Tiểu luận Phân tích kích hoạt neutron

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Trường Đại Học Sư Phạm TP HCM ––&—— NHÓM 8 TIỂU LUẬN VẬT LÝ ĐỀ TÀI Giáo viên hướng dẫn Phạm Nguyễn Thành Vinh Sinh viên thực hiện Phạm Thanh Bích Trâm Hoàng Thị Phương Thảo Nguyễn Hiền Ngọc Oanh Nguyễn Thị Kim Hoàng Tp. Hồ Chí Minh – Năm 2010 MỤC LỤC CHƯƠNG 7 Phương Pháp Phân Tích Kích Hoạt : Thực Hành Trong sáu chương trước, một số thành phần của phép phân tích kích hoạt phóng xạ đã được mổ xẻ và nghiên cứu. Sự tổng hợp của các thành phần này tạo nên phần thực hành của phép phân tích kích hoạt. Một phân tích cụ thể được thực hiện bởi một loạt các sự lựa chọn thích hợp trong số nhiều khả năng đã được nghiên cứu. Và ở đây, tất nhiên, câu hỏi cơ bản là phân tích kích hoạt phóng xạ có phải là một phương tiện tối ưu hay thích hợp cho một phân tích hóa học cụ thể hay phương pháp phân tích vết hay không. Câu hỏi này đã được nghiên cứu trong quá trình thảo luận về việc sử dụng phương pháp phân tích kích hoạt trong chương 9. Cuộc thảo luận về thực hành trong phân tích kích hoạt được giả thiết rằng sự lựa chọn của nó như một phương pháp phân tích được làm đến một phần nào đó dựa trên cơ sở vốn có về độ nhạy đối với phương pháp này. Các phương pháp thực tế được sử dụng trong một vấn đề riêng biệt được lựa chọn từ đánh giá của nhiều thành phần của phương pháp. Để đánh giá các thành phần thì việc tính toán về độ nhạy thường được sắp xếp hoặc làm cho hoàn chỉnh một vài các thông số của phương pháp kích hoạt trong khoảng thời gian giới hạn cho trước. Các thông số cho kích hoạt phóng xạ thường được chọn để đưa ra đầy đủ các mức của kích hoạt phóng xạ để đáp ứng các điều kiện về độ nhạy. Quá trình xử lý sau khi chiếu xạ và phương pháp về phép đo phóng xạ cần phải thích hợp với nhiều mức. Nếu các mức cao của kích hoạt phóng xạ của các nhân phóng xạ quan tâm được tạo ra, thì điều kiện cho sự tìm ra phóng xạ và phương pháp các phép đo trở nên dễ dàng hơn để đạt được mức chính xác và độ chính xác cao hơn. Nếu mức kích hoạt phóng xạ thấp, thì hệ thống nhạy của phép đo bức xạ trở nên quan trọng hơn. Sự lựa chọn của phương pháp kích hoạt phóng xạ tổng quát bao gồm phân tích kích hoạt hóa phóng xạ, công cụ phân tích, và một vài kĩ thuật đặc biệt. Hai phương pháp định lượng chủ yếu là tuyệt đối và so sánh phân tích kích hoạt phóng xạ. Phân tích kích hoạt hóa phóng xạ Kỹ thuật chung của phân tích kích hoạt theo tính chất có thể được gọi là phân tích kích hoạt hóa phóng xạ. Nó bổ sung vào hai bước khái niệm cơ bản của phân tích kích hoạt phóng xạ (tức là, các bước của kích hoạt phóng xạ và phép đo bức xạ) là một bước thứ ba của việc xác định các tia phóng xạ bởi nguyên tố hóa học. Bước này đã được làm giảm ở hầu hết các trường hợp thay đổi trong kết quả phân tích hóa học từ việc đánh giá loại bức xạ, năng lượng và chu kỳ bán rã. Điều này thật sự đặc biệt trong việc phân tích nguyên tử đánh dấu, trong đó chỉ có các mức thấp của hạt nhân phóng xạ được đưa ra. Số lượng lớn các hạt nhân phóng xạ này bị phân rã với bức xạ tia gamma trong khoảng năng lượng từ khoảng 0.5-1.5 MeV làm cho việc phát hiện các hạt nhân phóng xạ đặc trưng gặp khó khăn. Trong nhiều trường hợp, sự cần thiết về mặt thuận lợi và nhanh chóng hay sự cần thiết phải bảo toàn mẫu đo từ hóa chất phá hủy làm cho dụng cụ đo kích hoạt phóng xạ trở nên cần thiết, mong muốn. Điều đó có thể kết luận rằng việc xác định các hạt nhân phóng xạ được tìm thấy của nguyên tố hóa học là một khía cạnh tổng quát của phân tích kích hoạt phóng xạ. Kỹ thuật tổng quát Kỹ thuật chung của phân tích kích hoạt phóng xạ bao gồm việc thực hiện một loạt các bước mà có các tham số được lựa chọn để tối ưu hóa độ nhạy và độ chính xác cao với sự cố gắng và hao phí thấp nhất. Các lựa chọn chính là : 1. Các phản ứng hạt nhân phải trong điều kiện tốt nhất 2. Điều kiện chiếu xạ thích hợp 3. Quá trình xử lý (gia công) trước khi chiếu xạ nếu có 4. Các điều kiện của sự chiếu xạ 5. Thời gian chiếu xạ đầy đủ 6. Quá trình xử lý sau khi chiếu xạ 7. Hệ thống đo bức xạ phải đạt giá trị tối ưu 8. Thực hiện phép đo với độ chính xác mong muốn Mỗi sự lựa chọn đều được kiểm tra thêm. Lựa chọn của một phản ứng hạt nhân tối ưu: Ba biến số độc lập trong một phản ứng hạt nhân là hạt nhân bia, hạt bức xạ, và sản phẩm hạt nhân. Trên thực tế các biến số này không hoàn toàn độc lập. Trong kỹ thuật tổng quát của phân tích kích hoạt, các hạt nhân bia đã được quy định là các nguyên tố được xác định trong phân tích. Đối với các nguyên tố có nhiều hơn một đồng vị chủ yếu và ổn định, thì hạt nhân bia vẫn là một biến số. Lấy ví dụ, nếu thiếc (Sn) là nguyên tố được tìm thấy, thì phản ứng hạt nhân có thể được xem xét cho bất kỳ 10 đồng vị ổn định của nó. Sự khảo sát chủ yếu của việc lựa chọn đồng vị bao gồm độ phổ cập của các chất đồng vị và tiết diện ngang cho phản ứng cụ thể. Đổi lại, sự lựa chọn của các hạt bức xạ có thể được xác định bởi tham số bên ngoài. Nó cũng có thể được quyết định cho một hạt nhân bia dựa trên tính chất của các hạt nhân tạo thành, chẳng hạn như chu kỳ bán rã và sơ đồ phân rã phóng xạ. Các sản phẩm kích hoạt có thể sống đủ lâu để có thể đo được, và bức xạ đó phải được chọn để thích hợp cho hệ thống đo đạc có sẵn. Việc lựa chọn các phản ứng hạt nhân tối ưu cần xem xét về tính chất vật lý, tính chất hóa học, và tính chất của hạt nhân không chỉ của chất đồng vị của các nguyên tố đã tìm được và vấn đề kích hoạt sản phẩm của chúng mà còn là những thành phần chất nền và các nguyên tố chủ yếu của nó. Một đánh giá về phản ứng nhiễu có thể xảy ra hoặc là các sản phẩm kích hoạt cạnh tranh thì được thảo luận trong chương 8 . Các nguồn dữ liệu hạt nhân đầy đủ, chẳng hạn như những danh mục trong phần 7.4.2, thì nên có sẵn để sử dụng. Như vậy sự lựa chọn của các phản ứng hạt nhân tối ưu có thể bao gồm rất nhiều sự thỏa hiệp trong việc điều chỉnh ba thông số. Để xem lại nghiên cứu được đưa ra trong chương 3 cho nguyên tố Đồng (Cu) được tìm thấy, một so sánh các kích hoạt có sẵn cho hai chất đồng vị của nó được thực hiện trong bảng 7.1 cho bốn phản ứng hạt nhân khác nhau. Dữ liệu minh họa sự đa dạng của các hạt nhân phóng xạ mà có thể được sản xuất với ∆Z = 0 hoặc ±1, với chu kỳ bán rã trong khoảng từ 5.1 phút đến 92 năm, và với sự biến đổi lớn trong các loại, độ phổ cập, và các năng lượng của các chất phóng xạ. Bảng 7.1 Dữ liệu cho kích hoạt phóng xạ của các đồng vị Đồng (Cu) Lựa chọn điều kiện chiếu xạ phù hợp Sự nghiên cứu các kĩ thuật chủ yếu trong việc lựa chọn điều kiện chiếu xạ phù hợp thì phụ thuộc vào loại hạt nhân, phụ thuộc vào việc chọn phản ứng hạt nhân. Các loại của hạt chiếu xạ đã được phân loại như neutron, hạt mang điện, photon và electron. Tương ứng với các hạt là số hạng kích hoạt neutron, kích hoạt hạt mang điện và kích hoạt photon (hoặc electron). Sự xem xét lại các nguồn của các hạt chiếu xạ này đã được đưa vào trong chương 3. Đường năng lượng đặc trưng của hạt chiếu xạ là một nghiên cứu thứ hai. Thứ ba, mà quan trọng trong sự lựa chọn một thiết bị cụ thể cho một loại đã cho và cho năng lượng của hạt bức xạ, là thông lượng hoặc cường độ chùm hạt cần thiết để hoàn thành độ nhạy như mong muốn. Tính chất quan trọng khác của thiết bị bao gồm các tính chất vật lý hình học bức xạ và mẫu đo, đặc biệt là sự điều chỉnh và các điều kiện được tóm gọn, vị trí của thiết bị, và hao phí chiếu xạ. Vị trí của thiết bị về giới hạn phép đo sau chiếu xạ thì có thể được dùng cho một phạm vi trong chu kỳ bán rã mà có thể được khảo sát cho sản phẩm kích hoạt. Có nhiều lý do để neutron nhiệt được sử dụng rộng rãi trong tất cả các loại hạt chiếu xạ, ví dụ: 1. Thông lượng lớn các neutron nhiệt đã có sẵn trong một loạt các thiết bị 2. Thể tích của cường độ thông lượng neutron đều thì lớn. 3. Giảm thiểu sai số do không chắc chắn của phổ năng lượng 4. Tiết diện ngang rộng nên dễ dàng trong việc bắt bức xạ của neutron nhiệt 5. Loại trừ nhiều hạt nhân phóng xạ được tạo ra qua phản ứng thu năng lượng Một số nguồn sản sinh của neutron nhiệt là phản ứng hạt nhân. Việc làm chiếu xạ dễ dàng có giá trị với các thông lượng neutron trong khoảng từ 1010 đến 1014n/cm2-s. Các nguồn thích hợp của neutron nhiệt có thể thu được với điều kiện làm chậm thích hợp trong máy xiclotron, máy gia tốc, và các nguồn đồng vị phóng xạ. Các thiết bị, đặc biệt với máy phát neutron có điện thế thấp (d,t), có thể tạo ra một số lượng lớn neutron nhanh cỡ khoảng 1012 n/s. Kích hoạt neutron nhanh thì được sử dụng cho các phản ứng như (n,p), (n,α), và (n,2n), đặc biệt trong trường hợp mà phản ứng (n,γ) không tạo ra được một sản phẩm kích hoạt thích hợp. Sự bất lợi của kích hoạt neutron nhanh mà nguyên nhân bắt đầu từ tiết diện ngang nhỏ thể hiện ở năng lượng và năng lượng của neutron bị mất nhanh khi xuyên qua mẫu đo. Kích hoạt photon bởi phản ứng photoneutron (γ,n) thì tương tự như phản ứng kích hoạt neutron nhanh (n,2n) trong quá trình sản xuất ra các sản phẩm hạt nhân khác. Mặc dù photon có thể dễ dàng được tạo ra ở mức năng lượng vượt quá 14 MeV, tiết diện ngang của phản ứng photon neutron thì nhỏ, nói chung là ở mức milibarn hoặc số phần của milibarn. Các hạt mang điện, mặc dù được dùng trong nhiều phân tích riêng, tuy nhiên cũng có nhiều vấn đề trong việc sử dụng chúng trong kích hoạt. Tiết diện ngang của nhiều phản ứng như (p,n), (p,d), (d,p), (d,n) rất khác nhau với năng lượng và thường thấp hơn so với năng lượng tương ứng của neutron. Thêm vào là vấn đề về bức xạ thu được trong máy gia tốc hạt mang điện bao gồm bộ thiết bị của bia trong dạng thích hợp tương ứng với chùm hạt đã bị mất và điều kiện tải nhiệt. Quá trình xử lý trước khi chiếu xạ Nó đã được đề nghị trong phần 6.1.1 của phân tích kích hoạt phóng xạ, quá trình xử lý trước khi chiếu xạ trên mẫu thử phải nên giảm bớt đến mức nhỏ nhất cần thiết. Vẫn còn một vài lựa chọn đã được đưa cho gia công hóa học của các mẫu đo trước khi kích hoạt thì được (a) quá to lớn cồng kềnh để chiếu xạ, (b) quá không đồng chất để lấy mẫu đo đại diện, và (c) quá phóng xạ sau khi chiếu xạ. Nói chung, mức độ của quá trình xử lý trước khi chiếu xạ các mẫu đo cần phải xem xét về tính chất vật lý, hóa học và các tính chất hạt nhân không chỉ của thành phần nền mà còn của sản phẩm kích hoạt. Các tính chất vật lý có thể có ảnh hưởng đến khối chất nền, độ dày tối thiểu để một vật có thể đạt được đến độ rắn. Một số các thiết bị chiếu xạ thì không cho phép chiếu xạ bột, chất lỏng, hoặc chất dễ bay hơi. Việc xem xét tính chất hóa học bao gồm các mối nguy hiểm do nhiệt hoặc các vật liệu phân hủy phóng xạ hoặc các vật liệu dễ nổ. Xem xét về tính chất hạt nhân bao gồm các hạn chế về khối lượng hoặc độ dày của mẫu đo cho cả neutron và hạt mang điện chiếu xạ. Sự giảm theo chiều sâu về cường độ hay năng lượng của các hạt chiếu xạ có thể trở thành mối quan tâm nghiêm trọng. Chất nền chính là yếu tố với tiết diện ngang lớn có thể làm cho các mẫu đã được kích hoạt trở nên nguy hiểm cho các hoạt động phòng thí nghiệm nếu không được che chắn. Điều kiện để chiếu xạ Vấn đề cuối cùng liên quan đến việc thu được một bức xạ là sự chuẩn bị mẫu đo thành một hình thức thích hợp để chiếu xạ và cho các mẫu vào hộp kín để đưa vào hoặc đưa ra khỏi thiết bị chiếu xạ. Phương diện này của kích hoạt phóng xạ thì không phải luôn luôn hoạt động một cách đơn giản như nó có vẻ như thế. Vấn đề đặc biệt thông dụng ở trong các máy gia tốc hạt mang điện mà được chiếu xạ với chùm tia chính thì đạt được như mong muốn. Mẫu đo phải trở thành một phần của hệ thống chân không nếu không sẽ có sự giảm phẩm chất của chùm tia đã được tìm kiếm. Trong trường hợp này, bia phải rắn và cứng để có thể bảo quản được chân không, và có hiện tượng dẫn nhiệt cao. Những tính chất như vậy thường bị hạn chế bởi kim loại. Các vật liệu yêu cầu một số hình thức đóng gói và phương pháp hoặc các thiết bị cho việc bảo quản buồng kín ở vị trí trong quá trình chiếu xạ này. Nhiều vấn đề của máy gia tốc được làm giảm đi đối với các chùm tia bức xạ bên ngoài. Các hao phí nói chung thì làm giảm đi cường độ của chùm tia và làm giảm giá trị của năng lượng hạt. Tính không đồng nhất trong cường độ của chùm tia thì có mặt trong nhiều máy gia tốc, tính cho cả hai loại hạt: neutron và hạt mang điện. Trong nhiều trường hợp quy định là làm quay các bia trong suốt quá trình chiếu xạ để tạo ra mức trung bình cho những tính không đồng nhất. Quá trình này là đặc biệt quan trọng khi sự chiếu xạ của một vài mẫu đo (ví dụ: mẫu đo rỗng và mẫu đo