TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP GHI ĐO BỨC XẠ ĐỀ TÀI: ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

Chia sẻ: Nguyễn Thị Bích Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

211
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Một bảng đồng vị phóng xạ liệt kê các thông tin về các đồng vị bền và đồng vị không bền. Hình 3 là một phần nhỏ của một bảng đồng vị phóng xạ điển hình. Bảng này vẽ một ô cho mỗi đồng vị phóng xạ riêng biệt, với số proton (Z) theo trục đứng và số neutron (N = A – Z) theo trục ngang

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP GHI ĐO BỨC XẠ ĐỀ TÀI: ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

B GIÁO D C VÀ ÀO T O TRƯ NG I H C SƯ PH M TP. H CHÍ MINH TI U LU N PHƯƠNG PHÁP GHI O B C X TÀI: NG V PHÓNG X GVHD : TS. TR N QU C DŨNG H c viên : NG SA LY Chuyên ngành : V t lý nguyên t K22 Thành ph H Chí Minh – 2013
1. BẢNG CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Cũng gi ng như B ng H Th ng Tu n Hoàn, B ng Các ng V Phóng X là hình th c thu n ti n trình bày m t s lư ng l n thông tin khoa h c theo l i có t ch c. Hình 3. M t ph n nh c a m t b ng ng v phóng x i n hình
1.1 BẢNG CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ M t b ng ng v phóng x li t kê các thông tin v các ng v b n và ng v không b n. Hình 3 là m t ph n nh c a m t b ng ng v phóng x i n hình. B ng này v m t ô cho m i ng v phóng x riêng bi t, v i s proton (Z) theo tr c ng và s neutron (N = A – Z) theo tr c ngang. Hình vuông màu xám bi u th ng v b n. Các hình vuông màu tr ng bi u th các phóng x nhân t o, nghĩa là chúng ư c s n xu t theo k thu t nhân t o và không t nhiên xu t hi n. B ng cách tra c u m t b ng hoàn ch nh, ta có th tìm th y các lo i ng v khác, ch ng h ng như các lo i ng v xu t hi n trong t nhiên (nhưng không có ng v nào ư c tìm th y trong vùng c a b ng hình 3) Các ô n m v bên trái c a m i hàng ngang trong b ng là thông tin chung c a m i nguyên t . M i ô ch a ký hi u hóa h c c a nguyên t kèm theo nguyên t kh i trung bình c a ch t phóng x xu t hi n trong t nhiên và ti t di n h p th neutron nhi t trung bình. Các ng v (các nguyên t có cùng s Z nhưng khác s A) c a m i nguyên t ư c li t kê phía bên ph i. 1.2 THÔNG TIN CÁC ĐỒNG VỊ BỀN i v i các ng v b n, i kèm v i ký hi u và s nguyên t kh i là ph n trăm c a m i ng v xu t hi n trong t nhiên cũng như ti t di n h p th neutron nhi t và kh i lư ng theo ơn v amu. Hình 4 là m t kh i i n hình c a m t ng v b n t b ng các ng v phóng x .
1.3 THÔNG TIN CÁC ĐỒNG VỊ KHÔNG BỀN i v i các ng v không b n, ngoài các thông tin trên thì còn có thông tin v th i gian bán rã, lo i phân rã (ví d như phân rã β- , α,...), năng lư ng phân rã t ng c ng theo ơn v MeV và kh i lư ng theo ơn v amu. Hình 5 là m t kh i i n hình c a m t ng v không b n t b ng các ng v phóng x .
1.4 TỈ SỐ NEUTRON – PROTON Hình 6 cho th y s phân b c a các ng v b n ư c bi u di n trên cùng các tr c như b ng các ng v phóng x . Khi s kh i tăng thì t s s neutron trên s proton cũng tăng theo. Ví d Helium-4(2 proton và 2 neutron) và Oxygen-16(8 proton và 8 neutron) thì t s này là 1; Indium-115(49 proton và 66 neutron) thì t s này tăng lên 1,35; và i v i Uranium-238(92 proton và 146 neutron) thì t s này là 1,59. N u m t h t nhân n ng b tách thành hai ph n, thì m i ph n s t o thành m t h t nhân con, có t s s neutron trên s proton x p sĩ như t s c a h t nhân m . Các h t nhân có t s s neutron trên proton cao n m dư i v phía ph i c a ư ng bi u di n các h t nhân b n ư c bi u di n trên Hình 6. Tính không b n c a h t nhân là do s neutron quá l n, s không b n này nói chung s ư c i u ch nh b ng s liên ti p phát các b c x beta- β, và trong m i phát x β thì m t neutron chuy n thành m t proton và chuy n h t nhân n t s s neutron trên s proton b n hơn.
1.5 ĐỘ PHONG PHÚ TRONG TỰ NHIÊN CỦA CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ nhi u tương ic am t ng v trong t nhiên so v i các ng v khác c a cùng m t nguyên t thư ng là không i. B ng ng v phóng x bi u di n nhi u tương i xu t hi n trong t nhiên c a các ng v c a cùng m t nguyên t theo ơn v ph n trăm nguyên t . Ph n trăm nguyên t là t l ph n trăm c a các nguyên t c a m t lo i ng v c a m t nguyên t . Ph n trăm nguyên t vi t g n là a/o. Ví d nhi u ng v c a ng v oxygen-18 là 0,20%, gi s trong m t c c nư c ch a 8,23 x 1024 nguyên t oxygen thì s có 1,65 x 1024 nguyên t ng v oxygen-18 trong c c nư c ó. Kh i lư ng nguyên t c a m t nguyên t ư c nh nghĩa là kh i lư ng nguyên t trung bình c a các ng v c a nguyên t ó. Kh i lư ng nguyên t c a m t nguyên t có th ư c tính b ng cách l y t ng các tích nhi u ng v c a m i ng v v i kh i lư ng nguyên t c a ng v ó. Ví d : Tính kh i lư ng nguyên t c a nguyên t lithium n u bi t lithium có hai ng v là lithium-6 có nhi u nguyên t là 7,5% và kh i lư ng nguyên t là 6,015122 amu và lithium-7 có nhi u nguyên t là 92,5% và kh i lư ng nguyên t là 7,016003 amu. Gi i: Kh i lư ng nguyên t Lithium = (0,075)(6,015122 amu) + (0,925)(7,016003 amu) = 6,9409 amu M t i lư ng o khác c a nhi u ng v là ph n trăm kh i lư ng (w/o). Ph n trăm kh i lư ng là ph n trăm kh i lư ng c a m t ng v riêng bi t. Ví d m t m u v t li u
ch a 100 kg uranium trong ó thành ph n uranium-235 có ph n trăm kh i lư ng là 28 w/o có nghĩa là có 28 kg ng v uranium-235. 2. QUÁ TRÌNH LÀM GIÀU URANIUM 2.1 URANIUM GIÀU Uranium ư c khai thác t t có ch a các ng v uranium-238, uranium-235 và uranium-234. Trong ó uranium-238 trong t nhiên chi m nhi u nh t (99,2745%), ph n còn l i thì ch y u là uranium-235 (0,7200%) và m t s lư ng nh uranium-234. M c dù t t c các ng v c a uranium có chung các tính ch t hóa h c, nhưng m i ng v l i có nh ng tính ch t thu c v h t nhân khác nhau áng k . ng v uranium- 235 thư ng là nguyên li u chính dùng trong nhà máy i n h t nhân t o ra i n h t nhân; ch t o vũ khí h t nhân. Quá trình làm giàu uranium t o ra uranium giàu. Uranium giàu là uranium trong ó ng v uranium-235 có n ng cao hơn giá tr n ng có trong t nhiên. Quá trình làm giàu cũng s d n n s n ph m ph uranium nghèo. Uranium nghèo là uranium trong ó ng v uranium-235 có n ng th p hơn giá tr n ng có trong t nhiên. M c dù uranium nghèo ư c xem như là s n ph m
ph c a quá trình làm giàu, nhưng nó th c s có giá tr trong lĩnh v c h t nhân và công nghi p thương m i và qu c phòng. 2.2 QUÁ TRÌNH LÀM GIÀU URANIUM Vì tính ch t thương m i và qu c phòng c a m i qu c gia òi h i làm giàu uranium. U235 ư c làm giàu b ng phương pháp tách ng v . 2.2.1 KHUẾCH TÁN KHÍ Quy trình làm giàu uranium b ng phương pháp khu ch tán khí, bên trong thi t b , khí uranium-6-flour(UF6) ư c ưa ch m vào các ư ng ng d n, t i ây UF6 ư c bơm qua các b l c c bi t g i là các “barrier” (còn g i là các màng t ong – Porous Membrane). Các l tr ng c a barrier r t nh các phân t khí UF6 i qua ư c. Quá trình làm giàu x y ra khi mà các phân t khí UF6 nh hơn(ch a các nguyên t U234 và U235) ti n t i khu ch tán qua các barrier nhanh hơn các phân t khí UF6 n ng ch a U238 Quá trình khu ch tán khí s d ng phương pháp khu ch tán phân t tách m t lo i khí ra kh i h n h Dĩ hai lo ilà s Sc n hàng ng v barrier xc p p nhiên khí. tách trăm ư c th hi n btheo cách khu cho tánnUraniumUF6 ch khí ng t ng l p ch khi khí (trong a UF6 ) qua “màng t ong” nh vào tính khác nhau c a v n t c phân t c a hai ng v .
