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