫu SMELS I được phát hiện là:

nguyên tố trên và hầu như không bao gồm các thành phần khác nên thời gian chết rất

thấp và hầu như không tăng khi số vòng lặp tăng, cho nên thời gian chết không ảnh

hưởng đáng kể đến sai số phép đo. Do đó, mẫu SMELS I được tác giả dùng để nghiên

cứu, đánh giá bước đầu của phương pháp k0-CNAA khi không tính đến ảnh hưởng

của thời gian chết.

Kết quả hàm lượng (kí hiệu là HL) của các nguyên tố Cs, Au, I, Cu, V, Mn, La

và Cl trong mẫu SMELS I từ vòng lặp N1 đến N9 được trình bày trong Bảng 4.1,

dòng cuối cùng là giá trị hàm lượng chứng nhận (kí hiệu là ce) của các nguyên tố

trong mẫu. Nhìn chung, hầu hết các giá trị hàm lượng thực nghiệm (ex) không khác

biệt nhiều so với giá trị chứng nhận (ce). Số đếm được tích lũy qua các vòng lặp nên

giới hạn phát hiện được cải thiện và độ chính xác (kí hiệu là SS) của phép đo tốt hơn

theo số vòng lặp tăng dần. Cụ thể là nguyên tố Au và La chỉ được phát hiện sau 5

vòng lặp.

Bảng 4.1: Kết quả hàm lượng thực nghiệm (mg/kg) của một số nguyên tố trong mẫu SMELS I được xác định bằng k0-CNAA ứng với 9 vòng lặp

<824 <623

Cs Au I Cu V Mn La Cl N

128keV 412keV 443keV 1039keV 1434keV 1810keV 1596keV 1643keV ex±ex ex±ex ex±ex ex±ex ex±ex ex±ex ex±ex ex±ex 1 730±41% <196 152±24% 4364±8% 38±8% 119±22% <197 4728±15% 2 1076±35% <164 150±44% 4460±10% 41±6% 123±13% <729 4524±12% 3 1090±35% <150 169±19% 4360±5% 40±5% 118±6% 4450±6% 4 967±26% <174 195±25% 4180±7% 40±8% 117±9% 4226±5% 5 974±15% <173 164±16% 4265±5% 42±11% 115±3% 255±39% 4463±4% 6 889±19% 75±29% 151±14% 4304±4% 42±5% 116±3% 319±37% 4415±4% 934±8% 84±22% 143±13% 4023±4% 39±5% 110±8% 306±41% 4488±4% 7 944±8% 84±22% 151±13% 4284±4% 42±5% 111±3% 267±39% 4407±4% 8 971±7% 85±15% 160±11% 4839±6% 42±4% 103±3% 305±25% 4514±3% 9 ce 897±4% 83±2% 152±3% 3930±3% 39±5% 114±3% 265±4% 4330±4%

Bảng 4.2 và Hình 4.1 cho thấy tỉ số của hàm lượng thực nghiệm (ex) và hàm

lượng chứng nhận (ce) theo các vòng lặp. Nhìn chung, kết quả chỉ ra rằng hầu hết

các giá trị hàm lượng phân tích của các nguyên tố theo từng vòng lặp sai khác so với

ce không quá 10% ngoại trừ một số trường hợp số đếm chưa đủ thống kê như của Cs

và La ở một số vòng lặp ban đầu.

Bảng 4.2: Tỉ số ex / ce của mẫu SMELS I

N 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cs 0,81 1,20 1,22 1,08 1,09 0,99 1,04 1,05 1,08

Au -- -- -- -- -- 0,90 1,01 1,01 1,02

I 1,00 0,99 1,11 1,28 1,08 0,99 0,94 0,99 1,05

Cu 1,11 1,13 1,11 1,06 1,09 1,10 1,02 1,09 1,23

V 0,97 1,05 1,03 1,03 1,08 1,08 1,00 1,08 1,08

Mn 1,04 1,08 1,04 1,03 1,01 1,02 0,96 0,97 0,90

La -- -- -- -- 0,96 1,20 1,15 1,01 1,15

Cl 1,09 1,04 1,03 0,98 1,03 1,02 1,04 1,02 1,04

Hình 4.1: Tỉ số ex / ce của một số nguyên tố trong mẫu SMELS I

Hình 4.2 cho thấy tỉ số ex / ce và sai số của chúng đối với mẫu chuẩn SMELS

tại vòng lặp thứ 7. Hầu hết giá trị ex của các nguyên tố phù hợp với ce. Tuy nhiên

đối với Au (411 keV) và La (1596 keV), diện tích đỉnh còn khá thấp dẫn đến sai số

lớn. Hàm lượng nguyên tố Mn được xác định thông qua 3 đỉnh năng lượng chính đó

là 846 keV, 1810 keV và 2113 keV. Trong đó hàm lượng Mn được xác định bởi 2

đỉnh 1810 keV và 2113 keV có sự phù hợp tốt với ce, riêng hàm lượng được xác

định từ đỉnh 846 keV thì cao hơn nhiều so với ce, lý do có thể là do sự chồng chập

từ đỉnh năng lượng 843 keV của Mg.

Hình 4.2: Tỉ số ex / ce của một số nguyên tố trong mẫu SMELS ứng với N=7

4.1.2. Kết quả đánh giá phương pháp k0-CNAA dùng mẫu chuẩn sinh học

Bảng 4.3 trình bày kết quả của mẫu chuẩn NIST-1566b (OT22) phân tích bằng

phương pháp k0-CNAA ứng với 5 vòng lặp sử dụng Kênh chiếu 13-2. Hàm lượng,

độ chính xác và giới hạn phát hiện (LOD) của sáu nguyên tố được xác định ứng với

từng vòng lặp. Nhìn chung, hầu hết các giá trị ex trong 5 vòng lặp đều phù hợp tốt

với ce với độ lệch trung bình nhỏ hơn 10%.

LOD của tất cả nguyên tố được cải thiện tốt hơn theo số vòng lặp tăng lên. Cụ

thể như Vanadium chỉ được phát hiện khi số vòng lặp tăng lên đến 3. Bên cạnh đó,

độ chính xác của phép đo cũng được cải thiện ở một vài vòng lặp đầu tiên.

Bảng 4.3: Kết quả hàm lượng thực nghiệm của một số nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST-1566b tại Kênh 13-2 bằng k0-CNAA

Hàm lượng thực nghiệm (ex, mg/kg) theo số vòng lặp (N)

NT

N = 1

N = 2

N = 3

N = 4

N = 5

ce (mg/kg)

Ag

0,666±2% 0,676±26% 0,644±29% 0,770±18% 0,673±24%

0,628±24%

LOD

0,27

0,12

0,11

0,07

0,06

Se

2,06±7%

2,013±12% 2,18±10%

2,07±8%

2,12±7%

2,02±6%

LOD

0,31

0,17

0,15

0,11

0,07

197±3%

213±47%

208±3%

238±3%

218±7%

219±10%

Al

LOD

0,577±4%

KPH

0,427±75% 0,431±15%

0,560±20%

V

LOD

1,1

0,4

0,3

0,1

0,08

18,5±1%

23,4±38%

23,3±12%

19,6±26%

20,4±8%

20,4±7%

Mn

LOD

11,0

3,9

2,7

1,4

1,1

5140±2%

5595±7%

5691±6%

5796±5%

6939±3%

5656±3%

Cl

LOD

800

260

200

“KPH”: không phát hiện

Bảng 4.4 cho thấy hàm lượng thực nghiệm (ex) của một số nguyên tố trong

mẫu chuẩn NIST-1566b được xác định thông qua phổ tổng của 5 vòng lặp bằng

phương pháp k0-CNAA. Kết quả được so sánh đánh giá với giá trị ce, các giá trị tính

toán bao gồm các tỉ số ex / ce và sai số của các tỉ số này, và giá trị u-score. Chín trên

mười một nguyên tố có tỉ số ex / ce nhỏ hơn 15%. Hai nguyên tố còn lại là Cu và

Mg có ex khác biệt so với ce khoảng 20%.

Bảng 4.4: Kết quả hàm lượng thực nghiệm (mg/kg) của một số nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST-1566b ứng với N=5

u-score

Nguyên tố Se Ag Cu Ca V Al Mg

-0,15 -0,39 -0,61 0,36 -0,16 0,47 1,83

ex (mg/kg) 2,02 ± 0,23 0,628 ± 0,082 56,6 ± 18,7 941 ± 282 0,56 ± 0,11 219 ± 46 1314 ± 123 ce (mg/kg) 2,06 ± 0,15 0,660 ± 0,010 71,6 ± 16,0 838 ± 20 0,58 ± 0,02 197 ± 6 1085 ± 23 ex / ce 0,98 ± 0,13 0,95 ± 0,12 0,79 ± 0,31 1,12 ± 0,34 0,97 ± 0,19 1,11 ± 0,24 1,21 ± 0,12

18,5 ± 0,2 5140 ± 100 6520 ± 90 3297 ± 53

1,10 ± 0,11 1,10 ± 0,14 1,02 ± 0,01 1,05 ± 0,11

0,95 0,70 1,23 0,48

Mn Cl K Na F Hf Sc Rh

20,4 ± 2,0 5656 ± 735 6637 ± 31 3467 ± 350 278 ± 20 0,026 ± 0,006 0,030 ± 0,011 0,050 ± 0,021

Kết quả tính u-score cho thấy hầu hết các nguyên tố có u-score <1,64 nên có thể

nhận định rằng kết quả phân tích không sai khác đáng kể so với giá trị chứng nhận.

Chỉ có một nguyên tố Mg có u-score lớn hơn 1,64 nhưng nhỏ hơn 2,96, nên cũng có

thể đánh giá rằng kết quả phân tích Mg có lẽ không sai khác nhiều so với giá trị ce.

Hình 4.3 cho thấy sai số của tỉ số ex / ce khá cao, nguyên nhân là do đóng góp chính

từ sai số của số đếm đỉnh. Ngoài ra, một số hạt nhân như 20F, 179mHf, 46mSc và 104Rh

cũng được phát hiện và hàm lượng của các nguyên tố này cũng được xác định tại

vòng lặp thứ 5. Tuy nhiên, các giá trị phân tích của các nguyên tố này chỉ được sử

dụng để tham khảo vì chưa được kiểm chứng và đánh giá.

Hình 4.3: Tỉ số ex / ce và sai số của một số nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST-1566b ứng với N=5

4.1.3. Kết quả ước tính độ không đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA

Hệ chuyển mẫu khí nén Kênh 13-2 và Cột nhiệt dùng cho chiếu đơn đã được

nâng cấp thành hệ kích hoạt neutron lặp vòng (CNAA) vào năm 2016. Hệ CNAA có

khả năng thực hiện các phép chiếu lặp hoàn toàn tự động. Một vài thông số liên quan

đến hệ đã được khảo sát, đánh giá và hiệu chính để áp dụng tốt cho phương pháp k0-

CNAA. Kết quả thu được và trình bày bao gồm khảo sát ảnh hưởng của thời gian

chiếu mẫu, xác định các thông số phổ neutron và biến thiên thông lượng neutron tại

Kênh 13-2 và Cột nhiệt và hiệu chuẩn hiệu suất của đầu dò ứng với cấu hình đo mẫu

thực tế.

Để ước tính độ không đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA, hầu hết các

nguồn đóng góp vào sai số trong quá trình phân tích đều được xem xét như chuẩn bị

mẫu, chiếu và đo lặp vòng, xử lý phổ tích lũy. Các thành phần đóng góp vào độ không

đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA được phân tích chi tiết và được trình bày

trong các phần dưới đây.

4.1.3.1. Thời gian chiếu mẫu

Để xác định các hạt nhân sống rất ngắn, thời gian chiếu thông thường khoảng

từ vài giây đến vài chục giây. Do đó, hệ chuyển mẫu cần được vận hành một cách

đồng bộ và chính xác ở mức mili giây. Ngoài ra, độ chính xác của thời gian chiếu của

hệ lặp vòng cần được kiểm soát như một trong các yếu tố quan trọng trong việc kiểm

tra chất lượng kết quả phân tích. Trong nghiên cứu này, thời gian chiếu đã được khảo

sát và đánh giá đóng góp sai số của nó đến kết quả xác định hàm lượng nguyên tố

bằng k0-CNAA. Kết quả đo sự biến thiên của thời gian chiếu thông qua hoạt độ riêng

của 28Al được trình bày trong Hình 4.4 và 4.5.

Đối với Cột nhiệt khi thời gian chiếu từ 2 giây trở lên thì hoạt độ riêng của 28Al

thay đổi ngẫu nhiên quanh giá trị trung bình, độ lệch cực đại của hoạt độ riêng so với

giá trị hoạt độ riêng trung bình ở tất cả các phép chiếu chỉ khoảng 3%. Điều này cho

thấy khi chiếu ở Cột nhiệt với thời gian chiếu từ 2 giây trở đi thì sai số hệ thống

khoảng 30 mili giây. Số liệu bất thường ở thời gian chiếu 1 giây với độ lệch khoảng

30%. Nguyên nhân có thể là do khi mở van để đẩy mẫu ra khỏi vị trí chiếu thì áp suất

đẩy mẫu vào chưa giảm hết nên mẫu được đẩy ra trễ hơn.

Hình 4.4: Hoạt độ riêng của 28Al ứng với thời gian chiếu ở Kênh 13-2

Hình 4.5: Hoạt độ riêng của 28Al ứng với thời gian chiếu ở Cột nhiệt

Trường hợp Kênh 13-2 thì hoạt độ riêng thay đổi có quy luật khi thời gian chiếu

thay đổi, thời gian chiếu càng ngắn thì hoạt độ riêng bị thay đổi càng lớn. Quy luật

này cho thấy thời gian chiếu ở Kênh 13-2 có thể bị sai số hệ thống đến 1 giây, tức là

thời gian chiếu thực tế ít hơn thời gian chiếu nhập vào hệ thống gần 1 giây. Nguyên

nhân gây giảm thời gian chiếu có thể là do trong quá trình chuyển mẫu, mẫu bị ma

sát với thành ống dẫn làm cho mẫu bị chậm lại trước khi tới được vị trí chiếu. Thậm

chí có nhiều trường hợp mẫu không tới được vị trí chiếu. Vì vậy, khi sử dụng Kênh

13-2 cần lưu ý đến thời gian chiếu, đặc biệt là thời gian chiếu dưới 5 giây, nếu không

hiệu chính thì sai số có thể lên đến 20%.

4.1.3.2. Thông số phổ và biến đổi thông lượng neutron

Để áp dụng phương pháp k0 cho CNAA, các thông số phổ neutron tại hai vị trí

chiếu mẫu Kênh 13-2 và Cột nhiệt đã được xác định vào các thời điểm khác nhau

trong năm 2017 khi LPƯ vận hành ở công suất danh định 500 kW, bao gồm thông

lượng neutron nhiệt (φth), thông lượng neutron trên nhiệt (φe), thông lượng neutron nhanh (φf), hệ số biểu diễn độ lệch phân bố phổ neutron trên nhiệt khỏi qui luật 1/E (α), tỉ số thông lượng neutron nhiệt trên neutron trên nhiệt (f) và nhiệt độ neutron

(Tn). Kết quả khảo sát các thông số phổ tại Kênh 13-2 được trình bày trong Bảng

4.5. Nhìn chung các thông số phổ khá ổn định giữa các đợt thí nghiệm

Bảng 4.5: Kết quả thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu ở Kênh 13-2

Thời gian thí nghiệm

Thông số phổ

Trung bình

5/2017

6/2017

7/2017

4,08 ± 0,10

4,16 ± 0,10

4,04 ± 0,05

4,09 ± 0,09

3,80 ± 0,20

3,85 ± 0,20

3,68 ± 0,10

3,78± 0,20

6,2 ± 1,2

7,6 ± 3,2

6,0 ± 1,7

6,6 ± 2,2

𝜑𝑡ℎ(× 1012)* 𝜑𝑒𝑝𝑖(× 1011)* 𝜑𝑓𝑎𝑠𝑡(× 1012)*

-0,038 ± 0,006

-0,037 ± 0,007

-0,037 ± 0,006

-0,039 ± 0,005

𝛼

10,8 ± 0,7

11,0 ± 0,5

10,9 ± 0,6

𝑓

Tn (K)

317  30

312  45

312  39

*Đơn vị thông lượng neutron là n.cm-2.s-1

307  40

Kết quả khảo sát các thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu ở Cột nhiệt được

trình bày trong Bảng 4.6. Thông lượng neutron nhiệt giữa các đợt thí nghiệm là khá

ổn định. Kết quả đo α và f ở Cột nhiệt có sai số lớn và chênh lệch nhiều giữa các phép

đo, điều này cho thấy phương pháp ba lá dò chiếu trần không thích hợp để xác định

các thông số phổ cho Cột nhiệt. Tuy α và f trên Cột nhiệt có sai số lớn nhưng không

ảnh hưởng nhiều đến kết quả hàm lượng nguyên tố vì thành phần neutron trên nhiệt

đóng góp rất ít vào kết quả phân tích. Hệ số biểu diễn độ lệch phân bố phổ neutron

trên nhiệt ( RαR) có sự khác biệt đáng kể giữa các lần thí nghiệm và độ không đảm bảo

của phương pháp xác định quá lớn. RNguyên nhân có thể là doR vị trí chiếu mẫu ở Cột

nhiệt có thông lượng neutron trên nhiệt khá thấp R mà việc xác định hệ số α lại dựa vào

phản ứng giữa các neutron này với lá dò nên kết quả đo được chưa thể hiện tường

minh.

Bảng 4.6: Kết quả thông số phổ neutron tại vị trí chiếu mẫu ở Cột nhiệt

Thông số phổ

7/2017 1,01 ± 0,01

Thời gian thí nghiệm 6/2017 1,17 ± 0,01

5/2017 1,25  0,08

Trung bình 1,14  0,05

4,32  0,02

6,41  0,16

6,54  0,02

5,62  0,09

𝜑𝑡ℎ(× 1011) 𝜑𝑒𝑝𝑖(× 108)

8,3  0,1

9,0  0,7

8,0  0,8

8,4  0,6

𝜑𝑓𝑎𝑠𝑡(× 108)

0,068 ± 0,038

0,095 ± 0,035

0,115 ± 0,032

0,092  0,035

179 ± 39

234 ± 32

203 ± 52

195  45

Tn (K)

306  80

291  104

297  36

298  78

*Đơn vị thông lượng neutron là n.cm-2.s-1

Bảng 4.6 cũng cho thấy thông lượng neutron nhiệt tại vị trí chiếu mẫu trong Cột

nhiệt cao hơn thông lượng neutron nhanh rất nhiều lần. Hơn nữa, tỉ số thông lượng

neutron nhiệt trên thông lượng neutron trên nhiệt có giá trị khá lớn, khoảng 200 lần.

