Luận văn nghiên cứu xây dựng trường chuẩn liều neutron sử dụng nguồn 252cf

13 Thương tác của neuon với vật chất, các ký hiểu trong ngoặc đơn lẫn lượt diễn tả các hạt vào và hạt ra cũa phản jing; n: neutron, p: proton, 7: photon, a: alpha, d: deuterium, f manh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ILA NỘI

TRƯỜNG BẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ne

LE NGOC THIEM

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG

TRUONG CHUAN LIEU NEUTRON SU DUNG NGUON ct

LUAN VAN THAC si KHOA HỌC

Hà Nội - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ILA NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HOC

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Tuần Khải

Hà Nội - 2014

LOLCAM ON

Đổ hoàn thành hiện văn này, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới tập thể các thầy,

cồ giáo của trường Đại học Khoa học tự nhiên thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung và lập thể các thầy, cô giáo của Khoa Vật lý nẻi riềng đã lận tâm chỉ dạy,

hướng dẫn tỏi trên con đường tiếp cận với khoa học

Tôi xin gửi lởi biết ơn chân thành nhất tới tập thể các thải

Vật lý Nguyên tứ và Hạt nhân, những người thầy luôn gần gũi, dộng viên, chia sẽ

ö giảo của bộ môn

kinh nghiệm khoa học giúp tôi vượt qua những khó khăn gặp phải trong quá trình học tập và thực hiện luận văn nay

T5 ‘Trinh Van Giáp

ý thuật Hạt nhân vì s hưởng dẫn tận tỉnh về mặt khoa học

'Tôi xin gửi lẻi biểt ơn vô han tới TS Xguyễn Tuân

tại Viên Khoa học và

và đã tạo mọi điều kiên tốt nhất về thời gian, cơ sở vật chát trong quả trinh tôi thực

hiện luận văn này

Thật thiến sét nếu tôi không nỏi lửi cảm ơm tới các thành viên trong gia đình:

bd, me, anh, chi, vợ và các con lôi vì những sẻ chia, động viên và trên hết là lòng

thông, sự thấu hiểu sâu sắc của họ đành cho lời trong qnả trình học lập cũng,

ci

như thực luện luận vần này

Tời xin cảm ơn tất cả những dồng nghiệp, bạn bẻ đã trợ giúp và đưa ra những,

trao đối khoa học giúp cho luận văn này được hoàn thiện hơn.

MỤC LỤC M6 DAU

CHUONG 1 TONG QUAN

1.1 Các thuật ngit, khái niềm cơ bản trong lình vực chuẩn liễu bức xạ lon hóa 3 1.3 Các dại lượng đặc trưng cha một trưởng bức xạ neutron trong vibe chudn Héu neuirau6

1.3 Tương tác của neudron với vất chất chước 12

CHUONG 2; NGUYEK LY CHUAN THIET BI DO LIEU NEUTRON „29 3.1 Đại lương chuẩn và hệ số chuyên đổi trong do liễu neulro 29 2.2, Ngudn bite xa neutron chesdn ding trong chuẩn liều 30

2.3 You cdu chung ddi voi mot co sé chudis lider neutron 32

2.5 Neuvén Wy clades thiés bj do lidu neutron bang nguén phat xq newdrOn eevee 35

CHƯƠNG 3: CO S6 VAT CHAT, CONG CU, THIET BỊ 243

DANH MUC CAC BANG BIEU

Hang 11: Các đại hrong hoạt động dùng Trong an toàn bức xạ lL

Rang 1.2: Sé lan ién xa đàn hồi tung binh cén thidt dé gidm ning heong ctia

w 15

Bang 1 3: Tiết diện tương tắc của neubon với một số vật liệu Giá trị A4 (ở cột dnt

neutron từ 2 MeV xudug 0.025 eV déi với mội số nguyên lổ

3) là Khải luang nguyên từ hoặc khối lượng moi Giá tị “0” của tết điện

tương tác nghĩa là 0 so vôi các giá trị minh họa trên hình vẽ 20

Bang 1 5- Công suất làm châm và tỷ làm chậm đổi với

năng tương nentron tir 1 eV dén 100 keV 26

Bảng 3.3: Nguưron đơn nồng xinh ra từ lò phần ứng và mội số hệ vỗ chuyển dỗi

thông lượng sang tương đương liền "¬¬ 232 Bang 2 4: Mét sd thiét bi chudn dimg trong chuẩn lầu neuiron 35

Hing 2.5: 118 sé suy giảm myén tinh © ldy rung binh qua toim phd eta ngudn bite

Bảng 3.1: Một số đặc từnh cơ hữu của máy đo HiỀN neuiron cẩm (ay -dloka - TPS

431G 46

Bảng 4 1: Các mặt phẳng sung quanh của lâm che tir ee 50

Bang 4.2: Cúc cầu hình mô phòng đề xác định chiêu dày thích hop của tâm che

chan 34

Bảng 4.3: Các cấu hinh cot bán của mô phỏng và thí nghiên 54 Rang 5.1: Thàng số chuẩn của trường bức xạ neutron, các giả tri tương đương liễu

(ĐB) được vưấi ra bồi mỘI ngairon tới từ nguồn “ẺQ 04

Tảng 5.8: Tám tắt

Măng PL2 1: Kết quá mã phòng phổ thông lượng neutron lỗng công (đụ sạ), newiron

trực tiệm (đụ 2 smh ra bởi một neuáron tới từ nguồn “ “Qƒ và sai sỐ

thông kê tương ứng tại vị trí cách nguôn 75 cm khi không có tam che chẩn (câu hình 1 - Báng 4.2 và Báng 4.3) - 23

Bảng PLA.2: Kết quả mô phông phố thông lượng neutron tẳng công (Ủ, uủ, netiron

trực tiên (đụa¿ sinh va bãi một neudron tới từ ngân “Cf và sat sổ

thông kế tương ứng lại ví trí cách nguẫn 7Š cm với tẩm che chan gém

9 5em chỉ | 10cm polyethylene (edu hink 2 - Bang 4.2) 27

Bang PL2.3: Két qud mé phong phé thing heong neutron téng céng (Gyr), neutron

trực tiến (đụao sinh va bởi một neufron tới từ nguén “Cf vai sai số thẳng kế tương ứng tại vị trí cách nguồn T3 cm với tẩm che chin gém 6.5em chỉ + 20cm polyethylene (cau hinh 3 - Bang 4.2) 79

Bang PL2.4: Kết quả mô phông phố thông lương neulron tông công (Ủ, mì, rredlrơri

rực tiển (đ,„ smh ra hỏi một nedtron tối từ nguôn ““Oƒ và sai số

thắng kê tương từng tại vị trí cách nguồn T3 cm với tắm che chằm gầm

@.5ezn chi + 30cm polyethylene (cầu hình 4- Băng 4.2) "`

Bảng PL2.5- Kết quả mô phòng phổ thông lượng neutron tũng céng (Pq 44), neutron

tực tiền (hay) sinh ra bãi một neufron tới từ nguôn “Cƒ và sai sổ

73 em vất tắm chư chẳn gầm

„83

quả mô phông phố thông lượng neutron tổng cing (Pry), neutron

thống kê tương ứng dại vị trí cách nguồn

30cm PEB (vdu hinh 2 - Bang 4.3)