U235 c n s d ng trong lò ph n ng. ph n cu i c a quá trình UF6 giàu s ư c l y ra kh i ng d n và ư c ngưng t thành d ng l ng rót vào thùng ch a. 2.2.2 LI TÂM KHÍ Quá trình làm giàu uranium b ng phương pháp li tâm s d ng m t s lư ng l n các xi-lanh quay, ư c x p thành m t dãy n i ti p. Trong quá trình này, khí UF6 ư c ưa vào m t xi-lanh và ư c quay t c cao. S quay này t o m t l c li tâm m nh cho các 238 phân t khí n ng(ch a U ) chuy n ng ra phía ngoài c a xi-lanh và các phân t khí nh (ch a U235) t p trung vào g n tâm hơn. Dòng uranium giàu ư c l y ra và ti p t c ưa vào t ng cao hơn k ti p, trong khi ó dòng uranium nghèo ư c tái s d ng và ư c ưa xu ng t ng th p hơn k ti p. Quá trình x y ra s cho lư ng uranium giàu áng k . 2.2.3 LASER PHÂN TÁCH S tách ng v uranium có th t ư c d a trên nguyên lý quang kích thích (kích thích phân t s d ng ánh sáng laser). K thu t như v y có tên là AVLIS (Atomic Vapor Laser Isotope Separation), MLIS (Molecular Laser Isotope Separation), SILEX (Separation of Isotopes by Laser Excitation). Nói chung, quá trình làm giàu s d ng ba h th ng chính, ó là h th ng laser, h th ng quang h c, và h th ng module phân tách. Laser i u hư ng ư c có th phát tri n b n ra m t b c x ơn s c (ánh sáng m t màu). Các m u ng v ch u nh hư ng c a tia laser ơn s c sau ó s b bi n i lý tính ho c hóa tính, mà i u này làm cho nguyên li u có kh năng phân tách. AVLIS s d ng h p kim U-Fe trong khi ó SILEX và MLIS s d ng UF6.
3. ĐỘ HỤT KHỐI. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT Hai nh lu t riêng bi t là nh lu t b o toàn kh i lư ng và nh lu t b o toàn năng lư ng không ư c áp d ng ch t ch trong ph m vi h t nhân. Có th chuy n i gi a kh i lư ng và năng lư ng (E = mc2). Thay vì hai nh lu t b o toàn riêng bi t thì m t nh lu t b o toàn chung phát bi u t ng kh i lư ng và năng lư ng ư c b o toàn. Kh i lư ng không t nhiên xu t hi n ho c m t i. S gi m xu ng c a kh i lư ng s kéo theo s tăng lên tương ng c a năng lư ng và ngư c l i. 3.1 ĐỘ HỤT KHỐI Các phép o c n th n ã ch ra r ng kh i lư ng c a m t nguyên t riêng bi t nh hơn t ng các kh i lư ng c a các neutron, proton và electron riêng l c u t o nên nguyên t ó. S sai khác kh i lư ng này là r t nh . S khác nhau gi a kh i lư ng c a nguyên t và t ng các kh i lư ng c a các ph n c a nó ư c g i là h t kh i (∆m). h t kh i ư c tính theo phương trình (1 – 1). Vi c tính toán h t kh i c n chú ý n chính xác c a các phép o kh i lư ng vì s khác nhau trong kh i lư ng thì nh so v i kh i lư ng nguyên t . Vi c làm tròn s các kh i lư ng c a các nguyên t và các h t dư i ba ho c b n ch s cũng nh hư ng quan tr ng n k t qu tính toán h t kh i. ∆m = [Z(mp + me) + (A – Z)mn] – matom Trong ó ∆m: h t kh i (amu) mp : kh i lư ng m t proton (1,007277 amu) mn : kh i lư ng m t neutron (1,008665 amu) me : kh i lư ng m t electron (0,000548597 amu) matom : kh i lư ng h t nhân (amu)
