Tải bản đầy đủ

HÓA HỌC PHÓNG XẠ TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KĨ THUẬT HẠT NHÂN VÀ VẬT LÍ MÔI TRƯỜNG
************

Báo cáo bài tập lớn

Đề tài: HÓA PHÓNG XẠ

Giảng viên hướng dẫn:

ThS. Lê Anh Đức

Nhóm sinh viên thực hiện: Phan Hoàng Anh
Ngô Văn Dương
Nguyễn Văn Ngoan
Hoàng Hữu Thái

Hà nội, tháng 4/2018


BỐ CỤC BÀI BÁO CÁO


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện

Phần II: Mô hình chuỗi các sản phẩm phân hạch.

Phần III: Các kĩ thuật hóa học phóng xạ

Phần IV: Thảo luận

1


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
1. Các kĩ thuật phân tích hạt nhân
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

2


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
1. Các kĩ thuật phân tích hạt nhân

 Mục tiêu cuối cùng của hóa học phân tích: xác định, tách và định lượng các thành phần hoá học của vật liệu.
a. Phân tích định tính: xác định loại, các thành phần (các nguyên tố, các phần tử,...) trong các vật liệu đã nghiên cứu.
b.Tách các thành phần.
c. Phân tích định lượng :xác định tuyệt đối hoặc tương đối nồng độ thành phần trong vật liệu.
d. Phân tích hóa học vật liệu phóng xạ: các phương pháp đặc biệt.
e. Các điểu kiện vật lý hóa học khắc nghiệt trong các nhà máy điện hạt nhân :nhiệt độ, áp suất, bức xạ ion hóa.......

3


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Khối quang phổ (MS)
Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phân tích kích hoạt notron (NAA)
Phân tích huỳnh quang tia X (XRS)
Chụp cắt lớp vi tính (CT)


Quang phổ Mössbauer (Mössbauer spectroscopy)
Phép sắc kí .

4


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Khối quang phổ (MS)

Khối quang phổ đầu tiên



Các tính chất chính của khối quang phổ.

Francis William Aston 1919

+ Phân tích định tính và định lượng.
+ Khối lượng tối thiểu của mấu phân tích < ng-mg.
+ Giới hạn phát hiện tối thiểu.
+ Độ nhạy.
+ Tính chọn lọc.

5


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Khối quang phổ (MS)
 Các thành phần chính của khối quang phổ:
 Nguồn ion.
 Nam châm ( magnet)
 Đầu dò.
 Hiệu suất hoạt động của khối quang phổ
 tạo ra ion dương ở dang khí
 chùm ion => q/m tỉ lệ điện tích trên khối lượng => sự tách
biệt trong điện tích và/hoặc từ trường



lựa chọn theo góc xung lượng năng lượng và vận tốc_thời

gian bay (TOF-MS)

6


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

Phun trong ICP( phổ plasma ghép đôi cảm ứng)

7


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
 Nguồn Ion


cường độ điện trường : E= 10^7-10^8 v/cm => phát xạ

điện tử



nhiệt ion hóa : W_(bề mặt) => 2000^o C



sự ion hóa điện tử(e) gây ra bởi chùm điện tử (e)



plasma ghép đôi cảm ứng (Inductively coupled plasma)



phương trình ion hóa:



ion hóa điện tử : CH4 + e- → CH4+ + 2e-



sản suất plasma do va chạm

8


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
 Plasma ghép đôi cảm ứng:
 Các phân tử của mẫu va chạm với khí Ar và ion hóa chúng
 Ar plasma => Ar+ va chạm với mẫu nguyên tử
 Kích thích tần số cao: 27 MHz
 Nhiệt độ của plasma :T= 6-10.10^13 K
1.Ar+ +e-=Ar
2.M+ +e-=M
σ2≪σ1

 Bộ chọn tốc độ:
Máy phân tích khối lượng tứ cực (Quadrupole mass analyzer)





dòng điện 1 chiều trực tiếp được áp dụng vào 2 que
điện áp RF được áp dụng cho 2 que
điện trường RF=> chuyển động của ion

9


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích kích hoạt nowtron (NAA)

Phổ số đếm theo năng lượng

Thắc mắc hỏi thầy Khang

10


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích kích hoạt notron (NAA)
 Thuận lợi.


nhạy với các nguyên tố vi lượng



phương pháp đa nguyên tố



không có hiệu ứng ma trận (Matrix-effect is not available)



phương pháp không phá hủy

 Khó khăn.