tiêu chuẩn) được thực hiện đồng thời. Sự chiếu xạ trong lò phản ứng hạt nhân dẫn đến yêu cầu nghiêm ngặt ít hơn. Thông lượng neutron là không đổi trên một thể tích lớn so với chùm tia bức xạ. Vấn đề nhiệt độ cũng ít nghiêm ngặt. Nhựa và các hộp kín polietilen thì thường được sử dụng cho các buồng kín chiếu xạ. Thời gian chính xác để đưa vào và di chuyển của mẫu đo trong một môi trường chiếu xạ thường là một vấn đề trong phân tích kích hoạt. Các mục tiêu của việc đưa vào và di chuyển nhanh, đặc biệt là cho các sản phẩm kích hoạt có thời gian sống ngắn, được kết hợp với các mục tiêu của hình học chiếu xạ có khả năng sản sinh. Các mục tiêu này thì được đáp ứng trong nhiều trường hợp do sự giới thiệu của một hệ thống truyền tách khí (a separate pneumatic transfer system) trong thiết bị chiếu xạ. Hệ thống như vậy được gọi là “thỏ” và đó là một mô tả thích hợp. Một hệ thống truyền khí phức tạp được sử dụng kết hợp với một máy phát điện neutron 14 MeV được hiển thị trong hình 7.1. Hình 7.1 Sơ đồ dưới dạng giản đồ của hệ thống truyền tách khí tại Cục Phân Tích hóa phóng xạ tiêu chuẩn quốc tế của Viện Nghiên Cứu Vật Liệu ( từ J.R.DeVoe, Ed., Cục quốc tế về tiêu chuẩn kĩ thuật lưu ý 404, Bộ Thương Mại Mỹ, 1966). Lời ghi chú: SV Van Sôlênôit DN Làm khô khí nitơ PG Thiết bị đo áp suất BGC Thiết bị hạn chế khí tràn ra ngoài RTA Lắp ráp bia quay RV Van đường đi RC Bộ điều chỉnh dạng thỏ V Lỗ thông Nal Detector nhấp nháy SP Chốt định vị Sôlênôit AC Bộ điều chỉnh không khí AF Máy lọc không khí CA Thiết bị nén không khí R Máy thu S Mẫu đo Hệ thống bao gồm một sự lưỡng tuyền kép, mẫu đo, bia được lắp ráp và được kiểm soát để cho phép chiếu xạ đồng thời và liên tiếp của một mẫu chưa biết và một mẫu đo chuẩn giữa hai 43 inch. Detector nhấp nháy NaI (Tl) thì được kết nối với một máy phân tích đa kênh xung chiều cao. Nói chung cho những lò phản ứng chiếu xạ, một hệ thống truyền khí đơn giản được sử dụng để tăng tốc buồng kín chứa trong đó là một tổ hợp các mẫu đo, mẫu rỗng, mẫu tiêu chuẩn và máy kiểm tra thông lượng đi vào và đi ra của vị trí chiếu xạ. Thời gian chiếu xạ Cho một mẫu đo vào trong một thiết bị chiếu xạ thì lượng phóng xạ tối đa của hạt nhân phóng xạ được cho là hoạt động bão hòa, bằng với tốc độ sản xuất khi độ dài của sự chiếu xạ gần đúng ở mức vô hạn. Do đó, nó thường mong muốn chiếu xạ với khoảng thời gian đủ dài (năm chu kỳ bán rã là tương đương với khoảng 97% độ bão hòa) để gần đúng với mức độ hoạt động bão hòa. Mức độ này đặc biệt hữu ích khi các nguyên tố vết tìm được là tại các giới hạn của độ nhạy. Sự chiếu xạ lâu hơn không làm tăng mức độ hữu ích của sản phẩm hạt nhân phóng xạ mong muốn, nhưng chúng làm tăng mức độ của hạt nhân phóng xạ với chu kỳ bán rã kéo dài được sản xuất từ các thành phần chất nền, tổng số các mức bức xạ của mẫu đo, và hao phí chiếu xạ. Vì vậy, phần thực hành nói chung là giảm thời gian chiếu xạ đến giá trị nhỏ nhất phù hợp với yêu cầu về độ nhạy và độ chính xác. Đối với sản phẩm hạt nhân phóng xạ có thời gian sống ngắn thì thời gian chiếu xạ không phải là một hệ số có ý nghĩa, lấy ví dụ: cho sản phẩm là 2.3 m 28Al, 3.77 m 52V, và 3.5 m 55Cr thì từ 5 đến 10 phút chiếu xạ sẽ tạo ra tỉ số lớn trong hoạt động bão hòa. Đối với sản phẩm hạt nhân phóng xạ có thời gian sống rất dài thì thời gian chiếu xạ là một hàm tuyến tính cơ bản của lượng nhỏ phóng xạ mong muốn. Giá trị của e-x là xấp xỉ bởi độ giãn nở (1) Cho số hạng x << 1 cho nên x có thể được bỏ qua. Cho t << T1/2 thì độ giãn nở của e-λt giảm đến (2) Và hệ số bão hòa trở thành (3) Và (4) Vì vậy sự lựa chọn về thời gian chiếu xạ thì dựa trên sự vượt mức tối thiểu mong muốn của phóng xạ cân bằng bởi mức độ nhiễu của hạt nhân phóng xạ và hao phí hoặc các điều kiện khác của việc chiếu xạ. Quá trình xử lý sau khi chiếu xạ Hai lựa chọn chủ yếu được thực hiện cho quá trình xử lý sau khi chiếu xạ của mẫu đo kích hoạt phóng xạ: 1. Hóa phóng xạ so với công cụ đo đơn vị của hạt nhân phóng xạ tìm kiếm được 2. Tuyệt đối so với phương pháp phân tích định lượng của phân tích kích hoạt phóng xạ Hai lực chọn này đã được thảo luận trong phần 7.1.3 Hệ thống đo bức xạ phải đạt giá trị tối ưu Hệ thống đo bức xạ mà từ đơn giản như ống đếm G.M. (Geiger-Muller) đến các máy điện tử phức tạp có độ phân giải cao và quang phổ kế tia gamma đa kênh đều đã được mô tả. Hệ thống tối ưu cho một hạt nhân phóng xạ đặc biệt có thể được xác định như là một trong các biện pháp về hạt nhân phóng xạ với sự xác định và độ chính xác tối đa. Nhiều phòng thí nghiệm hóa phóng xạ có nhưng là một hệ thống đo bức xạ. Nhiều phòng thí nghiệm như vậy nó là theo định nghĩa của hệ thống tối ưu. Trong nhiều phòng thí nghiệm mà có các detector cho bức xạ beta và gamma là do sự lựa chọn của ống đếm, thì nói chung thường được làm từ sự xem xét sơ đồ phân rã của hạt nhân phóng xạ và có hoặc không bao gồm sự tách trong hóa phóng xạ. Vài phòng thí nghiệm mà thực hiện các phân tích kích hoạt phóng xạ thì được trang bị quang phổ kế với độ phân giải năng lượng gamma cao. Các phòng thí nghiệm như vậy sẽ gặp khó khăn trong việc phân tích phân rã hạt nhân phóng xạ bằng bức xạ beta hay trong những phân tích năng lượng tia gamma từ hạt nhân phóng xạ có độ phổ cập thấp. Do sự giảm phông nền của các hạt nhân phóng xạ phát ra tia beta hay gamma nên nói chung kết quả trong việc tăng độ nhạy cho hạt nhân phóng xạ ở mức độ thấp. Sự chính xác và độ chính xác Trong thực hành phân tích định lượng, trong đó phân tích kích hoạt phóng xạ là một trong những điều đó, mục tiêu chung là xác định một số các nguyên tố riêng hoặc một thành phần. Đại lượng của sự xác định là một chức năng của sự chính xác và độ chính xác đã tìm được. Nói chung có thể cải thiện được một số mức độ nhất định nếu chú ý đầy đủ và định cỡ được thực hiện trong suốt quá trình phân tích kích hoạt. Tuy nhiên, việc lựa chọn hoặc việc cần sự chính xác và độ chính xác cũng là một chức năng quan trọng của các yêu cầu về phân tích. Trên cơ sở rất chung chung thì sự cần thiết phải chính xác và mức độ chính xác có thể bị mâu thuẫn trong bốn loại, từ đó dẫn đến các câu hỏi cần phải trả lời: 1. Định tính: Có phải nguyên tố Z có mặt trong mẫu đo ? 2. Ngưỡng: Có phải nguyên tố Z có mặt với số lượng lớn hơn so với một số lượng nhất định ? 3. Tương đối: Có phải nguyên tố Z có mặt trong một số lượng nhỏ (đã được xác định) hay trong một số lượng lớn (đã được xác định) ? 4. Tuyệt đối: Chính xác có bao nhiêu nguyên tố Z trong mẫu đo ? Rõ ràng là các yêu cầu về sự chính xác và độ chính xác rất khác nhau cho bốn loại mục tiêu. Đối với loại đầu tiên, sự chính xác và mức độ chính xác thì có tầm quan trọng ít nếu nguyên tố có thể được xác định rõ ràng trên số lượng nhỏ nhất dò được. Một cuộc thảo luận về số lượng nhỏ nhất dò được đã được đưa ra ở chương 8. Sự chính xác và độ chính xác càng trở nên quan trọng như mức hiện nay gần đúng với số lượng nhỏ nhất dò tìm được. Như vậy những phân tích là điều thường xuyên mong muốn trong ứng dụng về pháp y, trong đó sự hiện diện của một yếu tố hoặc một vật liệu là bằng chứng thực tế. Việc xem xét áp dụng đối với ít bề rộng cho việc phân tích ngưỡng, đặc biệt nếu mức độ cố định là đáng kể trên lượng nhỏ nhất được tìm thấy. Nhiều bề rộng khác có sẵn để phân tích tương đối, nhưng sự chính xác và mức độ chính xác cao hơn được yêu cầu nếu số lượng được xác định là mô tả một khoảng thấp hơn giới hạn trên, như một phương pháp tiếp cận khác. Kiểm soát chất lượng các tạp chất trong khoảng nồng độ nhiễm bẩn được cho phép, có thể lớn hoặc nhỏ so với độ chính xác có sẵn của phân tích, là một ví dụ điển hình. Việc cố gắng xác định chính xác để đo lượng chính xác và độ chính xác như thuận lợi. Trong nhiều trường hợp có thể đạt được độ chính xác cao hơn khoảng xác định thu được, trong khi đó việc đề phòng của mọi người mà sẽ làm giảm tổng số lỗi thì được sử dụng. Việc tính toán độ nhạy Việc tính toán độ nhạy thì thường được sử dụng để đánh giá các thông số mà ảnh hưởng đến lượng nhỏ nhất của một nguyên tố có thể được tìm thấy hoặc đo được cho một bộ nhất định của sự chiếu xạ và giai đoạn phân tích. Sự tính toán đưa vào trong bản báo cáo tính chất của nguyên tố và chất nền, các tính chất của các phương tiện chiếu xạ và các điều kiện, và tính chất của hóa phóng xạ và hệ thống phép đo phóng xạ được sử dụng. Như vậy, việc tính toán độ nhạy hợp với việc như là “chạy khô” hoặc “chạy giấy” của một phân tích kích hoạt phóng xạ cụ thể trong đó việc vạch ra kế hoạch xác định được quyết định hoặc tính khả thi của phân tích được thiết lập. Về cơ bản, sự tính toán là một lời giải cho phương trình kích hoạt phóng xạ theo một giả thiết từ các điều kiện. Đối với độ nhạy tối đa thì giá trị thích hợp lớn nhất hay nhỏ nhất của một vài thông số sẽ được đánh giá. Trong quan điểm về tầm quan trọng của việc tính toán độ nhạy trong phân tích kích hoạt,thì nó mong muốn xem xét mỗi tham số trong phương trình kích hoạt. Nói chung, các tham số được chọn để cực đại hóa (phóng cực to) lượng nhỏ nhất phát hiện được với lượng chiếu xạ có thể đạt được. Bảng 7.2 Các thông số ảnh hưởng đến độ nhạy lớn nhất I. Phép đo phóng xạ 1. Phông detector, B 2. Tỷ lệ phân giải tối thiểu trên phông, Am(t) 2B 3. Độ phân giải năng lượng của hệ thống, FWHM 4. Tính hiệu suất toàn phần cho hạt nhân phóng xạ, II. Quá trình xử lý sau khi chiếu xạ 1. Phân rã trong suốt khoảng thời gian trôi qua từ cuối của quá trình chiếu xạ đến khi bắt đầu đếm, eλt 2. Năng lượng hóa học của chất, Y 3. Độ tự hấp thụ trong độ dày mẫu đo, F III. Điều kiện chiếu xạ 1. Tiết diện ngang cho phản ứng được lựa chọn, σ 2. Thông lượng lớn nhất và cường độ chùm tia, , 3. Nhân tố bão hòa, (1- e -λT) IV. Điều kiện mẫu đo 1. Độ phổ cập của các đồng vị được lựa chọn, fi 2. Kích thước lớn nhất của mẫu đo thích hợp cho chiếu xạ, S 3. Đặc điểm của các thành phần khác trong mẫu đo Danh sách trong bảng 7.2 gồm nhiều hằng số và các nhân tố thử nghiệm để xác định độ nhạy tối đa của một phân tích cụ thể. Và việc lựa chọn các giá trị cho các tham số thì bắt đầu với hệ thống phép đo phóng xạ và kết thúc với kích thước mẫu cần thiết. Phép đo phóng xạ Mức tối thiểu có thể thu được tốc độ đếm của mẫu đo đã được kích hoạt thì bị ảnh hưởng rõ ràng bởi phông đếm, hiệu suất và mức độ của các nhân phóng xạ nhiễu trong mẫu đếm. Với sự tách hóa phóng xạ thì việc ảnh hưởng đến nhân phóng xạ nhiễu có thể được làm giảm đáng kể, thường thì những giá trị gần đúng với bản chất của phông đếm. Và tất nhiên thì sự nhiễu trong đồng vị phóng xạ của cùng một nguyên tố không thể được giảm bằng phương pháp hóa học. Cho một phép đo bức xạ có phông là B cpm ( đây có thể là giá trị của chất phản ứng rỗng với các mẫu thực tế hoặc thành phần tán xạ Compton của tia gamma năng lượng cao hơn từ các hạt nhân phóng xạ tạp chất mà góp phần tạo nên hoạt động đo lường của một quang đỉnh), mức tối thiểu có thể thu được tốc độ đếm trên phông nền Am(t) thì thường được giả định là 2B. Do đó cho một ống đếm nhấp nháy mà mẫu rỗng cho thấy giá trị là 200 cpm trong các kênh được chọn để đo quang đỉnh của các nhân phóng xạ mong muốn, hoạt động quang đỉnh tối thiểu có thể vượt quá yêu cầu 400 cpm. Cho một máy đếm đối trùng phùng phông thấp của phông 0.2 cpm mà mạng lưới hoạt động nhỏ nhất có thể được bố trí thấp bằng 0.4 cpm. Tuy nhiên, vì những lần đếm kéo dài cần thiết để đạt được thống kê đầy đủ tốc độ đếm, một mức tối thiểu của 1 cpm thì thường được sử dụng. Liên quan với phông trong hệ thống quang phổ kế tia gamma là độ phân giải của hệ thống. Nói chung độ phân giải càng lớn, phông càng thấp, từ một vài kênh là cần thiết để bao gồm toàn phần năng lượng đỉnh. Độ phân giải của detector nhấp nháy và tinh thể chất bán dẫn đã được cho như FWHM, bề rộng đầy đủ của một đỉnh năng lượng đầy đủ tại một nửa cực đại. Thêm một thông số quan trọng cho độ nhạy cực đại là tính hiệu suất toàn phần. (trong c/d) (5) Với Ci là số đếm của bức xạ i và D là số lượng của sự phân rã của hạt nhân trong cùng khoảng thời gian. Tính hiệu suất toàn phần cho riêng một hạt nhân phóng xạ phụ thuộc vào cả hiệu suất năng lượng bức xạ của hệ thống máy dò và trên sơ đồ phân rã của các hạt nhân tự phân rã, mà là độc lập với hệ thống đo. Theo đó một detector nhấp nháy NaI có thể có hiệu suất là 20% hiệu suất cho 1.04 MeV đối với tia gamma, nhưng các hạt nhân phóng xạ 5.1 m 65Cu ( xem bảng 7.1) phân rã chỉ có 9% với sự phát xạ của 1.04 MeV tia gamma. Tính hiệu suất toàn phần cho một hạt nhân phóng xạ trong máy đếm có thể là : (c/d) (6) Các điều kiện đếm khác, chẳng hạn như độ dày mẫu hoặc tính hình học, có thể ảnh hưởng đến tính hiệu suất toàn phần. Theo đó là thường xuyên được xác định từ một đường cong hiệu chuẩn của so với Eradn cho một bố trí cố định của các điều kiện đếm (xem hình 6.7). Quá trình xử lý sau khi chiếu xạ Trong phân tích kích hoạt hóa phóng xạ, các mẫu đếm được chuẩn bị từ việc chất mang đã được rữa sạch và được đóng khung trong một dạng thích hợp cho hệ thống phát hiện; cho ví dụ, một kết tủa mỏng trên giấy lọc hoặc tinh thể phẳng đếm tia gamma. Các yếu tố tương ứng làm ảnh hưởng đến độ nhạy cực đại là thời gian trôi qua từ lúc bắt đầu đếm cho đến cuối của sự chiếu xạ: (7) Năng lượng hóa học của chất: (8) Và sự mất mát của bức xạ trong mẫu với sự tự hấp thụ: (9) Vì vậy, tỉ lệ phân rã của nhân phóng xạ khi kết thúc chiếu xạ là (dps) (10) Các điều kiện chiếu xạ Các tham số chính của chiếu xạ là các tiết diện cho phản ứng được lựa chọn, thông lượng hạt cực đại hoặc cường độ chùm tia có sẵn, và khoảng thời gian của quá trình chiếu xạ này. Tham số đầu tiên là một giá trị cố định; thứ hai thì cố định bởi các phương tiện chiếu xạ nói riêng. Vì vậy chỉ có thời gian của chiếu xạ là một biến thiên nói chung có giá trị tối ưu được ước lượng. Cơ sở để đánh giá thì được xem xét trong phần 7.1.1. Lượng tối thiểu của hạt nhân bia đo được như D0min dps thì khi ấy được tính bằng (các nguyên tử) (11) Các điều kiện mẫu đo Nếu nmin(i) là lượng tối thiểu của các nguyên tử của chất đồng vị i có thể tìm ra bởi các tham số đã nói ở trên, khối lượng tối thiểu (độ nhạy tối đa) của nguyên tố có thể tìm được là (12) Hoặc, tóm lại, để hiện thị tất cả các tham số mà đã được xem xét: (13) Với A = số nguyên tử của nguyên tố, Am(t) = tốc độ đếm tối thiểu có thể tìm được trong thời gian đếm, elt = sự phân rã từ khi kết thúc chiếu xạ đến khi bắt đầu đếm, f = độ phổ cập của các đồng vị, N = hằng số Avogadro, = hiệu suất toàn phần, Y = năng lượng hóa học, F = các mất mát trong quá trình tự hấp thụ, 60 = yếu tố để chuyển dp phút sang dp giây, σ = tiết diện phản ứng, = thông lượng chiếu xạ, = nhân tố bão hòa cho thời gian dài chiếu xạ, Nói chung đó là nồng độ của một nguyên tố được mong muốn chứ không phải là lượng tuyệt đối trong mẫu đo, và do đó lượng mẫu đo lấy cho chiếu xạ là tối đa cho độ nhạy tối đa. Nếu khối lượng của mẫu đo là S gram thì nồng độ tối thiểu của nguyên tố đo được là (14) Trong đó UF là nhân tố đơn vị, ví dụ nếu Cmin là mong muốn trong phần triệu (ppm) hoặc mg/l thì UF = 10+6. Nếu Cmin là mong muốn trong phần trăm thì UF = 102. Đặc điểm của các thành phần khác trong mẫu đo có thể đóng một phần quan trọng trong phân tích như tạo ra nguy cơ bức xạ, làm giảm thông lượng có sẵn, hoặc cường độ của chùm tia hoặc năng lượng (xem ở chương 8), hoặc đòi hỏi sự tách hóa phóng xạ tổng thể giảm sinh ra hóa chất có thể đạt được. Những ảnh hưởng như vậy được ước lượng dựa trên cơ sở cá nhân kể từ khi những quy luật tổng quát không còn đầy đủ và chính xác để đánh giá sự thay đổi trong độ nhạy tối đa. Một ví dụ về việc tính toán độ nhạy, một phân tích kích hoạt để xác định đồng (Cu) trong đồ gia dụng nhôm sẽ được đánh giá. Các dữ liệu sau được giả định để biên soạn chop hen ứng kích hoạt 65Cu(n,γ)66Cu. 1. Hệ thống đếm: Detector nhấp nháy NaI(Tl), tổng B (quang đỉnh) = 100 cpm, Amin(t) = 200 cpm, Hiệu suất toàn phần = 1.8%. 2. Quá trình xử lý sau khi chiếu xạ: Khoảng thời gian đếm = 8.3 phút, Hiệu suất hóa học (phản ứng hóa học nhanh) = 48%, Độ tự hấp thụ trong mẫu đo 0, 3. Điều kiện chiếu xạ: Tiết diện ngang = 2.3 barn, Thông lượng có sẵn = 1012n/cm2s, Thời gian chiếu xạ = 10 phút (để giảm thiểu sự đóng góp của 1.34 MeV tia gamma từ 12.8 giờ 64Cu) 4. Điều kiện mẫu đo: Độ phong phú đồng vị của 65Cu = 0.309 Kích thước lớn nhất của mẫu = 5g Không có các thành phần chính bị nhiễu, ngoại trừ nhôm 100% 27Al(n,γ)2.30 m 28Al (σ = 0.23b) Tính: Để tính số hoạt độ của nhôm vào cuối các quá trình chiếu xạ: Quá trình xử lý sau khi chiếu xạ Có 2 cách lựa chọn cho quá trình xử lý sau khi chiếu xạ cụ thể: Hóa phóng xạ so với công cụ phân tích phóng xạ Phương pháp so sánh đối với sự xác định tuyệt đối. Tiêu chuẩn cơ bản có thể xem độ nhạy với nguyên tố muốn đo. Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy gồm tính chất hóa học, vật lý, và tính chất hạt nhân của nguyên tố chất nền cũng như của các nguyên tố mong muốn. Nếu bức xạ của các nhân phóng xạ tìm được có thể đo lường theo định lượng chính xác và không cần hòa tan các mẫu và chia tách hóa học các hạt nhân phóng xạ từ các hạt nhân phóng xạ bị nhiễu của nó, tất nhiên, sau đó thì phương tiện của phương pháp phân tích sẽ được ưu chuộng nhiều hơn. Trường hợp các hạt nhân phóng xạ không thể tìm hiểu một cách rõ ràng tính đơn trị giữa các hạt nhân phóng xạ sinh ra, việc đòi hỏi phương pháp chia tách hóa phóng xạ phải rõ ràng. Nó là phạm vi trung bình của quang phổ này, nơi mà khó khăn trong việc lựa chọn phương pháp trở nên hiển nhiên. Các nhân phóng xạ tìm kiếm có thể được nhận biết rõ ràng trong quang phổ kế năng lượng bức xạ, nhưng phép đo định lượng của nó phải được thực hiện trong sự có mặt của phông lớn của các nhân phóng xạ khác (ví dụ: tán xạ comton trên diện rộng, tốc độ đếm của các nhân phóng xạ với năng lượng tia gamma lớn hơn trong các kênh của các nhân phóng xạ tìm kiếm của đỉnh phổ quang kế). Trong các trường hợp những đánh giá về việc tăng độ chính xác của phép đo cần phải được cân nhắc về sự bất tiện hoặc khó khăn trong việc đưa vào thành công trong việc tách hóa phóng xạ trong khoảng thời gian đếm kể cả trước khi phân rã nhân phóng xạ đến khi kết thúc phân rã (đến khi không đo được). Trong nhiều trường hợp, đặc biệt các hạt nhân phóng xạ có chu kỳ bán rã bằng thời gian xử lý hóa phóng xạ, và nó đánh giá là khó khăn để thực hiện. Cho những trường hợp này, những kinh nghiệm hóa phóng xạ của nhà phân tích nói chung đóng vai trò quan trọng trong việc đưa ra quyết định cuối cùng. Việc thứ hai của lựa chọn này nói chung là dễ dàng thực hiện hơn. Kỹ thuật thí nghiệm hoàn toàn xác định sự phân tích bằng cách đánh giá về phương trình kích hoạt phóng xạ, trong đó phóng xạ được sinh ra ban đầu được cho bởi: (15) Để phân tích số hạt nhân bia của một nguyên tố trong mẫu đo được tính toán từ các giá trị đo tốc độ phân hủy ban đầu, thông lượng neutron hoặc cường độ chùm hạt, thời gian chiếu xạ và các giá trị đã biết của dữ liệu hạt nhân phù hợp, như là chu kỳ phân rã và tiết diện phản ứng. Thời gian chiếu xạ thường đo lường đơn giản, mặc dù vấn đề có thể nảy sinh với phần thêm vào chậm và di chuyển đi vào lò phản ứng, làm chậm tạm thời của các chùm hạt .… Tốc độ phân rã nên được đo bằng thiết bị đo bức xạ chính xác cho một nhân phóng xạ riêng. Các thông lượng hoặc cường độ chùm tia phải được đo bằng máy phát hiện phóng xạ thích hợp, thường được thực hiện với mẫu chiếu xạ. Nói chung, hết sức cẩn thận áp dụng để đạt được giá trị chính xác của mỗi thông số trong phương trình kích hoạt. Một đánh giá về độ chính xác và chính xác có thể đạt được bằng đếm tia gamma tuyệt đối và phép tính trực tiếp của trọng lượng các nguyên tố chưa biết từ các hằng số hạt nhân đã được thực hiện bởi Girardi, Guzzi, và Pauly* F. Girardi, G. Guzzi, và J. Pauly, phân tích kích hoạt bởi ............ . Cách thức của máy đo mẫu của phân tích kích hoạt phóng xạ dựa trên phân tích đồng thời của một mẫu thử đã biết tiêu chuẩn cho các nguyên tố mong muốn đo trong đó các mẫu đo đã biết và chưa biết được xử lý như nhau. Dưới điều kiện như vậy, một vài thông số phổ biến trong kích hoạt thì bằng nhau, ngay cả khi nó không được chính xác. (16) Và cho thời gian chiếu xạ bằng nhau, điều kiện thông lượng chiếu xạ, và tiết diện phản ứng với các nguyên tử bia chưa biết được tính bởi: (17) Trong thực tế,việc đo nhân phóng xạ của hai mẫu đo không cần phải chính xác như phóng xạ kích hoạt ban đầu, nhưng có thể đúng với mọi thời gian: (18) Sự dễ dàng của phương pháp so sánh phân tích kích hoạt, mà chỉ đòi hỏi các phép đo tương đối và rút ra sự cần thiết cho các số liệu về hạt nhân chính xác, đã có kết quả trong việc sử dụng rộng rãi nhiều hơn so với phương pháp tuyệt đối. Tuy nhiên trong phương pháp này, điều kiện các mẫu phải bằng và so sánh phải được duy trì cẩn thận. Các mẫu được dùng để so sánh phải được chuẩn bị và tóm lược các mẫu chưa biết để sao cho chúng chiếu xạ giống nhau theo các điều kiện cùng thông lượng. Điều này không phải lúc nào cũng dễ dàng đạt được trong những điều kiện thuận lợi mà trong đó cường độ chùm tia hoặc thông lượng thay đổi liên tục theo thời gian hoặc vị trí. Quá trình xử lý sau khi chiếu xạ kết quả của các mẫu đo mà tốc độ đếm thì được đo với một hiệu quả được biết đến. Các biện pháp khác thì được liệt kê trong chương 8. Phương pháp định lượng hóa phóng xạ Một phương pháp hóa phóng xạ cho việc phân tích bức xạ, nó rút ra yêu cầu cho sự xác định về năng lượng hóa học, đã được phát triển bởi Ruzicka và Stary* J. Ruzicka và J. Stary, một yếu tố cấu tạo đặc trưng của tách phân tích kích hoạt: thuyết ( nguyên lý) của sự xác định hóa học lượng pháp, Talanta 10, 287-293 (1963). . Phương pháp của họ cũng tăng lên tính chọn lọc phù hợp với phương pháp chia tách hóa phóng xạ. Trong phương pháp so sánh, mối liên hệ của công thức (18) bức xạ được đo đúng bằng tổng giá trị năng lượng hóa học. Phương pháp hóa học lượng pháp có giá trị chỉ cho một phần các năng lượng hóa học, nếu hai cái này bằng nhau, đó là khối lượng của nguyên tố trong mẫu đo chưa biết và mẫu chuẩn sẽ tỉ lệ thuận với hoạt độ trong hai mẫu được tính: (19) Nếu đáp ứng được hai yêu cầu sau đây một cách thỏa mãn: Lượng chất thêm vào mỗi mẫu trong hai mẫu đo là bằng nhau. Các phần nhỏ được thu hồi của hợp chất tách ra được sử dụng để đo bức xạ thì bằng nhau. Mặc dù điều kiện đầu thì dễ dàng đạt được theo ý muốn, điều kiện thứ hai thì nhiều khó khăn hơn, phương pháp chia tách định lượng tiên tiến của Ruzicka và Stary đạt được ở điều kiện thứ hai bởi sự không đầy đủ ngoài ra phân đoạn không đổi di chuyển của chất mang thêm vào. Đây được thực hiện bằng cách thêm một lượng nhỏ chất phản ứng mà tương ứng với lượng pháp hóa học với lượng của chất thêm vào. Để cho phương pháp này thành công các chất phản ứng này phải phản ứng với số lượng nguyên tố mang từ dạng của một hợp chất dễ dàng tách từ việc tăng thêm chất mang vào và từ một vài nguyên tố bị nhiễu trong chất nền. Quá trình tách được mô tả cho (a) dung môi bằng sự chiết, (b) trao đổi ion, (c) sự kết tủa. Những hiện tượng khác có thể xảy ra, chẳng hạn như điện phân. Phương pháp này đặc biệt hữu ích cho phân tích kích hoạt bởi vì việc thêm vào các chất mang (thường dùng đại lượng là miligam) đơn giản hơn giai đoạn tách định lượng hóa phóng xạ. Sự chiết dung môi Cách thiết lập dạng của sự chiết dung môi: M + N(HA)org → (MAN)org + N(H) (20) Với điều kiện hơn 99,9% HA chất phản ứng hữu cơ được sử dụng trong việc chiết tách phức tạp để hình thành nên MAN, lượng của chất mang thêm vào khoảng 10-3 g/ml, và các nồng độ phân tử ion và chất hữu cơ phản ứng kết tủa thì khoảng 10-2 M, ngưỡng pH được xác định bằng công thức (21) Giá trị xác định của pH của một vài nguyên tố kim loại có thể được dự đoán trong khoảng từ giá trị của logK được ghi trong bảng 7.3. Nếu một tấm chắn là chất HnB được sử dụng để tăng tính chọn lọc bằng cách tạo thành hợp chất MBs, các ngưỡng Ph có thể được tính từ (22) Với (23) Sự trao đổi ion Điều kiện cho tách định lượng hóa cho ion trao đổi là đạt được bằng cách thêm vào hợp chất phức tạp này với sự phân ly của các ion trao đổi xảy ra sau của các dạng phức tạp của nguyên tố. Hợp chất phức tạp HnY phải là một dạng trung tính hoặc MY mang điện tích âm với điều kiện bền vững, trong hệ thống mà lượng của hợp chất phức tạp thì là một nửa của quá trình định lượng hóa, của (24) Bảng 7.3 các giá trị logK đăng trên hệ thống chiết tách khác nhau Kim loại Acetyl-acetone trong Benzene Benzoyl-acetone trong Benzene Dibenzoyl-methane trong Benzene Thenoyltri-fluoracetone trong Benzene 8-hydroxy-quinoline trong Chloroform Dithizone trong Carbon Tetra-chloride AgI AlIII BaII BeII BrIII CaII CdII CoII CuII FeIII GaIII HgII InIII LaIII MgII MnII NiII PbII PdII SeIII SrII ThIV TlI UVI ZnII ZrIV -6.5 -2.8 -3.9 -1.4 -5.5 -7.2 -10.2 >2 -5.8 -12.2 -5.2b -7.8 -7.6 -3.9 -18.3 -14.1 -11.1 -4.2 -0.5 -6.3 -9.3 -20.5 -16.6 -14.6 -12.1 -9.6 1.2 -6.0 -20.0 -7.7 -4.7b -10.8 -8.6 -8.9 -3.5 -18.0 -14.0 -10.8 -3.8 -1.9 -5.8 -7.6 -19.5 -14.7 -13.7 -11.0 -9.4 -6.0 -20.9 -6.4 -4.1b -10.7 -5.2 -14.4 -3.2 -3.2 -12.0 -11.4 -6.7 -1.3 3.3 -4.3 -10.5 -5.2 -0.8 -14.1 0.8 -5.2 -2.0 9.0 -4.5b -5.2 -20.9c -9.6 -1.2 -17.9b -5.3c -2.2c -1.8 4.1 3.7 -0.9 -16.4 -15.1 -9.3 -2.2 -8.0 15.0 -6.6b -19.7c -7.2 -1.6b -2.4c 8.9 9.6 2.1 0.0 9.6 26.8 4.8 -0.6 1.2 >26 -3.3 2.7 a từ J. Ruzicka và J. Stary, một yếu tố cấu tạo đặc trưng của tách phân tích kích hoạt: thuyết ( nguyên lý) của sự xác định hóa học lượng pháp, Talanta 10, 287-293 (1963). b Hợp chất MANHA được tạo thành. c Hợp chất MANHA2 được tạo thành. Với: (k0 = 1) (25) Sự chọn lọc của việc tách hóa học lượng pháp trong việc trao đổi ion cũng giống như là sự chiết dung môi Bảng 7.4 các nguyên tố tích hợp cho sự xác định lượng pháp hóa phóng xạ Nguyên tố Hạt nhân phóng xạ Chu kỳ bán rã Tiết diện kích hoạt (barn) Độ phổ cập(%) Antimony Arenic Bismuth Cadmium Chromium Cobalt Đồng Gallium Vàng Indium Sắt Chì Thủy ngân Molybdenum Niken Palladium Platinum Scandium Bạc Thallium Thorium Vanadium Kẽm Zirconium 122Sb 76As 124Sb 210mBi 115Cd 115mCd 117Cd 51Cr 55Cr 60mCo 60Co 64Cu 66Cu 70Ga 72Ga 198Au 114mIn 116mIn 55Fe 59Fe 197mHg 197Hg 203Hg 99Mo 101Mo 65Ni 103Pd 109Pd 193mPt 197Pt 46Sc 108Ag 110mAg 204Tl 206Tl233Th 52V 65Zn 69mZn 69Zn95Zr 97Zr 2.8 ngày 26.5 giờ 60 ngày 5.0 ngày 2.3 ngày 43 ngày 2.9 giờ 27.8 ngày 3.6 phút 10.5 phút 5.27 năm 12.8 giờ 5.1 phút 21.1 phút 14.1 giờ 2.7 ngày 50 ngày 54 phút 2.6 năm 45 ngày 24 giờ 65 giờ 47 ngày 67 giờ 15 phút 2.56 giờ 17 ngày 13.6 giờ 4.4 ngày 18 giờ 84 ngày 2.3 phút 253 ngày 3.9 năm 4.3 phút 22.4 phút 2.8 phút 245 ngày 13.9 giờ 55 phút 65 ngày 17 giờ 6.8 5.4 2.5 0.019 1.1 0.14 1.5 15.9 0.38 16 20 4.51 1.8 1.4 5.0 96 56 155 2.8 1.01 420 880 3.8 0.51 0.20 1.52 4.8 10.4 90 0.87 12 45 3.2 8 0.10 7.33 4.5 0.47 0.097 1.0 0.076 0.053 57.25 100 42.75 100 28.86 28.86 7.58 4.31 2.38 100 100 69.09 30.91 60.4 39.6 100 4.28 95.72 5.82 0.33 0.146 0.146 29.8 23.78 9.63 1.08 0.96 26.71 0.78 25.3 100 51.35 48.65 29.5 70.5 100 99.76 48.89 18.57 18.57 17.40 2.80 a từ J. Ruzicka và J. Stary, một yếu tố cấu tạo đặc trưng của tách phân tích kích hoạt: thuyết ( nguyên lý) của sự xác định lượng pháp hóa phóng xạ, Talanta 10, 287-293 (1963). Sự kết tủa Điều kiện cho các phản ứng kết tủa cho phân ly lượng pháp hóa học với chất HA có nguồn gốc từ các sản phẩm hòa tan: (26) Với (27) Dùng phân tích kích hoạt cho giá trị của ngưỡng pH tương đương là (28) sự chọn lọc có thể được tiếp tục tăng lên bằng tấm chắn kim loại gây nhiễu trong trong trường hợp này pH được xác định là (29) Trong đó Ks hằng số không đổi của hợp chất MBs tan trong nước Do đó tách lượng pháp hóa học được sử dụng trong phân tích kích hoạt, vì nó không chỉ loại bỏ sự cần thiết cho việc phải xác định năng lượng hóa học mà nó cũng có thể làm tăng tính chọn lọc của giai đoạn tách và kết quả phân tích nhanh hơn hoặc nhạy hơn. Một số hạt nhân phóng xạ phù hợp với sự xác định lượng pháp hóa học thì được liệt kê trong bảng 7.4. Tự phân chia hóa phóng xạ Trong những năm gần đây tự động phân tích hóa học đã được ngày càng chú ý tới để xử lý số lượng lớn các mẫu trong phòng thí nghiệm. Mặc dù nó rõ ràng mà tự động phân tích kích hoạt hóa phóng xạ sẽ tự bổ sung để thực hành phân tích kích hoạt, một vài kết quả đã được báo cáo về việc áp dụng tự động tách hóa phóng xạ. Đây là điều chủ yếu bởi vì những khó khăn vốn có trong các quá trình hoạt động hóa chất có liên quan đến giai đoạn thay đổi và phân tách sắc ký. Sự tự động hóa không nhất thiết nghĩa là cải tiến, nó thường chỉ có ý nghĩa về sự thuận tiện và kinh tế, đôi khi sẽ giảm về chất lượng. Phân tích kích hoạt này có thể không chỉ duy nhất bằng các phương pháp dùng dụng cụ không thể tự động hóa được cho công cụ phân tích kích hoạt. Việc cần thiết cho khả năng phân tích cho các mẫu với số lượng rất lớn đã được chứng minh trong nhiều trường hợp phát triển của máy tự động hóa. Điều đặc biệt quan tâm khi một giai đoạn hóa phóng xạ sẽ phân tách một trường hợp nhiễu khó khăn nhất mà rắc rối trong việc đo lường của một nguyên tố mong muốn. Việc tự động hóa phân tích kích hoạt hóa phóng xạ được phát triển để đương đầu với những vấn đề chung của những chất hiện có Natri và Clo trong các mẫu sinh học hoặc mẫu nước biển, trong đó các hạt nhân phóng xạ có thể có mặt với nồng độ lớn hơn 104 lần so với các nguyên tố tìm được. trong một số trường hợp loại bỏ hạt nhân phóng xạ 24Na và 38Cl đã cho phép đo kích thước nguyên tố mong muốn tìm được được đo bằng quang phổ tia gamma mà không cần làm sạch thêm. Tự tách hóa chất của nhiều mẫu có thể có được bằng hai cách như được mô tả bởi Girardi et al *. Mẫu được di chuyển liên tục xem như một “quá trình phân tích”, nó có thể được định nghĩa như là chuỗi của các quá trình hoạt động dẫn đến tách ra hợp chất mong muốn trong một hình thức thích hợp đến detector thích hợp quá trình hoạt động (phân tích). Chất phản ứng thêm vào mẫu, bắt đầu với một chuỗi mẫu được dẫn đến và tối đa hóa việc xử lý mẫu trong mỗi bình phản ứng. Trong phương pháp đầu tiên các chất được đưa vào và các chất thải ra được chiết tách tại các thời điểm thích hợp trong quá trình hoạt động. Hình 7.2 cho thấy sơ đồ hệ thống tự động trong đó các mẫu di chuyển liên tục trong suốt một quá trình phân tích và các giai đoạn của phương pháp tách. Trong hệ thống này các mẫu được tách từ một chất khác bằng cách bơm không khí hoặc trộn lẫn các chất lỏng giữa các mẫu. Sự tách từ quá trình phân tích đến chất thải có thể đạt được với các giai đoạn tách. Thời gian cần thiết để vận hành n mẫu là: Tn = T + nt (30) Với T = thời gian cần thiết cho hết quá trình phân tích. t = thời gian tách giữa các mẫu liên kết (… thời gian tối thiểu cần thiết để tránh dò tìm đồng thời cùng lúc hai mẫu) Trong phương pháp thứ hai việc di chuyển mỗi mẫu từ lò phản ứng đến nơi tiếp theo được thực hiện chỉ khi có yêu cầu: ví dụ, khi một giai đoạn tách là cần thiết. Detector kiểm tra kết thúc của quá trình phân tích khi sự tách đã đạt được. quá trình hoạt động của các mẫu được thể hiện qua sơ đồ ở hình 7.2. Thời gian cần thiết để vận hành n mẫu lần nữa được tính từ công thức (30) với t bây giờ là thời gian cư trú dài nhất của mẫu trong lò phản ứng. Chưng cất Các mẫu đo Quá trình phân tích detector Hình 7.2 Sơ đồ của hệ thống tách hóa phóng xạ. Hệ thống ở hình (a) là dựa trên chuyển động liên tục của cùng một mẫu phân tích với phương pháp tách giai đoạn thích hợp. Các hệ thống trong (b) được dựa trên sự chuyển động không liên tục của các mẫu giữa các giai đoạn liên tiếp. [ từ F. Girardi, G. Guzzi, J. Pauly, và R. Pietra, Sử dụng một hệ thống tự động bao gồm các bước hóa phóng xạ trong phân tích kích hoạt, trong khuynh hướng hiện đại trong phân tích kích hoạt ( trường đại học Texas A và M, College Station, 1965) trang 337-343.] Mặc dầu hai hệ thống có thể là phối hợp khi cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất, nhưng ưu tiên cho phương pháp thứ hai mặc dầu là nó chậm hơn, vì những lý do sau đây: Sự hòa tan của các mẫu chất rắn, điều chỉnh môi trường theo yêu cầu và nồng độ mol đơn giản. Tách sắc ký chỉ có ở phương pháp này. Một mở rộng đa dạng hơn nhiều trạng thái khác nhau của tách hóa phóng xạ là có thể xảy ra. Bộ máy này cũng hữu ích cho việc nghiên cứu sự phân ly theo phương pháp đầu tiên. Hình 7.3 biểu diễn một sơ đồ bản vẽ của hai bộ tự động của hệ thống tách hóa phóng xạ, bộ lập trình được kết nối với bộ điều khiển bằng dây cáp mềm. Người lập trình quy định bộ điều khiển; các máy bơm, các van,… theo 1 trình tự thời gian xác định. Nó cũng kiểm tra tốc độ dòng chảy của các chất phản ứng bằng một chương trình lập trình mà có thể trong dạng của một mạch in. Một chương trình được sắp xếp cho việc phân huỷ vật liệu sinh học cũng được biểu diễn ở hình 7.3. bộ điều hành bao gồm những nút điều khiển máy bơm và van cần thiết cho bắt đầu khởi động, kiểm soát, và ngăn chặn các dòng chảy của các chất phản ứng khác trong suốt quá trình phân tích. Hình 7.3 (a) Biểu đồ dưới dạng giản đồ của hệ thống tự động tách hóa phóng xạ; (b) Một thẻ lập trình điều khiển theo một trình tự thời gian và tốc độ chảy theo qui trình, ví dụ: cho một hệ thống phân hủy đối với vật liệu sinh học. [từ F. Girardi, G. Guzzi, J. Pauly, và R. Pietra, Sử dụng một hệ thống tự động bao gồm các bước hóa phóng xạ trong phân tích kích hoạt, trong khuynh hướng hiện đại trong phân tích kích hoạt (trường đại học Texas A và M, College Station, 1965) trang 337-343.] Hình 7.4 Một quá trình phân tích cho bốn xác định đồng thời Cs trong các mẫu vật sinh học bao gồm cả phân rã của các mẫu, loại bỏ 56Mn và hấp thụ của 134mCs trong amoni molyphophat (AMP). [ từ F. Girardi, G. Guzzi, J. Pauly, và R. Pietra, Sử dụng một hệ thống tự động bao gồm các bước hóa phóng xạ trong phân tích kích hoạt, trong khuynh hướng hiện đại trong phân tích kích hoạt ( trường đại học Texas A và M, College Station, 1965) trang 337-343.] Hình 7.4 biểu diễn một quá trình phân tích để xác định cesium (Cs) trong các mẫu sinh học, có chứa một lượng tạp chất natri và mangan. Các bước trong quá trình là phân hủy mẫu, loại bỏ các 56Mn, và hấp thụ của 134mCs trên amoni molyphotphat (AMP) với bốn hệ thống song song độc lập. Để đo phóng xạ cho các hệ thống như vậy thường đo bằng quang phổ tia gamma và được tính toán bằng máy tính. Hóa phóng xạ là bước làm giảm đáng kể sự không chắc chắn với số lượng của các nguyên tố cần khi các nguyên tố nhiễu có mặt với số lượng lớn. Hình 7.5 biểu diễn cho thấy trình tự cải thiện độ phân giải của các vạch của 137Cs với tách hóa phóng xạ từ 56Mn và 24Na. hệ thống tổng quát tự động phân tích kích hoạt, bao gồm cả sự tách trong hóa học, được đưa vào hình 7.6, trong đó cho thấy các biểu đồ dòng của các hệ thống tự động sử dụng dễ dàng làm giảm 56Mn và 24Na có lẫn trong việc xác định cesium trong mẫu sinh học. Hình 7.5 trình tự các đường đã được cải thiện của sự phân tích lượng Cs trong quang phổ tia gamma: A, trước khi tách hóa học; B, sau khi loại bỏ 56Mn trong cột MnO2; và C, sau khi loại bỏ Na bằng cách giữ Cs trong cột amoni molybdophosphate. [ từ F. Girardi, G. Guzzi, J. Pauly, và R. Pietra, Sử dụng một hệ thống tự động bao gồm các bước hóa phóng xạ trong phân tích kích hoạt, trong khuynh hướng hiện đại trong phân tích kích hoạt ( trường đại học Texas A và M, College Station, 1966), trang 337-343. Hình 7.6 một quy trình công nghệ cho hệ thống tự động phân tích kích hoạt mà bao gồm phân ly trong hóa phóng xạ để tập trung các hạt nhân phóng xạ mong muốn hoặc loại bỏ các hạt nhân phóng xạ nhiễu. [ từ F. Girardi, G. Guzzi, J. Pauly, và R. Pietra, Sử dụng một hệ thống tự động bao gồm các bước hóa phóng xạ trong phân tích kích hoạt, trong khuynh hướng hiện đại trong phân tích kích hoạt ( trường đại học Texas A và M, College Station, 1966), trang 337-343.] Một ví dụ về phương pháp đầu tiên của sự tự động tách trong hóa phóng xạ, đo liên tục với các mẫu được tách bởi bọt khí, đã được báo cáo để đo iot có trong các vật liệu sinh học. hệ thống tự động được bố trí dưới dạng biểu đồ biểu diễn ở hình 7.7; bao gồm 4 giai đoạn xử lý. Lấy mẫu và pha loãng với chất không hoạt động. Trao đổi và tách rửa của iôt trên một cột trao đổi ion. Tinh chế bằng cách chiết và chưng cất dung môi. Đo phóng xạ. Thuận lợi được lấy từ sự giải phóng iot phóng xạ từ những hợp chất hữu cơ dưới dạng chiếu xạ neutron làm trao đổi hợp lý trên nhựa anion. Một số tính năng của hệ thống tự động như lấy mẫu và trao đổi ion, thiết bị chưng cất, hệ thống đếm, và chu kỳ đo của việc lập chương trình được biểu diễn ở hình 7.8. Hình 7.8 Bản phác thảo của một số thành phần của hệ thống xử lý tự động hóa cho I-ốt trong các vật liệu sinh học. (a) Mẫu đo và hệ thống nhựa trao đổi ion; (b) Bộ máy chưng cất; (c) Hệ thống đếm; và (d) Phép đo thời gian chu kỳ trên thùng hình trống của các lập trình viên. [ từ D. Comar và C.LePoec, trong Sử dụng hệ thống tự động xử lý hóa học trong phân tích kích hoạt của các mẫu sinh học, trong khuynh hướng hiện đại trong phân tích kích hoạt ( trường đại học Texas A và M, College Station, 1965), trang 351-356.] Hình 7.8 (b) Hình 7.8 (c) Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Trường Đại Học Sư Phạm TP HCM ––&—— NHÓM 9 TIỂU LUẬN VẬT LÝ Giáo viên hướng dẫn: Phạm Nguyễn Thành Vinh Sinh viên thực hiện: Lại Thị Trúc Phương Trần Bá Tín Huỳnh Chí Dũng Võ Thị Thanh Uyên Tp. Hồ Chí Minh – Năm 2010 Phương pháp phân tích kích hoạt dụng cụ Phương pháp phân tích kích hoạt dụng cụ được định nghĩa là phương pháp phân tích nguyên tố hóa học bằng cách phân tích hạt nhân được kiểm chứng bằng cách đo lường sự phóng xạ cảm ứng đặc trưng mà không cần sử dụng phương pháp tách hóa học phóng xạ. Ưu điểm của phương pháp phân tích kích hoạt dụng cụ là quá rõ ràng đến nỗi mà chúng ta không cần phải lo lắng về bảng liệt kê hay những yếu tố cơ bản như là lợi thế, tốc độ, tiết kiệm và không phá hoại mẫu. Trong nhiều trường hợp thì sự xem xét cuối cùng là quan trọng nhất. Triển vọng là chúng ta có thể nhập một mẫu vào trong một hộp đen ở một đầu và nhận một bảng in phân tích hợp phần nguyên tố hóa học của nó ở đầu kia trong vòng ít hơn một phút đã thực sự thúc đẩy các cuộc nghiên cứu và khám phá quan trọng trong phương pháp phân tích kích hoạt dụng cụ. Mặc dù trước đó triển vọng này vẫn chưa được thực hiện, đặc biệt đối với các phân tích có độ nhạy tối đa, nhưng tiến trình quan trọng này đã được tiến hành để có thể đạt được tính khả thi của phương pháp phân tích kích hoạt như là một phương pháp phân tích hóa học nhanh và chính xác. Những thành công trên cơ bản là do sự tiến bộ vượt bậc được thực hiện trong quá trình phát triển những yếu tố sau: Máy gia tốc và lò phản ứng hoạt động ổn định. Các phương pháp tự động chuyển mẫu vào các nguồn chiếu xạ và các hệ thống dò bức xạ. Những detector bức xạ bán dẫn và nhấp nháy có hiệu quả kết nối với những quang phổ kế năng lượng bức xạ có độ phân giải cao. Những phương pháp và thiết bị tính toán tốc độ cao phân tích định lượng những đường cong phân rã phức tạp và sự hỗn hợp của phổ phức của các bức xạ thành những hạt nhân phóng xạ cấu thành của chúng. Các hệ thống phân tích kích hoạt tự động đã được phát triển có thể đặt chương trình đều đặn cho toàn bộ hệ thống phân tích. Đó là chuyển một mẫu vào vị trí chiếu xạ trong một thời gian chiếu xạ định sẵn, rồi chuyển mẫu sau thời gian phân rã vào vị trí đo trong một hệ thống dò bức xạ, thu được đường cong phân rã và / hoặc phổ bức xạ với thời gian đo đã xác định trước, và sau đó thu các dữ liệu đo bức xạ, chiếu xạ và mẫu trong một bảng in phân tích hóa học từ một máy vi tính. Các nguyên lý của quang phổ học năng lượng bức xạ và chiếu xạ đã được kiểm chứng. Sự phát triển chủ yếu để đạt được sự thành công của phương pháp phân tích kích hoạt dụng cụ chính là độ phân giải của hỗn hợp phổ tia Gamma phức mà không cần phải tách các nguyên tố hóa học ra trước. Thành phần trong phổ của một hạt nhân phóng xạ tinh khiết cũng đã được kiểm chứng. Người ta cho rằng phép đo năng lượng đỉnh toàn phần (còn gọi là photopeak) bị giới hạn do sự có mặt của continuum (miền liên tục) tán xạ Compton và cả hai không chỉ là những hàm của nguồn mà còn là những hàm của các đường detector đặc trưng cũng như dạng hình học của detector nguồn. Trong nhiều phương pháp thì chỉ có phương pháp photopeak là được sử dụng để nhận biết và đo một hạt nhân phóng xạ xác định. Miền tán xạ Compton được xem như một phông không mong muốn trong phép đo photopeak của năng lượng thấp hơn. Các phương pháp khác đánh giá miền tán xạ Compton (và những thành phần khác của phổ tia Gamma) như một phần của đường đặc trưng toàn phần của detector. Vài phương pháp làm giảm sự xuất hiện của tán xạ Compton tới phổ đã được phát triển. Đối với năng lượng tia Gamma trên 1.02Mev rủi ro lớn hơn tăng lên từ những sự tạo cặp và các đỉnh thoát liền kề như đã chú ý ở bảng 6.8. Vì vậy mà độ phân giải của phổ tia Gamma thực sự phức tạp. Những sự rủi ro lớn hơn xuất hiện khi số lượng các hạt nhân phóng xạ quan trọng tập trung vào phổ toàn phần không thể biết được, khi những hạt nhân phóng xạ có thời gian sống ngắn có mặt và khi tổng hoạt độ phóng xạ nhỏ. Các phương pháp để phân tích phổ tia Gamma phức được gọi là phương pháp loại bỏ (Stripping) đã được phát triển dựa trên những chu trình phân tích và đồ thị, các phương tiện điện tử trong máy phân tích đa kênh và các phương tiện số học trong máy vi tính. Phương pháp loại phổ Phương pháp loại phổ là phương pháp xác định tuần tự số lượng của mỗi hạt nhân phóng xạ có mặt trong một phổ tia Gamma của các hạt nhân phóng xạ phức. Sự loại phổ được thực hiện bằng sơ đồ và bằng điện tử bằng cách nhận biết năng lượng photopeak của tia Gamma và loại bỏ thành công phổ của mỗi hạt nhân phóng xạ, bắt đầu với photopeak năng lượng của tia Gamma cao nhất. Số lượng phổ bị loại bỏ chính là một thước đo cho hạt nhân phóng xạ đó. Tóm lại sự chuẩn hóa các phổ bị loại bỏ được thực hiện bằng cách so sánh các phổ đó với một phổ tiêu chuẩn thích hợp của hạt nhân phóng xạ tinh khiết được tiến hành trong điều kiện detector nguồn giống nhau. Vài phương pháp được áp dụng cho sự loại phổ thủ công. Một phương pháp đơn giản, được áp dụng cho các phổ mà trong đó các photopeak được phân biệt rõ ràng với các phần chồng chéo nhỏ, là phương pháp xác định trực tiếp độ cao của photopeak (hay vùng của photopeak). Đối với việc loại bỏ phông thì người ta đã ước tính dùng một vạch chuẩn ngoại suy giữa các chỗ lõm liền kề với đỉnh. Hình minh họa 7.9 trình bày vài cách có thể dùng để ước tính vạch chuẩn. Vạch chuẩn là một đường thẳng ở giữa các đường cực tiểu đơn giản nhất mặc dù không phải là đường tốt nhất. Mặc dù vạch chuẩn có thể được vẽ một cách chủ quan với sự biến thiên đáng kể khi photopeak được xác định rõ ràng thì tỉ lệ sai số trong độ cao hay vùng photopeak vẫn khá nhỏ. Sai số trở nên đáng kể hơn khi hỗn hợp của hạt nhân phóng xạ tăng lên và những đỉnh năng lượng thấp có mặt nhanh chóng làm tăng những tỉ lệ các số đếm tổng nhỏ hơn trong phân bố độ cao xung. Hình 7.9. Sự loại bỏ vạch chuẩn đơn giản từ một đỉnh năng lượng toàn phần trong một phổ tia Gamma phức. Các sai số đặc trưng có thể cho kết quả đặc biệt, nếu miền tán xạ Compton của 1 tia Gamma năng lượng cao hơn đặc trưng cho tỉ lệ đáng kể của sự phân bố tổng trong các kênh năng lượng toàn phần tích hợp. Một phương pháp tổng quát khi xác định cường độ tia Gamma từ phổ độ cao xung là phương pháp loại bỏ bằng đồ thị. Phương pháp này đòi hỏi một danh mục những đồ thị phân bố độ cao xung đã định cỡ cho mỗi năng lượng tia Gamma có trong phổ. Trong phương pháp loại bỏ phổ theo đồ thị cường độ năng lượng của tia Gamma cao nhất trong phổ được xác định bằng việc chồng lên trên phổ chưa biết một phổ chuẩn của năng lượng tia Gamma đó. Việc chuẩn hóa có thể hoàn thành bằng đồ thị bằng cách vẽ sơ đồ những phổ tiêu chuẩn trên giấy phác họa trong suốt. Khi thiếu các đỉnh tổng năng lượng photopeak cao nhất có hoành độ của đường cong phân bố độ cao xung, cường độ của tia Gamma có thể được đo lường trực tiếp bởi độ cao hay diện tích đỉnh. Việc loại bỏ từng kênh được thực hiện từ quang phổ tổng và tia Gamma của năng lượng cao nhất tiếp theo được xác định. Nếu đỉnh năng lượng toàn phần có hoành độ của nó, cường độ của nó được đo lường trực tiếp bởi độ cao hoặc diện tích đỉnh. Việc chuẩn hóa được thực hiện với phổ tiêu chuẩn được chồng thêm lên trên và lần nữa tia phổ Gamma vẫn duy trì được thu lại với phương pháp loại bỏ từng kênh. Quá trình được lặp lại cho đến khi các photopeak có thể nhận biết được phân giải. Một ví dụ ở phương pháp này được biểu diễn ở hình minh họa 7.10. Ở đó một quang phổ được thu từ một hỗn hợp các hạt nhân phóng xạ 113Sn, 137Cs, 55Mn và 65Zn được phân giải. Phổ tiêu chuẩn riêng biệt của mỗi hạt nhân phóng xạ tinh khiết đã cho ở phần cao hơn; phổ hỗn hợp trong hộp B ở phần thấp hơn. Sự loại bỏ thành công phổ tiêu chuẩn cho thấy độ phân giải của quang phổ toàn phần bằng phương pháp băng truyền sinh động. Ví dụ khác của phương pháp loại bỏ theo đồ thị được trình bày ở hình minh họa 7.11. Trong trường hợp này mẫu phức hợp được tạo ra với 3 hạt nhân phóng xạ, mỗi hạt nhân phát ra một tia Gamma đơn. Để cho một trường hợp khó thì hoạt độ của hai hạt nhân phóng xạ có năng lượng thấp hơn được thực hiện ít hơn 10% của hạt nhân phóng xạ năng lượng cao nhất. Những đường cong dữ liệu và đường cong băng truyền được tạo ra từ việc loại bỏ kênh của phổ tiêu chuẩn, được cho bởi Health, trình bày ở hình minh họa 7.11. Bằng việc phân tích cẩn thận như vậy, các kết quả với sai số ít hơn ±3% có thể đạt được. Số đếm Chiều cao xung Số đếm Hình 7.10. Phương pháp loại bỏ theo đồ thị của một phổ tia γ phức. Phổ kết hợp của bốn hạt nhân phóng xạ, sự phân bố độ cao xung của chúng được xác định riêng biệt trong hình minh họa trên cao, được loại bỏ theo thứ tự năng lượng tia γ giảm trong hình minh họa thấp hơn [từ D.F Covell, “xác định độ phổ cập tia Gamma trực tiếp từ việc hấp thu đỉnh toàn phần” Anal.Chem.31.1785(1959)] N(E) dE số đếm/giây Dữ liệu Hình 7.11. Phương pháp loại bỏ theo đồ thị của một phổ tia Gamma hợp phần trong đó hai nguồn năng lượng thấp cường độ ít hơn 10% so với của năng lượng cao (từ R.L.Hcalth, Catalog phổ tia Gamma và phổ kế nhấp nháy AEC báo cáo IDO-16408, 1958) Phổ hợp phần Sai số phần trăm Phương pháp được khởi xướng tổng quát sau phương pháp loại trừ của phổ phông đó. Những thành phần khác như tán xạ ngược, sự hủy bức xạ hãm và những đỉnh tổng, yêu cầu một thông tin ưu tiên nào đó về hỗn hợp của hạt nhân phóng xạ để mà “làm sạch” chúng từ phổ toàn phần, những thành phần này được xem xét như là các bộ phận của phổ toàn phần. Mặc dù các hiệu ứng tổng của các bậc tia Gamma có thể được tính toán nhưng việc nhận biết chúng như một đỉnh tổng thường khó. Khi đã được nhận biết như là hai tia γ khác ở trong phổ phân bố độ cao xung có thể xác định hay loại bỏ sau khi chuẩn hóa cường độ ở độ cao tổng. Vấn để chính bên cạnh sự dài dòng của quá trình loại bỏ theo sơ đồ là sự mất mát thường có trong độ chính xác của các mức năng lượng tia X thấp hơn bởi vì hiệu ứng tích lũy ở độ sai lệch trong quá trình loại bỏ việc kiểm soát chất lượng chính xác của sự chuẩn hóa ở đỉnh năng lượng thấp hơn là điều gì đó chủ động và được thực hiện bằng cách kiểm tra phần dư thừa trong vùng năng lượng cao hơn và “hình dạng tổng quát” của một phần tử băng truyền. Việc đánh giá lại các phương pháp tước trước đó có thể được yêu cầu khi những phần dư hoặc phổ bị tước ở một phần trở nên không đầy đủ. Phương pháp loại bỏ theo sơ đồ chứng minh được để làm thỏa mãn những nhà phân tích có tay nghề, đặc biệt là những phổ đơn giản hơn trình bày các năng lượng đỉnh toàn phần có độ phân giải tốt. Các phương pháp theo đồ thị đã được xem xét linh hoạt để trong đó các phổ phức có thể được đánh giá bằng những ứng dụng sáng suốt của máy móc làm thử nCo hay độ sai lệch. Mặc dù tính chủ quan luôn luôn có mặt trong các phương pháp phân tích cho các phổ đơn giản. Phương pháp tước theo đồ thị có thể cho cường độ tia Gamma có một độ chính xác khoảng ±3% với ±5%. Đối với độ chính xác của phổ phức tạp hơn theo thứ tự ±10% thì phổ biến hơn. Một trong những phương pháp rất sớm dùng cho việc phân tích của phổ tia Gamma được mô tả bởi Connally và Lebouef là những người có thể phân giải được phổ của 3 hay 4 hạt nhân phóng xạ bằng cách viết hợp vùng đỉnh năng lượng toàn phần sau khi hiệu chỉnh phông nền Compton từ các đỉnh năng lượng cao nhất đi xuống trong phổ. Một phương pháp khác của việc giảm phổ bao gồm sự đo lường phân số đã được định cỡ của vùng năng lượng đỉnh toàn phần. Phương pháp được dựa trên căn cứ giả định là tỉ lệ diện tích N trên một đường cắt ngang có độ dài không đổi l thì tỉ lệ với diện tích toàn phần của đỉnh S mà vì thế mà nó biến thiên tức thì với cường độ tia Gamma. Hình 7.12 trình bày khái niệm theo đồ thị của tỉ số cố định N với diện tích đỉnh toàn phần S. Phương pháp này có những ưu điểm về tốc độ nhanh hơn so với phương pháp tước theo đồ thị và không yêu cầu một danh mục các phổ tiêu chuẩn; nó có nhược điểm là không hiệu chỉnh cho mức độ hay hình dạng của vạch ranh giới. Hình 7.12. Đối với những năng lượng đỉnh toàn phần được phân giải tốt, trong đó miền tán xạ Compton thì cộng hưởng phẳng , diện tích N đưa ra một tỉ số phù hợp với diện tích đỉnh toàn phần S [từ D.F.Covell, xác định độ phổ cập tia Gamma trực tiếp từ việc hấp thu đỉnh toàn phần, Anal.Chem.31.1785 (1959)] Một phương pháp cho dự đoán trực tiếp hơn về cường độ tia Gamma trong phổ phức được biểu diễn như là phương pháp “loại bỏ phần bù”. Phương pháp này dùng khả năng điện tử của máy phân tích nhiều kênh để trợ giúp trong đo lường hạt nhân phóng xạ từ phổ tia Gamma hỗn hợp trực tiếp, không có các thao tác dữ liệu hay bất kỳ quá trình tính toán nào. Ở phương pháp này phổ tiêu chuẩn của những hạt nhân phóng xạ tinh khiết đã biết được loại bỏ trực tiếp từ dữ liệu độ cao xung được lưu trữ trong máy phân tích nhiều kênh. Hoạt độ thực tế của mỗi hạt nhân