CHƯƠNG 2:
CHƯƠNG 2:
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.
* Mối liên hệ : Phương trình các sản phẩm phóng xạ:
0
D (1 )
i
t
i i i
n e
λ
σ φ
−
= −
b) Xác định lượng hạt nhân phóng xạ sinh ra thông qua lượng nguyên tố
kích hoạt ban đầu ở trong mẫu.
Ví dụ minh họa:
Khảo sát sự tạo thành đồng vị phóng xạ
64
Cu thông qua phản
ứng
63
Cu(n, γ)
64
Cu của nguyên tố đồng do sự chiếu xạ neutron.
D
i
0
là lượng

i i i
n e
λ
σ φ
−
= −
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.
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.
63 64
Cu( , ) Cun
γ
63 65
Cu(n,p) Ni
63 63
Cu(p,n) Zn
Hạt nhân bia phải là một đồng vị của nguyên tố mà ta
đang cần xác định.
Ví dụ: Về kích hoạt đồng thì là hạt nhân bia.
63

n =N.
A
e
Nếu chất nền chiếm g gram của mẫu, phần trăm của hạt nhân bia i trong
chất nền cho bởi:
( )
i
W w / o .100
i
m
g
=
63
Cu(n, γ)
64
Cu
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
63
Cu
65
Cu
chiếm 69,09%
chiếm 30,91%.
f = 0.6909
f = 0.3091
63 64
Cu(n, ) Cu

D (1 )
i
t
i i i
n e
λ
σ φ
−
= −
0
i
i i
dN
R I n x
dt
σ
= =
R
i
: tốc độ phản ứng
I
0
: số hạt tới trên một đơn vị thời gian
n : mật độ hạt nhân bia
x : bề dày bia (cm)
Trong đó:
Tỷ số giữa tốc độ hạt sinh ra với tốc độ
hạt nhân bia mất đi trong một đơn vị diện tích:
0
i

n dx
I
σ
= −
Trong đó
T
σ
là tiết diện toàn phần
0 0
(1 )
T
n x
I I I I e
σ
−
∆ = − = −
Tốc độ phản ứng:
0
(1 )
T
n x
I I e
σ
−
= −
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 hình học
Tiết diện phản ứng hình học cho bởi :
2

-27
cm
2
)
Đơn vị là barn
Tiết diện phản ứng toàn phần 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
T
σ
Những hạt nhân mất đi bởi 2 quá trình
Hấp thụ
Tán xạ
S
σ
a
σ

Tiết diện phản ứng riêng phần
T S a
σ σ σ
= +
Thường cả hai quá trình này có thể được chia nhỏ ra thành từng quá
trình riêng lẻ
Tán xạ
Đàn hồi
Không đàn hồi
Khi cả hai quá trình xảy ra trong một quá trình chiếu xạ:
Hấp thụ
Sự hấp thụ của các hạt tới dẫn đến một sự biến đổi hạt nhân. Ví dụ

13 11 ,
( , ) Na
n
Al n
α
α σ
, ,2 ,

a n n n n p
γ
σ σ σ σ
= + + +
el
σ
inel
σ
Hàm kích thích:
Tiết diện phản ứng thay đổi không chỉ phụ thuộc vào phản ứng mà nó
còn phụ thuộc vào năng lượng của các hạt tới.
Sự phụ thuộc của tiết diện phản ứng vào năng lượng hạt tới được biểu diễn
bởi hàm kích thích.
b
MeV
THÔNG LƯỢNG VÀ CHÙM TIA
Cường độ hạt chiếu xạ mà trong quá trình chiếu xạ các hạt tới theo mọi
hướng được gọi là thông lượng hạt ( )
φ
Thông lượng neutron có thể được coi như là số neutron chuyển qua một
đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian:
nv

n e
λ
σ φ
−
= −
Thông lượng
( )
1/2
0
2 /
n
v kT M
=
Ở nhiệt độ tuyệt đối 293
0
K (20
0
C) vận tốc lớn nhất là:
5
0
2.2 10 cm/sv = ×
Vận tốc trung bình là:
0
2v
v
π
=
Và với mật độ neutron là 10
7
hạt/cm

∆ ×
=
.Q C V
= ∆
12
I
6,25 10 ( )J I A
e
µ
= = ×
(hạt/s)
2
tan
I
J
r
π
=
Ω
Với cường độ chùm tia ở ngõ ra là I hạt/s thì cường độ chùm tia ở khoảng
cách r, bán kính , góc phân kỳ
ρ
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:
p
dN
R n
dt

λ
λ
−
= −
tốc độ phân rã của hạt nhân sinh ra

p
D
(1 )
t
p p
D N R e
λ
λ
−
= = −
Khi hoạt độ phân rã bằng với tốc độ sinh ra
0
p
dN
dt
=
(max)p
R
N
λ
=
Kích hoạt này được gọi là kích hoạt bảo hòa và được kí hiệu là
D
∞

e
e i
i
A
m n
f N
= ×
s : Tiết diện phản ứng của phản ứng (n
th
,g)
24 2
4,5 b 4,5 10 cm
σ
−
= = ×
Thông lượng neutron nhiệt
f = 2,5 . 10
12
hạt/cm
2
.s
0
D (1 )
i
t
i i i
n e
λ
σ φ
−

t
D n e
λ
σφ
−
= −
× × × × ×
= ×