Z : s proton N : s neutron Ví d : Tính h t kh i c a Lithium-7 bi t kh i lư ng c a lithium-7 là 7,016003 amu. Gi i: 3.2 NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT m t mát kh i lư ng, hay h t kh i là do s chuy n i kh i lư ng thành năng lư ng liên k t khi h t nhân ư c t o thành. Năng lư ng liên k t ư c nh nghĩa là lư ng năng lư ng c n cung c p cho m t h t nhân tách toàn b các h t thu c h t nhân c a h t nhân ó (các nucleon). Ta cũng có th hi u ó là lư ng năng lư ng gi i phóng ra khi h t nhân ư c t o thành t các h t riêng bi t. Năng lư ng liên k t là năng lư ng tương ương v i h t kh i. Vì h t kh i ư c chuy n thành năng lư ng liên k t khi h t nhân ư c t o thành nên ta có th tính năng lư ng liên k t s d ng h s chuy n i nh n ư c t m i liên h gi a kh i lư ng – năng lư ng t Thuy t Tương i Einsteins. Phương trình n i ti ng c a Einsteins v m i liên h gi a kh i lư ng – năng lư ng là E = mc2 trong ó c là v n t c ánh sáng ( c = 2,998x103m/s). Năng lư ng tương ương v i m t ơn v nguyên t kh i (1 amu) có th tihs ư c b ng cách dùng phương trình Eisteins và các h s chuy n i
Vì m t ơn v kh i lư ng nguyên t tương ương v i năng lư ng là 931.5MeV nên năng lư ng liên k t ư c tính theo phương trình (1 – 2) Ví d : Tính h t kh i và năng lư ng liên k t c a Uranium-235, bi t r ng kh i lư ng nguyên t c a Uranium-235 là 235,043924 amu. Gi i:
3.3 CÁC MỨC NĂNG LƯỢNG CỦA HẠT NHÂN Các nucleon trong h t nhân c a m t nguyên t gi ng như các electron quay quanh h t nhân, t n t i trên các l p tương ng v i các tr ng thái năng lư ng. Các l p năng lư ng c a h t nhân ư c nh nghĩa và hi u ít rõ ràng b ng các l p năng lư ng c a electron. M t h t nhân có m t tr ng thái ng v i m c năng lư ng th p nh t g i là tr ng thái cơ b n và các tr ng thái kích thích riêng bi t (r i r c, gián o n). Các tr ng thái năng lư ng gián o n c a electron trong nguyên t ư c o b ng ơn v eV ho c KeV, còn các m c năng lư ng c a h t nhân thì l n hơn r t nhi u và thư ng o b ng ơn v MeV. M t h t nhân trong tr ng thái kích thích s không gi m c năng lư ng ó trong m t th i gian vô h n. Gi ng như các electron trong m t nguyên t b kích thích, các nucleon trong h t nhân b kích thích s chuy n sang tr ng thái có m c năng lư ng th p và cùng lúc phát ra m t chùm b c x i n t gián o n, g i là tia gamma (γ). S khác nhau gi a chùm tia X và chùm tia γ là m c năng lư ng c a chúng và chúng ư c phát ra t l p v i n t hay t h t nhân. Tr ng thái cơ b n và các tr ng thái kích thích c a h t nhân ư c miêu t trong sơ m c năng lư ng h t nhân. Sơ m c năng lư ng h t nhân bao g m các thanh ngang x p lên nhau. M i tr ng thái kích thích ng v i m t thanh. Kho ng cách theo chi u d c gi a thanh bi u di n tr ng thái kích thích và thanh bi u di n tr ng thái cơ b n tương ng v i m c năng lư ng c a tr ng thái kích thích i v i tr ng thái cơ b n. S khác nhau v năng lư ng c a tr ng thái kích thích và tr ng thái cơ b n này ư c g i là năng lư ng kích thích c a tr ng thái kích thích tương ng. Tr ng thái cơ b n c a m t ng
v phóng x có năng lư ng kích thích b ng 0. Các thanh c a năng lư ng kích thích ư c gán nhãn v i các m c năng lư ng tương ng. Hình 7 là sơ m c năng lư ng c a nickel-60.