Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Khoa học: Xác định độ giàu của nhiên liệu Uran nghèo và Uran được làm giàu thấp bằng phương pháp phổ Gamma tv

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu nhằm tìm hiểu các đặc trưng của nhiên liệu uran và phương pháp xác định độ giàu theo phương pháp phổ gamma kết hợp với chuẩn nội hiệu suất ghi; tìm hiểu ưu việt của phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi, áp dụng đánh giá độ ̣giàu của nhiên liệu uran có độ giàu thấp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Khoa học: Xác định độ giàu của nhiên liệu Uran nghèo và Uran được làm giàu thấp bằng phương pháp phổ Gamma tv

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------- Pham Thị Nghĩa XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA NHIÊN LIỆU URAN NGHÈO VÀ URAN ĐƢỢC LÀM GIÀU TÁP BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA. LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------- Pham Thị Nghĩa XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA NHIÊN LIỆU URAN NGHÈO VÀ URAN ĐƢỢC LÀM GIÀU TÁP BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA. Chuyên ngành: Vật lí hạt nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN : PGS.TS BÙI VĂN LOÁT Hà Nội - 2015
LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Bùi Văn Loát, các thầy cô giáo tại Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý, Phòng Sau đại học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội và các cán bộ Trung tâm Vậy lý hạt nhân - Viện Vật lý là người hướng dẫn khoa học đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình và bạn bè đã thường xuyên động viên, khuyến khích và dành mọi điều kiện có thể được để em hoàn thành luận văn này. Hà nội, ngày 02 tháng 11 năm 2014 Học viên Phạm Thị Nghĩa
MỤC LỤC MỞ ĐẦU............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ............................................................................................................. 3 1.1. Một số đặc trƣng cơ bản của Urani ................................................................. 3 1.2. Nhiên liêụ uran đƣơ ̣c làm giàu và uran nghèo . Error! Bookmark not defined. 1.2.1. Quá trình làm giàu Urani ................................. Error! Bookmark not defined. 1.2.2.Urani nghèo ........................................................ Error! Bookmark not defined. 1.3. Các phƣơng pháp phân tích nhiên liệu hạt nhân UraniError! Bookmark not defined. 1.3.1. Phương pháp phân tích phá hủy mẫu .............. Error! Bookmark not defined. 1.3.2. Phương pháp phân tích không phá hủy mẫu (NDA)Error! Bookmark not defined. 1.3.3. Phương pháp phổ kế gamma và kỹ thuật chuẩn trongError! Bookmark not defined. CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .............Error! Bookmark not defined. 2.1. Xác định độ giàu của nhiên liệu hạt nhân thông qua tỉ số hoạt đô ̣ các đồ ng vi Uran. ̣ ............................................................... Error! Bookmark not defined. 2.2. Xác định tỷ số hoạt độ phóng xạ theo phƣơng pháp phổ gamma.Error! Bookmark not defi 2.2.1.Phương pháp xác định hàm lượng urani sử dụng phổ kế gamma.Error! Bookmark not defi 2.2.2. Mẫu phân tích và thiế t bi ̣ đo phổ gamma của nhiên liê ̣u hạt nhân.Error! Bookmark not de 2.3. Phƣơng pháp chuẩ n nô ̣i xác đinh ̣ tỷ số hoa ̣t đô ̣.Error! Bookmark not defined. 2.3.1. Phương pháp chuẩ n nội hiê ̣u suấ t ghi xác đinh ̣ tỷ số hoạt độ.Error! Bookmark not defined 2.3.2. Xác định tỷ số hoạt độ dựa vào đặc trưng hiê ̣u suấ t ghi của Detector Planar. .......................................................................... Error! Bookmark not defined. 2.4. Một số hiê ̣u chỉnh nâng cao độ chính xác kế t quả đo.Error! Bookmark not defined. Hiệu chỉnh chồng chập xung. ..................................... Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ...................Error! Bookmark not defined. 3.1. Xác định độ giàu đồng vị trong nhiên liệu Urani trong mẫu làm giàu cao dƣạ vào tính chấ t của hiêụ suấ t ghi Planar. ............. Error! Bookmark not defined. 3.2. Đánh giá sai số và kết quả thực nghiệm ........... Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................... 4
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TÊN VIẾT TẮT HPGe - High purity Gemanium detector- Đầu dò bán dẫn gecmani siêu tinh khiết. BEGe - Broad Energy Germanium detector - Đầu dò bán dẫn gecmani siêu tinh khiết dải rộng. FWHM - Full Width at Half Maximum, độ rộng nửa chiều cao của đỉnh, còn gọi là độ phân giải năng lượng. EU – Enriched Uranium, Urani đã được làm giàu. DU – Depleted Uranium, Urani nghèo. Iγ - Gamma ray intensity, cường độ bức xạ tia gamma, còn được gọi là xác suất phát xạ. ICPMS - Inductively coupled plasma mass spectrometry, khối phổ kế cảm ứng Plasma. NDA – Non Destructive Analysis, phân tích không phá hủy mẫu. ADC – Analog to Digital Converter, bộ biến đổi tương tự số. MCA – Multichannel Analyzer, phân tích biên độ nhiều kênh.