Nghĩa là, Cột nhiệt là một kênh chiếu mẫu có thông lượng neutron rất thuần nhiệt,

với thành phần neutron nhanh và neutron trên nhiệt thấp. Đây là một ưu điểm rất lớn

của kênh chiếu này vì khả năng loại trừ các ảnh hưởng nhiễu gây ra bởi neutron nhanh

trong quá trình kích hoạt. Kết quả khảo sát sự biến thiên thông lượng neutron ở Kênh

chiếu 13-2 và Cột nhiệt trong suốt quá trình chiếu lặp vòng được trình bày trong Hình

4.6 cho thấy trong suốt 45 phút thực hiện thí nghiệm thì hoạt độ riêng của nhôm ổn

định quanh vị trí cân bằng. Ở Cột nhiệt thì hoạt độ riêng có độ lệch tối đa là 2% so

với giá trị trung bình, còn ở Kênh 13-2 thì hoạt độ riêng có độ lệch tối đa là 4% so

với giá trị trung bình.

Qua thực nghiệm cho thấy, tổng ảnh hưởng của sai số bao gồm sự thay đổi tức

thời của công suất lò, do sai số vị trí chiếu và sai số vị trí đo, sai số ngẫu nhiên của

thời gian đo lên kết quả hoạt độ riêng chỉ ở mức rất nhỏ khoảng 1-2%, một vài trường

hợp thì sai số ở mức 4%. Các yếu tố đã nêu trên là sai số ngẫu nhiên và có thể hạn

chế khi thực hiện nhiều phép chiếu và đo giống nhau, như trong phân tích kích hoạt

lặp vòng.

Hình 4.6: Sự thay đổi hoạt độ riêng của nhôm theo thời điểm chiếu

4.1.3.3. Hiệu suất của hệ phổ kế

Bảng 4.7 trình bày giá trị hiệu suất của đầu dò GMX-4076 ứng với cấu hình đo

mẫu được xác định bằng thực nghiệm sử dụng bộ nguồn chuẩn dạng điểm đặt tại các

vị trí cách mặt đầu dò 50 mm, 100 mm, 150 mm và 180 mm. Kết quả trong bảng đã

được hiệu chính sự suy giảm tia gamma khi đi qua buồng đo theo tỉ số được tính ở

Bảng 4.9.

Bảng 4.7: Giá trị hiệu suất thực nghiệm và sai số của nó đối với nguồn điểm tại khoảng cách 50 mm, 100 mm, 150 mm và 180 mm

Hiệu suất và sai số theo khoảng cách

50 mm

100 mm

150 mm

180 mm

Năng lượng (keV)



±



±



±



±

59,5 0,02857 0,00066 0,01180 0,00018 0,00590 0,00010 0,00384 0,00006

81,0 0,03112 0,00056 0,01152 0,00019 0,00590 0,00013 0,00421 0,00010

121,8 0,02839 0,00041 0,01043 0,00015 0,00531 0,00011 0,00396 0,00008

244,7 0,01856 0,00054 0,00719 0,00020 0,00368 0,00021 0,00270 0,00014

276,4 0,01726 0,00089 0,00705 0,00025 0,00377 0,00026 0,00255 0,00008

302,9 0,01552 0,00039 0,00600 0,00012 0,00301 0,00010 0,00247 0,00009

344,3 0,01530 0,00028 0,00595 0,00010 0,00311 0,00007 0,00231 0,00005

356,0 0,01418 0,00022 0,00563 0,00008 0,00296 0,00005 0,00220 0,00004

383,8 0,01373 0,00056 0,00528 0,00015 0,00259 0,00016 0,00210 0,00013

411,1 0,01408 0,00119 0,00497 0,00038 0,00255 0,00045 0,00196 0,00010

444,0 0,01300 0,00082 0,00542 0,00030 0,00280 0,00037 0,00222 0,00026

661,7 0,00917 0,00014 0,00366 0,00018 0,00190 0,00009 0,00141 0,00007

778,9 0,00823 0,00023 0,00321 0,00007 0,00173 0,00008 0,00132 0,00005

867,4 0,00667 0,00050 0,00287 0,00015 0,00165 0,00019 0,00098 0,00014

964,1 0,00655 0,00022 0,00276 0,00009 0,00141 0,00009 0,00105 0,00005

1085,8 0,00621 0,00024 0,00245 0,00007 0,00135 0,00009 0,00101 0,00006

1089,7 0,00569 0,00028 0,00265 0,00036 0,00127 0,00006 0,00094 0,00005

1112,1 0,00598 0,00020 0,00249 0,00012 0,00130 0,00007 0,00098 0,00005

1299,1 0,00482 0,00024 0,00227 0,00030 0,00107 0,00005 0,00080 0,00004

1408,0 0,00495 0,00014 0,00207 0,00005 0,00103 0,00004 0,00080 0,00004

Ngoài ra, kết quả các giá trị hiệu suất nêu trên được thể hiện thông qua phương

trình đa thức bậc 4 theo thang 𝑙𝑜𝑔 𝜀𝑝 cho trục tung và logE cho trục hoành với các

tham số được trình bày trong Bảng 4.8:

logε𝑝=a0+a1logE+a2(logE)2+a3(logE)3+a4(logE)4

Bảng 4.8: Các hệ số làm khớp đường cong hiệu suất khi có buồng đo

Vị trí đo a0 a1 a2 a3 a4

5 cm 10 cm 15 cm 18 cm -22,993 -8,297 -15,632 -23,032 34,146 9,502 21,836 32,912 -19,822 -4,943 -12,964 -19,232 5,008 1,059 3,352 4,915 -0,475 -0,085 -0,328 -0,473

Bảng 4.9: Tỉ lệ suy giảm hiệu suất khi đo mẫu có và không có buồng đo đối với mẫu chuẩn SMELS III

Tỉ lệ suy giảm hiệu suất

E (keV) E (keV) Thực nghiệm Thực nghiệm

63,1 84,3 121,1 130,5 136 177,2 190,3 198,0 264,7 279,5 282,5 300,1 307,7 311,9 320,1 340,5 1,248±0,011 1,216±0,021 1,175±0,046 1,187±0,034 1,172±0,016 1,169±0,021 1,162±0,012 1,166±0,014 1,131±0,014 1,173±0,037 1,188±0,008 1,134±0,026 1,158±0,039 1,150±0,008 1,143±0,019 1,117±0,040 Giá trị làm khớp 1,251 1,232 1,206 1,198 1,193 1,177 1,171 1,167 1,150 1,145 1,144 1,140 1,138 1,137 1,136 1,132 396,3 411,8 514 569,3 604,7 645,8 756,7 795,9 889,3 1099,3 1115,5 1120,5 1173,2 1291,6 1332,5 1691 Tỉ lệ suy giảm hiệu suất Giá trị làm khớp 1,124 1,121 1,110 1,104 1,100 1,097 1,090 1,087 1,082 1,074 1,072 1,072 1,070 1,067 1,065 1,058 1,149±0,007 1,142±0,005 1,134±0,013 1,119±0,039 1,101±0,010 1,134±0,034 1,091±0,015 1,082±0,011 1,090±0,011 1,070±0,013 1,067±0,013 1,078±0,013 1,067±0,009 1,076±0,014 1,067±0,009 1,066±0,010

Buồng đo có ảnh hưởng đáng kể lên hiệu suất, ở vùng năng lượng thấp (E < 100

keV) thì hiệu suất giảm khoảng 1,25 lần. Ở vùng năng lượng cao hiệu suất ít bị ảnh

hưởng bởi buồng đo (giảm khoảng 1,06 lần) nhưng vẫn không thể bỏ qua.

Hình 4.7: Đường cong hiệu suất khi có và không có buồng đo.

Hình 4.7 cho thấy đường làm khớp thể hiện sự suy giảm hiệu suất khi đo mẫu

có buồng đo và khi không có buồng đo được thực hiện bằng cách làm khớp bình

phương tối thiểu.

4.1.3.4. Ước lượng độ không đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA

Các Bảng 4.10 ÷ 4.12 trình bày các số liệu hạt nhân, các thông số thực nghiệm,

hoạt độ riêng, hàm lượng nguyên tố và các thông số dùng cho phương pháp k0-CNAA

đối với những hạt nhân của các nguyên tố có trong mẫu chuẩn NIST-2711A và ước

tính độ không đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA (Bảng 4.13). Trong đó, Bảng

4.10 chỉ ra các thông số hạt nhân của một số hạt nhân sống ngắn và các thông số thời

gian trong thực nghiệm và sai số của chúng.