nguồn notron thông lượng cao là cần thiết



cần có quang phổ gamma độ phân giải cao



đắt tiền và phương pháp hạt nhân
11


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích kích hoạt notron (NAA)

 : độ phổ cập của đồng vị
m : khối lượng mẫu
M:nguyên tử lượng đồng vị
: thời gian kích hoạt
:thời gian phân rã
Λ: hằng số phân rã
: thông lượng notron nhiệt
:tiết diện phản ứng
: thông lượng notron trên nhiệt
N : diện tích đỉnh phổ( số đếm)
: hệ số tự hấp thụ
: hiệu suất ghi của detector
: thời gian đo

12


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)
 Xác định các thành phần cơ bản:


không làm hư hại mẫu

=> không chuyển hóa vật chất



Tức thời



Nhanh chóng






Kích thích bằng tia X:
ED-XRF: (energy dispersive- X-ray fluorescence analysis): phân tán năng lượng
WD-XRF(wavelength dispersive_........): độ dài sóng phân tán_......
µXRF : chùm nhỏ => synchrotron

13


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)
 Kích thích bằng điện tử: EPMA(Electron Probe Micro Analysis): phân tích thăm
dò vi điện tử

 PIXE: phát xạ tia X gây ra bởi hạt (Thắc mắc liên hệ thầy Khang)

14


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)
 Nguyên tắc phân tích tia X


Xác định thành phần



Tiêu chuẩn có thể bị bỏ qua ( standard can be neglected)



Phân tích tại chỗ và tại hiện trường

 Mẫu:


khoáng chất



hợp kim



mẫu sinh vật



Các hợp chất

15


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)
 Phân tích huỳnh quang tia X bằng ống tia X


X-ray tube with air-cooling : Ống tia X với không khí làm mát



Side-window water cooled X-ray tube: nước lạnh lấy từ bên cửa sổ của ống tia X

16


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)
 Phân tích tự động


Chùm tia X phân cực



E = 1keV - 100 keV



Đầu dò HPGe-Be, cửa sổ polymer



Phân tích các nguyên tố có nguyên tử khối lớn

17


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)
 Phân tích huỳnh quang tia X với nguồn phóng xạ
o

Hiệu chuẩn:

1. Các phương pháp thực nghiệm



Hiệu ứng ma trận: Đường cong hiệu chuẩn bị ảnh hưởng bởi thành phần
của ma trận



Sử dụng tài liệu tham khảo chuẩn



Hiệu chuẩn bên trong



Phương pháp bổ sung



Mẫu mỏng

18


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)
 Phân tích huỳnh quang tia X với nguồn phóng xạ
o

Hiệu chuẩn:

2. Các phương pháp toán học



Mô tả mối quan hệ toán học giữa nồng độ của các nguyên tố mẫu và cường độ tia X đặc trưng
của chúng



Hiệu ứng ma trận: hiệu chỉnh bằng lý thuyết



Hiệu quả nâng cao: kích thích bởi bức xạ X

của các nguyên tố mẫu

19


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)


Mô hình toán học của quá trình XRF:



Enhancement effect : Hiệu ứng nâng cao

20


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)


Phân tích vật liệu phóng xạ.



Rất nhiều thành phần mẫu



Hoạt động trung bình: 10 - 300 kBq



Quang phổ XRF + gamma

21


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)
 Nguyên lý hoạt động của tính năng quét kính hiển vi điện tử (Operation principle of scanning electron
microscope)

22


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phân tích huỳnh quang tia X(XRS)
 EPMA = Electron Probe Micro Analysis: thiết bị vi phân tích đầu dò điện tử.

23


Phần I: Các phương pháp phân tích hạt nhân trong nhà máy điện.
2. Phương pháp hạt nhân trong phân tích hóa học

Phép sắc kí ( Chromatography)




Tách các thành phần từ hỗn hợp
Hỗn hợp hòa tan trong chất lỏng => pha động
Giai đoạn di động di chuyển qua một giai đoạn cố định => ác thành phần trong giai đoạn di
chuyển di chuyển với tốc độ khác nhau





Sự phân ly.
Ống: các hạt rắn phủ lỏng pha tĩnh
Màng mỏng: cellulose, silica gel, ...

 





Khí Sắc ký: pha động là khí
HPLC = high performance liquid chromatography: sắc kí lỏng hiệu năng cao.
Sắc ký trao đổi ion: các đặc tính tích điện trên bề mặt của các hạt rắn: anion, cation => làm
sạch trong NPP

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×