phóng xạ được xác định bằng cách so sánh với những lần đếm. Hàm bổ sung của máy phân tích nhiều kênh loại bỏ đi lượng số đếm đã lưu trữ trong mỗi kênh của bộ nhớ toàn phần của kênh. Kết quả như đã thấy trên máy hiện sóng của máy phân tích là một sự đảo ngược của phổ độ cao xung. Khi một tiêu chuẩn hạt nhân phóng xạ tinh khiết được tính đến sau đó thì phổ độ cao xung của nó sẽ được thêm vào bộ nhớ bổ sung. Kết quả này trong hiệu ứng trong sự loại bỏ đi phổ tiêu chuẩn từng kênh một, từ phổ gốc. Điểm cuối cho việc kết nối phổ hạt nhân phóng xạ đã biết với phổ hỗn hợp đạt được bằng cách kết nối một photopeak chính yếu với màn hình hiện sóng. Tốc độ phân rã đã cho bởi độ cao của photopeak trong phổ chưa biết được xác định bằng tốc độ phân rã đã biết của phổ tiêu chuẩn và tỉ lệ các lần đếm của phổ được yêu cầu để kết nối các độ cao của photopeak. Những vấn đề chính trong phương pháp này là những sai biệt về thời gian hư hại của dụng cụ giữa mẫu và tốc độ đếm tiêu chuẩn, kéo theo của dụng cụ giữa các lần đếm và sự có mặt của những tiêu chuẩn đã định sẵn, đặc biệt là những hạt nhân phóng xạ có thời gian sóng ngắn. Những vấn đề gần đây được loại trừ chủ yếu trong phương pháp so sánh hơn của phương pháp phân tích kích hoạt. Các thiết bị bấm giờ để đo được chính xác thời gian sống của mẫu và tiêu chuẩn có giá trị. Các phương pháp loại bỏ theo đồ thị này và những biến thiên của chúng có chung những giới hạn việc cho kết quả chính xác từ sự chuyển biến dữ liệu kỹ thuật số cơ bản của máy phân tích nhiều kênh sang dạng sơ đồ. Chúng phụ thuộc vào độ sai lệch của con người và vì thế mà chúng không cho một nền tảng phân tích cho sự xác định độ chính xác. Vài phương pháp đã được phát triển để phân tích phổ tia X ở dạng kỹ thuật số của nó. Chúng đã dẫn tới cách sử dụng những máy tính điện tử tốc độ cao để phân tích phổ tia Gamma. Một phát hiện sớm là chương trình phân tích kỹ thuật số dựa trên 3 bề mặt kích thước, được trình bày ở hình minh họa 6.18, nó đại diện cho sự đáp ứng của detector đặc trưng của những phân bố độ cao xung thử nghiệm của phổ tia Gamma đơn được thực hiện như một tổng của vài hàm phân tích. Những thành phần của phổ được lên phân tích ở bảng 6.8, được biểu diễn ở hình 7.13a. Photopeak được đặc trưng bởi hàm Gauss có dạng: (31) Trong đó: : số lượng số đếm đã tính trong kênh x xo: độ cao xung ở trung tâm của sự phân bố yo: số lượng số đếm trên mỗi kênh tại x0 bo: một tham số của độ phân giải được cho bởi công thức: (32) Trong đó wo là độ rộng toàn phần của đỉnh tại yo/2 Hình 7.13. (a) Các chi tiết của cấu trúc và phương pháp sử dụng trong việc tính toán phân bố Compton trong một phổ độ cao xung tia Gamma đơn giản; (b) So sánh đáp ứng đã tính với phổ quan sát cho tia Gamma 1.78 MeV của 28Al 2.6m [từ R.L. Health, kĩ thuật phân tích dữ liệu đối với phép trắc phổ nhấp nháy tia Gamma, AEC báo cáo IDO-16784, 1962] Những phần khác của phân bố độ cao xung ở hỉnh minh họa 7.13a. cơ bản là do quá trình Compton và sự sinh cặp, những hiệu ứng do phổ tia Gamma được mô tả trong phần 6.3.3. Quá trình phân tích chia phổ dưới đỉnh năng lượng toàn phần thành phân đoạn L1, L2, .., L5; giới hạn bởi 0; Xb, XP1,XP2, XC và Xo. Đối với tia Gamma có Eγ <1.02 MeV thì chỉ chia thành phân đoạn với các giới hạn Xb, Xc, Xo được yêu cầu đẩ mô tả phân bố Compton một các đầy đủ. Mỗi phân đoạn được làm cho hợp với dạng chuỗi sau: (33) Trong đó giới hạn kênh thấp hơn được sử dụng như là một nguồn và giới hạn cao hơn là L. Vùng A của sự trùng lắp được tạo ra để đảm bảo một sự phù hợp uyển chuyển ở những đầu cuối của phân đoạn. Số lượng các số hạng k trong khai triển được chọn để cho 1 số lượng chắc chắn phù hợp đối với những điểm dữ liệu. Tốc độ đếm đã được định sẵn N(E) dE trong mỗi kênh như là một hàm năng lượng tia X đặc trưng cho 1 phần xuyên suốt bề mặt 3 thứ nguyên trực giao với trục độ cao xung. Những điểm được làm phù hợp với 1 đa thức trong năng lượng tia X. Số lượng các số hạng k trong đa thức có thể điều chỉnh để co hợp với các điểm dữ liệu. Qúa trình này là một tập hợp các đa thức có năng lượng, một quá trình cho mỗi kênh trong phạm vi độ cao xung. Quá trình được lặp lại cho mỗi phân đoạn của phân bố Compton. Một sự so sánh của các dạng phân tích của 1 phổ độ cao xung cho hạt nhân phóng xạ 2.6m 28Al (Eγ=1.78MeV) ở hình thực nghiệm minh họa 7.13b trình bày những chi tiết của phổ thực nghiệm đã được tái tạo một các chính xác nhờ chương trình tái tạo hình dạng. Sự phù hợp của những kênh riêng biệt bên trong phạm vi của sự biến thiên thống kê của dữ liệu thực nghiệm. Việc hiệu chỉnh cho những trường hợp ngẫu nhiên những hiệu ứng tổng và những tầng tia Gamma được thêm vào. Phổ tổng đã tính của 94Nb đã trình bày ở hình minh họa 6.15. Sự hiệu chỉnh này và phương pháp phân tích của phổ phức thường yêu cầu tính toán của máy vi tính. Một phương pháp khác của việc phân tích phổ tia Gamma dạng kỹ thuật số được mô tả bởi ông Covell. Trong phương pháp này độ nhạy của máy phân tích độ cao xung được mô tả bằng đồ thị như những dạng hình chữ nhật mà diện tích của nó tỉ lệ thuận với số lượng số đếm trong các kênh. Hình 7.14 minh họa một đỉnh năng lượng toàn phần được vẽ dưới dạng biểu đồ. Độ nhạy của kênh chứa số lượng lớn các số đếm được định nghĩa là ao. Kế theo độ nhạy kênh, phía dưới mặt biên độ thấp của đỉnh được định rõ là a1, a2, a3,… an; phía dưới mặt biên độ cao của đỉnh là b1, b2, b3, … bn. Phép cộng các độ nhạy của bn thông qua ao tới an cho 1 giá trị đặc trưng cho số đếm tổng chứa trong các kênh này, được trình bày theo đồ thị như diện tích P ở hình 7.14. Nếu diện tích P được chia ra bởi 1 đường kết nối với các giá trị của an, bn thì diện tích phía trên đường thẳng được cho bởi N trong hình minh hoạt 7.14 tương ứng với diện tích minh họa trong hình 7.10. Vì thế mà sự biến thiên thống kê của những số đếm trong các kênh tương ứng thì N có liên quan với diện tích đỉnh tổng và vì thế có liên quan tới cường độ tia Gamma. Hình 7.14. Dữ liệu phân tích độ cao xung bằng một biểu đồ bên trong diện tích P đặc trưng cho số đếm tổng có chưa trong những kênh an tới bn ở trên diện tích N sinh ra một mối quan hệ không đổi với diện tích tổng cộng có chứa ở đỉnh và cả cường độ tia Gamma [từ D.F.Covell, xác định độ phổ cập tia Gamma trực tiếp từ việc hấp thu đỉnh toàn phần, Anal.Chem.31.1785(1959)] Từ hình minh họa 7.14 người ta cho biết: (34) Và: (35) Bằng cách thay thế (36) Từ khi (36) là 1 tổng đại số của các số hạng độc lập (2n+1) thì mỗi số hạng của nó được xem như phân bố Poisson, sự biến thiên của số lượng số đếm có thể được ước tính từ: (37) Có thể được đơn giản thành: (38) Độ lệch chuẩn là: (39) Việc sử dụng máy tính Sự phát triển và tiện ích của máy tính điện tử tốc độ cao đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi máy tính trong vật lý hạt nhân, hoá học phóng xạ, và phân tích kích hoạt phóng xạ. Trong số các ứng dụng sau này đã được phát triển chính xác hơn, và rõ ràng ít tẻ nhạt hơn nổi bật lên là những phương pháp phân tích phổ tia gamma phức tạp. Những ứng dụng khác bao gồm phân tích đường cong phân rã phóng xạ nhiều thành phần, giới thiệu những hằng số phân rã như là một tham số khác để phân tích về quang phổ tia Gamma phụ thuộc thời gian, những tính toán tối ưu hóa, và kiểm soát các hệ thống phân tích kích hoạt tự động. Hỗ trợ của máy tính trong sự loại phổ Máy tính có thể được sử dụng trong phép trắc phổ tia gamma hoặc như một sự trợ giúp " nhà phân tích" để giải quyết phổ hỗn tạp hoặc như một thiết bị tính toán số học cho cách giải quyết của “máy tính”. Những máy tính lớn hiện đại và "chương trình " được cải tiến thường có thể đáp ứng việc phân tích phổ tia gamma tốt như bất kỳ nhà phân tích nào được đào tạo, chắc chắn trong thời gian ít hơn nhiều và các lỗi số học ít hơn nhiều. Việc đầu tư thời gian và chi phí cho một hệ thống máy tính lớn vẫn còn lớn tuy nhiên chỉ được phép nếu số lượng lớn các phân tích được thực hiện. Những dịch vụ thương mại về độ tin cậy được chứng minh cho những nhu cầu phân tích nhỏ hơn có thể tìm được. Việc sử dụng máy tính trước đây để hổ trợ làm trơn phổ tia gamma đã được mô tả bởi Anders và Beamer. Một máy tính kỹ thuật số nhỏ được lập trình để làm trơn, bình thường hóa bức xạ chuẩn và điều kiện khối lượng mẫu, và giải quyết sự phụ thuộc thời gian của phổ tia gamma, đặc biệt đối với những hạt nhân phóng xạ có thời gian sống ngắn sinh ra trong những mẫu được kích hoạt neutron có thời gian chiếu xạ ngắn. Sử dụng phổ chuẩn cho việc loại bỏ sẽ tránh đi sự cần thiết cho việc chiếu xạ đồng thời của yếu tố tương tự mẫu chuẩn. Những mẫu được chiếu xạ với những lá dò thông lượng trong một thời gian chiếu xạ định trước và được đếm một cách chính xác ở khoảng thời gian định trước. Cuộn giấy đục lỗ từ máy phân tích được sử dụng làm đầu vào cho máy tính: Kết hợp các điểm dữ liệu để làm trơn phổ và tăng ý nghĩa thống kê. Hiệu chỉnh thời gian chết của detector. Chuyển đổi dữ liệu thành giá trị hoạt động. Trừ phông ghi nhận được. Bình thường hóa phổ đến kích thước mẫu định sẵn và thông lượng neutron. Đưa ra những dữ liệu được hiệu chỉnh như những đồ thị dạng logarit trên giấy. Phổ này sau đó "được tách" bằng cách lặp đi lặp lại việc trừ phổ chuẩn cho đến khi chỉ còn nhiễu thống kê. Hình 7.15 cho thấy trình tự tách của máy tính - điều chỉnh dữ liệu để phân tích một lượng nhỏ mangan và vanađi trong một quặng CaCO3. Phổ chuẩn của 69 nguyên tố đã được biên soạn bởi Anders (xem mục 7.4.1). Một sử dụng sau này của máy tính để giảm xác suất tán xạ trong phổ tia gamma bằng một kỹ thuật làm trơn đã được mô tả bởi Yule. Một chương trình máy tính sử dụng kỹ thuật chập dữ liệu để xác định đỉnh phổ, xác định tiết diện, và ước tính năng lượng của chúng như là một sự trợ giúp trong phân tích quang phổ tia gamma. Phương pháp tích chập, áp dụng cho các đa thức, được dựa trên giả định rằng năm điểm dữ liệu xác định một đỉnh cao mà có thể được đại diện bởi một đa thức mức độ thứ hai hoặc thứ ba; các đa thức thứ hai được sử dụng trong phương pháp này xác định vị trí đỉnh cao điểm với độ chính xác hơn. Mẫu Số đếm/ phút/ GR/ 1 x 108 N Cm-2 Sec-1 Canxi Số đếm/ phút/ GR/ 1 x 108 N Cm-2 Sec-1 Hình 7.15. Sự loại phổ tia Gamma phụ thuộc vào thời gian của mẫu CaCO3 được làm trơn bằng máy tính [từ O.U.Anders và W.H.Beamer, độ phân giải của phổ Gamma phụ thuộc thời gian với máy tính số và ứng dụng của nó trong phân tích kích hoạt, Anal. Chem. 33, 226-230 (1961)] Số đếm/ phút/ GR/ 1 x 108 N Cm-2 Sec-1 Số đếm/ phút/ GR/ 1 x 108 N Cm-2 Sec-1 Số đếm/ phút/ GR/ 1 x 108 N Cm-2 Sec-1 Số đếm/ phút/ GR/ 1 x 108 N Cm-2 Sec-1 Số đếm/kênh Hình 7.16. Những điểm dữ liệu về sự chồng chập đỉnh của 131Ba và 135mBa trước và sau khi tích chập [ từ H.P.Yule, phép tích chập dữ liệu và vị trí đỉnh, diện tích đỉnh, và đo năng lượng đỉnh trong phép trắc phổ nhấp nháy, Anal. Chem. 38, 103-105 (1966)] Phương pháp tích chập được minh họa trong hình 7.16, trong đó sự chồng chập đỉnh của 131Ba và 135mBa cho một đỉnh cao năng lượng bị biến dạng. Phương trình dùng để tạo ra các điểm phổ được làm trơn là (40) Trong đó Ci là số đếm thu được ở kênh thứ i Di là số đếm ở kênh thứ i từ phổ được làm trơn. Những bộ hệ số khác nhau tạo ra đạo hàm cấp một và cấp hai. Một khi các dữ liệu đã bị chập, vị trí của đỉnh được thực hiện bằng cách tìm dấu hiệu của sự thay đổi trong đạo hàm cấp một hoặc cực tiểu của đạo hàm cấp hai. Phương pháp loại trừ "đỉnh" thật ra là loại trừ Compton hay không đúng thống kê, nhưng nó tạo ra những "đỉnh" do hiệu ứng tán xạ ngược hoặc tổng hợp. Chương trình máy tính đã được viết rộng rãi mang thuận lợi về độ phân giải cao của hệ thống phát hiện trạng thái rắn; ví dụ, Guzzi, Pauly, Girardi, và Dorpema đã báo cáo một chương trình máy tính dùng để xác định hạt nhân phóng xạ và nhiễu có thể có trong quang phổ từ detector Ge-Li có độ phân giải cao kết hợp với những máy phân tích biên độ đa kênh có bộ nhớ lớn. Chương trình bao gồm một máy quét của các dữ liệu phổ để xác định những đỉnh trên năm kênh và đánh giá chúng như là những đỉnh quang học. Cho một đỉnh cực đại ở kênh n, điều kiện để thỏa là (41) Cực tiểu nằm hai bên kênh lớn nhất được chọn là kênh n-k và n+k’ với (42) (43) Với những đỉnh quang học, diện tích S được tính bằng (44) Độ lệch chuẩn là (45) Đỉnh được giữ lại như là một đỉnh quang học nếu (46) Năng lượng tương ứng với đỉnh được đo từ trục đối xứng đỉnh A, sau khi trừ phông (47) Trong đó giới hạn k1 và k2 được chọn, như vậy số đếm ở kênh được chính xác Ck thì tất