KHM

Hạt nhân

ti (s)

tc (s)

Tw (s)

T (s)

W±W (mg)

46mSc

E (keV) MO204g 165mDy 108 MO204g 143 MO204g 179mHf 214 320 MO204g

51Ti

T1/2 (s) 75,4 18,8 18,7 346

td (s) 136,42±0,14 60±0,6 10±0,2 60±0,1 13±1 143±1 136,42±0,14 60±0,6 10±0,2 60±0,1 13±1 143±1 136,42±0,14 60±0,6 10±0,2 60±0,1 13±1 143±1 136,42±0,14 60±0,6 10±0,2 60±0,1 13±1 143±1

Bảng 4.10: Số liệu hạt nhân và thông số thực nghiệm của mẫu chuẩn NIST-2711a

9284 225 134 523

MO204g MO204g MO204g MO204g Au1228

56Mn 52V 28Al 49Ca 198Au

846 1434 1778 3084 412 232863

136,42±0,14 60±0,6 10±0,2 60±0,1 13±1 143±1 136,42±0,14 60±0,6 10±0,2 60±0,1 13±1 143±1 136,42±0,14 60±0,6 10±0,2 60±0,1 13±1 143±1 136,42±0,14 60±0,6 10±0,2 60±0,1 13±1 143±1 7494

6,41±,10

7200

600

Bảng 4.11 trình bày kết quả tính hoạt độ riêng của các hạt nhân và sai số của

chúng. Sai số của hoạt độ riêng phụ thuộc chủ yếu vào sai số của khối lượng mẫu, sai

số của số đếm đỉnh và sai số của các thông số thời gian.

exp(-*T) 2,69E-01 5,06E-03 4,99E-03 7,51E-01 9,89E-01 6,44E-01 4,79E-01 8,27E-01

Fc 5,0 4,0 4,0 7,8 9,9 7,0 6,0 8,4

Hạt nhân N 165mDy 46mSc 179mHf 51Ti 56Mn 52V 28Al 49Ca 198Au

4 4 4 4 4 4 4 4 1

Np ± Np 3988±63 5061±71 3207±57 1631±40 11780±109 8842±94 674974±822 416±20 36202±329

Asp ± Asp 3,30E-01±5,23E-03 6,22E-01±8,77E-03 3,95E-01±6,99E-03 2,44E-01±6,04E-03 3,26E+01±3,03E-01 1,03E+00±1,10E-02 6,32E+01±9,96E-02 8,33E-02±4,08E-03 4,77E+05±8,62E+03

*NDT 199 253 160 82 589 442 33749 21 1810

*NDT là sai số số đếm gây ra do thời gian chết

Bảng 4.11: Kết quả tính toán hoạt độ riêng và sai số đối với một số hạt nhân trong mẫu chuẩn NIST-2711a

Q0(α)

k0 ± k0

 ± 

𝐸̅𝑟 𝛼

1,88E-01±0,00E+00 2,26E-01±0,00E+00 1,77E-01±3,54E-04 3,74E-04±3,74E-06 4,96E-01±2,98E-03 1,96E-01±2,35E-03 1,75E-02±1,40E-04 1,01E-04±9,09E-07 1,00E+00±0,00E+00

0,250 0,550 6,430 0,670 1,053 0,550 0,710 0,450 15,7

244 0,270 5130 0,431 8 5,293 63200 0,462 468 0,723 7230 0,429 11800 0,492 1330000 0,384 6 13,318

1,09E-02±3,26E-04 9,75E-03±2,92E-04 7,88E-03±2,36E-04 6,10E-03±1,83E-04 3,02E-03±9,07E-05 2,04E-03±6,11E-05 1,73E-03±5,20E-05 1,16E-03±3,49E-05 1,30E-02±3,90E-04

Hạt nhân 165mDy 46mSc 179mHf 51Ti 56Mn 52V 28Al 49Ca 198Au

Bảng 4.12: Số liệu dùng cho phương pháp k0 đối với những hạt nhân trong mẫu chuẩn NIST-2711a

ex/ce ± ex/ce u-score

Hạt nhân 165mDy 46mSc 179mHf 51Ti 56Mn 52V 28Al 49Ca

ex ± ex (mg/kg) 4,69 ± 0,40 8,19 ± 0,70 8,03 ± 0,69 3,10E+03 ± 2,75E+02 631 ± 54 75 ± 6 6,04E+04 ± 5,12E+03 2,06E+04 ± 2,02E+03

ce ± ce (mg/kg) 5,00 ± 0,63 8,50 ± 0,10 9,20 ± 0,20 3,17E+03 ± 8,00E+01 675 ± 18 81 ± 6 6,72E+04 ± 6,00E+02 2,42E+04 ± 847

0,94 ± 0,13 0,96 ± 0,05 0,87 ± 0,05 0,98 ± 0,06 0,93 ± 0,05 0,93 ± 0,08 0,90 ± 0,04 0,85 ± 0,06

-0,41 -0,43 -1,63 -0,24 -0,78 -0,69 -1,31 -1,66

Bảng 4.13: Ước tính độ không đảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA

Bảng 4.13 là kết quả tính toán hàm lượng và độ không đảm bảo đo của phương

pháp k0-CNAA trong 4 vòng lặp đối với các nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST-2711A

thông qua các hạt nhân sống ngắn. Nhìn chung, hầu hết ex của các nguyên tố xác

định được phù hợp với giá trị ce với độ lệch nhỏ hơn 15% và u-score nhỏ hơn 1,96.

Độ không đảm bảo đo của các giá trị hàm lượng tính được nhỏ hơn 10% và được ước

tính từ các sai số thành phần như: sai số của hoạt độ riêng, sai số của các thông số

phổ neutron (α, f), sai số hiệu suất của đầu dò và sai số của hệ số k0.

4.2. Kết quả hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết cao

4.2.1. Kết quả hiệu chỉnh mất số đếm do chồng chập xung

Trong nghiên cứu này, số đếm bị mất do chồng chập xung khi đo mẫu ở thời

gian chết cao đã được hiệu chính bằng công thức thực nghiệm (2.50) đã được xây

dựng trong phần lý thuyết của Chương 2. Trong đó, giá trị DT0 biểu thị thời gian chết

cao nhất có thể đo mà không thực hiện hiệu chính chồng chập xung. Kết quả cho thấy

DT0 của hệ đo sử dụng detector GMX-4076 có giá trị trung bình bằng 9,9% như được

trình bày trong Bảng 4.14.

Bảng 4.14: Kết quả xác định giá trị DT0 của hệ GMX-4076

DT0 (%) trung bình

9,9 ± 1,1

46mSc 198Au 137Cs 28Al

Hạt nhân Số bộ dữ liệu E (keV) 142,5 5 411,8 2 661,7 1 1778,9 4 DT0 (%) 11,7 ±1,8 11,6± 2,6 9,7± 2,6 7,4± 1,8

Kết quả trong Bảng 4.15 cho thấy hệ số a hầu như không phụ thuộc vào loại

nguồn và năng lượng tia gamma được đo, điều này chứng tỏ khả năng áp dụng của

công thức hiệu chính cho các dạng nguồn phức tạp hơn. Hệ số a biểu thị cho phần số

đếm bị mất do chồng chập xung khi thời gian chết của phổ đo tăng thêm một đơn vị.

Giá trị trung bình 0,00397 của a có ý nghĩa là khi thời gian chết của phổ đo tăng 1%

thì số đếm bị mất 0,397% do chồng chập xung.

Bảng 4.15: Kết quả tính toán hệ số a cho hiệu chính chồng chập xung

Bộ lá dò Al+Dy Al Cs+Al+Au Cs+Al+Au Al+Au+Cs+Al+Dy Sc+Al E (keV) 108,2 1778,9 661,7 411,8 1778,9 142,5

Hệ số a trung bình Hệ số a 0,00367±0,00022 0,00390±0,00007 0,00397±0,00019 0,00398±0,00014 0,00400±0,00008 0,00401±0,00008 0,00397±0,00004

Kết quả tính tốc độ đếm đã hiệu chính hiệu ứng chồng chập xung với giá trị DT0

= 9,9 và hệ số a = 0,00397 được trình bày trong các Hình 4.8 ÷ 4.10. Kết quả chỉ ra

tốc độ đếm đỉnh tương đối của 46mSc, 198Au và 137Cs trước và sau khi hiệu chính chồng

chập xung theo các thời gian chết khác nhau. Đối với các phép đo với thời gian chết

dưới 10%, tốc độ đếm của các hạt nhân gần như không thay đổi và tiệm cận quanh

giá trị đúng. Đối với các phép đo với thời gian chết lớn hơn 10%, tốc độ đếm giảm

tuyến tính theo thời gian chết tăng dần. Sau khi hiệu chính bởi công thức thực nghiệm

với DT0 = 9,9% và a = 0,00397 thì phần số đếm bị mất gần như được bổ sung hoàn

toàn và có thể hiệu chỉnh với thời gian chết lên đến 80%.

Hình 4.8: Tốc độ đếm tương đối tại đỉnh 142,5 keV của 46mSc trước và sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết

Hình 4.9: Tốc độ đếm tương đối tại đỉnh 411,8 keV của 198Au trước và sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết

Hình 4.10: Tốc độ đếm tương đối tại đỉnh 661,7 keV của 137Cs trước và sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết

4.2.2. Kết quả đánh giá k0-CNAA ở thời gian chết cao

Mẫu chuẩn NIST-2711A (Montana II Soil) được phân tích để đánh giá phương

pháp k0-CNAA ứng với thời gian chết cao. Mẫu có khối lượng khoảng 150 mg được

chiếu lặp vòng ở Cột nhiệt của LPƯĐL. Mẫu được chiếu 60 giây, để rã 10,35 giây,

đo 60 giây và lặp lại 4 vòng lặp. Thời gian chết của các phổ đo được tăng từ 32% đến

62%. Mất số đếm gây ra do thời gian chết và hệ số hiệu chính Fp chỉ ra trong Bảng

4.16. Ở vòng lặp thứ nhất ứng với thời gian chết 32%, phần số đếm không ghi nhận

được là 9% và hệ số hiệu chính (Fp) tính được là 1,10. Ở vòng lặp thứ 2, thời gian

chết tăng lên 51%, phần số đếm không ghi nhận được là 16% và Fp tính được là 1,19.

Ở vòng lặp thứ 3, thời gian chết 59%, phần số đếm không ghi nhận được là 19% và

Fp là 1,24. Ở vòng lặp thứ 4, thời gian chết 62%, phần số đếm không ghi nhận được

là 21% và Fp là 1,26.

