CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1. Xác định độ giàu của nhiên liệu hạt nhân thông qua tỉ số hoạt độ các đồng vị Uran.

Cụ thể, hàm lượng (hay còn gọi là độ giàu) Urani có thể tính thông qua tỉ số khối lượng bằng biểu thức sau:

Trong đó N₂₃₄,N₂₃₅ và N₂₃₈ là số hạt nhân của các đồng vị ²³⁴U,²³⁵U và ²³⁸ tương ứng có trong nhiên liệu. Vì các đồng vị ²³⁴U,²³⁵U và ²³⁸ đều phân rã phóng xạ, nên biểu thức (2.1) có thể được biểu diễn qua hoạt độ phóng xạ của chúng. Xuất phát từ mối liên hệ số hạt nhân phóng xạ N và hoạt độ A theo biểu thức sau:

Với các đồng vị ²³⁴U,²³⁵U và ²³⁸ ta có:

Ở đây A₂₃₄, A₂₃₅ và A₂₃₈ là hoạt độ của các đồng vị của ²³⁴U,²³⁵U and ²³⁸U tương ứng. T_1/2,234,T_1/2,235 và T_1/2,238 chu kỳ bán rã của ²³⁴U, ²³⁵U và ²³⁸U tương ứng. T_1/2,234 = 2,46.10⁵ năm; T_{1/2, 235} = 7,04.10⁸ năm và T_1/2,238 = 4,47.10⁹ năm [9]. Từ các công thức trên tính được số hạt nhân N₂₃₄, N₂₃₈ và N₂₃₅ theo hoạt độ A₂₃₄, A₂₃₈ và A₂₃₅ và thay vào công thức (2.1) ta có công thức sau:

Để xác định độ giàu cần phải xác định tỷ số hoạt độ của các đồng vị uran.

2.2. Xác định tỷ số hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ gamma.

2.2.1.Phương pháp xác định hàm lượng urani sử dụng phổ kế gamma.

Các đồng vị ²³⁴U, ²³⁵U và ²³⁸U hoặc sản phẩm con cháu của chúng khi phân rã đều phát ra các bức xạ gamma đặc trưng. Số bức xạ gamma đặc trưng của mỗi đồng vị phát ra từ mẫu tỷ lệ thuận với hoạt độ phóng xạ của chúng.Trong bảng 2.1 đưa ra các bức xạ đặc trưng có năng lượng thấp của ²³⁴U, ²³⁵U , ²³⁸U và sản phẩm con cháu của chúng.

Bảng 2.1: Các vạch phổ được có thể sử dụng để xác định tỉ lệ hoạt độ.

Đồng vị mẹ	Năng lượng (keV)	Dạng	Cường độ tia γ (%)	Đồng vị phát	Chu kỳ bán rã
238U	49,55 ± 0,06	Γ	0,064 ± 0,008	238U	4,47x109 năm
	63,29 ± 0,02	Γ	3,70 ± 0,40	234Th	24,1 ngày
	83,30 ± 0,05	Γ	0,060 ± 0,006	234Th	24,1 ngày
	92,38 ± 0,01	Γ	2,13 ± 0,20	234Th	24,1 ngày
	92,80 ± 0,02	Γ	2,10 ± 0,21	234Th	24,1 ngày
	258,227 ± 0,003	Γ	0,0764 ± 0,0024	234Pa-m	6,7 giờ
235U	58,5700 ± 0,0024	Γ	0,462 ± 0,025	231Th	25,52 giờ
	84,214 ± 0,001	Γ	6,6 ± 0,4	231Th	25,52 giờ
	93,356 ± 0,012	X	5,22 ± 0,14	231Th chiếm Kα	25,52 giờ
	143,76 ± 0,02	Γ	10,96 ± 0,140	235U	7,04x108 năm
	163,33 ± 0,02	Γ	5,08 ± 0,06	235U	7,04x108 năm
	185,715 ± 0,005	Γ	57,2 ± 0,80	235U	7,04x108 năm
	205,311 ± 0,010	Γ	5,01 ± 0,07	235U	7,04x108 năm
	275,129 ± 0,035	Γ	0,02 ± 0,005	235U	7,04x108 năm
234U	53,20 ± 0,02	Γ	0,123 ± 0,002	234U	2,46x105 năm
	120,90 ± 0,02	Γ	0,035 ± 0,005	234U	2,46x105 năm

Trên thực tế hoạt độ của ²³⁴U được xác định trực tiếp dựa vào các vạch gamma 53,20 KeV hoặc 120,90 keV do chính ²³⁴U phát ra.