Tăng PL2.7- Kết quá mô phòng phổ thông lượng neutron lỗng công (đụ uy), newfroni

trực tiềm (hay) sinh ra bởi một neutron lới từ nguồn CV và sai số

thống kè trong ứng tại vị trí cách nguồn 125 cm vải tâm che chin hình

nén cut gdm 30 cm PER (edu hình 4 - Bang 4.3) 87

Bang PL2.8: Kết quá mô phòng phổ thông lương neutron tẳng công [Ủụ s), newiron

true tiép (Py gq) sinh va b6i mỖI neuiron tới từ nguồn “ “Qƒ và sai số

thông kế tương ứng tại vị tỉ cách nguồn 150 cm Mùi không có tắm che

Bang PL2.9: Kết quả mô phòng phố thông lượng neutron lẳng công (Pa) , neutron

true tiép (P, gq sinh va béi mOt neutron tei te nguôn “ Qƒ và sai số thống kê tương: ứng dại vị trí cách nguồn 150 cm ver tim che chan hình

nôn cụt gốm 30 cm EM (cấu hình 6 - Bảng 4.3) GL

Bang PL2.10: Ty 1 ding góp của các đổi tong chỉnh vào việc xác định Thông

tượng neutron tẳng cộng (Gh„„} tại điểm kháo sát của các cẩu bình mô

chương lầu dược xác dink Đức xạ có thể tương tác với hình cầu từ nhiều

hướng khác nhau trong trường bức xu mỡ rộng, HĨ (4,42) định nghĩa cho

hưởng (2 trên véctơ bán kinh tại độ sâu d Trong trưởng bức xạ mở rộng

và đinh hướng, váctơ bản kinh tong việc xác định JỶ (4) luôn ngược

Xôi quan hệ giữa đại lượng vật lý, đọi lượng đặc trưng cho một Đường

bite xa neutron chuẩn và các dại lượng đnng trưng chuẩn LÌ

Mỗi quan hệ giita vận tắc và động năng của neutror 13

Thương tác của neuon với vật chất, các ký hiểu trong ngoặc đơn lẫn lượt

diễn tả các hạt vào và hạt ra cũa phản jing; n: neutron, p: proton, 7: photon, a: alpha, d: deuterium, f manh phan hach u

Sự phụ thuộc năng lượng của tiết điện tương (Ác của nuốt xô hạt nhân

Trục nằm ngàng là năng lượng via neutron (tinh theo eŸ?, trục thẳng

đững là tiết điện trang tác tổng céng (tinh theo barn) 18

Tiết diện phần hạch của một sé đẳng vị phan hach quan trong ("U,

Pu) va déng vị làm giàu CềU, “Pu¿, Trục nằm ngàng là năng lương ctia neutron (tinh theo e1), truc thẳng dimg Ié tiết điện phát xe (tính theo

Chồng độ chi neutron song song không trơng tác còn lại khi di qua bé day vật liệu làm bia Trục nằm ngang là chiều đày bia, trục thing dimg

Quả trình nhân A4 như là một hàm của hệ số nhân ky Chỉ trường hợp

dhưới tới bạn (lop < LÔ được đồ câu ở hành này we BB

Ti 36 H,(10,aj/H,{10,0°) theo cde hnedng Kide nhou o va ning luong

khác nhau của neutron (chiều trần phamam ca thể người) 29

Tiết diện đứng của phòng chuẪn ngHÑrDH co đÁ,

Câu hình ï cho việc mô phông và do đạc tực nghiệm: (+): nguôn tại sắc

toa a8; {0}: Vi tel tinh todn! do dae Truc X di ut trai sang phat True ¥ di Câu tạo tâm che chin dimg trong mé phong

fir ngodi vio trong trang giây Trục Z dh từ dướt lên trên 32 Câu hình 1Í cho việc mỗ phông và do đạc thực nghiệm, (—): nguồn lại

gốc tọa độ: (o): Vi wt tính toán! đo đạc; (S)TÂm chẳn suy giảm Trục X

đi từ trải sang phải Trục Ÿ đi từ ngoài vào trong trang giấy Trục Z đi từ

lệ bị rò của tâm che chỗn gầm 30 em PE+U 5 em Pb va 30 om PEB

Trực tiểp: Ga; Tân xạ (Tông-Trực tip): Pa se 37

theo năng lượng là tỷ số giữa dụ a„ của cầu hình 4 (rong Màng 4.3) hoặc

cẩu bình 2 (Háng 4 3) chia cha dị ¿„ của cầu hình I (Hàng 42 hoặc

Phổ thông lượng neutron tai vi tri cách nguẫn 123 cm theo các thành

phdn sinh ra boi mot neutron toi từ nguân “2O Tầng: đụu„ Tan xa: Py,

Phả thông lượng neutron tại vị trí cách nguân 15U cm theo cóc thành

phân sinh ra bởi một neufron tối từ nguân “ÔOV Tổng: tụ, Tán vụ: Py,

Tỷ lệ đá) đồng gúp của các thành phần chính trong cấu hình cite bai toon

mô phỏng vào gid wij thong long neutron tổng công tại vị trí khảo sát

sijt ra bởi một neutron tối khủ thay đôi khoảng cách từ nguồn đến điểm

61

khảo sát Các trường được đành số nhự trong Hình 4.3

Tỳ là (%4) đóng gúp của các tưảnh phân chính trong cần hình của bài toon

mô phẳng vào giá wri thong lượng neutron tổng cộng dại vị trí khảo sát

sinjt ra bởi một neutron tối kit thay déi khoảng cách từ nguồn đến điểm

khảo sát Các trồng được đành sỗ nhị trong Hình 4.3 62

BANG KY HIEU VA CHU VIET TAT

DE yan 'Itrơng đương liễu neutron trực tiếp trên môt nsttron tới /ø5v.wr )

Evy ict Nẵng lượng neuton trung Dình trên toàn phố không lượng

neutron ting ong (Ä#e})

Bey ae Năng lượng neutron tung binh Gn toan phố thông lượng

neutron trực tiếp (M#eƑ2

Ey aivtSed Tack Nẵng lượng neutron mg bình bên toàn pho [hông lượng

noulton trực liếp tính theo phương pháp tắm che chấn (MfeŸ2

IAEA Cơ quan ng Tượng nguyện Lử quốc lễ

TCRU Cơ quan đo đạc và đơm vị bức xạ quốc tệ

ICRP Cơ quan an toàn bức xạ quốc tễ

Iso Cơ quan tiêu chuẩn quốc tễ

&, "Thông lượng neutron (em 7.4)

được "Thông hưng neutren tổng cộng trên ruột neulrort tới

Dy ave Théng hong neutron tryc tiép trén mat neutron tél fear)

đời Thông lượng neutron tán xạ (Ø,;„- Œ„

PE 1p polyethylene olla thin che chin

PRR 1.op polyethylene pha vii boron eo mat do Khoi 1.0 g/em

Ph 1.ớp chi cia tim che chan

or Đơm vị của góe khỏi (steradian)

S§DL-VN Phong chuan cap hai vé đo liệu búc xạ ion hỏa - của Việt Nam:

VEHETHN yiên Khoa học và kỹ thuật hạt nhân

VNLNTVN | Viênnăng lượng nguyễn tử ViệL Nam

WHO "Tổ chức y lễ thế giới

MO DAU

Như chúng ta biết việc ứng dụng của năng lượng nguyên tử vì mục địch hòa bình, phục vụ đân sinh ngày cảng được quan tâm khi ngày càng thiểu đi những

nguồn năng lượng truyền thông như: dầu mỏ, than đá, thủy năng hay những nguồn

năng lượng thiên nhiên khác Mặt khác, nguồn năng lượng hạt nhân cũng thể hiện thể manh ưu điểm của chúng so với các nguồn năng lượng truyền thông khác như:

phát thải năng lượng thập, giảm sự gia tăng hiệu ứng nhà kính (C0;), đáp ứng sự

bên vững an ninh năng lượng quốc gia, Ngoài những điểm mạnh rõ ràng, năng lượng hạt nhân cũng thể hiện những yêu điểm nhật định như: tồn thât lớn khí có sự

cỗ xảy ra; tác động đến sức khỏe, thậm chỉ đến tỉnh mạng con người khi công tác

tứng dụng không được thực hiện theo đúng cách, tôn trọng những quy định an toàn

bức xa, an toàn hạt nhân Theo Điều 24, Luật Năng Lượng Nguyên Tử Việt

Nam[1], các thiết bi đo liều bức xa phải được hiệu chuẩn định kỷ Theo khuyến cáo

của Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tễ (LAEA) thì mỗi thiết bị đo liêu cầm tay phải được chuẩn trước khi sử dụng lần dau va dinh ky được hiệu chỉnh lại sau khi sử đụng mỗi 12 đến 14 thảng[6]

Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân (VKHKTHN) thuộc Viện Năng lương Nguyên tử Việt Nam (VNLNTVN) là một trong những cơ quan đi đầu trong việc đưa các mg dụng của hạt nhân, bức xạ vào cuộc sông Công tác nghiên cứu an toàn

bite xa, an toàn hạt nhân và đo liều bức xạ cũng được quan tâm phát triển một cách đúng mức VKHKTHN, tính đến nay, cũng là cơ quan đuy nhất tại Việt Nam cỏ

phòng chuẩn cấp hai vẻ đo liều bức xạ ion hóa (SSDL-VN) nằm trong hệ thông

SSDL của WHO/IAEA Tuy nhiên, hiện nay phòng chuẩn cũng chỉ có khả năng

chuẩn liễu bức xạ ion hỏa photon (chuẩn liễu cho các thiết bị đo liều bức xạ

photon), chưa có khả năng chuẩn các thiết bị đo liều neutron (ví dụ như máy đo liêu

neutron cầm tay) Mục đích của việc chuẩn các thiết bị đo liều là để chắc chắn rằng

chúng hoạt động bình thường với độ chính xác có thể tin cây được Do vậy việc đầu

tư mở rông cơ sở, phát triển năng lực, đây mạnh khả năng đo liều neutron nhằm đáp

ng tốt hơn nhu cầu chuẩn liều bức xạ ion hóa nói chung và chuẩn liều neutron nói

riêng đang được VKHK'PHN xúc tién thực hiền Cũng với nguyên nhân đỏ mà luận

văn thạc sĩ này được đưa ra với nội dung “Nghiên cửu xây đựng trường chuẫn liễu

neutrơn sử dụng nguồn 252Cƒ”, luận văn này có thể xem như là phẩn giới thiệu tới bạn đọc các công tác chuẩn bị, những cơ sở vật chất hiện có, phương pháp chuẩn

aáy đo liều bức xự cầm tay

Mục tiêu rủa luận văn này là nghiên cứu xây dựng trường chuẩn Tidu neutron

sứ dụng nguồn ?5”€ƒ dùng cho mục đích chuấn liễu neulron cho các thiết bị đo liễu

neutron cẩm tay Luân văn nảy cững là tiền để cho việc hiền thực hóa quá trình xây dựng trường chuẩn liều nentren tại VEHK/THN.

CHUONG 1: TONG QUAN 1.1 Cúc thuật ngũ, khải niệm co ban trong link vec chudn Hdu bite xa ion hia

Thiết bị chuẩn

+ là các thiết bj chuẩn cấp hai, được chuẩn với cáo thiết bị chuẩn cấp một thông qua

các phòng thí nghiệm chuẩn quốc gia hoặc các phòng thú nghiệm được công nhận

trên thế giới dang giữ chuẩn với các đại lượng chuẩn thích hợp Ngoài ra, néu phòng thí nghiêm chuấn cáp hai cũng là phòng thí nghiệm chuân quốc gia thì thiết bị của họ có thể được chuẩn thông qua phòng chuẩn cấp l trên thể giới (vi

dụ phòng thí nghiệm chuẩn cấp 1 BIPM — the Bureau Intemational des Poids et Mesures ở Paris),

+ kh thiết bị chuẩn không phải là chuẩn cấp lui thả chúng phải được chuẩn thông qua chuẩn cắp hai hoặc chuẩn cắp ba mù đã được chuẩn dựa trên chuận cấp lui, Amn chuẩn

+ là các nguồn chuẩn cấp hai, được chuẩn với chuẩn cấp một thông qua các phòng, thí nghiệm chuẩn quốc gia hoặc các phòng thi nghiệm được cổng nhận trên thé

giới đang giữ chuẩn với cáo đại lượng chuẩn thích hợp Ngoài ra, nếu nguồn

chuẩn cắp hai cũng là nguồn elmẩn quốc gia thì chủng có thể được chuẩn thông

qua BIPM

+ khí nguồn chuẩn không phải là chuẩn cấp hai thì chúng phải được chuẩn thông,

qua chuẩn cấp hai hoặc chuẩn cấp ba mà đã được chuấn dựa trên chuẩn cấp hai

Chuẩn cu một

+ là chuẩn cao nhất cho các đại lượng đo lưởng trong các lĩnh vực riêng Chuẩn cấp

một được lưu giữ tại phòng thí nghiệm chuẩn quốc gia mà tại đỏ thực hiện các

nghiên cứn về mục đích của đo lường, tham gia các so sánh quốc tế (được tổ

chức bởi các phòng chuẩn như B]PM) với các phòng thí nghiệm chuẩn cấp một kiác

Chuẩn câp hai

+ là chuẩn mà giá trị của nó được xác định bằng cách so sinh trựu tiếp với chuẩn

cấp một và được di kém với một chứng chí chuẩn xác định quả trình chuyển

chun 46 Chuan cép hai dug hn giit tai hé théng phéng thi nghiam SSDL cia

Các phòng thí nghiệm chuẩn cấp hai được chứng nhận bởi quyết định

IAEA

chính thức của quée gia va due coi nine co sé cho vide xae dinh gid ui cho taL

cả các chuận khác về các đại lượng liên quan trong quốc gìa đó

Chuẩn cần ba

+ là chuẩn mà giá trị của chúng được xác định bởi việc so sành với chuẩn cắp hai

Chuẩn quốc gin

+ là chuẩn được công nhận bi quyết định chính thức của quốc gia, được cơi như là

cơ sở cho việc xác định giá trị của tất cá các chuẩn khác về các đại lượng én

quan trong quốc gìa đó Nói chưng có thể coi chuẩn quốc gia trong 1ột đối nước

cũng chính là chuẩn cấp một trong đắt nước đỏ

Trường bửc xạ chuẩn

+ là trường bức xa mà các đại lượng liên quan đẳn trưởng đó đã dược xác định bằng,

hệ thiết bị chuẫn tương ứng,

Trường bức xã tự do

+ là trường bức xa rnà các đại lượng Hiên quan đắn trường đỏ được xác định với các

đặc tính trong một không gian tự do ¿ngHfa là trong không gian không cỏ tán xa, +hông có phông phóng xa hay các hiệu ứng ảnh hưởng khâc)

+ hệ số chuẩn là một chi sé cho một trường bức xạ chuẩn với các điển kiện xác

định, không phái lâ một hệ số duy nhất cỏ thể áp đụng cho toàn bộ đải đo của

thiết bị &hi đó thiết bị đo được cơi là không bin

tink trong dai dap ứng của mổ)

Š chuẩn không có thứ nguyên khử mờ thứ nguyên của giả trị thực và giá trị do

1ã như nhau Một thiết bị được coi là tốt khi hệ số chuẩn của nỏ gản 1 Hệ số

chuẩn luôn phái đi kẻm với các điêu kiện chuẩn xác định

+ Nghịch đảo cúa hệ số chuẩn là đáp ứng của thiết bị đỏ đưới điều kiên chuẩn và

ngược lại

Táp ứng

1 đấp từng l của thiết bị đo là tý số giữa chỉ số đo M của thiết bị đo với giá trị thực

của đại lượng đo,

Gihủ chủ: Loại đáp ứng cần phải được chủ rõ, ví đục

¥ dap tmg thông lượng, #„

Nau M la phép do chi sudt heang thì đại lượng “thông lượng, ®" và “trơng

đương liều, H" lần lượt được thay thể bằng "suất thông lượng, @” và "suất tương

đương liều H"

Giả trị thực (của mắt đại lượng)

+ là giá trị được đành giá một cách tốt nhất bởi chuẩn cập một hoặc chuẩn cấp hai

hoặc bởi thiết bị chuấn được chuẩn tại phòng thí nghiệm chuẩn cấp một hoặc cap hai Giá trị thực được coi là rât gần với giá trị chỉnh xác với sự khác nhau không

đáng kế cho một mục đích xác định

neutron sang tương đương liễu neutron, hạ, là tý số giữa tương đương liều

neutron # và thông lượng neutron #® tại một điểm trong trường bite xu

+ là tỷ số giữa sự khác biệt của giá trị thue Jf va gid tri đo M (nghĩa là: 1Í — M) trên

giả trị thực /1, sai số nội tại được điển tả theo công thức

H-

Thời gian dap ting

+ là khoảng thời gian từ khi bức xạ chiễu vào thiết bị đo cho tỏi khi giá trị của thiết

bị do đạt tỏi 90% giá trị hiển thị của nó

Điểm chuẩn của thiết bị do

| la điểm đủng để định vị thiết bị đo tại điểm kiểm tra Điểm chuẩn của thiết bị Thường được đảnh đâu trên thiết bị bởi nhà sản xuất, nên không thẻ đánh dân trên

thiết bị thì chúng phổi được chỉ ra trong các tài liệu đ km cùng tiết bị

Điển lẳm tra

m mả thiết bị do sẽ được đặt tại đỏ để chuẩn, tại điểm này thì giá trị thục của

đại lượng đo đã được xác dịnh

tla

1.2 Các đợi ượng đặc trưng chủ một trường bức xạ neutrun trong việc chuẩn

Hida neutron

Thông lượng neuiron, ®

¡ thông lượng neutron @lã tỷ số giữa sô neutron đến đX trên điện tích tiết điện mặt

cần đa

et (18)

da

+ don vi do oa thing long neutron la m-?, đơn vị thưởng đừng là cm ˆ

uất thông lương nehfron_ @

+ suất thông lượng neutron (hay còn gợi là mật đô dòng neufron - ø) là tý số giữa

Thông lương neutron phá dị

1 là phân bỗ năng lượng của phổ neutron, được thể hiện là tỷ số giữa độ biến thiên

thông lượng neuuon, d., trên khoảng năng lượng dẼ giữa bai điểm năng lượng

Sudt théng trong neutron pho, o,

+ suất thông lượng neutron phỏ (hay còn gọi là mật độ dòng neutron phổ - ø„) là

Nang heong neutron trung bình trên toàn phả thông lượng, E

+ là năng lượng neutron được lẫy trung bình trên toàn phổ thỏng lượng neulron và

được biển diễn qua công thức:

wif?

Năng lượng neuuron trung bình tương đương liễu, Ê

+ lả năng lượng neutron được lấy trung bình trên toàn phố tương đương liễu

Hout dé phing xa, A

+ hoạt độ phóng xa A của một lượng chất phóng xa trang thai ning lượng xác inh tai mot thon điểm nhất định là tỷ sẽ giữa số địch chuyến hạt nhân tự phát ở

trạng thải năng lượng đó, dÁ, trong khoảng thời gian dt

Tương đương liễu, 1L

+ là tích số của liều hấp thụ, Ð, tại môi vị trí trong mô với hệ số phẩm chất, @, cia

bức xa gây ra liễu hập thụ Ð tại điểm đó

+ đơn vị của liễu hấp thụ là 7 kø—*, đơn vị thường đúng là Sievert (Sv)

Sudt wong đương liều, H

1 là tỷ số giữa độ biến thiên tương đương liều đi trong khoảng thời gian dt

đt

+ đơn vị của suất tương đương liều là J.kg1 s1, đơn vị thường dùng lả Sơ s~* Tương đương liều môi trường, H*(đ)

+ tương đương liêu môi trưởng, #f*(đ), tại một điểm trong trường bức xa là tương

đương liêu tạo ra bởi trường bức xạ mở rộng và định hướng trong quá cầu ICRU

tai độ sâu đ trên bán kính ngược hướng của trường bức xạ (mình họa trong Hình

1.2b) Đơn vị của tương đương liêu môi trường lả /J kg ~*, đơn vị thường dùng là

Sv

*

ee

ae

= ees =

Hink 1.1: Hinh ảnh mô tả a) trường bức xạ thực, b) trường bức xạ mở rộng và dinh

Iuướng, c) trường bức xạ định hưởng Hình tròn nét đủữ trong hình b) và c)

sô tả kích thước yêu cầu đỗi với trường bức xạ tương ứng đó

+ đổi với bức xạ đâm xuyên manh, độ sâu đ = 10 mm hiện tại đang được khuyên cáo sử dụng Tương đương liều môi trường trong trường hợp này ký hiệu là

H0)

+ đôi với bức xạ đâm xuyên yêu, độ sâu đ = 0.07 mm và đ = 3 mm hiện tại đang

được khuyên cáo sử dụng cho da vả mắt Tương đương liều môi trưởng trong

trường hợp này được kỷ hiệu lần lượt la H"(0.07) va H"(3)

Tương đương liễu định hướng, H' (4, Q)

+ tương đương liều định hướng, H'(d, 2), tại một điểm trong trường bức xạ là

tương đương liều được tạo ra bởi trường bức xa mở ròng tại độ sâu đ trên bán

kính của quả câu ICRU theo hướng #2 xác định (minh họa trong Hinh 1.2a) Đơn

vị đo của tương đương liều định hưởng là J kg“ *, đơn vị thường đùng là Sø.

ữtUt

3) trưởng bức xạ mở rông, b) trường bức xa mớ rông vả định hướng

Hình 1.2: Cắu trúc trường bức xạ của hình cầu ICRU tại điểm P' mà tại đó trơng

đương liều được xác định Bức xạ có thỄ tương tác với hình cầu từ

nhiều lưởng khác nhau trong trường bức xạ mỡ rộng H'(d,Q) dink nghĩa cho lướng (3 trên véctơ bản kính tại độ sảu d Trong trường bức

xạ mỡ rộng và định hưởng, véctơ bản kính trong việc xác định HH (4) luôn ngược lướng với lưởng của trường bức xạ

ä nhân, H,(d

+ lả tương đương liêu trong mõ ICRU, tại một điểm thỉch hợp đ bền dưới cơ thể

Tương đưượn; €

Đơn vi của tương đương liều cả nhân lâ J.kg”*, đơn vị thường dủng là Sơ Mọi

giả trị tương đương liêu cả nhân cân phải đưa ra giả trị đồ sâu ở

+ đôi với bức xạ đâm xuyên manh, độ sâu đ = 10 mm hiện tại đang được khuyến

cao str dung Tương đương liều cả nhân trong trưởng hợp này ký hiệu lã H1„(10)

+ đổi với bức xa đâm xuyên yếu, đô sâu đ = 0.07 mm và đ = 3 mm hiện tại đang

được khuyến cáo sử dụng cho đa và mắt Tương đương liêu cá nhân trong trường

hợp này được ký hiệu lần lượt là /f„(0.07) và H„(3)

+ Việc chuẩn liền kế cả nhân, các đại lượng được định ngÌữa H„,(đ), phải quan tâm

tới các phantom tương ứng chứa mô ICRU như sau:

¥ phantom eơ thể người với kich thước 30 cm x 30 cm x 15 em để mô tả

cơ thể người (cho việc chuẩn liễu toàn thân)

¥ phantom géi, 14 mét hinh tru tron với đường kính 7.3 em, đài 30 cm,

dé mé 14 cing tay hode cẳng chân (cho việc chuẩn liễu kẻ đeo tại cỗ

tay hoặc mắt cá chân)

¥ phantom que, là một lành trụ tròn với đường kinh 1.9 zzm, đài 30 em,

dé md La ngón tay (cho việc chuẩn liều kế nhẫn)

Bảng tôn tắt các đại lượng hoại động đồng trong an loàn bức xe

Tăng 1.1: Các dại lượng hoạt động dàng trong an todn bite xa

Rite xạ chiễu ngoài Đại lượng giới hạn đoiều đp liễu

mdi trưởng cả nhân

đâm xuyên yếu — Liễu chofhtlytinhthểcủamát #*{3,4 (3)

Mi quan hệ giữa dai hrong vat i, dai leong hoat ding vi trudmg bite xa neuiron

Trường bức xạ nieutron chuẩn

mem

Đại lượng vật lý mô tá trường bức xạ neutron chudn

Thông lượng neulron, ®(E, (2)

Liễu bắp thụ, D

Dai luong ding trong chuẩn, bat nguồn tử đại lượng vật lý

Tương đương liêu môi trường, H*(d}

Tương đương liễu định hướng, !"(ả, C3) Thơng đường liều cả nhân, Il„(d), trong pham với thành phẨn mô

Tình 1.3: MỖI quan hệ giữa đại lượng vật li, dai lượng đặc trung cho mật trưởng

bike xg neutron chude vit ede dai lieang ding trong chudn

1.3 Tương tác của neutron với vật chất

Để ghi nhân neutron hay để che chắn an toàn bức xạ đôi với netron người ta

dựa trên tương tác của neutron với vật chât Trong phân này, tác giả của luận văn muốn giới thiệu những kiến thức cơ bản vẻ tương tác của neutron với vật chất nhằm

giúp đọc giả cỏ cải nhìn tổng quan về đo đạc neutron nỏi chung và chuẩn liều

neutron ndi riéng theo hai cap độ khác nhau:

ˆ mức độ vi mô: tương tác của neutron với các hạt và hạt nhân

* mức độ vĩ mô: tương tác của neutron với vật liệu hỗn hợp

413.1 Tương tác ở cấp độ ví mô

Khải niệm tiết điện tương tác vì mô, ø

+ khi một chùm neutron có cùng năng lượng đi hướng tới một lớp vật liệu mỏng thì

một số neutron có thể đi xuyên qua lớp vật liêu đó mà không xảy ra bắt kỳ tương tác nào, một số khác có thể tương tác với các phân tử hay nguyên tử của vật liệu

và thay đổi hướng chuyển động cũng như năng lương của chúng Môt sô neutron

có tương tác với vật chất có thể vẫn đi xuyên qua vật chất, tuy nhiên một số khác

có thể bị hấp thụ bởi vật chất mà chúng tương tác Xác suất các neutron bị hấp

thu bởi vật chất tương tác ta gọi đó là tiết điện hập thụ neutron đà tỷ sô giữa số

neutron bị hấp thụ trên mật độ nguyên tử của vật chất bia trong một đơn vị điện tích) Do đó đơn vị của tiết diện tương tác giống như đơn vị của diện tích, đơn vị

thưởng dùng là cm?

Xôi quan hệ giữa vận tốc và năng lượng của nettroni

“Tiết điện tương tác tổng công của neutron phụ thuộc nhiều vào vận tốc của nó

Trong mục nảy, môi quan hệ giữa vận tốc và năng lượng của neutron được đề cập

đến, giúp cho đọc giả có thể ước lượng được thời gian neutron có mặt trong vùng ghi nhận của thiết bị đo Theo thuyết cỗ điền, khi một hạt có khối lượng im chuyên đông với vận tốc thì động năng E nó nhận được sẽ là

m.u?

Déi voi neutron ¢6 dong nang E (tinh theo MeV) va van téc v (tinh theo m/s)

thì mỗi quan hệ giữa chúng được biểu diễn qua công thức| 14]:

Dong ning ciia neutron (MeV) Hinh 1.4: Méi quan hé giita van téc va dong nang ctia neutron

từ mỗi quan hệ này ta có thể ước lượng được khoảng thời gian ¢ (tinh theo s) ma neutron với năng lượng nhất định E„ (tính theo MeV) đi qua một lớp vật chất móng

có bề dày là đ (tính theo m) theo công thức sau:

d

Các loại tương tde cita neutron

Neutron khi tương tác với vật chât có rất nhiều loại phản ứng xảy ra, tuy nhiên

có hai loại phản ứng chỉnh đó là tân xa va hap thu neutron như được phân loại trong Hình 1.5 Khi neutron n tuong tác với hạt nhân 4 sinh ra hạt nhân B và giải phỏng

hat g thi phản ứng đó được ký hiệu là 4(n, g)B hạt nhân nặng được đật ngoài dâu ngoặc đơn Ví dụ khi neuon (n) tương tác với $B tạo thánh $Be va proton (p) được ký hiệu là: šB(n,p)$Be

Trong phản ứng tán xạ neutron có hai loại tán xạ lả tán xạ đàn hồi và tán xạ không đàn hồi Ở tán xạ đàn hồi, tổng đồng năng của neuton và hạt nhân là không

thay đổi, trong tán xạ này một phản năng lượng của neutron được truyền cho hạt

nhfn bia Ku neutron c6 déng ning ban dau E, twong tac voi hat nhân bia với số

khổi A thì đô mất năng lượng trung bình cúa neutron sau một lần tương tac 58 1a

Phan img tan xa neutron Phan ig hap thu neutron

Hình 1.5: Tương tác của weutan uới dậi cluất; các Kỷ hiệu rang ngoặc đơn lỀn trợi điễu rã

các lạt vào và hạt ra của phan ing; n: neutron, p: proton, 7 photon, ce alpha,

#: denterium, ƒ: mảnh phân hạch 'Nahĩa là sau mét lan tong tac dong năng của neutron tán xạ còn lại sẽ là:

từ công thức (1.24) nhần thấy các vật liêu có số khổi 4 nhỏ sẽ rất hiệu quả trong

việc làm chậm neutron và ta có thể tính được số lần tương tác, n, để động năng của

neutron giảm từ E„ xuống E„ theo công thức

1g (Én/Ea)

> e+ as Dy (228)

n

tan xa dan héi là quá trình quan trợng nhất trong việc làm nhiét héa neutron Bang

12 là một số ví dụ về số lần tân xạ đàn bôi cần thiết để nhiệt hỏa nentron từ năng lượng 2 MeV xuống còn 0.025 eV.,

“Bảng 1.2: Số lần tản xạ đàn hồi trung bình cần thiết đề giảm những lượng

của nendron từ 2 Net? xuống 0.025 eV déi rới một số ngayên số

nang bj mat di cia neutron téi vi no tuy thuộc rất nhiễu vào các yêu tố khác nhau

(như mức năng lượng bên trong hạt nhân, loại bức xạ phát ra), tuy nhiên một điều

hiển nhiên rằng neutron sau tương tác sẽ giảm tôe độ và thay đổi hướng chuyển

động, Nêu trang thái năng lượng kích thích của hạt nhân quá lớn so với nắng lượng

của neutron tới thì tán xạ phản đàn hỏi không thể xảy ra Dặc biệt, hạt nhân của

nguyên tử # không có trạng thái kích thích, do đó trong trường hợp này chỉ có tán

xạ đàn hồi có thể xây ra Nỏi cinmg, quá trình tân xạ làm chậm neutron chỉnh là nguyên lý cơ bản cho việc chế tạo một số đầu đo neulrơn

Thay vi bj tán xạ bởi hạt nhân, neutron cũng có thé bi hap thy va sau phin img

có thể cho ra các sản phẩm rất da dạng (như được chỉ ra trong Hình 1.5) Câu trúc bên trong của hạt nhân có thể bị sắp xếp lại và một hoặc nhiễu tia ganma hạy các

hat tich dién (phd bién hon ca 14 proton, deuteron va hat alpha) có thể được phát ra

Llat nhân cửng có thể tự nỏ giải thoát các neutron thira Vic phat ra mét neutron 1a

không thể phân biệt được ở những sự kiện lần xạ Nêu hơn ruội neuren được phát

xe sau phần ứng khi đó số noulrơn sau phẩm ứng số lớn hơn số meulron hước phẩn

ứng (sổ neulrơn trơng trường hợp này được nhân lên) Cuối cùng có thể dẫu

kiện phân hạch (phát ra hai hoặc nhiều hơn các mảnh phân hạch - là các hạt nhân có

số khối ớ mức trung gian) và sinh ra số neutron nhiều hơn trạng thải ban đầu

Nhiéu loại đâu đo neutron được sản xuât sứ dụng nguyén ly hap thu neutron (He, *35, !?B thường được sử dụng trong đầu do vi tiết điện hấp thy neutron

chậm để tạo ra các hạt mang điện của chúng lór)

Khi chúng 1a chỉ cần làm char neutron thủ phải chọn các vật liệu má liết điện hap thy neutron thip Vi du: # có tiết điện tân xa lớn hơn D, tuy nhiên 4 ciing Jai

có tiết điện hấp thụ neutren lớn hơn của /2 đẫn đến ƒ lại tạo ra nhiều neutron nhiệt

hơn H Do đó trên thực tế người ta thường đừng J cho muc dich Lim chim neutron thay vi dimg H

'Ta quy ước, tiết điện tương tác của các loại phân tìng khác nhau nhì được đề cập trong lĩnh I.5 ở trên lần lượt như sau

a;: tiết điện tương tác tổng công (Ø; + đa}

đ;: tiệt diện tương tác tổng công của hiệu ứng tan xã (đ¿¡ - đj)

Oe (hay ø„): tiết điện tương tác của hiệu vừg tàn xạ đàn hồi

ø; Qay đa„,): tiết điện tương tác của hiệu ứng tán xạ phản đàn hỏi

ø, (hay ơ,): tiết điện tương tác cúa hiệu ứng hập thụ (bảU)

One: tét điện tương tác của hiệu ứng không tán xạ đản hồi (6, - 071)

øạ„: tiết điện Lương tác của hiệu ứng bắt phát xạ

øy (lay øa¿) tiết điện tương táo của hiệu ứng phần hạch

ơ„;: tiết diện tương lác cúa phản ứng (n,p)

Sư phụ thuộc năng lương của tiết dién nrong the

"Tiết điện tương tác của tắt cả các loại tương tác có thế của neutron voi vat chat