Bảng 4.16: Hệ số hiệu chính mất số đếm của mẫu chuẩn NIST-2711a

1 Thời gian chết 32% % Số đếm không được ghi nhận 9% Hệ số hiệu chính (Fp) 1,10

2 51% 16% 1,19

3 59% 19% 1,24

4 62% 21% 1,26

Bảng 4.17 trình bày kết quả hàm lượng thực nghiệm của một số nguyên tố trong

mẫu chuẩn NIST-2711A được xác định thông qua phổ tổng của 4 vòng lặp bằng

phương pháp k0-CNAA. Kết quả đã được hiệu chính mất số đếm do thời gian chết.

Sau khi hiệu chỉnh, hàm lượng của một số nguyên tố tăng lên trung bình khoảng 20%

và tiệm cận gần đúng hơn với giá trị chứng nhận (ce). Kết quả cũng đã được so sánh

và đánh giá với giá trị ce, các giá trị tính toán bao gồm tỉ số ex / ce cùng sai số của

tỉ số này, và giá trị u-score. Hầu hết các nguyên tố có tỉ số ex / ce nhỏ hơn 10% ngoại

trừ các nguyên tố Hf và Ca với độ lệch khoảng 15%.

Bảng 4.17: Kết quả hàm lượng thực nghiệm của một số nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST-2711a ở vòng lặp thứ 4 đã hiệu chính thời gian chết

Ng.tố Dy Sc Hf Ti Mn V Al Ca ex ± ex (mg/kg) 4,69 ± 0,75 8,19 ± 2,21 8,03 ± 0,96 3100 ± 651 631 ± 63 75 ± 4 60400 ± 3020 20600 ± 2260 ce ± ce (mg/kg) 5,00 ± 0,63 8,50 ± 0,10 9,20 ± 0,20 3170 ± 80 675 ± 18 81 ± 6 67200 ± 600 24200 ± 847 ex/ce ± ex/ce 0,94 ± 0,13 0,96 ± 0,05 0,87 ± 0,05 0,98 ± 0,06 0,93 ± 0,05 0,93 ± 0,08 0,90 ± 0,04 0,85 ± 0,06 u-score -0,32 -0,14 -1,20 -0,11 -0,68 -0,88 -2,20 -1,51

Kết quả tính u-score trong Bảng 4.17 cho thấy hầu hết các nguyên tố có u-score

<1,64, điều đó chứng tỏ kết quả phân tích của đa số các nguyên tố không sai khác

đáng kể so với giá trị chứng nhận. Chỉ có một nguyên tố Al có u-score là lớn hơn 1,64

nhưng nhỏ hơn 2,96, cho phép nhận xét rằng, kết quả phân tích Al có thể không sai

khác nhiều so với ce. Hình 4.11 cho thấy tất cả các GTPT đều nhỏ hơn ce, nguyên

nhân có thể là do số đếm bị mất chưa được bổ sung hoàn toàn khi đo ở thời gian chết

quá cao (trên 50%). Mặt dù vậy, độ lệch giữa ex và ce nhỏ hơn 15% đối với tất cả

tám nguyên tố. Kết quả này vẫn chấp nhận được trong các phép đo các hạt nhân sống

ngắn với kỹ thuật CNAA ở thời gian chết lên đến 62%.

Hình 4.11: Tỉ số ex / ce của một số nguyên tố trong mẫu chuẩn NIST-2711a và sai số của chúng

4.3. Kết quả xác định nguyên tố Selen trong mẫu sinh học thông qua hạt nhân

77mSe bằng kích hoạt lặp vòng

Selen được xem là một nguyên tố vi lượng thiết yếu. Sự phát hiện Selen như là

một nguyên tố cần thiết cho động vật được báo cáo lần đầu tiên vào năm 1957. Từ

đó, Selen trong cơ thể người được chú ý và ngày càng nhiều kiến thức đã được biết

về vai trò dinh dưỡng của nó [58, 59]. Selen phân bố rộng trong môi trường (nước,

đất, không khí và các vật chất sinh học) mặc dù ở hàm lượng rất thấp ( 1 mg/kg)

[60, 61]. Selen và thành phần của nó đã được tìm thấy trong dải rộng của các ứng

dụng công nghệ, đặc biệt là trong dược phẩm (các chế phẩm Selen trong điều trị bệnh

do thiếu hụt Selen) [59]. Selen hiện được công nhận là chất dinh dưỡng quan trọng

về mặt sinh học. Trong chế độ ăn uống hàng ngày không đủ cung cấp Selen sẽ có hậu

quả bất lợi trong việc duy trì sức khỏe [58].

Nhiều phương pháp phân tích có thể được ứng dụng cho việc xác định hàm

lượng nguyên tố vết Selen (µg/kg) trong nhiều đối tượng mẫu, gồm các phương pháp

chủ yếu như NAA, AAS, ICP-MS, XRF và một số phương pháp khác [59]. Trong số

đó, NAA, AAS và XRF là những kỹ thuật phân tích thường được sử dụng nhất để xác

định Selen trong mẫu sinh học [60-64]. Trong đó, phương pháp XRF được xem là

mất thời gian và phức tạp, còn phương pháp AAS có thể bị nhiễu bởi nền phông như

thực phẩm [61]. Hơn nữa, Selen thường có mặt trong cả môi trường và mẫu sinh học

với hàm lượng rất thấp. Vì vậy kỹ thuật phân tích có độ nhạy cao là cần thiết để ngăn

ngừa tổn thất do bay hơi hoặc nhiễm bẩn. Phương pháp NAA cho độ nhạy cao bởi sử

dụng hạt nhân sống dài 75Se (T1/2 = 120 ngày) hoặc hạt nhân sống ngắn 77mSe (T1/2 =

75Se là một phương pháp khả thi, nhưng phải mất thời gian phân tích tương đối dài,

17,4 giây). Cả hai đều có những ưu và nhược điểm riêng. Việc xác định Selen qua

do đó làm tăng chi phí phân tích. Sử dụng 77mSe có thể tránh được việc phải chiếu –

rã – đo dài, do đó giảm đáng kể thời gian thí nghiệm.

Hình 4.12: Phổ gamma tại đỉnh 161,9 keV của 77mSe trong mẫu chuẩn NIST-1566b tích lũy theo các vòng lặp

Mẫu chuẩn NIST-1566b được chiếu và đo với một số vòng lặp. Các phổ riêng

lẻ được cộng lại thành phổ tổng ứng với số vòng lặp. Đỉnh phổ 161,9 keV của 77mSe

ứng với 7 vòng lặp được trình bày trong Hình 4.12 và cho thấy sự cải thiện đáng kể

của diện tích đỉnh 161,9 keV và tỉ số số đếm đỉnh trên căn phông theo số vòng lặp

được tăng dần.

Hình 4.13: Kết quả khảo sát thời gian chiếu tối ưu để xác định Selen trong mẫu chuẩn IAEA-436 và NIST-1566b

Phép đo giới hạn phát hiện của Selen trong mẫu chuẩn IAEA-436 và NIST-

1566b với các khoảng thời gian chiếu khác nhau đã được khảo sát. Kết quả được trình

bày trong Hình 4.13 cho thấy, khoảng thời gian chiếu từ 15  30 giây tại Kênh 13-2

và đo trong khoảng 20 giây tại khoảng cách 10 cm, giới hạn phát hiện đạt được là

thấp nhất, khoảng từ 0,06  0,08 µg đối với mẫu chuẩn IAEA-436. Trong khi đó giới

hạn phát hiện thấp nhất đối với mẫu chuẩn NIST-1566b ở khoảng 0,08  0,10 µg. Lý

do giới hạn phát hiện của Selen trong mẫu chuẩn NIST-1566b cao hơn trong mẫu

chuẩn IAEA-436 là vì trong mẫu NIST-1566b có chứa một lượng lớn hàm lượng

muối (5140 ppm Cl và 3297 ppm Na) và Al (197,2 ppm).

Kỹ thuật phân tích nhanh để xác định hàm lượng Selen trong mẫu sinh học thông

qua hạt nhân sống ngắn 77mSe đã được phát triển tại LPƯĐL. Kỹ thuật này đơn giản

và tiết kiệm thời gian thực hiện, bao gồm phép chiếu mẫu khoảng 5 ÷ 20 giây, thời

gian để rã trong vài giây và đo mẫu trong khoảng 20 giây. Độ chính xác của kỹ thuật

này đã từng được đánh giá thông qua phân tích Selen trong một vài mẫu chuẩn với

mức hàm lượng khác nhau. Bên cạnh đó, kết quả khảo sát cho thấy việc sử dụng hạt

nhân sống ngắn có nhiều ưu điểm hơn sử dụng hạt nhân sống dài 75Se.

Bảng 4.18: Phân tích Selen trong mẫu chuẩn IAEA-436 bằng NAA sử dụng 77mSe và 75Se

Hạt nhân Hạt nhân sống dài, Hạt nhân sống ngắn,

77mSe

75Se

Chu kỳ bán hủy 17,4 s 120 d

Thời gian chiếu 20 s tại 4,2 x 1012 10 h tại 3,5 x 1012 (n/cm2/s) (n/cm2/s)

Thời gian rã 20 s 20 d

Thời gian đếm 20 s tại GMX-4076 5  10 h tại GMX-

30190

Giới hạn phát hiện 0,06  0,07 µg 0,06  0,09 µg

8% Độ tái lặp 11%

Kết quả phân tích 4,35 ± 1,1 µg/g 4,25 ± 0,46 µg/g

77mSe và hạt nhân sống dài 75Se đều được sử dụng. Bảng 4.18 trình bày các thông số

Đối với phép xác định Selen bằng NAA tại LPƯĐL, cả hạt nhân sống ngắn

77mSe và 75Se. Đối với NAA sử dụng hạt nhân sống ngắn 77mSe, không chỉ cạnh tranh

thí nghiệm đã được dùng để phân tích Selen trong mẫu sinh học bằng NAA sử dụng

về mặt thời gian phân tích mà độ nhạy có thể đạt gần bằng với NAA sử dụng hạt nhân

sống dài. Phép phân tích 77mSe được thực hiện nhanh và đơn giản trong qui trình. Độ

lặp lại của phép đo thông thường là  11%. Độ chính xác khoảng  8% trong hầu hết

trường hợp. Giới hạn phát hiện có thể đạt được khoảng 0,06  0,09 µg đối với một

vài mẫu có nền phông là sinh học. Tuy nhiên, một số mẫu có giới hạn phát hiện cao

hơn vì bao gồm một lượng lớn Al, Na và Cl.

vòng 1

vòng 2

vòng 3

m ế đ

ố S

vòng 4

vòng 5

Năng lượng (keV)

Hình 4.14: Phổ tích lũy tại đỉnh 161,9 keV của 77mSe trong mẫu NIST-1598a

Đối với một số đối tượng mẫu, hàm lượng của Selen khá thấp thường dưới mức

ppm, số đếm thu được qua một phép chiếu và đo bằng NAA thông thường thì rất thấp

như được chỉ ra trong Hình 4.14. Vì vậy, các nỗ lực đã được thực hiện để cải thiện

giới hạn phát hiện của Selen bằng việc áp dụng các kiểu lặp vòng khác nhau, bao gồm

lặp vòng thông thường (CNAA), giả lặp vòng (PCNAA), chiếu mẫu lặp (Re-NAA)

và kết hợp Re-NAA với CNAA hoặc PCNAA.

Hình 4.15: Giới hạn phát hiện của Selen trong mẫu chuẩn IAEA-436 bằng việc kết hợp phổ của hai phương pháp Re-NAA và PCNAA

Hình 4.15 cho thấy giới hạn phát hiện của Selen được cải thiện đáng kể khi kết

hợp 2 phương pháp Re-NAA và PCNAA. Giới hạn phát hiện được cải thiện theo số

mẫu lặp và số vòng lặp tăng dần. Giới hạn phát hiện được cải thiện 2,8 lần khi tích

lũy phổ của 3 mẫu lặp tại vòng lặp thứ 3. Hệ số này có thể tăng lên khi tăng số mẫu

lặp và số vòng lặp. Nếu cần thiết, 5 mẫu lặp được chiếu lặp lại 5 lần mỗi mẫu thì sẽ

đạt được hệ số cải thiện khá đáng kể là 4,5 lần. Giới hạn phát hiện của Selen trong

mẫu IAEA-436 được xác định bằng Re-NAA và PCNAA có kết quả tốt hơn khoảng

1,3 lần và thời gian phân tích nhanh hơn nhiều so với kỹ thuật trùng phùng gamma -

gamma ghi sự kiện – sự kiện đã được phát triển trên LPƯĐL [64].

Độ tái lặp và độ chính xác của phương pháp CNAA đã được đánh giá bởi phân

tích một số mẫu chuẩn với mức hàm lượng Selen khác nhau. Kết quả trung bình của

3 phép phân tích được trình bày trong Bảng 4.19. Số liệu thu được cho thấy độ tái lặp

của phép đo giảm từ vòng lặp thứ nhất đến vòng lặp thứ 3 hoặc vòng lặp thứ 4 và sau

đó lại tăng dần. Độ tái lặp khoảng ± 4% đến 6% có thể dễ dàng đạt được đối với 3

loại mẫu chuẩn IAEA-436, NIST-1566b và NIST-1577b. Kết quả phân tích hàm

lượng Selen khá phù hợp với ce, với độ lệch nhỏ hơn 8% và u-score < 1,64 đối với

tất cả các giá trị.

Bảng 4.19: Kết quả hàm lượng thực nghiệm (mg/kg) của nguyên tố Selen theo số vòng lặp trong một số mẫu chuẩn bằng kích hoạt lặp vòng

u-score

Mẫu chuẩn (ce ± ce) Tuna Fish, IAEA-436

N 1

ex 𝜌̅𝑒𝑥 ±  4,64 ± 0,62

 (%) 13,5

0,01

(4,63 ± 0,48)

4,87 ± 0,60

12,3

0,31

4,32 ± 0,23

5,4

-0,58

4,29 ± 0,17

4,0

-0,67

4,42 ± 0,43

9,8

-0,32

4,51 ± 0,39

8,6

-0,20

Oyster Tissue, NIST-1566b

2,19 ± 0,29

13,2

0,40

(2,06 ± 0,15)

2,13 ± 0,23

10,8

0,25

1,96 ± 0,08

4,0

-0,58

1,96 ± 0,10

5,3

-0,55

2,01 ± 0,15

7,6

-0,24

2,04 ± 0,15

7,1

-0,09

Bovine Liver, NIST-1577b

0,79 ± 0,13

16,7

0,44

(0,73 ± 0,06)

0,72 ± 0,10

13,8

-0,07

0,81 ± 0,05

6,3

1,07

0,82 ± 0,04

4,8

1,20

0,81 ± 0,11

13,3

0,61

0,79 ± 0,10

13,2

0,46

“GTTB” và “RSD” là giá trị trung bình (mg/kg) và độ lệch chuẩn tương đối của các giá trị phân tích

4.4. Nhận xét chung Chương 4

Phương pháp phân tích kích hoạt lặp vòng theo chuẩn hóa k0 (k0-CNAA) được

áp dụng để xác định các nguyên tố thông qua các hạt nhân sống ngắn trong các mẫu

chuẩn SMELS I, NIST-1566b và NIST-2711A. Hầu hết các giá trị hàm lượng phân

tích được qua từng vòng lặp chỉ sai khác so với giá trị chứng nhận không quá 10%.

Giới hạn phát hiện được cải thiện đáng kể, một số nguyên tố chỉ có thể được phát

hiện từ vòng lặp thứ 3 trở đi. Khả năng hiệu chỉnh ảnh hưởng của thời gian chết cao

đã được kiểm chứng thông qua việc phân tích mẫu NIST-2711A khi đo ở thời gian

chết 62%. Độ lệch giữa ex và ce nhỏ hơn 15% đối với tất cả tám nguyên tố được xác

định trong mẫu này.

Kết quả phân tích nguyên tố Selen trong các mẫu sinh học bằng kích hoạt

neutron lặp vòng cho thấy ưu điểm nổi trội của phương pháp CNAA so với phương

pháp NAA truyền thống là giảm thời gian chiếu – rã và đo nhưng vẫn đạt được độ

chính xác khoảng 8%, giới hạn phát hiện trong khoảng 0,06 ÷ 0,09 µg. Nếu kết hợp

với các phương pháp Re-NAA và PCNAA thì giới hạn phát hiện còn được giảm đáng

kể, khoảng 4,5 lần.

Kết quả chính trong Chương 4 được lấy từ các công trình của chính tác giả:

+ Van Doanh Ho, Manh Dung Ho, Quang Thien Tran, Thi Sy Nguyen, Nhi

Dien Nguyen (2016), “Combination and optimization of the cyclic NAA modes at

77mSe”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Volume 309, Issue 1,

the Dalat research reactor for determination of selenium in biological materials using

pp.185-188.

+ Van Doanh Ho, Manh Dung Ho, Thanh Viet Ha, Quang Thien Tran, Dong

Vu Cao (2018), “The upgrading of the cyclic neutron activation analysis facility at

the Dalat research reactor”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry,

Volume 315, Issue 3, pp. 703-709.

KẾT LUẬN

Qua thời gian thực hiện luận án này, phương pháp phân tích kích hoạt neutron

lặp vòng dựa theo chuẩn hóa k0 (k0-CNAA) đã được phát triển và áp dụng thành

công tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Phương pháp này có khả năng cho kết quả

phân tích nhanh, độ tin cậy và độ nhạy cao, đặc biệt là các nguyên tố vi lượng có tính

chất chỉ thị dùng trong nghiên cứu y – sinh học và môi trường.

Luận án đã giải quyết được các mục tiêu đặt ra ban đầu với các kết quả chính

bao gồm:

Phương pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng (CNAA) đã được xây dựng

trên Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt với qui trình thực nghiệm hoàn toàn tự động sử

dụng hệ kích hoạt lặp vòng và phần mềm xử lý số liệu k0-IAEA. Phương pháp này

cho phép xác định nhanh các nguyên tố Se, Ag, F, Hf, Sc, Dy, Al, V, Ti, Cu, Ca, Mg

thông qua hạt nhân sống ngắn: Các hạt nhân có chu kỳ bán hủy (T1/2) nhỏ hơn 30 giây

27Mg. Đồng thời, phương pháp k0-CNAA cũng có khả năng xác định một số hạt nhân

như 77mSe, 110Ag, 20F, 179mHf, 46mSc; T1/2 < 10 phút như 28Al, 52V, 51Ti, 66Cu 49Ca,

có thời gian sống trung bình như 38Cl, 56Mn, 42K, 24Na, 198Au (T1/2 > 10 phút). Ngoài

ra, độ không đ ảm bảo đo của phương pháp k0-CNAA đã được xác định và hầu hết

các nguồn sai số của phương pháp đều đã được nhận diện và định lượng trong qui

trình thực nghiệm.

