ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trƣơng Thi Thu
̣
̀ y Vân

XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA THANH NHIÊN LIỆU HẠT
NHÂN-XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA 235U BẰNG PHƢƠNG PHÁP
CHUẨN NỘI HIỆU SUẤT GHI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trƣơng Thi Thu
̣
̀ y Vân

XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA THANH NHIÊN LIỆU HẠT
NHÂN-XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA 235U BẰNG PHƢƠNG PHÁP
CHUẨN NỘI HIỆU SUẤT GHI


Học viên

Trương Thị Thùy Vân

3


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN.............................10
1.1. Tổng quan về nhiên liệu hạt nhân và vật liệu phân hạch .........................10
1.2. Các đặc trƣng của thanh nhiên liệu Uranium Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Uranium .................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Dãy phóng xạ U238 và U235 ....................... Error! Bookmark not defined.
1.3 Viên gốm UO2 .................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.1 Tính chất của viên gốm UO2 ..................... Error! Bookmark not defined.
1.3.2 Cấu trúc và sự giãn nở nhiệt ...................... Error! Bookmark not defined.
1.3.3 Độ dẫn nhiệt .............................................. Error! Bookmark not defined.
1.3.4 Độ cháy của nhiên liệu hạt nhân ............... Error! Bookmark not defined.
1.3.5 Độ giàu của nhiên liệu hạt nhân ................ Error! Bookmark not defined.
1.4. Thanh nhiên liệu hạt nhân ............................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU
URANI .......................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1 Độ giàu của nhiên liệu Urani ............................ Error! Bookmark not defined.

2.2 Xác định hoạt độ phóng xạ theo phƣơng pháp phổ gammaError! Bookmark not define
2.3. Phƣơng pháp chuẩn nội hiệu suất ghi............. Error! Bookmark not defined.
2.4 Hệ phổ kế gamma bán dẫn ............................... Error! Bookmark not defined.
2.4.1. Phổ kế gamma bán dẫn Gecmani siêu tinh khiếtError! Bookmark not defined.
2.4.1. Hệ phổ kế gamma bán dẫn ....................... Error! Bookmark not defined.

Bảng 1.4 Các tính chất cơ bản của Uranium ...............................................................6
Bảng 1.5 Các đồng vị phóng xạ trong dãy 238U và đặc trưng phân rã của chúng .....10
Bảng 1.6. Các đồng vị phóng xạ trong dãy 235U và đặc trưng phân rã của chúng ....11
Bảng 1.7. Các tính chất của UO2...............................................................................11
Bảng 2.1: Các vạch phổ được sử dụng để tính toán tỉ lệ hoạt độ..............................22
Bảng 3.1. Các thông số đặc trưng của các đỉnh gamma cần quan tâm thu được từ
mẫu U4 thời gian đo 51385 giây. ............................................................34
Bảng 3.2. Các thông số đặc trưng của các đỉnh gamma cần quan tâm thu được từ
mẫu U2.9 thời gian đo 57464 giây. .........................................................35
Bảng 3.3. Kết quả thực nghiệm độ giàu mẫu U4 và U2.9 ........................................38

6


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Chuỗi chiếm bắt notron của 232Th và 238U. ................................................10
Hình 1.2. Chuỗi phân rã của

235

U và

238

U, chu kỳ bán rã và các đỉnh gamma đặc

trưng của các đồng vị con cháu quan trọng.Error!

Bookmark

7


MỞ ĐẦU
Công nghiệp năng lượng nói chung và năng lượng hạt nhân nói riêng có vai
trò quan trọng trong sự phát triển của các quốc gia. Đối với Việt Nam việc phát
triển năng lượng trong giai đoạn hiện nay được ưu tiên hàng đầu, do sự cạn kiện dần
các nguồn năng lượng truyền thống như nhiệt điện, thủy điện,… năng lượng hạt
nhân trở thành giải pháp lựa chọn phù hợp hơn cả.
Các số liệu về thành phần, hàm lượng các đồng vị, các tạp chất hóa học, tuổi
nhiên liệu, đô ̣ cháy là các thông số vâ ̣t lý quan có ý nghĩa quan tr

ọng trong quá

trình sử dụng cũng như công tác quản lý, an ninh, an toàn hạt nhân. Dựa trên đặc
tính phân rã tự nhiên của các đồng vị trong chuỗi urani, hàm lượng của vật liệu
urani có thể xác định thông qua việc đo tỷ số hoạt độ của các đồng vị phóng xạ này.
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, đă ̣c biê ̣t
không cầ n mẫu chuẩ n , quy trình thực nghiệm không quá phức tạp, tuy nhiên đòi hỏi
kỹ năng phân tích xử lý số liệu thực nghiệm.
Đề tài: “Xác định một số đặc trƣng của nhiên liệu hạt nhân - Xác định độ
giàu U235 bằng phƣơng pháp chuẩn nội hiệu suất ghi” trình bày một số nội dung

với notron nhiệt, hiện nay chỉ có duy nhất một đồng vị trong tự nhiên bị phân hạch
bởi notron nhiệt đó là U235 còn các đồng vị khác như là U238 chỉ có thể phân hạch
với notron nhanh (notron có năng lượng lớn hơn 1 MeV). Uranium xuất hiện trong
tự nhiên gồm có U238 (chiếm 99.283%) và U235 (chiếm 0.711%).
Vật liệu phổ biến bao gồm 2 đồng vị trong tự nhiên đó là U238 và Th232, hai
đồng vị này có thể tạo ra các vật liệu phân hạch như Pu239 và U233 thông qua chiếm
bắt notron như trong hình 1.1

Hình 1.1 Chuỗi chiếm bắt notron của 232Th và 238U.

3 10


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Thái Khắc Định, Bùi Văn Loát (2007), Các phương pháp xử lí số liệu thực
nghiệm hạt nhân, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.
2. Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khao học và Kỹ thuật, Hà
Nội.
3. Bùi Văn Loát (2009), Địa vật lý hạt nhân, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
4. Cao Đình Thanh(2010), Tập bài giảng nhiên liệu hạt nhân- Lưu hành nội bộ,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội .
5.

A Luca (2008), “Experimental Determination of the Uranium Enrichment
Ratio”,Rom Journ Phys, 53(2), pp.35 -39.

6. Delynn Clark (1996), U235:A gamma ray analysis code for uranium isotopic
determination, Lawrence Livermore National Laboratory University of
California, California.


for

HighResolution
the

Degree

of

Gamma-ray
Doctor

of

Philosophy; University of Surrey
10.

H. Yucel, H.Dikmen (2009), “Uranium enrichment measurements using the
intensity ratios of self- fluresence X-ray-92* keV gamma ray in UXKα
spectral region”, Talanta, 78, pp. 410-417.

11.

M.H. Nassef, W.EL Mowafi, and M.S.EL Tahawy (2009), “Non destructive
assay for 235U determination in reference material of uranium oxide”, Journal
of Nuclear and Radiation Physics, 4(2), pp. 65-73.

4111