Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Xác định độ giàu của nhiên liệu Uran nghèo và Uran được làm giàu thấp bằng phương pháp phổ Gamma tv

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:46

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu nhằm tìm hiểu các đặc trưng của nhiên liệu uran và phương pháp xác định độ giàu theo phương pháp phổ gamma kết hợp với chuẩn nội hiệu suất ghi; tìm hiểu ưu việt của phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi, áp dụng đánh giá độ ̣giàu của nhiên liệu uran có độ giàu thấp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Xác định độ giàu của nhiên liệu Uran nghèo và Uran được làm giàu thấp bằng phương pháp phổ Gamma tv

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------- Pham Thị Nghĩa XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA NHIÊN LIỆU URAN NGHÈO VÀ URAN ĐƢỢC LÀM GIÀU TÁP BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA. LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------- Pham Thị Nghĩa XÁC ĐỊNH ĐỘ GIÀU CỦA NHIÊN LIỆU URAN NGHÈO VÀ URAN ĐƢỢC LÀM GIÀU TÁP BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA. Chuyên ngành: Vật lí hạt nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN : PGS.TS BÙI VĂN LOÁT Hà Nội - 2015
LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Bùi Văn Loát, các thầy cô giáo tại Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý, Phòng Sau đại học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội và các cán bộ Trung tâm Vậy lý hạt nhân - Viện Vật lý là người hướng dẫn khoa học đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình và bạn bè đã thường xuyên động viên, khuyến khích và dành mọi điều kiện có thể được để em hoàn thành luận văn này. Hà nội, ngày 02 tháng 11 năm 2014 Học viên Phạm Thị Nghĩa
MỤC LỤC MỞ ĐẦU............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ............................................................................................................. 3 1.1. Một số đặc trƣng cơ bản của Urani ................................................................. 3 1. . Nhi n i u uran đƣ c gi u v uran ngh ............................................. 10 1.2.1. Quá trình làm giàu Urani ............................................................................. 10 1.2.2.Urani nghèo .................................................................................................... 11 1.3. Các phƣơng pháp phân tích nhi n i u hạt nhân Urani .............................. 12 1.3.1. Phương pháp phân tích phá hủy mẫu .......................................................... 12 1.3.2. Phương pháp phân tích không phá hủy mẫu (NDA) .................................. 14 1.3.3. Phương pháp phổ kế gamma và kỹ thuật chuẩn trong ............................... 15 CHƢƠNG . PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ........................................................ 17 .1. Xác định độ gi u của nhi n i u hạt nhân th ng ua t số h ạt độ các đ ng vị Uran. ........................................................................................................... 17 . . Xác định t số h ạt độ ph ng ạ the phƣơng pháp ph ga a. .............. 18 2.2.1.Phương pháp xác định hàm lượng urani sử dụng phổ kế gamma. ............. 18 2.2.2. ẫu phân tích và thiết ị đo phổ gamma của nhi n li u h t nhân. ........... 19 . . Phƣơng pháp chu n nội ác định t số h ạt độ. ........................................... 21 2.3.1. Phương pháp chuẩn n i hi u su t ghi xác định t s ho t đ . ................... 21 2.3.2. ác định t s ho t đ d a vào đ c trưng hi u su t ghi của Detector Planar. ...................................................................................................................... 22 2.4. t s hi u ch nh nâng cao đ chính xác kết qu đo. ................................... 24 Hi u ch nh chồng chập xung. ................................................................................. 24 CHƢƠNG . THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .............................................................. 25 3.1. Xác định độ gi u đ ng vị tr ng nhi n i u Urani tr ng u gi u ca d av tính ch t của hi u su t ghi P anar. ......................................................... 25 3.2. Đánh giá sai số và kết quả th c nghi m ....................................................... 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................. 38
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TÊN VIẾT TẮT HPGe - High purity Gemanium detector- Đầu dò bán dẫn gecmani siêu tinh khiết. BEGe - Broad Energy Germanium detector - Đầu dò bán dẫn gecmani siêu tinh khiết dải rộng. FWHM - Full Width at Half Maximum, độ rộng nửa chiều cao của đỉnh, còn gọi là độ phân giải năng lượng. EU – Enriched Uranium, Urani đã được làm giàu. DU – Depleted Uranium, Urani nghèo. Iγ - Gamma ray intensity, cường độ bức xạ tia gamma, còn được gọi là xác suất phát xạ. ICPMS - Inductively coupled plasma mass spectrometry, khối phổ kế cảm ứng Plasma. NDA – Non Destructive Analysis, phân tích không phá hủy mẫu. ADC – Analog to Digital Converter, bộ biến đổi tương tự số. MCA – Multichannel Analyzer, phân tích biên độ nhiều kênh.
DANH MỤC HÌNH VẼ 238 Hình 1.1: Chuỗi phân rã U - 206Pb. 235 Hình 1.2: Chuỗi phân rã U - 207Pb. Hình 2.1. Sơ đ hệ ph ế gamma. Hình 2.2. Đường cong hiệu suất ghi của detectorHPGep planar phụ thuộc vào năng lượng Hình 3.1: Đ thị m tả sự phụ thuốc tốc độ đếm tr n một đơn vị hối lượng mẫu ứng với các đỉnh năng lượng 53,20 eV Hình 3.2: Đ thị m tả sự phụ thuốc tốc độ đếm tr n một đơn vị hối lượng mẫu ứng với các đỉnh năng lượng 58,57 eV Hình 3.3: Đ thị m tả sự phụ thuốc tốc độ đếm tr n một đơn vị hối lượng mẫu ứng với các đỉnh năng lượng 63,29 eV Hình 3.4: Ph gamma U4.46 với thời gian đo là 106921 giây Hình 3.5. Đường cong hiệu suất ghi ứng với vùng năng lượng thấp của ph gamma mẫu U4.46. H nh 3. . Ph gamma của 6 gam mẫu nhi n liệu uran nghèo được đo trong 79932 s Hình 3.7. Đường cong hiệu suất ghi của mẫu uran nghèo
DANH MỤC BẢNG BIỂU B ng 1.1: Chuỗi phân rã 238U - 206 Pb. 235 B ng 1.2: Chuỗi phân rã U - 207Pb. B ng 2.1: Các vạch ph có thể được sử dụng để xác định tỉ lệ hoạt độ. B ng 3.1. ết quả xử lý ph U 36 với hối lượng mẫu hác nhau B ng 3.2 Tốc độ đếm tính trên một đơn vị khối lượng với khối lượng mẫu khác nhau B ng 3.3. ết quả t nh toán hệ số 0 tại các vạch gamma B ng 3.4. Kết quả xác định hàm lượng urani trong mẫu U4.46. Hình 3.5. Đường cong hiệu suất ghi ứng với vùng năng lượng thấp của ph gamma mẫu U4.46. H nh 3. . Ph gamma của 6 gam mẫu nhi n liệu uran nghèo được đo trong 79932 s
MỞ ĐẦU Nư c ta đang tiến hành chu n b cơ s v t chất và nhân lực đ xây dựng nhà m y đi n hạt nhân đầu tiên Ninh Thu n Nhiên li u uran được làm giàu chính là nhiên li u cho lò phản ứng hạt nhân Đ c th sử d ng c hi u quả, an toàn nhà m y đi n hạt nhân tất cả c c iến thức liên quan t i cơ s v t chất, c ng như hoạt động của lò phản ứng cần phải được chu n b , lư ng bài bản, nhất là yếu tố con người Một trong những m c tiêu quan trọng nhất trong vi c phát tri n năng lượng hạt nhân một quốc gia chính là vi c phát tri n công ngh nhiên li u hạt nhân, t p trung vào vi c đ nh gi c c đ c trưng của nhiên li u hạt nhân, xa hơn nữa là qu tr nh làm giàu nhiên li u. Urani là một loại nhiên li u quan trọng trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân C c thông tin đầy đủ về loại v t li u này luôn thực sự cần thiết. Các số li u về thành phần, hàm lượng c c đồng v , các tạp chất hóa học, tuổi nhiên li u,... có ý nghĩa quan trọng trong quá trình sử d ng c ng như công t c quản lý, an ninh, an toàn hạt nhân. Đ x c đ nh c c đ c trưng của nhiên li u urani, có nhiều những phương pháp khác nhau được sử d ng như phân tích ph hủy mẫu, thường sử d ng các khối phổ kế hấp th nguyên tử, khối phổ kế cảm ứng plasma (ICP-MS), phổ kế anpha, và phương ph p hông ph hủy mẫu (NDA) chủ yếu sử d ng phổ kế gamma độ phân giải năng lượng cao. Mỗi phương ph p trên đều có những lợi thế và m t hạn chế riêng, bổ sung lẫn nhau. Tùy thuộc vào m c đích và điều ki n nghiên cứu và đ c đi m của từng loại Phương ph p x c đ nh c c đ c trưng của v t li u hạt nhân sử d ng phổ kế gamma bán dẫn được ứng d ng phổ biến, v i ưu đi m không cần phá mẫu, quy trình thực nghi m không quá phức tạp,, tuy nhiên đòi hỏi k năng phân tích xử lý số li u khá phức tạp và tinh tế. Lu n văn v i đề tài: “X c đ nh một số đ c trưng của nhiên li u hạt nhân theo phương ph p phổ kế gamma” 1
M c tiêu của lu n văn: Về m t lý thuyết t m hi u c c đ c trưng của nhiên li u uran và phương ph p x c đ nh độ giàu theo phương ph p phổ gamma ết hợp v i chu n nội hi u suất ghi Về thực nghi m t m hi u ưu vi t của phương ph p chu n nội hi u suất ghi, p d ng đ nh gi độ giàu của nhiên li u uran c độ giàu thấp ố c c lu n văn, ngoài các phần m đầu, kết lu n, tài li u tham khảo và ph l c, lu n văn được chia thành 3 chương sau: Chương 1 tr nh bày tổng quan về c c đ c trưng cơ bản của nhiên li u hạt nhân và c c phương ph p phân tích urani Chương 2 tr nh bày phương ph p thực nghi m phân tích hàm lượng urani sử d ng phổ kế gamma kết hợp v i các k thu t chu n sử d ng đường cong hi u suất ghi tương đối. Chương 3 tr nh bày ết quả x c đ nh độ giàu của mẫu nhiên li u uran được làm giàu cao dựa vào đ c trưng hi u suất ghi của detector Planar hông đổi trong v ng năng lượng từ 2 eV đến 1 eV và phương ph p chu n nội hi u suất ghi 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 1.1. Một số đặc trƣng cơ bản của Urani Dựa trên cơ s sử d ng năng lượng được giải phóng sau phản ứng phân hạch của một số đồng v n ng, qua quá trình chuy n hóa sẽ thu được đi n năng ph c v cho nhu cầu của con người. Trong các nguyên tố hóa học, không phải đồng v n ng nào c ng c th được sử d ng đ làm nhiên li u hạt nhân. Có những nguyên tố rất n ng nhưng lại hông c cơ chế phân hạch tự ph t và ngược lại, có những nguyên tố có khả năng phân hạch tự phát và giải phóng một lượng năng lượng rất l n, nhưng hàm lượng trong tự nhiên lại quá thấp, dẫn đễn chi phí xử lý rất cao và đòi hỏi công ngh rất phức tạp. Urani và Thori là hai nguyên tố phóng xạ được quan tâm một cách đ c bi t. Hai nguyên tố này là những loại nhiên li u quan trọng của ngành công nghi p năng lượng hạt nhân. Tuy nhiên, hi n nay Urani được lựa chọn là nhiên li u hạt nhân lý tư ng đ ph c v con người. Vi c tìm hi u, nghiên cứu, phân tích về nguyên tố urani là một điều hết sức cần thiết trong quá trình sử d ng và khai thác nhiên li u hạt nhân. Đ c đi m h a học, Urani là nguyên tố im loại màu x m bạc, b oxit h a trong hông hí tạo thành một l p màu đen thuộc nh m Actini, c số nguyên tử là 92 trong bảng tuần hoàn, được í hi u là U Hi n nay người ta đã ph t hi n 238 được 23 đồng v Urani h c, nhưng phổ biến nhất là c c đồng v U và 235U Tất cả đồng v của urani đều hông bền và c tính ph ng xạ yếu Urani tự nhiên c 3 234 235 238 đồng v là: U (0.0055% ); U (0.720% ) và U ( 99 2745%) Urani c m t trong tự nhiên v i nồng độ thấp hoảng 1 ,4 % trong đất, đ và nư c Về đ c đi m ph ng xạ, urani phân rã rất ch m ph t ra các hạt anpha. Chu 238 235 ỳ b n rã của U là hoảng 4 47 tỉ năm và của U là 7 4 tri u năm, do đ n được sử d ng đ x c đ nh tuổi của Tr i Đất Hi n tại, các ứng d ng của urani chỉ dựa trên các tính chất hạt nhân của 235 nó. U là đồng v duy nhất, tồn tại trong tự nhiên, có khả năng phân hạch một 238 cách tự phát. U có th phân hạch bằng nơtron nhanh, và có th được chuy n 3
đổi thành Plutoni-239 (239Pu), một sản ph m có th tự phân hạch được trong lò 233 phản ứng hạt nhân Đồng v có khả năng tự phân hạch khác là U có th được tạo ra từ Thori tự nhiên và c ng là v t li u quan trong trong công ngh hạt nhân. Trong khi 238U có khả năng phân hạch tự phát thấp, bao gồm cả sự phân hạch b i 235 233 nơtron nhanh, thì U và đồng v U có tiết di n hi u d ng tự phân hạch cao hơn nhiều đối v i các neutron ch m. Khi nồng độ đủ l n, c c đồng v này duy trì một chuỗi phản ứng hạt nhân ổn đ nh. Quá trình này tạo ra nhi t trong các lò phản ứng hạt nhân. Trong lĩnh vực dân d ng, urani chủ yếu được dùng làm nhiên li u cho các nhà m y đi n hạt nhân Ngoài ra, urani còn được dùng làm chất nhuộm màu trong công ngh sản xuất thủy tinh và xử lý hình ảnh. Chuỗi phân rã Urani t nhiên: 235 238 235 207 238 U và U đứng đầu hai chuỗi phân rã ph ng xạ U- Pb và U- 206 235 Pb C c chuỗi phân rã ph ng xạ U - 207Pb, 238 U - 206Pb được h thống trong các hình 1 1, 1 2 và bảng 1 1, 1 2 235 C c đồng v ph ng xạ thuộc dãy ph ng xạ U c số hối được mô tả bằng bi u thức: A = 4n + 3, v i n c gi tr biến đổi từ 51 đến 58 238 C c đồng v ph ng xạ thuộc dãy ph ng xạ U c số hối được mô tả bằng bi u thức: A = 4n + 2, v i n là số nguyên biến đổi từ 51 đến 59 Sự phân rã của c c đồng v ph ng xạ tự nhiên ph t ra c c bức xạ alpha () , beta () và gamma () Năng lượng của bức xạ và chu ỳ b n rã đ c trưng cho đồng v ph ng xạ Trong ba loại bức xạ n i trên th tia gamma được sử d ng nhiều nhất vào m c đích phân tích v : - Vi c x c đ nh năng lượng của tia gamma tương đối đơn giản và c th đạt được độ chính x c cao - Sự hấp th c c tia gamma trong mẫu ít hơn so v i sự hấp th c c tia  và . - Trong trường hợp c c tia gamma b hấp th vẫn c th hi u chính được một c ch chính x c 4
Ngày nay sự ph t tri n của thu t đetectơ b n dẫn ( cả đetectơ tia X và đêtectơ gamma) và thu t đi n tử hạt nhân hi n đại đã g p phần quan trọng vào vi c nâng cao chất lượng của phương ph p phân tích urani hông ph mẫu dựa trên thu t đo bức xạ gamma tự nhiên.[1] 238 Hình 1.1: Chuỗi phân rã U - 206Pb. 5
235 Hình 1.2: Chuỗi phân rã U - 207Pb. 6
B ng 1.1: Chuỗi phân rã 238U - 206 Pb. Đồng Ký hi u Ki u phân rã Cường độ(%) và Chu kỳ bán rã v Năng lượng (MeV) của bức xạ 238 U U1  4,2 4,47 x 109 năm 234 Th UX1  56% 0,2 24,1 ngày 44% 0,1 234 Pa UX2  90% 0,5 1,18 phút 10%1,2 234 U U11  4,8 2,44 x 105 năm 230 Th Io 75% 4,7 7,7 x 104 năm  25%4,6 226 Ra - 93% 4,8 16 năm  7%4,6 222 Rn Em 5,5 2,3824 ngày  218 Po RaA 6,0 3,05 phút  214 Pb RaB 0,7 26,8 phút  214 Bi RaC 23% 3,2 19,8 phút  77% 1,7 214 Po RaC' 7,7 1,64 x 104 giây  210 Pb RaD 0,03 22,3 năm  7
210 Bi RaE 1,2 5,01 ngày  210 Po RaF 5,3 138,4 ngày  206 Pb RaG - - Trạng thái bền 235 B ng 1.2: Chuỗi phân rã U - 207Pb. Đồng Ký hi u Ki u phân rã Cường độ(%) và Chu kỳ bán rã v Năng lượng (MeV) của bức xạ 235 U AcU  4,5 7,04 x 108 năm 231 Th UY  0,2 25,6 giờ 231 Pa -  83% 5,0 3,25 x 104 năm 16% 4,7 231 Ac -  0,02 21,8 năm 227 Th RdAc 46% 6,1 18,72 ngày  54% 5,8 223 Ra AcX 76% 5,7 11,4 ngày  24% 5,5 219 Rn An 84% 6,7 3,96 giây  16% 6,3 215 Po AcA 7,4 1,78 x 10 -3 giây 8
 211 Pb AcB 20% 0,5 36,1 phút  80% 6,6 211 Bi AcC 84% 6,6 2,13 phút  16% 6,3 207 Tl AcC" 1,5 4,76 phút  207 Pb AcD - - Trạng thái bền C th nh n thấy rằng, c c dãy ph ng xạ đều bắt đầu từ c c hạt nhân phân rã α c chu ỳ rất l n so v i chu ỳ b n rã của c c hạt nhân con ch u trong dãy Tuổi của c c mẫu qu ng thực tế rất l n, c tuổi của Tr i Đất, l n hơn rất nhiều chu ỳ bãn rã của c c hạt nhân con, nên cả ba dãy ph ng xạ cho đến nay đều xảy ra hi n tượng cân bằng ph ng xạ Khi hi n tượng cân bằng ph ng xạ xảy ra, hoạt độ ph ng xạ của nguyên tố trong c ng một dãy đều bằng nhau Ta c phương trình cân bằng ph ng xạ sau đây: λ1N1 = λ2N2 = … = λiNi = … = λkNk (1.1) trong đ λi là hằng số phân rã của đồng v ph ng xạ thứ i (i = 1… ) trong dãy ph ng xạ liên tiếp; Ni là số hạt nhân ph ng xạ của đồng v ph ng xạ thứ i c trong mẫu; còn là số đồng v ph ng xạ c trong dãy ph ng xạ.[1] Khi hi n tượng ph ng xạ xảy ra, nếu biết hoạt độ ph ng xạ của hạt nhân nào đ trong dãy sẽ suy ra hoạt độ ph ng xạ của hạt nhân h c trong dãy đ và do đ biết được hàm lượng của c c nguyên tố trong dãy Điều này đồng nghĩa v i vi c đo được hoạt độ ph ng xạ của một đồng v bất ỳ nào trong dãy th ta c th suy ra hàm lượng của nguyên tố uran đầu dãy đ Thông thường th đồng v được chọn đ x c đ nh hàm lượng nguyên tố mẹ là c c đồng v ph t ra bức xạ gamma có năng lượng thích hợp, cường độ l n C c đồng v ph t ra gamma năng 9