Phần mềm k0-IAEA (sau khi nâng cấp cho k0-CNAA bởi tác giả của phần mềm

– Dr. Menno Blaauw), lần đầu tiên đã được nghiên cứu áp dụng, kiểm tra và đánh giá

kết quả tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Phần mềm k0-IAEA có các chức năng xử

lý phổ tích lũy áp dụng trong k0-CNAA hoàn toàn tự động và cho kết quả tin cậy. Số

liệu thực nghiệm thu được cho thấy độ lệch giữa giá trị phân tích và giá trị chứng

nhận của hầu hết các nguyên tố nhỏ hơn 10%.

Sự mất số đếm do chồng chập xung ứng với thời gian chết cao lên đến 62% đã

được nghiên cứu hiệu chính với độ chính xác nhỏ hơn 15% đối với hầu hết các nguyên

tố trong mẫu chuẩn địa chất. Qua các kết quả ban đầu thực hiện trên một số loại mẫu

chuẩn cho thấy phương pháp CNAA có thể áp dụng để phân tích các đối tượng mẫu

có nền phông phức tạp chẳng hạn như mẫu môi trường và mẫu địa chất.

Bên cạnh đó, kết quả áp dụng phương pháp CNAA để phân tích thử nghiệm

nguyên tố Selen ở các mức hàm lượng khác nhau đã được thực hiện trong luận án.

Khi kết hợp các phương pháp lặp vòng khác nhau như chiếu mẫu lặp (Re-NAA) với

lặp vòng thông thường thì có thể cải thiện giới hạn phát hiện được khoảng 5 lần đối

với nguyên tố Selen trong mẫu sinh học. Phương pháp k0-CNAA được xây dựng

trong luận án có thể xác định Selen trong các loại mẫu y sinh có mức hàm lượng thấp

dưới ppm một vài bậc, hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu trong thực tế.

Kết quả thu được trong luận án đã đạt được một số điểm mới, bao gồm áp dụng

phần mềm k0-IAEA cho việc xử lý phổ tích lũy trong lặp vòng, hiệu chính ảnh hưởng

của thời gian chết cao đến 62% và phát triển thành công phương pháp phân tích kích

hoạt neutron lặp vòng dựa theo chuẩn hóa k0 (k0-CNAA) tại Lò phản ứng hạt nhân

Đà Lạt.

Từ những kết quả đạt được cũng như những kinh nghiệm và kiến thức thu được

qua quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án, tác giả có một số đề xuất về những

hướng nghiên cứu tiếp theo như sau:

- Áp dụng phương pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng để nghiên cứu

20F và 110Ag.

trong lĩnh vực y sinh và môi trường thông qua một số hạt nhân sống ngắn như 77mSe,

- Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng sử

dụng neutron trên nhiệt.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

Bài báo trong nước:

1. Van Doanh Ho, Dong Vu Cao, Quang Thien Tran, Ngoc Son Pham, Thi Sy

Nguyen, Giang Nguyen, Nhi Dien Nguyen (2014), “A new rapid neutron

activation analysis system at Dalat nuclear research reactor”, Journal of Nuclear

Science and Technology, Vol. 4, No.1, pp. 82-91.

2. Van Doanh Ho, Quang Thien Tran, Thi Sy Nguyen, Nhi Dien Nguyen (2014),

“Determination of selenium by short-time NAA using 77mSe at the Dalat research

reactor”, Journal of Nuclear Science and Technology, Volume 4, No.3, pp. 36-42.

Bài báo nước ngoài (ISI):

1. Van Doanh Ho, Manh Dung Ho, Quang Thien Tran, Thi Sy Nguyen, Nhi Dien

Nguyen (2016), “Combination and optimization of the cyclic NAA modes at the

77mSe”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Volume 309, Issue 1,

Dalat research reactor for determination of selenium in biological materials using

pp.185-188.

2. Manh Dung Ho, Quang Thien Tran, Van Doanh Ho, Dong Vu Cao, Thi Sy

Nguyen (2016), “Quality evaluation of the k0-standardized neutron activation

analysis at the Dalat research reactor”, Journal of Radioanalytical and Nuclear

Chemistry, Volume 309, Issue 1, pp.135-143.

3. Manh Dung Ho, Quang Thien Tran, Van Doanh Ho, Thi Sy Nguyen (2016),

“Determination of multi-element composition of Vietnamese marine sediment

and tuna ﬁsh by k0-standardized neutron activation analysis” Journal of

Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Volume 309, Issue 1, pp. 235-241.

4. Van Doanh Ho, Manh Dung Ho, Thanh Viet Ha, Quang Thien Tran, Dong Vu

Cao (2018), “The upgrading of the cyclic neutron activation analysis facility at

the Dalat research reactor”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry,

Volume 315, Issue 3, pp. 703-709.

Hội nghị khoa học trong nước và quốc tế:

1. Van Doanh Ho, Manh Dung Ho, Quang Thien Tran, Thi Sy Nguyen, Nhi Dien

Nguyen, “Investigation of the cyclic techniques in neutron activation analysis on

Dalat research reactor for determination of short-lived radionuclides in biological

materials”, The 11th National Conference on Nuclear Science and Technology, Da

Nang City, Viet Nam, August 5 - 7, 2015.

2. Van Doanh Ho, Manh Dung Ho, Quang Thien Tran, Thi Sy Nguyen, Nhi Dien

Nguyen, “Combination and optimization of cyclic NAA modes at Dalat Research

reactor for determination of some elements of interest”, The 14th International

Conference on Modern Trend in Activation Analysis, Delft, The Netherlands,

August 23 - 28, 2015.

3. Van Doanh Ho, Manh Dung Ho, Quang Thien Tran, Thinh Duc Le, “A cyclic

neutron activation analysis system at Dalat research reactor”, The 12th National

Conference on Nuclear Science and Technology, Nha Trang City, Viet Nam,

August 2 - 4, 2017.

4. Manh Dung Ho, Menno Blaauw, Van Doanh Ho, Chi Thanh Tran, “Validation

of the k0-IAEA software for cyclic neutron activation analysis” The 7th

International k0-User’s Workshop, Montreal, Canada, September 3-6, 2017.

5. Van Doanh Ho, Manh Dung Ho, “A cyclic neutron activation analysis system at

Dalat research reactor” The 7th International k0-User’s Workshop, Montreal,

Canada, September 3-6, 2017.

6. Van Doanh Ho, Van Giap Pham, Manh Dung Ho, “Correction of dead time

effects for cyclic neutron activation analysis”, The 13th National Conference on

Nuclear Science and Technology, Ha Long City, Viet Nam, August 7 - 9, 2019.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Greenberg R.R., Bode P., E.A.D.N. Fernandes (2011), "Neutron activation analysis: A primary method of measurement", Spectrochimica Acta Part B 66, pp.193-241.

[2] Molnar G.L., Revay Z., Szentmiklosi L. (2004), "New perspectives for very short- lived neutron activation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 262(1), pp.157-163.

[3] Hou X. (2000), "Cyclic activation analysis", Encyclopedia of Analytical Chemistry, pp.12447-12459.

[4] Oswald, Anders U. (1961), "Use of very short-lived isotopes in activation analysis", J. Anal. Chem. 33, pp.1706-1709.

[5] Anders U. (1960), "Determination of Fluorine by neutron activation", J. Anal. Chem. 32, pp.1368-1369.

[6] Spyrou N.M. (1981), "Cyclic activation analysis - A review", J. Radioanal. Nucl. Chem. 61, pp.211-242.

[7] Spyrou N.M. (1981), "Studies on some problems and applications of cyclic activation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 61, pp.175-182.

[8] Spyrou N.M. (1982), "Usefulness of thermal and epithermal cyclic activation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 72(1), pp.155-182.

[9] Rao R.R., Mcdowell L.S., Jayawickreme C.K., Chatt A. (1991), "Evaluation of homogeneity of selected reference materials for selenium by cyclic neutron activation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 151(1), pp. 167-175.

[10] Ventura M.G.,Freitas M.C., Pacheco A.M.G. (2009), "Determination of selenium in food matrices by replicate sample neutron activation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 281, pp. 197-200.

[11] Givens W.W. (1968), Cyclic Activation Analysis, Proceeding of International Conference on Modern Trends in Activation Analysis, Washington, DC, pp.139-147.

[12] Tani A., Matsuda Y., Yuasa Y., Kawai N. (1969), "Repeat pulse activation analysis for measurement of short half life radionuclides", J. Radiochem. Radioanal. Lett., pp.155 -161.

[13] Spyrou N.M., Kerr S.A. (1979), "Cyclic activation: The measurement of short- lived Isotopes in the analysis of biological and environmental samples", J. Radioanal. Nucl. Chem. 48, pp.169-183.

[14] Becker A.D. (1998), "Characterization and use of the new NIST rapid pneumatic tube irradiation facility", J. Radioanal. Nucl. Chem. 233, pp.155-160.

[15] Chung Y.S. (2009), "Characteristics of a new pneumatic transfer system for a neutron activation analysis at the HANARO research reactor", J. Nucl. Engin. Technol. 41(6), pp.813-820.

[16] Ismail S.S. (2010), "A New Automated Sample Transfer System for Instrumental Neutron Activation Analysis", J. Autom. Methods Manag. Chem., pp.1-8.

[17] Nyarko B.J.B., Akaho E.H.K., Fletcher J.J., Chatt A. (2008), "Neutron activation analysis for Dy, Hf, Rb, Sc and Se in some Ghanaian cereals aand vegetables using short-lived nuclides and Comptin suppression spectrometry", J. Appl. Radiat. Isot. 66, pp.1067-1072.

