Dù là vật liệu hạt nhân, đất nhiễm xạ hay đồ vật khảo cổ, phân tích đồng vị đều có thể xác định tuổi và nguồn gốc của chúng một cách chính xác. Mới đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học Leibniz Hannover (LUH) và Đại học Johannes Gutenberg Mainz (JGU) đã phát triển một kỹ thuật mới, phù hợp để thu thập thông tin về nguồn gốc của các vi hạt bằng cách phân tích sự phân bố đồng vị. Phát hiện này hiện đã được công bố trên tạp chí Science Advances.
Kỹ thuật mới được phát triển bước đầu dành cho lĩnh vực phân tích hạt nhân đối với vật liệu hạt nhân. Mục tiêu của phương pháp là có thể áp dụng cho cả dạng vật chất hạt nhân và phi hạt nhân, như xác định nguồn gốc vật chật thông qua sự phân bố đồng vị trong khảo cổ học, thực phẩm hoặc các chất ô nhiễm gây môi trường. GS.TS Clemens Walther từ Viện Phóng xạ và Bảo vệ Bức xạ tại LUH giải thích: “Phương pháp của chúng tôi xác định đến các hạt vật liệu siêu nhỏ và thậm chí không còn nguyên vẹn. Trong môi trường lý tưởng, chúng tôi xác định đến hàng chục nghìn ion. Điều này cho phép chúng tôi tiến hành các nghiên cứu sâu hơn với các kỹ thuật khác nhau hoặc, như bảo tồn mẫu làm bằng chứng…”.
Ảnh của Hauke Bosco, Đại học Leibniz Hanover
SNMS (phép đo khối phổ trung tính bằng laser cộng hưởng thứ cấp) cung cấp thông tin chuyên sâu về nguồn gốc của vật liệu thông qua các phép đo thành phần nguyên tố và đồng vị. Ví dụ, nếu vật liệu có nguồn gốc từ lò phản ứng hạt nhân, kỹ thuật này cho phép các nhà nghiên cứu đưa ra kết luận về loại lò phản ứng và điều kiện hoạt động của lò, hoặc xác định thời gian vật liệu bên trong lò phản ứng. Với phương pháp này, hầu như tất cả các yếu tố, thông tin đều được xác định. Các nhà nghiên cứu đã tập trung thực hiện đối với các actinides uranium, plutonium, americium và curium, cũng như các sản phẩm phân hạch như strontium, cesium hoặc technetium. Công bố đã chứng minh khả năng của phương pháp bằng cách thực hiện đối với các hạt phát ra từ sự cố Chernobyl năm 1986.
Trái ngược với các phương pháp thông thường, SNMS hoạt động theo nguyên tắc kiểm tra không phá hủy (NDT). Với mục đích đó, các nhà khoa học đã tiến hành phương pháp TOF-SIMS (khối phổ ion thứ cấp tĩnh) kết hợp với tia laser để ion hóa các nguyên tố khác nhau một cách chọn lọc. Không giống như các phương pháp khối phổ tiêu chuẩn, kỹ thuật này ngăn chặn các isobar, do đó cho phép phân biệt giữa các nguyên tố như uranium hoặc plutonium (có các đồng vị cùng khối lượng), có lợi thế hơn so với các khối phổ kế thông thường.
Phương pháp SNMS
Phương pháp cũng được tiến hành tương tự cho nguyên tố plutonium và americium. Đây là một trong những vấn đề được quan tâm hiện nay, vì 241Pu chỉ có chu kỳ bán rã 14 năm, phân rã thành 241Am. Là một chất phát xạ alpha, 241Am có độc tính phóng xạ cao và sẽ trở thành chất phổ biến phơi nhiễm alpha ở khu vực Chernobyl trong một vài năm tới. Để đối phó với các khu vực bị ô nhiễm phóng xạ trong tương lai, điều quan trọng là tốc độ xác định mức độ ô nhiễm và đồng vị nào có thể được giải phóng khỏi các hạt nhân có số lượng lớn. Vì phương pháp này không yêu cầu chuẩn bị mẫu lớn, các nhà nghiên cứu có thể xác định trên một hạt, tách và đo các mẫu đồng vị của bốn nguyên tố khác nhau chỉ trong một ngày làm việc. Phương pháp này cũng đã được công bố trên tạp chí Science Advances, với tiêu đề “New horizons in microparticle forensics: Actinide imaging and detection of 238Pu and 242mAm in hot particles.”
Từ khóa: SNMS; TOF-SIMS; vật liệu hạt nhân; phân tích đồng vị;
– CMD&DND –