lượng cao thường là c c đồng v nằm cuối dãy ph ng xạ Đối v i c c bức xạ gamma năng lượng thấp, cường độ nhỏ vẫn c th được sử d ng đ x c đ nh hàm lượng của đồng v mẹ Trong cả ba dãy ph ng xạ tự nhiên, c c nguyên tố ph ng xạ đầu dãy hi phân rã ph ng xạ th hạt nhân con thường trạng th i cơ bản ho c trạng th i ích thích thấp, do đ c c bức xạ gamma do nguyên tố đầu dãy ph t ra thường c năng lượng thấp và cường độ nhỏ 1.2. Nhiên i u uran đƣ c gi u v uran ngh 1.2.1. Quá trình làm giàu Urani Qu tr nh làm giàu bắt đầu từ những sản ph m Urani công nghi p, đ là c c dạng oxit của Urani chứa c c trạng th i oxi h a từ thấp đến cao của Urani. Trong đ c 2 dạng oxit phổ biến nhất, tồn tại th rắn, ít hòa tan trong nư c, tương đối bền trong nhiều điều i n môi trường, đ là Triuran Octaoxit (U3O8) và Urani Điôxit (UO2). U3O8 là dạng oxit tự nhiên của Urani, hi đưa vào lò nung sẽ tạo ra c c trạng th i oxi h a cao hơn của Urani, còn UO2 chính là nguyên li u đ làm giàu Urani. C nhiều phương ph p đ làm giàu Urani như: t ch đồng v đi n từ , huyếch t n nhi t, huyến t n hí, hí động học, t ch đồng v Lade (Laser Isotope Separation), trao đổi ion và ho học, t ch Plasma và khí ly tâm. Trong đ Ly tâm hí là phương ph p phổ biến hi n nay 235 Phương ph p ly tâm hí đ t ch đồng v U ra hỏi 238U dựa trên sự h c nhau về hối lượng của 235U và 238U Lực ly tâm của c c phân tử hí nhẹ và n ng hơn Sự t ch riêng bằng phương ph p ly tâm được thực hi n trong c c xy lanh quay Những phân tử n ng hơn b gạt ra v ng ngoại biên của m y ly tâm và chuy n động xuống dư i dọc theo thành ngoài, còn c ng những phân tử ấy nhưng nhẹ hơn th b đ y vào phần trung tâm hư ng lên trên dọc theo tr c của m y ly tâm Trong thực nghi m 238U và 235U chỉ đạt được sự t ch riêng hoàn toàn hi cho hỗn hợp hí đi qua m y liên t c hàng ngh n lần 10
Công đoạn tạo c c phân tử hỗn hợp hí bắt đầu bằng qu tr nh Hydroflorua h a c c Urani dioxit đ tạo ra c c Urani tetraflorua (UF4) theo phương tr nh phản ứng sau: UO2 + 4 HF → UF4 + 2 H2O (5 °C, thu nhi t) (1.2) Tiếp t c florua h a c c Urani tetraflorua nhi t độ cao sẽ tạo ra c c Uranium Hexaflorua hay gọi tắt là Halua (UF6): UF4 + F2 → UF6 (35 °C, thu nhi t) (1.3) UF6 là chất ết tủa màu trắng, c p suất hơi và hoạt tính cao nên dễ dàng bay hơi ngay