[18] Faanhof A., Woittiez J.R.W., Das H.A. (1981), Errors in instrumental neutron activation analysis based on short-lived radionuclides", J. Radioanal. Nucl. Chem. 62, pp. 151-159.

[19] Hou X., Das H.A. (1997), "Accuracy, precision and sensitivity in cyclic INAA with short-lived radionuclides, J. Radioanal. Nucl. Chem. 223, pp.67-72.

[20] Dams R., Billiet J., Hoste J. (1975), "Neutron activation analysis of F, Sc, Se, Ag, Hf in Aerosols using short-lived isotopes", Inter. J. Environ. Anal. Chem. 4, pp.141-153.

[21] El-Ghawi U.M., Al-Sadeq A.A., Bejey MM, Alamin M.B. (2005), "Determination of selenium in Libyan food items using pseudocyclic instrumental neutron activation analysis", J. Biol. Trace Elem. Res. 107, pp. 61-71.

[22] Shi Y S.E., Holzbecher J., Chatt A. (1999), "Determination of selenium in Canadian food items by cyclic instrumental neutron activation", J. Biol. Trace Elem. Res., pp.377-386.

[23] Zhang W., Chatt A. (2009), "Determination of selenium in foods by pseudo- cyclic neutron activation and anti-coincidence gamma-ray spectrometry", J. Radioanal. Nucl. Chem. 282, pp. 139-143.

[24] Zhang H., Chai Z.F., Qing W.Y., Chen H.C. (2009), "Cyclic neutron activation analysis for determination of selenium in food samples using 77mSe", J. Radioanal. Nucl. Chem. 281, pp.23-26.

[25] Zhang W., Chatt A. (2014), "Anticoincidence counting further improves detection limits of short-lived products by pseudo-cyclic instrumental neutron activation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 302, pp.1201-1211.

[26] Nakamura Y., Fukushima M., Chatt A. (2019), "Estimation of daily selenium intake by 3 to 5 year old Japanese children based on selenium excretion in 24h urine samples", J. Nutr. Sci. 8, pp.1-8.

[27] Kerr S.A., Spyrou N.M. (1978), "Fluorine analysis of bone and other biological materials: A cyclic activation method", J. Radioanal. Nucl. Chem. 44, pp.159-173.

[28] Spate V.L., Baskett C.K., Mason M.M., Reams C.L., Hunter D., Willett W.C. (1994), "Determination of Fluorine in human nails via cyclic instrumental neutron ctivation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 179, pp.27-33.

[29] Farooqi A.S., Spyrou N.M. (1992), "Fluorine determination in diet samples using cyclic INAA and pige analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 161, pp.71-78.

[30] Woittiez J.R.W., Das H.A. (1980), "Determination of calcium, phosphorus and fluorine in bone by instrumental fast neutron activation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 59, pp.213-219.

[31] Spyrou N.M., et al. (1989), "Flourine concentrations in Bone Biopsy samples determined by proton-induced gama-ray emission and cyclic neutron activation", J. Biol. Trace Elem. Res., pp.161-168.

[32] Tominaga H., et al. (1979), "Determination of Fluorine in glasses by cyclic activation analysis using a californium-252 neutron source", J. Radioanal. Nucl. Chem., pp.235-247.

[33] Chatt A., et al. (1981), "Cyclic neutron activation analysis of biological and metallurgical samples", J. Can. J. Chem., 59, pp.1660-1664.

[34] Parry S.J., et al. (2000), "Epithermal/fast neutron cyclic activation analysis for the determination of fluorine in environmental and industrial materials", J. Radioanal. Nucl. Chem. 244, pp.67-72.

[35] Egan A., Spyrou N.M. (1976), "Detection of Lead via Lead-207m using cyclic activation and a modified sum-coincidence system", J. Anal. Chem. 48, pp.1959- 1962.

[36] Dung H.M., Hien P.D. (2003), "The application and development of k0- standardization method of neutron activation analysis at Dalat research reactor", J. Radioanal. Nucl. Chem. 257(3), pp.643-647.

[37] Dung H.M., et al. (2012), "Development of k0-based cyclic neutron activation analysis for short-lived radionuclides", J. Radioanal. Nucl. Chem. 291, pp.485-492.

[38] Lindstrom R.M., Fleming R.F. (1995), "Dead time, pileup and accurate gamma- ray spectrometry", Radioactivity & Radiochemistry 6(2), pp.20-27.

[39] Pomme S., Fitzgerald R., Keightley J. (2015), "Uncertainty of nuclear counting", Metrologia 52, pp.3-17.

[40] Blaauw M. (1993), The Holistic analysis of gamma-ray spectra in instrument analysis, Ph.D. Thesis, Interfaculty Reactor Institute, Delft University of Technology, Delft.

[41] Ismail S.S., Grass F., Westphal G.P. (1998), "A new highly efficient set-up for cyclic and pseudocyclic short time activation analysis with high count rates", J. Radioanal. Nucl. Chem. 233, pp.149-153.

[42] Tout R.E., Chatt A. (1981), "The effect of sample matrix on selection of optimum timing parameters in cyclic neutron activation analysis", J. Anal. Chim. Acta. 133, pp.409-419.

[43] Al-Mugrabi M.A., Spyrou N.M. (1987), "The use of simulation for the optimization of the signal-to-noise ratio in cyclic activation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem., pp.67-77.

[44] Landsberger S., Dayman K. (2013), "Monitoring of neutron flux changes in short-lived neutron activation analysis", J. Radioanal. Nucl. Chem. 296(1), pp.329- 332.

[45] Hou X., Das H. (1997), "Accuracy, precision and sensitvity in cyclic INAA with short-lived radionuclides", J. Radioanal. Nucl. Chem. 233, pp.67-72.

[46] Currie L.A. (1999), "Detection and quantification limits: origins and historical overview", J. Anal. Chim. Acta. 391,pp.127-134.

[47] Kruger P. (1970), Principles of Activation Analysis, Stanford, California.

[48] Woittiez J.R.W., Faanhof A., DAS H.A. (1979), "A correction for dead-time losses in gamma-ray spectrometry for a mixture of short-lived radionuclides", J. Radioanal. Nucl. Chem. 53, pp.191-201.

[49] Wiernik M. (1971), "Comparison of several methods proposed for correction of dead-time losses in the gamma-ray spectrometry of very short-lived nuclides", J. Nucl. Instrum. Methods 95, pp.13-18.

[50] Schonfeld E. (1966), "ALPHA - A computer program for the determination of radioisotopes by least-squares resolution of the gamma-ray spectra", J. Nucl. Instrum. Methods 42, pp.213-218.

[51] Alfassi Z.B., Tsechansky A. (1980), "On the correction of the self coincidence in gamma ray spectra dependence of resolution time on energy", J. Radioanal. Nucl. Chem. 55, pp.135-139.

[52] Heydorn K., Damsgaard E. (1997), "Validation of a loss-free counting system for neutron activation analysis with short-lived indicators", J. Radioanal. Nucl. Chem. 215, pp.157-160.

[53] De Corte F., De Wispelaere A. (2005), "The use of a Zr-Au-Lu alloy for calibrating the irradiation facility in k0-NAA for general neutron spectrum monitoring", J. Radioanal. Nucl. Chem. 263, pp.653-657.

[54] Seymour R.S., Andreaco M.S., Pierce J. (1988), "Evaluation of energy efficiency fitting functions for HPGe detectors", J. Radioanal. Nucl. Chem. 123(2), pp.529-550.

[55] Radu, et al. (2010), Transfer of detector efficiency calibration from a point source to other geometries using ETNA software, Romanian Reports in Physics.

[56] X-Ray and Gamma-ray Standards for Detector Calibration, IAEA-TECDOC- 619 (1991).

[57] Schwarz K., Foltz C.M. (1957), "Selenium as an integral part of factor 3 against dietary necrotic liver degeneration", J. Am. Chem. Soc. 79, pp.3292-3293.

[58] El-Ghawi U.M., Al-Sadeq A.A., Bejey MM, Alamin M.B. (2005), "Determination of selenium in Libyan food items using pseudocyclic instrumental neutron activation analysis", J. Biol. Trace Elem. Res. 107, pp. 61-71.

[59] Bem E.M., et al. (1981), "Determination of Selenium in the Environment and in Biological Materials", J. Environ. Health Perspect.37, pp.183-200.

[60] Zhang H., Chai Z.F., Qing W.Y., Chen H.C. (2009), "Cyclic neutron activation analysis for determination of selenium in food samples using 77mSe", J. Radioanal. Nucl. Chem. 281, pp.23-26.

[61] McDowell L.S., Giffen P.R., Chatt A. (1987), "Determination of Selenium in individual food items using the short-lived nuclide 77mSe", J. Radioanal. Nucl. Chem. 110, pp.519-529.

[62] Zhang W., Chatt A. (2009), "Determination of selenium in foods by pseudo- cyclic neutron activation and anti-coincidence gamma-ray spectrometry", J. Radioanal. Nucl. Chem. 282, pp.139-143.

in [63] Behni D., et al. (1990), "Combination of Neutron Activation Analysis, Tracer the Investigation of Selenium Techniques, and Biochemical Methods Metabolism", J. Biol. Trace Res., pp.439-447.

[64] Minh Van Truong., et al. (2016), “Determination of the selenium content in biological samples by gamma – gamma coincidence method”, Journal Science and technology development, pp.154-161.