cả lớn hơn một nửa số đếm của kênh lớn nhất. Chương trình này cũng lập bảng độ phân giải của detector như là một hàm của năng lượng và đánh giá những nhiễu có thể có. Phân tích phổ tia Gamma Nói một cách xa hơn sự đóng góp lớn lao của máy tính số tốc độ cao là trong vấn đề về phân tích phổ tia Gamma. Nhiều chương trình được viết để giải quyết phổ tia Gamma hợp phần ở một trong vài cách. Một trong những cách được sử dụng rộng rãi nhất là dựa trên việc làm khớp đường theo phương pháp bình phương tối thiểu cho sự biểu diễn phổ tia Gamma được làm trơn, liên tục. Hình 7.17. Sự làm khớp đường bằng phép phân tích bình phương tối thiểu. Đường biểu diễn f(xi) được tính cho phép lấy tổng (di)2 là nhỏ nhất. Việc làm khớp đường theo phương pháp bình phương tối thiểu xác định một hàm liên hệ giữa hai biến độc lập cho những bộ số liệu đo được. Một minh họa về sự làm khớp đường ở hình 7.17 biểu diễn hàm y=f(x) được vẽ là “khớp tốt nhất” qua tám điểm trong thực nghiệm. Phần dư di biểu diễn sự khác nhau giữa giá trị y được quan sát và được tính từ hàm f(x), trong đó di = yi f(xi) (48) Hàm làm khớp tốt nhất cho một tập hợp điểm được định nghĩa là tạo ra bình phương của những phần dư là nhỏ nhất. Vì vậy tổng được làm cực tiểu là (49) Phương pháp bình phương tối thiểu dựa trên giả thuyết những phần dư được phân bố hỗn độn, nghĩa là phương sai của phép đo là một hằng số và trung bình của những phần dư là không. Khi không có thông tin về độ chính xác của mỗi giá trị khả dụng thì dữ liệu thường được xử lý khi chúng có phương sai chung. Sự phân bố chiều cao của xung có thể được làm trơn cho một đường cong liên tục y=f(x), ở đó y là số đếm trên kênh và x là số kênh. Tuy nhiên phương sai của số đếm trong mỗi kênh không phải là hằng số, nhưng theo bản chất thống kê của sự phân rã phóng xạ nó xấp xỉ bằng với số đếm trong kênh (số đếm bao hàm độ lớn của số đếm phông). Để khôi phục lại sự đúng đắn của phương pháp bình phương tối thiểu mỗi giá trị dữ liệu kênh phải được hiệu chỉnh bằng một trọng số thích hợp, trọng số này trong thống kê của sự phân rã phóng xạ tỉ lệ nghịch với phương sai của số đếm. Khi đó tổng phần dư được làm cực tiểu của một đường phân tích chiều cao xung là (50) Mặc dù những nghiệm của dạng phổ f(x) được giải bằng việc làm khớp bình phương tối thiểu phi tuyến nhưng nhiều chương trình lại sử dụng công thức bình phương tối thiểu tuyến tính. Trong trường hợp này, đối với một máy phân tích đa kênh phổ của n kênh chứa một phổ hỗn hợp của m hạt nhân phóng xạ, có một bộ n phép đo và yi đã biết phương sai. Mỗi giá trị được làm khớp bởi một biểu thức đó là một kết hợp tuyến tính những hàm đã biết m hoặc đại lượng aij với những hệ số chưa biết xj, số đếm trên hạt nhân phóng xạ trong hỗn hợp. Trong trường hợp có một bộ n phương trình (51) Trong đó di là phần dư. Vì vậy (52) Để làm cực tiểu S hàm được lấy đạo hàm tương ứng với mỗi tham số xk và mỗi đạo hàm bằng không. Vì vậy (53) (54) Bằng cách đảo bậc trong phép lấy tổng (55) Trong mỗi giá trị k chạy từ 1 đến m. Nghiệm cho những phương trình này mang lại giá trị xj (cường độ tia Gamma được tính của mỗi hạt nhân phóng xạ làm cực tiểu đại lượng S đối với sự phân bố chiều cao của xung được quan sát) Nghiệm cho những phương trình này thường được giải quyết khi sử dụng đại số ma trận. Hệ phương trình cho bởi (55) có thể được viết ra, ví dụ cho n kênh chứa những số đếm từ m=4 hạt nhân phóng xạ là (56) Trong đó phép lấy tổng trên n kênh. Hệ phương trình này có thể được biểu diễn theo dạng ma trận (57) Trong đó bộ hệ số trong dấu ngoặc đầu tiên được biểu diễn bởi ma trận [A], bộ biến xj được biểu diễn bởi một ma trận cột (vector) (X) và bộ hằng số yi là vector (Y). Trong đại số ma trận (57) có thể được viết [A](X)=(Y) (58) Phép nhân hai ma trận [A] và [B] chỉ có thể được thực hiện nếu số cột trong [A] bằng số dòng trong [B]. Phần tử trong dòng thứ i và cột thứ j của ma trận tích [P] được tìm ra bằng cách lấy tổng những tích số của những cặp liên tiếp ở những phần tử trong dòng thứ i của [A] và cột thứ j của [B], ví dụ cho n cột ở [A] và n dòng ở [B] (59) Trong trường hợp chung m<n, nghĩa là số hạt nhân phóng xạ chưa biết nhỏ hơn số kênh trong phổ, ma trận [A] không ở dạng phù hợp đối với phép nhân. Tuy nhiên ma trận [A] có thể được biến đổi thành một ma trận vuông (ma trận mà ở đó số dòng và số cột bằng nhau) bằng cách nhân nó với ma trận chuyển vị của nó [AT]. Ma trận chuyển vị được hình thành bằng cách trao đổi dòng và cột của ma trận [A]. Phép nhân ma trận [A] có (m x n) với ma trận [AT] có (n x m) cho một ma trận vuông (m x m), biểu diễn theo bình phương biên độ của một vector trong không gian n. (60) Phương trình (58) khi đó trở thành (61) Phép toán chia không được định nghĩa trong ma trận, mặc dù trong trường hợp đặc biệt của một ma trận vuông [M] có tồn tại một ma trận nghịch đảo [M-1] tích số của [M-1] với M cho ma trận đơn vị [I] ở đó tất cả các phần tử của đường chéo chính bằng nhau và tất cả những phần tử khác là không (62) Một ma trận nghịch đảo có thể được sử dụng trong nghiệm của một hệ phương trình tuyến tính đồng thời. Hệ cho bởi (61) có thể được giải đối với (X) bằng cách nhân cả hai vế của phương trình với nghịch đảo của [ATA] (63) Vì vậy những phần tử của tích của ma trận nghịch đảo [ATA]-1 với vector hằng (Y) sẽ là giá trị (X) chưa biết. Phép nghịch đảo ma trận và phép tính giá trị Xj được thực hiện bằng máy vi tính. Một vài phương pháp số khả dụng đối với nghiệm của những phương trình tuyến tính đồng thời đó là những phương pháp khác phép nghịch đảo ma trận, ví dụ phương pháp khử Gauss-Jordan, sử dụng qui tắc của Cramer và phương pháp lặp Gauss-Seidel. Phương pháp bình phương tối thiểu ứng dụng để phân tích phổ cũng như cho phép đánh giá chất lượng của việc làm khớp yi được tính toán đối với yi được quan sát bằng cách kiểm tra , trong đó biểu diễn (n-m) bậc tự do. Nếu phần dư giữa yi được tính và yi được quan sát được cho bởi ri, khi đó được định nghĩa là (64) Từ đó, trong trường hợp chung, số hạt nhân phóng xạ được xác định nhỏ hơn nhiều so với số kênh của máy phân tích nghĩa là m<<n, những số hạng m đầu tiên của thì nhỏ hơn so với những số hạng (n-m) và tỉ số làm khớp phù hợp Q được định nghĩa là (65) Nhiều chương trình máy vi tính bao hàm việc tính toán Q để kiểm tra tính phù hợp của việc làm khớp tỉ số được quan sát cho những lỗi được tiên đoán. Nếu Q lớn hơn nhiều so với một thì một vài nguồn lỗi có thể được đánh giá lại Những lỗi trong chương trình hoặc việc tính toán. Những thống kê về số đếm không đủ để đạt được phương sai yi thích hợp. Dạng phổ hoặc việc làm trơn phổ không chính xác. Không đủ chuẩn đối với những hạt nhân phóng xạ hiện có. Những thay đổi trong giá trị thu được hoặc giá trị ngưỡng giữa chuẩn và mẫu. Hiệu quả sau này được thảo luận ở phần 3.8.2 Sự phân tích đường cong phân rã nhiều thành phần Sự phân tích đường cong phân rã nhiều thành phần được lập trình để máy tính xử lí bằng nhiều hình thức. Một trong những hình thức này là phương pháp bình phương tối thiểu, tương tự độ phân giải của phổ tia gamma. Khi một hỗn hợp các hạt nhân phóng xạ được đếm trên một khoảng thời gian, hình thành đường cong phân rã, sau khi hiệu chỉnh với phông detector, được mô tả bởi công thức (66) Trong đó= tổng hoạt độ tại thời điểm t = số hạt nhân phóng xạ j ban đầu = hằng số phân rã của hạt nhân phóng xạ j t = khoảng thời gian đã qua, t =0 thường là thời gian kết thúc chiếu xạ hay thời điểm xuất hiện số đếm đầu tiên Việc làm khớp bình phương tối thiểu được thực hiện với các thiết lập của công thức (67) có trọng số bằng độ lệch chuẩn của (68) Vector (X) được tính bằng công thức (63) và độ tin cậy của việc làm khớp của vector được tính bằng công thức (65) Một phương pháp được thiết lập bởi Nervik tránh sự mất mát số liên quan đến nghịch đảo của ma trận bởi quá trình trực giao hoá và chéo hoá. Quá trình đầu tiên tương ứng với nhân phải ma trận với ma trận tam giác trên với các yếu tố đừơng chéo bằng 1, tạo thành một ma trận mới , trong đó (69) (70) Điều này biến đổi (64) thành (71) Tích là ma trận chéo với các số hạng ngoài đường chéo từ việc nhân hai ma trận và trực giao lẫn nhau đều bằng 0. Vì vậy (72) Việc làm giảm sai số trong việc làm tròn kết quả từ sự thay thế mỗi yếu tố trong ma trận trực giao bằng nghịch dảo của nó. Từ (63) và (72) ta suy ra (73) Được gọi là ma trận sai số và có thể được sử dụng để tính độ lệch chuẩn của mỗi điểm từ đường cong tính toán Một biến thể đối với phương pháp phân tích bình phương tối thiểu này, là trong đó một bảng dự phòng để xác định chu kì bán rã của những hạt nhân phóng xạ được thêm vào, được mô tả bởi Cumming. Một vấn đề nảy sinh bởi vì hằng số phân rã ở (68) không có dạng tuyến tính. Việc giải bao hàm một khai triển hàm mũ trong các số hạng thay đổi nhỏ và từ một thiết lập giả thiết ban đầu và. Sau đó từ (74) Có thể tìm được số hạng . Một chu trình lặp đi lặp lại được sử dụng cho tới khi đạt đến được độ hội tụ đã chọn trước. Một phương pháp luân phiên với phân tích bình phương tối thiểu là phương pháp chuyển hóa Fourier được mô tả bởi Gardner. Phương pháp giả thiết rằng chuỗi e mũ của (67) có thể được biểu diễn bằng công thức tích phân Laplace (75) Trong đó là tổng của hàm delta, mỗi số hạng trong đó được xem như bằng 0 ngoại trừ trị riêng của những hạt nhân phóng xạ đóng góp vào A(t). Kết quả thống kê tự nhiên của A(t), tuy nhiên trong sự đóng góp tần số của như một hàm của. Vì vậy đồ thị của ngược với sẽ chỉ ra một hạt nhân phóng xạ khi xuất hiện đỉnh lớn. ở là hằng số phân rã và độ cao của đỉnh tỉ lệ với hệ số. Hàm thu được bằng phép chuyển hóa Fourier của biến số đối với hiệu suất hàm được ứơc lượng bằng việc giải số của công thức chuyển hóa Fourier với (76) Giá trị được vẽ ngược với. Một cách giải đường cong phân rã 4 thành phần bằng phương pháp này được biểu diễn trên hình 7.18. Hằng số phân rã được xác định một cách dễ dàng bằng chương trình cũng như đỉnh sai số lớn được chú í trong hình tại. Hình 7.18. Độ phân giải của đường cong phóng xạ 4 thành phần bằng phương pháp phân tích chuyển hóa Fourier. (Từ D.G Gardner, phân tích đường cong phóng xạ nhiều thành phần bằng cách sử dụng phương pháp chuyển hóa Fourier trong những ứng dụng của máy vi tính đối với hạt nhân và hóa phóng xạ, NAS-NS 3107, 1963, trang 33-40) Chu trình tối ưu hoá Một công dụng khác của máy tính trong phân tích kích hoạt dụng cụ là để tối ưu hóa điều kiện chiếu xạ và số lần phân rã tại tâm chiếu xạ Những phương pháp tính toán được đặt ra để tối ưu độ dài của sự chiếu xạ và phân rã trước khi đếm để tăng sự lựa chọn và cách giải. Một chương trình được phát triển bởi Isenhour và Morrison xác định thời gian chiếu xạ và phân rã tối ưu của bất kì nguyên tố nào trong một hỗn hợp phức tạp, dẫn đến số đếm của phản ứng hạt nhân với những nguyên tố được tìm thấy và gây rắc rối. Từ phương trình tổng quát cho kích hoạt phóng xạ và phân rã dãy, tỉ số hoạt độ của hạt nhân phóng xạ j trong một hỗn hợp gồn N hạt nhân phóng xạ là (77) Trong đó Ai = tổng hoạt độ của hạt nhân phóng xạ i Ii = tỉ số của số sự kiện xảy ra trong vùng năng lượng được đo ni = số hạt nhân phóng xạ = tiết diện phản ứng = thông lượng hạt chiếu xạ gây ra phản ứng với = hằng số phân rã t = thời gian chiếu xạ T = thời gian phân rã Sự lựa chọn lớn nhất (dựa trên tốc độ đếm tức thời) cho số hạt nhân phóng xạ j xảy ra khi Rj là số lớn nhất. Giá trị của Rj được xác định từ việc giải hai phương trình đạo hàm riêng: (78) Việc đó dẫn đến (79) (80) Trong đó Việc giải đồng thời hai phương trình này đối với t và T, sẽ cho giá trị tối ưu về thời gian phân rã và chiếu xạ, tương ứng thu được bằng một phương pháp xấp xỉ nối tiếp, chẳng hạn như phương pháp Newton Raphson. Nếu x0 là một giá trị xấp xỉ cho , một giá trị tốt hơn được cho bởi phuơng pháp Newton Raphson là (81) Giá trị x này thay thế x0 và x1 được tính . Điều này lặp lại cho tới giá trị xn, trong đó rất nhỏ. Phương pháp Isenhour và Morrison tính giá trị của Rj bằng cách làm cực đại hoá mỗi t và T khác nhau một cách phân li cho tới khi chu trình tính không thay đổi đáng kể (nhỏ hơn bậc ba) của Rj. Để bước đầu vào quá trình của máy tính với giá trị hợp lí của Rj, một ma trận của giá trị Rj được tính trên vùng thời gian chiếu xạ và phân rã và gía trị cho lớn nhất của Rj được chọn để bắt đầu tính. Một sự mô tả thủ công toàn bộ chương trình với hướng dẫn cụ thể cách sử dụng của nó đã được chuẩn bị sẵn. Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Trường Đại Học Sư Phạm TP HCM ––&—— Nhóm 10 TIỂU LUẬN VẬT LÝ ĐỀ TÀI Giáo viên hướng dẫn: Phạm Nguyễn Thành Vinh Sinh viên thực hiện: Đoàn Ngọc Hiền Lương Hải Dương Lưu Văn Bán Nguyễn Thị Huê Tp. Hồ Chí Minh – Năm 2010 Phân tích kích hoạt tự động Khái niệm phân tích kích hoạt tự động có thể tự động cả quá trình đo chiếu xạ và bức xạ. Sự thúc đẩy kết quả tự động từ điện thế của phân tích kích hoạt thì nhanh, chính xác, chi phí thấp cho số lượng lớn những mẫu giống nhau trong khoa học, sinh học và công nghiệp. Cách đơn giản nhất để bước đầu thực hiện phân tích kích hoạt là làm quen dần với công cụ phân tích kích hoạt. Thêm vào đó là phương pháp phóng xạ hóa học, tất nhiên đưa đến sự thuận lợi là nhận biết các nguyên tố hóa học. Sự phân ly phóng xạ hóa học tự động có thể xem lại ở phần 7.1.5. Một ý tưởng cho hệ thống tự động sẽ đưa mẫu ở khoảng cách thời gian được định trước sẽ dễ dàng cho chiếu xạ,như phản ứng, phát neutron nhanh, hoặc một máy gia tốc, dưới điều kiện chiếu xạ có thể tái sản xuất được. Cuối cùng sẽ được mẫu chiếu xạ . Sau đó một chu kỳ làm trễ thích hợp dẫn đến một hệ thống đo phổ bức xạ sẽ dành riêng đo sự bức xạ và ghi ra phân tích nguyên tố. Một máy tính sẽ được dùng để chạy chương trình tương tự chiếu xạ và tiếp đến hệ thống đo trong điều kiện tốt nhất và máy tính đưa ra kết quả số liệu. Chương trình thì đang tiến triển để hoàn thành điều kiện cần thiết tái chiếu xạ và cần thiết mức độ phân giải phức tạp của tia gama. Một kiểu tự động thích hợp là hệ thống khởi động chiếm đoạt phân tích hệ thống Mark II hoạt động ở phòng thí nghiệm nghiên cứu khởi động phân tích ở đại học Texas. Trong hệ thống này, sơ đồ hình 7.19 hệ thống máy tính lớn để giảm bớt số liệu đầu ra để phân tích định tính và định lượng. Hệ thống có thể được dùng để đo phóng xạ gây ra từ các mẫu được chiếu xạ riêng biệt bởi các hạt được tích điện trong một máy gia tốc hay từ một kích hoạt cùng một lúc của nhiều mẫu được chiếu xạ bởi neutron trong lò phản ứng hạt nhân. Hình 7.19 Hệ thống phân tích kích hoạt tự động Mark II trường đại học Texas A&M [từ R.E. Waiderdi et al., kết cấu và việc sử dụng hệ thống tiên tiến, hợp nhất, tự động và chương trình máy tính đối với phân tích kích hoạt Neutron, trong những phương pháp hóa học phóng xạ kích hoạt, Vol II (cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế, Vienna, 1935), trang 149-159] Cấu tạo lớn của hệ thống được trình bày trong dãy hàm số 7.20 . Mẫu khác chiếu xạ dễ dàng cho sự truyền để cho mỗi hệ thống detector và tia gama 3 NaI được làm khớp. Mỗi detector thì được ghép với máy phân tích có nhiều tần số. Số liệu của mỗi mẫu, bao gồm thời gian từ ngày bắt đầu và kết thúc chu kỳ đếm, như số liệu tích trữ trong bộ nhớ của máy phân tích biên độ xung, và ghi chép. Một chương trình máy tính lúc đầu được phát triển vì sự khử (giảm) những số liệu này thì ở mã AA-6 .Phép phân tích sử dung máy tính ở chương trình này có thể được làm bởi phương pháp tỉ số diện tích đỉnh, một phương pháp bình phương tối thiểu, hay một kiểu phương pháp chương trình bình phương kiểu cục bộ. Hình 7.20 Biểu đồ trình bày các khối hớp phần của hệ thống phân tích kích hoạt tự động Mark II trường đại học Texas A&M [từ R.E. Waiderdi et al., kết cấu và việc sử dụng hệ thống tiên tiến, hợp nhất, tự động và chương trình máy tính đối với phân tích kích hoạt Neutron, trong những phương pháp hóa học phóng xạ kích hoạt, Vol II (cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế, Vienna, 1935), trang 149-159] Chương trình AA-6 bao gồm 1 tùy ý để số phương pháp mà cho phép sự cưỡng bức dương khi phương pháp bình phương tối thiểu lựa chọn. Nó được chú ý mà phương pháp bình phương tối thiểu bị hạn chế thường kết quả trong máy tính nguyên tố trong mẫu có khối lượng âm.Hệ số chất nền của chương trình AA-6 bị cưỡng bức cho mỗi yếu tố để trở thành dương hay 0 trong lúc “làm khớp tốt nhất” Dạng (61) là hàm khớp bậc 2 mà sai khác Q thì được giảm đến mức cực tiểu. (82) Lợi thế khác của hệ thống tự động là tính linh động của chương trình.Trong phần chung, mỗi nguyên tố có 3 đến 10 tiêu chuẩn, với trọng lượng,có thể bị kích hoạt và có thể đếm được Chương trình thì đúng với tất cả tiêu chuẩn cho mỗi nguyên tố có khối lượng và tham số thời gian và được dùng như tiêu chuẩn của phổ trung bình. Nét đặc đặc trưng của sự quan tâm như việc kiểm tra điều chỉnh chất lượng ở nhóm lớn của mẫu đơn giản. Tiêu chuẩn độ lệch của mỗi nguyên tố có thể được dùng so sánh phổ được tính toán của mẫu có phổ thật. Chương trình tính toán phân tích kích hoạt phổ biến gần đây là “Hevesy”, được phát triển để giảm số liệu từ hệ thống phân tích kích hoạt tự động Bộ phận chính của chương trình Havesy được mô tả bởi Yule, được diễn tả trong hình 7.21 Sau khi tính hiệu suất năng lượng đầy của hình ảnh đỉnh tia gama của tiêu chuẩn của mỗi của 3 detecto, chương trình máy tính xác định mức cường độ trong ppm cho mỗi nguyên tố của quan tâm mẫu chưa biết. Một đánh giá được làm bởi giá trị mỗi mẫu cho sự xử lí những những số lớn của mẫu như một thiết bị tự động.Sự đánh giá dựa trên xác định giá trị làm cho kích hoạt, giá trị tính toán và thời gian dùng điện tích dựa trên giá trị của toàn hệ thống và thời gian cho mỗi phân tích. Thời gian phân tích bao gồm như một khoản chuyển dời của mẫu từ thư viện đến (~4 nguyên chất), đọc số liệu (<1/16 sec), và thời gian đếm(~4 sec).số của mẫu mỗi giây từ số liệu phổ mỗi tia gamma có thể được lấy. Ở đây C là thời gian đếm của mỗi mẫu trong giây. Nó thì được ghi chú cho C = 60 sec, hệ thống đếm tay của mẫu 4040/24hr ngày. Khái niệm về thiết bị phân tích kích hoạt tự động chính là khái niệm của trung tâm thiết bị chiếu xạ và phép đo chiếu xạ cho phép phân tích kích hoạt.Như hỗ trợ hợp lý có thể mang lại toán tử hạt nhân thuận tiện,cho ví dụ tổ chức thương mại nhỏ nhất đưa ra dịch vụ chiếu xạ đa dạng, đó là phản ứng hạt nhân, máy phát neutron d-t, và một máy gia tốc electron thẳng. Mẫu được tiến về phía trước dễ dàng thì được chiếu xạ tùy theo chỉ dẫn sắp đặt và được tính sự trang bị phù hợp để thu được phổ tia gama. Số liệu được truyền bởi dịch vụ điện thoại,số liệu đến khách hàng bởi sự lặp lại biểu thị số lượng bằng số và tiếp theo phân tích tính toán bằng phương pháp lựa chọn khách hàng. Dịch vụ đặc biệt hiệu suất người dùng đòi hỏi chỉ phân tích cơ hội,hiếm khi dùng điều kiện chiếu xạ,hay khi sản xuất hạt nhân có tính phóng xạ có thời gian bán rã ngắn cho phép chuyên chở trễ. Hình 7.21 Kết quả chung của chương trình máy tính phân tích kích hoạt, “ Hevesy” [Từ H.P. Yule, “Hevesy”, chương trình máy tính cho việc phân tích phổ tia Gamma phân tích kích hoạt, trong xu hướng hiện đại trong phân tích kích hoạt (cục tiêu chuẩn quốc gia, Gaithersburg, Md., 1969) trang 1108-1110] Thực hành đặc biệt Mặc dù phần lớn khi thực hành phân tích trên cơ sở phóng xạ hóa học hay tia gama xác định quang phổ học bởi chiếu xạ neutron nhiệt.những thực hành đặc biệt này thì dùng để mở rộng phạm vi chung của phân tích kích hoạt. Cái khác thì phát triển dùng phân tích kích hoạt.ví dụ phân tích kích hoạt thẳng, phân tích bề mặt, phân tích đồng vị, và vạch đánh dấu ổn định phân tích phóng xạ. Áp dụng những mẫu này trong ví dụ ở chương 9. Vẫn có phương pháp thực hành khác để phát triển như phương pháp phân tích hoạt độ phóng xạ bổ sung từ phân tích kích hoạt neutron. Những thực hành này có thể đạt tối ưu ở lớp khác của phản ứng hạt nhân hay sự biến đổi của nguyên tử với hạt tích điện và photon. Hiệu ứng của phản ứng hạt nhân có thể được hiểu là phân tích nguyên tố hóa học. Chuyển dời năng lượng phóng xạ, đàn hồi hay tán xạ đàn hồi. Tạo hạt nhân hợp phần, hiệu ứng hấp thụ. Khử kích thích của hạt nhân hợp phần, giải phóng bức xạ tức thời. Phân rã của hạt nhân hợp phần, phóng xạ. Phương pháp tán xạ đàn hồi không được phát triển rộng rãi trong phân tích kích hoạt. Phân tích hóa học bằng nguyên tử bắt hay hấp thụ của tia chiếu xạ làm tán xạ tia X, hiệu ứng Mossbauer và phương pháp phân tích hấp thụ nguyên tử. Phản ứng tán xạ không đàn hồi như và để sản xuất đồng vị không bền thì có ích như phương pháp phân tích kích hoạt. Tiềm năng phát triển của nhiều lò phản ứng và máy gia tốc đứng đầu là phép phân tích xung phóng xạ. Tiềm năng này đăc biệt hữu ích nhất là cho phép đo của sản phẩm phóng xạ với chu kì phân rã nhỏ hơn 1 phút. Đặc biệt kĩ thuật chiếu xạ phát triển làm tăng điên tích hạt máy gia tốc để cho ra kết quả bản phân tích phóng xạ. Thường dùng neutron nhanh He,3H và proton chiếu xạ. Phân tích phóng xạ bức xạ nhanh Sự đo lường của phân tử bức xạ nhanh hoặc sự giải phóng proton từ hạt nhân hợp phần sau sự hấp thụ của một hạt bị chiếu xạ là một phương pháp xen kẽ của việc phân tích phóng xạ, bổ sung vào bản phân tích kích hoạt phóng xạ.Phương pháp này đã được chứng minh thành công. Phép đo này của neutron được làm chậm từ những nguyên tố có khả năng phân hạch và của quang neutron tức thời từ phản ứng(,n) Phép đo tia nhanh sau khi bắt neutron nhanh trong phản ứng (n, ) được phát triển rộng rãi. Trong phương pháp này cường độ tia phụ thuộc vào tiết diện bắt bức xạ và không nhờ vào chu kỳ bán rã của hạt nhân sản phẩm.. Một sản phẩm có thể có một vài khó khăn 1)Thời gian bán rã ngắn : ví dụ: 9Be(n,)0.22-sec 12B 2) Thời gian bán rã dài: ví dụ: 9Be(n,)2,7.10-6-y-sec 10B 3) Kết cấu bền : ví dụ :1H(n, )2H hoặc 12C(n, )13C 4) Hạt nhân bia của đồng vị nhiễu nhỏ : ví dụ : 2H,f=0,00015 5)Một vài hoặc không có bức xạ : ví dụ : 32P,35S,45Ca,55Cr,89Sr Những nguyên tố đó là bổ sung đặc biệt từ việc phân tích bức xạ tia gama nhanh trong bảng 7.5.Những nguyên tố này bao gồm các đồng vị đó hay bổ sung các đồng vị khác lớn hơn 50% hoặc tiết diện bắt bức xạ neutron lớn hơn 10b và sản phẩm hạt nhân bền. Ngoài danh sách là các đồng vị mà sản phẩm là các nucleic phóng xạ với chu kỳ bán rã nhỏ hơn 100 yr. Bảng 7.5. Những nguyên tố với các đồng vị thích hợp cho bản phân tích phóng xạ bức xạ tia Gamma nhanh. Hạt nhân Độ phổ cập của các đồng vị (%) (n, ) Tiết diện (b) Thời gian phân rã của sản phẩm 1H 7Li 9Be 11B 12C 14N 17O 19F 20Ne 24Mg 28Si 32S 35Cl 39K 40Ca 48Ti 52Cr 56Fe 58Ni 90Zr 113Cd 143Nd 149Sm 152Sm 151Eu 153Eu 155Gd 157Gd 161Dy 162Dy 163Dy 164Dy 167Er 169Tm 199Hg 99.985 92.58 100 80.22 98.89 99.63 99.759 100 90.92 78.70 92.21 95.0 75.53 93.10 96.97 73.94 83.76 91.66 67.88 51.46 12.26 12.17 13.83 26.72 47.82 52.18 14.73 15.68 18.88 25.53 24.97 28.18 22.94 100 16.84 0.33 0.036 0.009 0.005 0.0034 0.08 0.0002 0.01 ? 0.03 0.08 ? 44 2.2 0.2 8.0 0.8 2.5 4.4 0.1 20,000 330 41,500 210 2800 5,900 320 58,000 240,000 600 150 125 2000 700 700 125 2000 S 0.85s 2.7.106y 0.02s S S S 11s S S S S 3 x 105y 1.3 x 109y 7.7 x 104y S S S 8 x 104y S S 2.4 x 1015y S 47h 9.3h 12.4y 16y S S S S S 15.4s 2.35h S 125d S Nguyên nhân xuất phát từ phương pháp phân tích bức xạ tia gama nhanh từ quá trình bắt bức xạ mà kết quả trong sự phân rã của hạt nhân pha trộn bởi sự phát ra của bức xạ gama đặc trưng như một photon đơn lẻ với năng lượng động học đủ lớn đến từ năng lượng kích thích ít hơn năng lượng giật lùi, bởi một tầng của 2 hoặc nhiều photon với tổng năng lượng giống nhau.Với năng lượng kích thích E* là : (84) Trong đó M* là sự khác nhau giữa hạt nhân hợp phần và hạt nhân sản phẩm.Khối lượng hạt nhân hợp phần là : (85) Trong đó En Là năng lượng phát ra của việc bắt neutron. Khi đó : (86) Năng lượng kích thích là : E* =En + Q ( 87) Tỉ lệ sản lượng của hạt nhân hợp phần từ một nguyên tố bia được chiếu xạ với các neutron mang bởi: (88) Trong đó là số hạt nhân bia của đồng vị I trong nguyên tố tương ứng với tiết diện bắt neutron là thông lượng neutron Tổng số của hạt nhân làm phóng xạ thì thường nhỏ bé so với tổng số có mặt trong mẫu, là một hằng số trong thời gian chiếu xạ và tốc độ hình thành của hạt nhân hợp phần là một hằng số (89) Nếu tia nhanh ở mỗi hạt nhân hợp phần phát ra do sự khử kích thích, tốc độ của photon phát ra là một hằng số: (90) Sự phân phối dùng cho việc phân tích phóng xạ tia nhanh. Gồm có một nguồn neutron và một phổ là tia , được che chắn từ nguồn neutron. Phản ứng hạt nhân có thể dùng như một nguồn neutron trong hai đường Sự khử một chùm tia xuyên qua một lỗ trong phản ứng của một chùm tia neutron tới để chuẩn trực trên mẫu Vị trí mẫu trong lỗ chùm tia với tấm chắn bitmit giữa mẫu và bức xạ tia gama hướng vào lõi của màn trong từ phạm vi của máy phát Một máy phát (d,t) được dùng như một nguồn neutron, khi máy phát có thể phát xung.Có thể kéo dài thời gian làm chậm trong hệ thống dò, làm khớp thời gian