đều phụ thuộc vào năng lượng của ngutøn lới (nới cách khác là phụ thuộc vào vận

tốc của nó) Phần nây nhằm giới thiệu tới đọc giá một số đặc điễm chung về sự phụ thuộc nàng lượng của tiết điện tương tác và minh họa sự phụ thuộc đỏ bằng hính vé

cho 161 s6 hat whan quan trong

Co thé xom why mdt quy tắc chung là tiết điện lương lác số giảm khả năng

lượng của neutrom tới tầng lên Tại vùng răng lượng thấp (nhỏ hơn L MeV), tiết

diện tương tác của hiệu ứng tán xạ đàn hồi gần như là hằng số trong khủ đỏ tiết điện tương tác của hiệu ứng tản xạ phân dân hội và háp thụ neutron lại tý lệ nghịch với nghịch đáo của vẫn tốc neuton (1/w} Do đó, tại năng lượng thấp tiết diện tương

tác tổng công sẽ gần như là hãng số hoặc giảm theo năng lương neuiren tùy thuộc vào loại phản ứng chiếm tru thể tại đó

Đời với hại nhân ?®®Pu, tiết điện tương lác của phản ứng tân xa phản đàn hồi chiếm ưu thế đo đé tiết điện tương tác tổng sông giảm theo hàm 1/ø Xu hướng

tương tự như vậy đôi với hàu hết các hạt nhân nhẹ (như _ỡ) và hạt nhân trung bình

la neufron lới

(như Cd), trên Hình 1.6 mình họa cho phẫu năng lượng thấi

Tại những vùng nang lượng cao hem, tiết điện tương tác có thể có các đỉnh

chồng chập lên nhau, các đỉnh này gọi là các đhh cộng hưởng Các đỉnh cộng Hưởng xây 1a với những năng lượng neulron mủ tại đó phân ứng với hạt nhân được

gia tăng Vi dụ đỉnh cộng hưởng sẽ xảy ra nêu hạt nhân bia và neubrơn bị hấp thụ tạo thành hạt nhân hợp phần và năng lượng đỏng aớp bởi neutron tdi gản với trạng, thải kích thích của hạt nhân hợp phần

Đổi với các hạt nhân nặng, đính công hưởng lớn và hẹp xuất hiên với nắng

lượng neutron trong dải sV Đối với năng lượng neutron trong vùng keV, các đính cộng hưởng có thể rất gần nhau nên khó phân biệt Trong vững năng lượng MoV, cúc đình cộng hưởng trở niên thu, thot va rit rong, tit điện tương tác lại vùng này

trở nên phẳng và đôi khi có những điểm cuộn lên

Hình 1.6: Sự phụ thuộc năng lượng của tiết diện tương tác của một số lạt nhân Trục

nằm ngang là năng lượng của neutron (tính theo el), trục thăng đứng là tiết diện tương tác tổng cộng (tính theo barn)

Đối với các hạt nhân nhẹ, đỉnh công hưởng chỉ xuât hiện trong vùng năng lượng MeV, hơn nữa thường rông và tương đôi nhỏ

Đôi với các hạt nhân cỏ khôi lượng trung bình (như Cd, Fe, Ni), các đỉnh công

hưởng thường xuất hiện đưới 1keV, các đỉnh cộng hưởng cỏ độ cao và rộng nằm

trung gian giữa giá trị của hạt nhân nặng và hạt nhân nhẹ

Một số ngoại lệ như đôi với H và ?H, chúng không có đỉnh công hưởng và đổi với các hạt nhân có số “magie” với proton hay neutron thì phản ứng của chúng

cũng tương tự như đôi với các hạt nhân nhẹ bắt chập khôi lượng nguyên tử thực của chúng

“Trên thực tế, khi cần sử dụng đến tiết điện tương tác của hạt nhân nào đó

chúng ta cần phải tra bảng số liêu tử các tải liệu thích hợp vỉ không có cách thuận

tiện nào có thể tính được tiết điện đó Một số vi dụ về tiết điện tương tác vi mô được

dé cap trong Bang 1.3

Một số tiết điện phân hạch bởi neutron lả rất quan trọng cho phân tích không

phá hủy được chỉ ra trong Hình 1.7 Đồng vị phân hạch ?°ŠU, ?3°Pu cỏ tiết điện

phân hạch lớn (khoảng 1000 b) bởi neutron nhiệt hoặc gần nhiệt Đối với quả trình phân hạch bởi neutron nhanh (từ 10 keV đến 10 MeV) tiết diện tương tác này giảm

xuống còn 1b đến 2b Đồng vị làm giàu ?”°U và ?*°Pu có tiết điên phân hạch không đảng kể đổi với năng lượng neutron thấp nhưng lại thể hiện “ngưỡng” gần năng

lượng 1 MeV (quanh giá trị năng lượng này tiết điện phát xa của hai đồng vị làm

giảu ?38U, ?*2P này có giá trị gần với giá trị đỏ của hai đồng vị phân hạch ?°5U,

Tiết điện tương tác vĩ môi

Mặc dù tương tác của neutron với vật chất ở cấp độ vi mô cho chúng ta những khải niêm cơ bản về tương tác của neutron với vật chất mỏng (các hạt cơ bản), tuy

nhiên trên thực tế các đo đạc thưởng được thực hiện với các mãu, thiết bị dày chứa

hỗn hợp các thành phan vat chất khác nhau Đẻ giải thích được điều này chủng ta cần phải dùng tới khái niêm tiết diện tương tác vĩ mô

Khải niệm tiết diện tương tác vĩ mô xuât hiện khi chúng ta nói về một chùm

neutron song song truyen qua một vật liệu bia (thiết bị đo) dày Trong trường hợp nay, lop bé day của bia có thể coi như một tập hợp nhiều lớp nguyên tử mỏng, với

Bang 1.3: Tidt diện tương tác của neutron với mật sễ vật liệu Giá trị MỸ (ở cột thú 3) là khôi lượng nguyên từ hoặc khải lượng

mol Gid trị “8” của tiết diện rang túc nghia 1a 0 so với ede gi

N 14 khi 12.22 19 kh khi 2.39 0.021 khi khí

ọ 16 khi 387 0.000 khi khi §.22 0.000 khí khí

Pb 304 11.34 11.40 0.18 0.381 0.0060 4.39 0.0033 0.147 0.0001

Pu 239.05 19.6 1021 270 50.4 13.3 701 0026 61346 0.0013

120 18 10 218 0.022 0.560 0.0000

mỗi lớp nguyên tử mỏng chúng ta cỏ thể sử dựng kết quả của tiết diện tương tác vi

mô đã để cập ở trên

Bằng cách tích phân đọc thzo các bé đây nguyên tử mồng đến một độ sâu ~

trong lớp bia dày, khi đỏ cường độ l(x) của chùm neutron không trơng táo tại độ

sâu x trong bia sẽ là:

Hink 1.8: Cwing độ chim neutron song song không tương tắc càu lại khi đi gua

ĐÀ dày vật liệu làm bía Trục năm ngang là chiỗu đâu bía, trực thẳng

“ứng là cường độ chu tia

Iình 1.8 mô tả cường độ chùm tia newtron không tương tác khi đi qua bễ dày vật liệu làm bia Cường độ chùm tía không tương tác truyền qua bé day vat liu bia

phù thuộc vào liết điện tương tác tổng công øy (nghĩa là phụ thuộc vào năng Tượng)

Công thức (1.26) có dạng giỗng với sư suy giảm của chùm gammna sau bễ dày che chắn 'Tny nhiên đổi với chùm gamma thì các photơn năng lượng tháp rất đễ bị hân

Si neutron, sông thức (1.26) cho ta biết cường độ

thụ bởi bễ đầy vật chất Đổi

21

chim neutron song song không tương tác tai bé day x ota vat ligu bia (trong trong

hợp này cơi lá vừng nhay của đều đo)

‘Tang tiết diện tương tác vĩ mê #„ = W œy (cỏ đơn vị cm") là tương tự như hệ

số suy giảm tuyến tỉnh của chửm gamma Néu chi có một loại tương tác được để cập thì tiết điên tương tác vĩ mô tổng công có thể được xem như tiết điện tương tác

vi mô tổng công Trong quả tình định lượng, khái niệm tương tác vĩ mô if duce sit đụng so với khái niệm hệ số suy giãm tuyển tink (tung ty nue chit gamma) vì rất

nhiều hiệu ứng phức tạp xây ra khả neutrn tương tác với vật chất

$Nếu vật liệu bìa lá tủ hợp của các loại nguyên tử khác nhau thì tiết điện tương, tác vĩ mô tổng công sẽ bằng tổng của tiết diện tương tác vĩ mồ đôi với tất cả các

nguyên tứ tạo niên ba đó, nghia la ta có:

1: khối lượng mol của hỗn hợp

Nạ: số Avogadro (=6.02x 1022 nguyên tứ/mol)

n,: số nguyên tử của nguyên tố í trong một mol hỗn hợp

từ phương trình (1.27) và (1.28) ta có công thức tính tiết diện tương tác vĩ mô như

Như mội mình họa cho phương trình trên, ta tính tiết diễn tương tác vĩ mô đối

với năng lượng của neutren I MeV khi tương tác với "°!2(2„ (mật độ nguyên tử

10 g cm—*, khối lượng mol nguyên tử 220) có thành phần hợp chất như cho trong

Bảng 1.4 Một số giá trị tiết điện tương tác vĩ mô của mệt số hợp chat cd trong Bang

13

Bang 1.4: SẼ liệu hạt nhân của "“UO;

Quãng chụy nự do trưng bình và tốc d6 phin ing

Một đặc tính rất đảng quan tảm khi neutron truyền qua một bề đày vat chit gdm hến hợp nhiều nguyên tổ khác nhau đó là quảng chay tự do trung bình của

chúng (là khoảng cách trmg bình của neutron giita hai lần tương tác) Ta có thể tính

được giá trị này từ phương trình (1.26) Khi ta thay M4, bởi *;, Quảng chạy tự do trung bình 4 được định nghứa là nghịch đảo của tiết diện tương tác vĩ mô (1/Ÿ;), ta

đo của neutron phát ra trong một mẫu trong thiết bị phân tích thụ động lớn hơn so

với kích thước của mẫu (điều đó nghĩa là phân lớn nentron sẽ thoát khói mẫu và đến được đầu đo); b) nêu biết số tương tác cần thiết để nhiệt hỏa neutron thì độ đây làm

châm của vật liệu che chắn có thể ước tỉnh được; c) nêu bề đảy che chắn lớn hơn

quãng chạy tự do trung bình thì sẽ thỏa mãn mục địch che chắn Trên thực tế, vì quãng chạy tự do của neutron phụ thuộc vào năng lượng nên việc tính toán che chắn

là không đơn giản như vậy

Một khái niệm cũng gân với khải niệm quãng chạy tự do trung bình của

neutron dé là tốc độ phản ứng Khi neutron chuyển động với vân tốc ø thủ thời gian

trung bình giữa hai lần tương tác của nó sẽ là 2/w Tốc đô phản ứng chính là tần suất xây ra phản ứng (nghia la 0/2 hay ø Ÿ,),

Đổi với trường hợp "“*J0; tương tác với neutron năng lượng 1 MeV (như dé

cập ở trên), theo công thức (1.21) ta tính được vận tốc w của neutron Kết hợp với giá tri 2= 1.91 em (đã tính ở trên) ta có thể suy ra tốc đô phản ứng trong trường hợp

nay là 7.26x 10% phản ứng trên giây Điều nảy không hoản toàn có nghĩa số phân ứng xảy ra nhiều như vậy trên một giây vì sau mỗi va cham tốc độ neutron thay đổi

và tiết điện tương tác cũng thay đổi, do dé trong trường hợp này ta gọi tốc độ phản

ng như trên lả tốc độ phản ứng tức thời

ob 1.3.3 Hiéu img lam cham bằng vật liệu hôn hợp

Thường chủng ta cỏ nhu câu làm châm neutron trong vủng vật liệu của mẫu

hay trong vùng hoạt của đầu đo hoặc là trong cả hai vật đó Nguyên lý tỷ lệ với 1/ø của tiết diện tương tác đã được chỉ ra trong Hinh 1.6 và Hình 1.7, mục đích của việc

giảm tốc độ neutron là đề tăng xác suất tương tác Trong các vùng khác, có thẻ cản

trở các tương tác bởi việc chọn các vật liêu cỏ khả năng làm châm kém hoặc đưa thêm vật liêu hấp thụ năng lượng neutron thập để giảm neutron sau khi bị nhiệt hóa

Ví dụ, trong phân tich Pu, hiệu ứng làm chậm là không cần thiết trong vùng

thể tích của mẫu Neuton năng lượng cao có khả năng đâm xuyên qua mẫu và chúng có tiết điện phát xa thấp do đó hiệu ứng nhân là nhỏ hơn so với trường hợp

neutron năng lượng thấp Mặt khác, trong vùng thể tích của đầu đo (vi dụ như ông đêm tý lệ chứa ŠHe) hiệu ứng làm châm sẽ tăng hiệu suất ghí đo Bằng cách đặt các

vật liệu giàu H bao quanh đầu đo thi hiệu s

it ghi đo của chúng sẽ tăng lên Ngoài

ra, chủng ta cũng cần một phin lọc cỏ tiết dign hap thu neutron nhiét lớn (như Cả -

2

Hinh 1.6c) dat gitta déu do va méu, phin lọc này cỏ tác dụng giúp cho cdc neutron

nang lương cao có thể đi đến vùng nhạy của dau do (tai day neutron sẽ được làm

chậm) và ngần cân neutren đã được làm chậm quay trở lại vùng thể tích mẩu (để tránh sinh ra những sân phẩm phân hạch khảo)

ĐỀ so sánh khả năng làm chậm của các vật Hiệu khác nhau lá đùng khái niệm

công suất làm chậm Một vặt liệu cỏ công suất làm châm tốt hơn vật liệu khác thì cần bẻ đảy Ít hơn để cỏ thế nhận được mức làm chậm giống như đỗi với vật liều khác Hai thông số quan trọng cho vân để này đó là: 1) xác suất phán ứng tán xa và 2) sự thay đổi đông năng trung bình của neutron sau một lần tán xạ Dễ có hiệu suất

làm

lâm chậm tốt thì xác suất gủa hai yếu tô tiên cần phải lớn Do đó, công

chậm (M/) được định nghĩa là tích của tiết điện tân xạ vĩ mô (2'„) và sự sny giảm năng lượng logarith trung binh [š =Ìn(Ez;yác) — Ìn(E;„„)], nghĩa lá:

MP =X, Khi va chạm tán xa trong một nguy:

trong đó: p: mt 46 nguyén tit cua hén hợp

1M: khối lượng mol của hồn hợp Nq: số Avogadro (~6.02% 10”? nguyên tử/mol)

n¡: số nguyên từ của nguyên tố í trang một mol hỗn hợp

đi: Hết điện lần xạ ví mô của nguyên Tố ¿

6,2 46 suy giảm năng lượng logarith trung bình của nguyên tổ í

Một vật liệu có công suất làm châm lớn đôi khi là không hữu ích cho việc làm

châm nếu nó có tiết diện hập thụ lớn Do đó trên thực tế khải niệm có tính chất thực

tế hơn đó là tỷ số làm chậm š š„/S„ Đề có tỷ số làm chậm lớn thi công suât làm châm phải lớn vả tiết diện hâp thụ phải nhỏ Đổi với một hỗn hop thi ty so lam

châm cho bởi công thức (1.33) với các giá trị ø, được thay thế bởi ø,/ø„ cho từng

nguyên tô í

Bảng 1.5 là một số ví dụ minh họa về các giá trị công suất làm chậm và tỷ số làm chậm của một số vật liệu làm chậm thông dụng với năng lượng neutron trong

đãi từ 1 eV đến 100 keV

Bang 1.5: Công suất làm chậm và tỳ số làm chậm của một số chất làm chậm

đỗi với năng lượng neutron từ I eV dén 100 kel”