DANH MỤC HÌNH VẼ 238 Hình 1.1: Chuỗi phân rã U - 206Pb. 235 Hình 1.2: Chuỗi phân rã U - 207Pb. Hình 2.1. Sơ đồ hê ̣ phổ kế gamma . Hình 2.2. Đường cong hiệu suất ghi của detectorHPGep planar phụ thuộc vào năng lượng Hình 3.1: Đồ thị mô tả sự phụ thuốc tốc độ đếm trên một đơn vị khối lượng mẫu ứng với các đỉnh năng lượng 53,20 keV; Hình 3.2: Đồ thị mô tả sự phụ thuốc tốc độ đếm trên một đơn vị khố i lượng mẫu ứng với các đỉnh năng lượng 58,57 keV Hình 3.3: Đồ thị mô tả sự phụ thuốc tốc độ đếm trên một đơn vị khối lượng mẫu ứng với các đỉnh năng lượng 63,29 keV Hình 3.4: Phổ gamma U4.46 với thời gian đo là 106921 giây Hình 3.5. Đường cong hiệu suất ghi ứng với vùng năng lượng thấp của phổ gamma mẫu U4.46. Hình 3.6. Phổ gamma của 6 gam mẫu nhiên liê ̣u uran nghèo được đo trong 79932 s Hình 3.7. Đường cong hiệu suất ghi của mẫu uran nghèo
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Chuỗi phân rã 238U - 206 Pb. 235 Bảng 1.2: Chuỗi phân rã U - 207Pb. Bảng 2.1: Các vạch phổ có thể được sử dụng để xác định tỉ lệ hoạt độ. Bảng 3.1. Kế t quả xử lý phổ U 36 với khố i lượng mẫu khác nhau Bảng 3.2 Tốc độ đếm tính trên một đơn vị khối lượng với khối lượng mẫu khác nhau Bảng 3.3. Kế t quả tính toán hê ̣ số K0 tại các vạch gamma Bảng 3.4. Kết quả xác định hàm lượng urani trong mẫu U4.46. Hình 3.5. Đường cong hiệu suất ghi ứng với vùng năng lượng thấp của phổ gamma mẫu U4.46. Hình 3.6. Phổ gamma của 6 gam mẫu nhiên liê ̣u uran nghèo được đo trong 79932 s
MỞ ĐẦU Nước ta đang tiế n hành chuẩ n bi ̣cơ sở vâ ̣t chấ t và nhân lực để xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở Ninh Thuận . Nhiên liê ̣u uran đươ ̣c làm giàu chính là nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân . Để có thể sử du ̣ng có hiê ̣u quả , an toàn nhà máy điện hạt nhân tất cả các kiến thức liên quan tới cơ sở vật chất , cũng như hoa ̣t đô ̣ng của lò phản ứng cầ n phải đươ ̣c chuẩ n bi ̣, kỹ lưỡng bài bản , nhấ t là yế u tố con người. Một trong những mục tiêu quan trọng nhất trong việc phát triển năng lượng hạt nhân ở một quốc gia chính là việc phát triển công nghệ nhiên liệu hạt nhân, tập trung vào việc đánh giá các đặc trưng của nhiên liệu hạt nhân , xa hơn nữa là quá trình làm giàu nhiên liệu. Urani là một loại nhiên liệu quan trọng trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân. Các thông tin đầy đủ về loại vật liệu này luôn thực sự cần thiết. Các số liệu về thành phần, hàm lượng các đồng vị, các tạp chất hóa học, tuổi nhiên liệu,... có ý nghĩa quan trọng trong quá trình sử dụng cũng như công tác quản lý, an ninh, an toàn hạt nhân. Để xác định các đặc trưng của nhiên liệu urani, có nhiều những phương pháp khác nhau được sử dụng như phân tích phá hủy mẫu, thường sử dụng các khối phổ kế hấp thụ nguyên tử, khối phổ kế cảm ứng plasma (ICP-MS), phổ kế anpha,... và phương pháp không phá hủy mẫu (NDA) chủ yếu sử dụng phổ kế gamma độ phân giải năng lượng cao. Mỗi phương pháp trên đều có những lợi thế