cả nhi t độ phòng, và đây c ng là hợp chất dễ bay hơi nhất của Urani Hỗn hợp này sau đ sẽ được đưa vào hàng ngh n xilanh quay v n tốc cao đ chia t ch và làm giàu theo c c mức độ, t y vào m c đích sử d ng h c nhau 1.2.2.Urani nghèo Urani nghèo (Depleted Uranium, viết tắt là DU) đ chỉ loại Urani c hàm 235 lượng đồng v U thấp Trong thu t hạt nhân người ta d ng Urani thiên 235 nhiên (chứa 71 % đồng b U) đ làm giàu đồng v này lên mức 3 2% hay 3 6% , được gọi chung là Urani đã làm giàu (Enriched Uranium) Qu tr nh tạo ra Urani làm giàu đồng thời sinh ra một sản ph m ph , c ng c th xem là phế li u, 235 là DU chỉ còn chứa 2 - 0.3 % U V i công ngh hi n nay từ 8 5 tấn Urani thiên nhiên chứa 72 % 235U, người ta sản xuất được 1 tấn Urani làm giàu (chứa 3.6 % 235U) đồng thời tạo ra 7 5 tấn DU (chứa 3 % 235U) Như v y, h i ni m giàu hay nghèo đây c nghĩa là nhiều hay ít 235U hơn so v i Urani thiên nhiên Ngoài ra, c c DU còn c th là sản ph m sau phân hạch của lò phản ứng, 235 hàm lượng rất đ ng do hầu hết c c U đều đã phân hạch, nên trong lượng “sỉ” đưa ra hông còn 235U nữa Một phần nhỏ c c 238U c ng phân hạch trong quá tr nh thu neutron nhanh, nhưng hông đ ng , v thế c th coi sản ph m của lò phản ứng c ng là hỗn hợp Urani nghèo Như v y đối v i c c nư c công nghi p hạt nhân ph t tri n cao th vi c xử lý r c thải càng c nhiều h hăn V thế họ luôn t m c ch ứng d ng vào c c 11
m c đích h c, đ c bi t là trong quân sự Do m t độ của Urani l n hơn Ch c 7 %, đồng thời lại là nguyên tố c hối lượng n ng thứ 2 trong c c nguyên tố tự nhiên nên h số bắt ph ng xạ rất cao, đồng thời tính ph ng xạ của Urani lại rất yếu, v y nên sử d ng DU đ che chắn rất hi u quả (c th d ng thay thế cho Pb) Tuy nhiên đây chỉ là ứng d ng đối v i DU là sản ph m sau qu tr nh làm giàu chứ hông phải ứng d ng của DU sau phản ứng phân hạch trong lò hạt nhân Do c c đ c th như m t độ, trọng lượng l n, độ cứng cao, động năng di chuy n l n và tính dễ bốc ch y, ph t nổ của hỗn hợp DU,… Do tuổi của nhiên li u l n nhất c ng hông vượt qu 8 năm, tức là vẫn 238 quá nhỏ so v i chu kỳ bán rã của U(4,47 x 109 năm), cho nên trong thời gian 238 234 sống của thanh nhiên li u, ta coi số hạt nhân U phân rã thành U là không đ ng so v i lượng 234U có sẵn trong thanh nhiên li u Do đ trong thanh nhiên li u, ta chỉ coi c c đồng v phóng xạ đứng sau 234U đều do 234U làm giàu phân rã về. Vì v y, đối v i thanh nhiên li u chưa qua sử d ng, ta coi trong thanh nhiên 234 235 238 li u có 3 dãy phóng xạ, là các dãy: U, U và U. Dãy 238U được coi gồm 234 c 4 đồng v phóng xạ ban đầu trong bảng 1.1. Dãy U bao gồm c c đồng v 234 235 còn lại trong bảng 1.1 bắt đầu từ U. Dãy phóng xạ U đã được đưa ra trong bảng 1.2 . 