ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

ĐẶNG ĐÌNH NGỌC

TÌM HIỂU MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA NHIÊN LIỆU HẠT
NHÂN VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP
GAMMA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

ĐẶNG ĐÌNH NGỌC

TÌM HIỂU MỘT SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA NHIÊN LIỆU HẠT
NHÂN VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP
GAMMA

Chuyên ngành : Vật lý nguyên tử
Mã số : 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Bùi Văn Loát

1.1. Một số đặc trƣng cơ bản của Urani .........................................................9
1.2. Nhiên liệu Urani ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.3. Đặc điểm thiết kế của thanh nhiên liệu hạt nhân ... Error! Bookmark not
defined.
1.3.2. Đặc trƣng bức xạ đối với thanh nhiên liệu ........... Error! Bookmark not
defined.
b. Sự thay đổi cấu trúc viên gốm nhiên liệu ....... Error! Bookmark not defined.
c. Quá trình mỏi và rão hóa vật liệu ................... Error! Bookmark not defined.
1.4.Các phƣơng pháp phân tích nhiên liệu hạt nhân Urani Error! Bookmark
not defined.
1.4.1. Phương pháp phân tích phá hủy mẫu ...... Error! Bookmark not defined.
1.4.2. Phương pháp phân tích không phá hủy mẫu (NDA) .. Error! Bookmark
not defined.
c. Phương pháp phổ kế gamma và kỹ thuật chuẩn trong Error! Bookmark not
defined.
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH
HÀM LƢỢNG URANI .......................................................... Error! Bookmark not defined.

2.1. Phổ kế gamma bán dẫn Gecmani siêu tinh khiết ... Error! Bookmark not
defined.
2.1.1. Hệ phổ kế gamma bán dẫn........................ Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Phân tích phổ gamma................................ Error! Bookmark not defined.
2.2. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng urani sử dụng phổ kế gamma Error!
Bookmark not defined.
2.2.1. Cơ sở của phương pháp phổ gamma ........ Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Mối liên hệ giữa tỉ số khối lượng và tỉ số hoạt độ ..Error! Bookmark not
defined.
2.2.3. Các vạch phổ dùng để xác định tỷ số hoạt độ các đồng vị Urani . Error!
Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .................. Error! Bookmark not defined.

Hình 1.2: Chuỗi phân rã

238
235

U - 206Pb.

U - 207Pb.

Hình 1.3: Thanh nhiên liệu theo thiết kế của Hoa Kỳ- Châu Âu.
Hình 1.4: Bóthanh nhiên liệu theo thiết kế của Hoa Kỳ- Châu Âu.
Hình 1.5: Thanh nhiên liệu sử dụng trong lò phản ứng VVER-1000.
Hình 1.6: Các khuyết tật trong mạng lưới làm thay đổi tích chất vật liệu.
Hình 1.7: Phân bố nhiệt độ giữa nhiên liệu và chất làm mát phụ thuộc công suất
nhiệt tuyến tính.
Hình 1.8: Sự thay đổi vi cấu trúc nhiên liệu UO2 phụ thuộc nhiệt độ và độ cháy
nhiên liệu.
Hình 1.9: Sự biến đổi hình dạng viên gốm và vỏ thanh nhiên liệu trong lò phản
ứng.
Hình 1.10: Ảnh hưởng của nhiên liệu tới vỏ bọc tại các giai đoạn khác nhau trong
lò phản ứng VVER.
Hình 1.11: Thanh và bó thanh nhiên liệu có thể bị cong vênh trong lò phản ứng.
Hình 2.1.Hệ phổ kế gamma BEGE tại Bộ môn Vật lý hạt nhân, khoa Vật lý.
Hình 2.2. Detetor bán dẫn HPGe model GLP-10180/07 (ORTEC) tinh thể mỏng tại
Viện Đồng vị phóng xạ Hungari.
Hình 3.1: Phổ gamma mẫu U0.7 với thời gian đo 171650,5 giây.
Hình 3.2: Phổ gamma mẫu U4.46 với thời gian đo 74281,64 giây.
Hình 3.3:Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hàm f(E) vào năng lượng của các tia
gamma đặc trưng phát ra từ đồng vị U235 của nguồn U0.7.
Hình 3.4: Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hàm f(E) vào năng lượng của các tia

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 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, quy trình thực nghiệm
không quá phức tạp, tuy nhiên đòi hỏi kỹ năng phân tích xử lý số liệu khá phức tạp và
tinh tế.
Luận văn với đề tài: “Xác định một số đặc trưng của nhiên liệu hạt nhân và xác
định độ giàu bằng phương pháp gamma”. Trình bày một số nội dung cơ bản về nhiên
liệu hạt nhân urani, các phương pháp phân tích hàm lượng urani, tập trung nghiên cứu
phương pháp phân tích urani sử dụng phổ kế gamma


Về bố cục, ngoài các phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận
văn được chia thành 3 chương sau:
Chương 1: Tổng quan về các đặc trưng cơ bản của nhiên liệu hạt nhân.
Chương 2: Phương pháp xác định hàm lượngUrani sử dụng phổ kế gamma.
Chương 3: Thực nghiệm và kết quả.


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN CỦA NHIÊN LIỆU
HẠT NHÂN
1.1. Một số đặc trƣng cơ bản của Urani
Dựa trên cơ sở sử dụng năng lượng được giải phóng sau phản ứng phân hạch của
một số đồng vị nặng, qua quá trình chuyển hóa sẽ thu được điện năng phục vụ cho nhu
cầu của con người. Trong các nguyên tố hóa học, không phải đồng vị nặng nào cũng có

Hiện tại, các ứng dụng của urani chỉ dựa trên các tính chất hạt nhân của nó.235U là
đồng vị duy nhất, tồn tại trong tự nhiên, có khả năng phân hạch một cách


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt.
[1] Ngô Quang Huy,“Kỹ thuật ghi đo phóng xạ ứng dụng trong nghiên cứu môi
trường”NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội -2013.
[2] Bùi Văn Loát, “Thống kê và xử lý số liệu thực nghiệm hạt nhân”, Hà Nội- 2010.
[3] Nguyễn Văn Đỗ, “Phương pháp phân tích hạt nhân”, NXB Đại học Quốc Gia Hà
Nội - 2005.
Tài liệu tiếng Anh.
[4]

P. Martin and G. Hancock. “Routine analysis of naturally occurring radionuclides
in environmental samples by alpha-particle spectrometry”. Supervising Scientist
Report 180. Australia, 2004.

[5]

Tam.Ng.C et al., “Characterization of uranium-bearing malerial by passive nondestructive gamma spectrometry”, Procce. of the 7th Confere. On Nucl. And Part.
Phys. 11-15 Nov. 2009, Sham El- Sheikh, Egypt, 413-423..

[6]

C.T. Nguyen, J. Zsigrai, “Gamma-spectrometric uranium age-dating using intrisic
efficiency calibration”, Nucl. Instr. And Meth. B 243 (2006) 187.

[7]