và mặt hạn chế riêng, bổ sung lẫn nhau. Tùy thuộc vào mục đích và điều kiện nghiên cứu và đặc điểm của từng loại Phương pháp xác định các đặc trưng của vật liệu hạt nhân sử dụng phổ kế gamma bán dẫn được ứng dụng phổ biến, với ưu điểm không cần phá mẫu, quy trình thực nghiệm không quá phức tạp,, tuy nhiên đòi hỏi kỹ năng phân tích xử lý số liệu khá phức tạp và tinh tế. Luận văn với đề tài: “Xác định một số đặc trưng của nhiên liệu hạt nhân theo phương pháp phổ kế gamma”. 1
Mục tiêu của luận văn: Về mă ̣t lý thuyế t tim ̀ hiể u các đă ̣c trưng của nhiên liê ̣u uran và phương pháp xác định độ giàu theo phương pháp phổ gamma kết hợp với chuẩn nội hiệu suấ t ghi. Về thực nghiê ̣m tim ̀ hiể u ưu viê ̣t của phươn g pháp chuẩ n n ội hiệu suất ghi, áp dụng đánh giá đô ̣ giàu của nhiên liê ̣u uran có đô ̣ giàu thấ p . Bố cục luâ ̣n văn, ngoài các phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn được chia thành 3 chương sau: Chương 1 trình bày tổng quan về các đặc trưng cơ bản của nhiên liệu hạt nhân và các phương pháp phân tích urani Chương 2 trình bày phương pháp thực nghiệm phân tích hàm lượng urani sử dụng phổ kế gamma kết hợp với các kỹ thuật chuẩn sử dụng đường cong hiệu suất ghi tương đối. Chương 3 trình bày kết quả xác định độ giàu của mẫu nhiên liệu uran đươ ̣c làm giàu cao dựa vào đă ̣c trưng hiê ̣u suấ t ghi của detector Planar không đổ i trong vùng năng lươ ̣ng từ 20 keV đế n 100 keV và phương pháp chuẩ n nô ̣i hiê ̣u suất ghi. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 1.1. Một số đặc trƣng cơ bản của Urani Dựa trên cơ sở sử dụng năng lượng được giải phóng sau phản ứng phân hạch của một số đồng vị nặng, qua quá trình chuyển hóa sẽ thu được điện năng phục vụ cho nhu cầu của con người. Trong các nguyên tố hóa học, không phải đồng vị nặng nào cũng có thể được sử dụng để làm nhiên liệu hạt nhân. Có những nguyên tố rất nặng nhưng lại không có cơ chế phân hạch tự phát và ngược lại, có những nguyên tố có khả năng phân hạch tự phát và giải phóng một lượng năng lượng rất lớn, nhưng hàm lượng trong tự nhiên lại quá thấp, dẫn đễn chi phí xử lý rất cao và đòi hỏi công nghệ rất phức tạp. Urani và Thori là hai nguyên tố phóng xạ được quan tâm một cách đặc biệt. Hai nguyên tố này là những loại nhiên liệu quan trọng của ngành công nghiệp năng lượng hạt nhân. Tuy nhiên, hiện nay Urani được lựa chọn là nhiên liệu hạt nhân lý tưởng để phục vụ con người. Việc tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích về nguyên tố urani là một điều hết sức cần thiết trong quá trình sử dụng và khai thác nhiên liệu hạt nhân. Đặc điểm hóa học, Urani là nguyên tố kim loại màu xám bạc, bị oxit hóa trong không khí tạo thành một lớp màu đen thuộc nhóm Actini, có số nguyên tử là 92 trong bảng tuần hoàn, được kí hiệu là U. Hiện nay người ta đã phát hiện được 23 đồng vị Urani khác, nhưng phổ biến nhất là các đồng vị 238U và 235U. Tất cả đồng vị của urani đều không bền và có tính phóng xạ yếu. Urani