Chat lam chim

ob 1.3.4 Hiéu từng nhân trong vật liệu hôn hợp

Khi một neutron tương tác sinh ra nhiều neutron sản phẩm, ta gọi đỏ là hiệu

ng nhân Hiện tượng phổ biển cho quả trình nhân chỉnh là sự phân hạch, ví dụ phản ứng (n,2n) có thể coi là một quá trình nhân Định nghữa của quá trình nhân là

tỷ số giữa số neufron trong mẫu chia cho số neutron ban đầu Giả sử có 100 neutron xuât phát đi đến mẫu và sau tương tác sinh ra 59 neutron trong mẫu, khi đó ta có

quả trình nhân là M=1.59 Chỉ có một phân nhật định của 100 neutron thể hệ thứ

nhất tạo ra quá trình nhân, một số khác có thể bị hẫp thụ hoặc thoát ra khỏi mẫu bởi

các loại tương tác khác nhau Một tỷ lệ thảnh phần giỏng như vậy của thể hệ

neutron thtr 2 tao ra thé hé neutron thir 3 va ou nhur thé cdc thẻ hệ neutron kế tiếp được tạo ra đo quá trình nhân Số newron còn lại trong mẫu sẻ nhanh chéng giám xuống cho tới khi bằng 0 va Long số nguon được lạp ra đo quá trình nhân là 59

Mội khải niệm thông dụng hơn là hệ số nhân, nó Tiên quan tới số ngulrơm của

thế hệ kế tiếp Có húi loại nhân áp dụng cho kích thước vật lý khác nhau của

các vật liệu đề cắp tới khi tương tác với ncutror

Nếu kich thước vật liệu là vô hạn, hệ số nhân được ký hiệu là kạ, và được định

nglifa 1 ty số của số neutren ở thả hê sau chia cho số neutron ở thả hệ trước VÌ

kích thước vật liều là về hạn nên toàn bé neutron trong mét thé hé s@ bị hap thu, do

đỏ kạ còn được định nghĩa là tý số giữa sé neutron sinh ra trong một thế hệ chia cho số neutron bị hấp thu trong thế hẻ trước

Nếu vật liêu không có kich thước vô hạn, một số neutron trong một thể hệ có

thể thoát ra khỏi bể mặt của vật liệu mà khổng bị hấp thụ (số neutrơn này gợi là

“neutron bi rö”) Trong trưởng hợp này hệ số nhân có ÿ nghĩa thực tễ hơn và được

ký hiệu là kạz; Nó được định nghĩa 1a sé neutron duce tao ra trong một thế hệ chia

cho số neutron bị hấp thụ và bị rỏ trong thể hè trước

Như một vỉ dụ vỀ hệ số k„ và mỗi liên hệ với quá trình nhân Mf, để

trường hợp ở trên Nếu 100 neuuơn ban đầu tạo ra thế hệ meutron thứ nhất NÊu thể

hé neutron ban diu tao ra 37 neutron qua cae phin img, 37 neutron cé thé la sé neutron của thế hệ thứ 2 Hệ số nhân trong trường hợp nảy sẽ là 0.37 Đôi với kạ, nhé hon 1, sé neutron trong thể hệ kề tiếp sẽ suy giam va din tiễn đến 0 Bảng 16

sẽ cho ta thấy sau 7 thê hệ số neutron sẽ suy giảm từ 100 xuống 0

Bang 1.6: Vide vé su suy gidm sd neutron sau inong tắc

86 neutron tring bình Thế hệ ,

vin kepy=0.37

1 100

2 37

khi kạ„„ tiển gần đến 1 Thỉ quả tình nhân M ở nên lớn đần (xen Hình 1.8) Khí

kepp = 1 86 neutron tạo ra sẽ vô bạn, trên thực tế thỉ có lượng xác định cúc nhân

phat neutron niên số neuon sẽ xác định, tuy nhiện là rất lớn Khi k„r„ = 1 ta gọi là trạng thúi tới bạn, khi k„r; > 1 mu là siêu tới hạn, khi k„;y < 1 mấu gọi là trang thái dưới tới hạn

Hink 1.9: Oud trình nhằm A4 nữ: là một hầm của hệ số nhằu K„ự Chỉ

trường hợp dười tới hạn (Eey = 1) được để cập ở hình này

CHUONG 2: NGUYEN LY CHUAN THIET BI DO LIEU NEUTRON

3.1 Đại lượng chuẩn và hệ số chuyển đỗi trong do liéu neutron

ủy vào mục địch chuẩn và các thiết bị cần chuẩn khác nhau mà các đại lượng

chuẩn trong trường bức xạ neutron có thẻ là các đại lượng sau:

Đại lượng “thông lượng, Ø' được sử dụng để chuẩn trường bức xạ neutron chuẩn và thiết bị chuẩn đo thông lượng neutron

Đại lượng “tương đương liễu môi trường, H"(10)” được đủng để chuẩn trong

không khí cho các thiết bị đo suất liều neutron môi trường hoặc các liễu kế neutron

môi trường

Đại lượng “tương đương liều cả nhân, H„(đ)” được dùng để chuẩn trên các

phantom thích hợp cho liều kể cả nhân hoặc máy đo suât liêu cả nhân

Hệ số chuyển đổi từ thông lương neutron sang tương đương liều H*(d) hoac

Hạ(d) theo hướng co ban (0°) hay theo các hướng ø khác nhau (Hinh 2.1) có trong

các tải liêu tham khao[5,6,8,11], một số hệ số chuyên đổi này được chỉ ra trong

Hình 2.1: Tỷ số H,(10,a)/H,(10,0) theo các hướng khác nhau ø và năng

lwong khác nhau của neutron (chiểu trên phamtom cơ thể người)

29

2.2 Nguân bức xụ neiron chuẩn dùng trong chuẳn liều

Trên thực tế, các liều kế cá nhân hay các thiết bị đo liều, đo suất liều neuzon đều có sự phụ thuộc lớn vào năng lượng trong việc đo tương đương liễu De đỏ,

trưởng bức xa neutron chuẩn được nghiên cửu đưa ra với các đặc tỉnh phố tương

đương với phổ nguixơn thường gặp lrong công việc thực KẾ (ví dụ: nguồn ?52Cƒ với

15 em chat lam chim U„0 tạo ra trường chuẩn neutrơn với sự ra tàng phần bỗ năng

lượng ở mức trưng bình, đùng trong chuân các thiết bị đo liều nentron được sử dụng

trong lò phản ửng hạt nhân)

Gó nhiễn trường bite xa neutron khác nhau có thể tạo ra bức xạ chuẩn đừng

trơng chuẩn Tiểu neutron tửnt được chỉ rà nay sau:

3.3.1 Trường neutron từ nguôn đồng vị phông xạ

Trường neutron từ nguồn đồng vị phóng xạ thường thuận lợi nhất cho mục đích chuẩn hều neutron Trường neutron loại này thường được sinh ra do quá trình

tự phát xa (2?Gƒ) hay đo phản ímg (ø,n) như các nguồn ?*! Am — Be, Am — B,

?89Pb — le,

Snất thông lượng nentren đối với các nguồn đồng vị phóng xa được tỉnh theo

hiệu suất phát neutrơn trong góc khối đ (2 và cho bằng công thức:

“Trường nentron có được, Trong trường lợp này, bằng cách gia tốc các hạt tích

điện để

đập vào một bia thích hợp Việc tạo rụ trudng neulron từ gác máy gia lốc Tà

phúc tạp hơn nhiều so với trường neutron lừ nguồn đồng vị phỏng xạ Tuy nhiên,

trưởng neutron từ máy gia tốc cỏ một đặc tỉnh ưu diễm là chúng có năng lượng đơn

năng (khác với các nguồn dồng vị phỏng xa thí neutron thường da nãng và liên tục)

Với đặc tính đơn năng này, chúng ta só thé dé rang khảo sắt đặc trưng phụ thuộc

năng lượng của các thiết bị đo hoặc liễu kế Năng lượng và mật độ dong neutron được xác định thông qua năng lượng và loại hạt tích điện, loại vật liệu và bé day

bia, vi tri do so voi bia và hướng của chùm lại tích điệu Một số năng lượng của neulrơn được sinh 1á bởi máy gia lốc với các phản ứng đi kèm cùng với một số hệ

sổ chuyển đổi được dua ra trong Bang 2.2

Bang 2.1: Nguâu nentron chuẩn dùng trong chuẩn các thiết bị đo liễu nguiron:

Năng lượng — Năng lượng | Hệ số chuyên đổi Cim kỳ | pưng bình — trưng bình | thông lượng trung

Nguân bản rõ | toàn liông — tương dương | bình phố sang

Bang 2.2: Neutron đơn năng được sinh ra do puập gia tắc và một số hệ số chapôn đâi

thẳng lượng sang twong đương liễu