235 Ngoài ra, đối v i thanh nhiên li u t i sử d ng, sẽ c một lượng U hấp th 1 nơtron sinh ra 236U Sau đ 236 U phân rã  tạo ra 232Th. 232Th chuy n về 232U theo chuỗi phương tr nh sau:     n 232 90Th 90Th  91 Pa  92U  n 92 U  2n 233 233 233 232 (1.4) 1.3. Các phƣơng pháp phân tích nhi n i u hạt nhân Urani 1.3.1. Phương pháp phân tích phá hủy mẫu Phương ph p x c đ nh hàm lượng c tính chính x c và độ tin c y khá cao, tuy nhiên vi c xử lý mẫu bắt buộc phải phá hủy, nghiền m n mẫu đo th m i có th áp d ng được C c công đoạn trong qu tr nh đo đạc x c đ nh thường phức tạp dẫn đến các chi phí phát sinh khá l n. 12
Trong c c phương ph p phân tích c ph hủy mẫu, phải k đến 4 phương pháp phổ biến nhất là đo bức xạ alpha, sử d ng khối phổ kế, phân tích sắc ký, và đo bức xạ gamma trong ống khí ly tâm UF6.[5] Đo ức x alpha: Trong tất cả c c phương ph p phân tích nhiên li u hạt nhân có phá hủy mẫu th phương ph p do bức xạ alpha là cơ bản nhất Ta đã biết rằng c c đồng v Urani đều là đồng v không bền, hoạt độ phóng xạ thấp và đều phát ra tia alpha (α) nhưng c c c mức năng lượng đ c trưng h c nhau Vi c nghiền nhỏ hỗn hợp Urani và đưa vào thiết b đo trực tiếp alpha, đếm và tính tỉ số hoạt độ và tỉ số khối lượng sẽ x c đ nh được hàm lượng và độ giàu của mẫu nhiên li u cần đo Phương ph p này hông đòi hỏi công ngh cao, vi c che chắn giảm phông c ng đơn giản, dễ dàng , tính toán và xử lý số li u không phức tạp nhưng bắt buộc phải nghiền mẫu m i có th cho ra số li u chính x c được. Về nguyên tắc thì có th đo trực tiếp nguyên mẫu nhưng số li u sẽ rất ít và thiếu chính xác (do chính vỏ bên ngoài đã đ ng vai trò l p che chắn hầu hết tia alpha), đồng thời cần phải hi u chỉnh h số hấp th , bắt alpha c ng như h số phân bố cho phù hợp v i thực tế mẫu đo Càng nhiều h số hi u chỉnh thì số li u càng sai khác so v i thực tế. Kh i phổ kế: Là phương ph p phức tạp nhưng c độ chính xác cao nhất, dựa trên nguyên lý ph thuộc của lực quán tính ly tâm vào khối lượng đ x c đ nh hàm lượng đồng v Urani có trong mẫu đo Khối phổ kế thường được kết hợp v i những phương ph p h c nhưng cơ bản và phổ biến nhất là phương ph p Khối phổ kế cảm ứng plasma (ICPMS). Về cấu tạo khối phổ kế thông thường có 3 bộ ph n chính là: nguồn ion, phân tích khối lượng và bộ ph n đo đạc. Hỗn hợp Uran được đưa vào buồng đốt áp suất cao, b bắn phá b i luồng electron gia tốc qua đi n áp l n tạo trạng thái plasma trong buồng ion Sau đ c c ion được gia tốc tiếp và đưa qua ống chu n trực, đi vào bộ ph n phân tích khối lượng. Bộ ph n 13