tự nhiên có 3 234 235 238 đồng vị là: U (0.0055% ); U (0.720% ) và U ( 99.2745%). Urani có mặt trong tự nhiên với nồng độ thấp khoảng 10,4 % trong đất, đá và nước. Về đặc điểm phóng xạ, urani phân rã rất chậm phát ra các hạt anpha. Chu 238 235 kỳ bán rã của U là khoảng 4.47 tỉ năm và của U là 704 triệu năm, do đó nó được sử dụng để xác định tuổi của Trái Đất. Hiện tại, các ứng dụng của urani chỉ dựa trên các tính chất hạt nhân của 235 nó. U là đồng vị duy nhất, tồn tại trong tự nhiên, có khả năng phân hạch một cách tự phát. 238U có thể phân hạch bằng nơtron nhanh, và có thể được chuyển 3
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt. [1] Nguyễn Văn Đỗ, “Phương pháp phân tích hạt nhân”, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội - 2005.. [2] PGS.TS. Ngô Quang Huy, Cơ sở vật lý hạt nhân – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội (2006) [3] Bùi Văn Loát, “Địa vật lý hạt nhân”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội - 2009. [4] TS. Cao Đình Thanh, Nhiên liệu hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN. Tập bài giảng nhiên liệu hạt nhân- Lưu hành nội bộ. Tài liệu tiếng Anh. [5] A Luca, “Experimental Determination of the Uranium Enrichment Ratio”, Rom. Journ. Phys, Vol. 53, No. 1-2, P35 -39, Bucharest, 2008. [6] B.V.Loat, L.T.Anh, Ng.V.Quan, Ng.C.Tam,“The measurement of uranium enrichment by using X - rays and gamma rays below 100keV”, VNU Journal of Science, Mathematics- Physics,Vol. 28, No. 2 (2012) 77-8. [7] Bui Van Loat, Nguyen Van Quan, Le Tuan An, Nguyen Van Bay, Nguyen Cong Tam, “Enrichment determination of low – enriched uranium material by gamma spectroscopic method ”, to be published. [8] C.T. Nguyen, J. Zsigrai, “Gamma-spectrometric uranium age-dating using intrisic efficiency calibration”, Nucl. Instr. And Meth. B 243 (2006) 187. [9] .Delynn Clark, “U235:A gamma ray analysis code for uranium isotopic determination”, Lawrence Livermore National Laboratory, 1996. [10] Haluk YÜcel, “The applicability of MGA method for depleted and natural uranium isotopic analysis in the presence of actinides”, Applied Radiation and Isotopies 65 (2007) 1269-1280. [11] H. Yucel, H.Dikmen, “Uranium enrichment measurements using the intensity ratios of self- fluresence X-ray-92* keV gamma ray in UXKα spectral region”, Talanta 78 (2009) pp 410-417. 4
[12] Kwang – June park, Junee- Sik Ju, “Determination of burn up and Pu /U ratio of PỬ Spent fuel by gamma –Ray Spectrometry”. Nuclear Engineering and Technology, Vol 41 No 10, December 2009, T 1307-1314. [13] M.H. Nassef, W.EL Mowafi, and M.S.EL Tahawy, “Non destructive assay for 235U determination in reference material of uranium oxide”, Journal of Nuclear and Radiation Physics, Vol.4 No.2, 2009, pp 65-73. [14]. Thomas E. Sampson, Thomas A. Kelley,Duc T. Vo “Application Guide to gamma Ray isotopic analysis using the FRAM sofltware”. Los Alamos National Laboratory, Repeort LA-14018 (September 2003). 5