Với ²³⁸U do sản phẩm con cháu của nó là ²³⁴Th và ²³⁴Pa có chu kỳ bán rã rất nhỏ 24,1 ngày nên chỉ sau 5 tháng chúng cân bằng phóng xạ với ²³⁸U, Vì vậy hoạt độ của ²³⁸U có thể xác định dựa vào các vạch 49,55 keV của chính nó hoặc dựa vào các vạch 63,29 keV hoặc 92,38 keV và 92,80 keV do ²³⁴Th phát ra, hoặc vạch 258,227 keVdo ^234mPa phát ra.

Tương tự ²³¹Th cân bằng với ²³⁵U do đó hoạt độ phóng xạ của ²³⁵U có thể được xác định dựa vào các vạch gamma do ²³⁵U hoặc của ²³¹Th phát ra.

2.2.2. Mẫu phân tích và thiết bị đo phổ gamma của nhiên liệu hạt nhân.

Trong luận văn này sẽ trình bày thực nghiệm tính tuổi của thanh nhiên liệu Uran từ khi nó được làm giàu thông qua mẫu bột U₃O₈ có thành phần đồng vị ²³⁵U được làm giàu cao. Mẫu phân tích có khối lượng có các khối lượng khác (0,55g, 2,23g; 5,55 g và 10,49g) được đựng trong xi lanh bằng nhựa mỏng, hình trụ đóng kín nắp với đường kính bên trong là 2,9cm. Độ dày của lớp bột U₃O₈ ở đáy của các xi lanh là khoảng 0,6 cm. Phổ gamma của mẫu được ghi nhận và gửi về thông qua chương trình hợp tác giữa Viện Khoa Học Đồng vị phóng xạ Hungary và trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQG Hà Nội. Trên Hình 2.1 đưa ra sơ đồ khối của phổ kế gamma bán dẫn tại Phòng Vật lý hạt nhân, Viện Khoa Học Đồng vị phóng xạ Hungary.



Hình 2.1. Sơ đồ hệ phổ kế gamma.

1: Detector HPGe	5: Khuếch đại tuyến tính
2: Nguồn nuôi cao áp	6: Máy phân tích biên độ nhiều kênh
3: Tiền khuếch đại	7: Máy tính
4: Máy phát xung chuẩn

Trong luận văn này, đã sử dụng hệ phổ kế gamma với detector bán dẫn Germani siêu tinh khiết (HPGe) model GLP-10180/07 với tinh thể có đường kính 10mm, chiều dài 7mm do hãng ORTEC sản xuất để đo bức xạ gamma có năng lượng thấp. Detector này đặt tại viện khoa học đồng vị hạt nhân Hungary. Phần mềm Gamma Vision được sử dụng để ghi nhận, lưu trữ và phân tích phổ. Khi bức xạ gamma bay vào đầu dò, do tương tác của gamma với vật chất, các cặp điện tích trong đầu dò sẽ được hình thành. Số lượng cặp điện tích này tỷ lệ với năng lượng của tia gamma bị hao phí trong đầu dò. Các khối điện tử có nhiệm vụ xử lý các xung này và sau đó hiển thị trên máy tính dưới dạng phân bố của tia gamma được ghi nhận theo năng lượng của chúng.

Каталог: files -> ChuaChuyenDoi
ChuaChuyenDoi -> ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Thị Hương XÂy dựng quy trình quản lý CÁc công trìNH
ChuaChuyenDoi -> TS. NguyÔn Lai Thµnh
ChuaChuyenDoi -> Luận văn Cao học Người hướng dẫn: ts. Nguyễn Thị Hồng Vân
ChuaChuyenDoi -> 1 Một số vấn đề cơ bản về đất đai và sử dụng đất 05 1 Đất đai 05
ChuaChuyenDoi -> Lê Thị Phương XÂy dựng cơ SỞ DỮ liệu sinh học phân tử trong nhận dạng các loàI ĐỘng vật hoang dã phục vụ thực thi pháp luật và nghiên cứU
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Hà Linh
ChuaChuyenDoi -> ĐÁnh giá Đa dạng di truyền một số MẪu giống lúa thu thập tại làO
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Văn Cường

tải về 236.2 Kb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: