Nghiên cứu một số đặc trưng của cơ chế sinh bức xạ hãm và nơtron trên máy gia tốc electron và một số ứng dụng

Muc tieu va noi dung nghien cuu: Muc tieu ciia De tai la nghien cuu dac trung ca ban nhu pho nang lugng, phan bo thong lugng ciia buc xa ham va natron sinh ra tren may gia toe electron

DAI HOC QUOC GIA HA NOI

TRLTCJNG DAI HOC KHOA HOC TI/ NHIEN

TEN DE TAI NGHIEN ClTU MOT SO DAC TRlTNG CUA CO CHE

SINHBlTC XA HAM VA NOTRON TREN MAY GIA TOG

ELECTRON VA MOT SO ITNG DUNG

MA SO: QG-07-06

Chu nhiem de tai: TS Bui Van Loat

Cac can bo tham gia:

CN Vu Thanh Mai -Truang Dai hoc Khoa hoc Tu nhien, DHQGHN

CN Tran The Anh - Truang Dai hoc Khoa hoc Tu nhien, DHQGHN

CN Phung Thi Nguyet Sinh vien K49 nganh Vat ly, Truang DHKHTN

CN Nguyen Tiln Quan, SV K49 nganh CNHN, Truang DHKHTN

TS Pham Due Khue- Vien Vat ly, Vien Khoa hoc va Cong nghe Viet Nam

r

ThS Kim Tien Thanh- Vien Vat ly, Vien Khoa hoc & Cong nghe Viet Nam

TS Nguyen Quang Mien- Vien Khao c6 hoc Viet Nam

ThS Hoang Hun Due- Vien H6a hoc Quan sir

ThS Ngu>'cn Xuan KOr- Benh vien K

CN Nguyen Thi Thanh Tarn- Truang THPT Tran Hung Dao Ha Noi

HaNoi, 2008

BAO CAO TOM TAT

a Ten de tai

Tilng Viet: Nghien cuu mot so dac trimg ciia ca che sinh biic xa ham

va natron tren may gia toe electron va mot so ung dung

Tilng Anh: Study of the characteristics of bremsstrahlung photons and

neutrons on the electron accelerator and applications

Ma s6: QG-07-06

b Chu tri dk tai: TS Bui Van Loat

c Can bg tham gia:

CN Vu Thanh Mai

CN Tr4n Thi Anh

CN Nguyen Thj Thanh Tam

SV Nguyen Tien Quan

SV Phung Thi Nguyet

TS Pham Due Khue ThS Kim Tien Thanh

TS Nguyen Quang Mien ThS Nguyin Xuan Ku ThS Hoang Huu Due

d Muc tieu va noi dung nghien cuu:

Muc tieu ciia De tai la nghien cuu dac trung ca ban nhu pho nang lugng, phan bo thong lugng ciia buc xa ham va natron sinh ra tren may gia toe electron

- Nghien cuu tong quan ve ca che sinh buc xa ham va natron do electron tuang tac vai vat chat sinh ra

-Ket hgp giua tinh toan ly thuyet theo phuang phap mo phong Monte- Carlo

va phuang phap thuc nghiem xac dinh mot so dac trung ciia buc xa ham: + Phan bo theo goc ciia thong lugng chum buc xa ham nang lugng cue dai 15MeVva65MeV

+ Phan b6 cua buc xa ham theo khoang each tinh tu bia

+ Ph6 nang lugng cua buc xa ham

+ Phan bo ciia natron theo be day bia Ta,W

- Mot s6 ung dung trong nghien cuu so lieu hat nhan va phan tich kich boat,

e Ket qua chinh cua de tai

2 Ve mat thuc nghiem:

- Sir dung cac phan ung quang hat nhan c6 nguang de xac dinh thong lugng vi phan ciia chum buc xa ham nang lugng cue dai 15 MeV phat ra tir bia W mong Bang phuang phap mo phong Monte - Carlo vai chuong trinh

mo phong ESG4, tinh toan pho ly thuyet ciia buc xa ham phat ra do electron nang lugng 15MeV tuang tac vai bia W Pho buc xa ham thu dugc bang each lam khop pho tinh toan tu ly thuyet vai pho vi phan thu dugc tu thuc nghiem

- Thong qua viec xac djnh suat lugng phan ung quang hat nhan

^^''Auiy.n)^'^^An da khao sat phan bo theo goc ciia chum buc xa ham nang

lugng cue dai 15MeV, 65 MeV phat ra tir bia W dang la mong Ket qua thuc nghiem chi ra rang cac buc xa ham bay theo huang iru tien ve phia truac

- Bang thiet bj do lieu true tiep va gian tiep da xac dinh su suy giam cua thong lugng chum buc xa ham nang lugng 15 MeV tu may gia toe electron diing trong xa tri tai Benh vien K theo khoang each tai bia

- Bang phuang phap kich boat phong xa cac foil ^''AI va '^''AU dat tai cac

vi tri khac nhau cua bia da xac dinh dugc phan bo thong lugng cua natron sinh ra theo be day bia Vai chum electron nana luona 65 MeV doi vai Pb

thong lugng natron nhiet dat gia tri cue dai ca 2,0 cm con thong lugng natron nhanh cue dai khi be day bia ca 0,7 cm Doi vai Ta thong lugng natron nhiet dat gia tri cue dai ca 1cm

- Xac dinh ti so tiet dien dong phan ciia phan ung "^^Fe(y,xnp)^^'^'^Mn vai chum buc xa ham c6 nang lugng cue dai 50 MeV, 60MeV va 70 MeV

Kit qua dao tao

+ Da huang dan 03 khoa luan tot nghiep:

1 Nguyen Tien Quan, K49 nganh Cong nghe Hat nhan: Xac dinh bang thuc nghiem dac trung phan bo goc ciia buc xa ham nang lugng cue dai 15 MeV

va 65MeV

2 Tran The Anh, K49 chuyen nganh Vat ly hat nhan: Xac djnh bang thuc nghiem phan bo thong lugng ciia natron theo be day bia Pb khi ban pha chum electron 65 MeV

3 Phung Thj Nguyet, K49 chuyen nganh Vat ly hat nhan: Xac dinh ty so

Isomer cua phan img ""' Pe (/,jc;?i/?)"""•' Mn vai chum buc xa ham nang lugng

cue dai 70MeV

+ Ten cao hoc va de tai luan van thac sT da bao ve thanh cone:

• • • • o

1 Nguyen Hun Duc-Khoa 2005-2007 ''Xac dinh suat luang cua phan

ung "' All (/,jrA7)"' Au vai chiim buc xa ham nang lugng cue dai 65MeV'\

2 Nguyen Thi Thanh Tam- Khoa 2006-2008 ''Xac dinh ty so Isomer

cua phan img ""' Pe (y,xn\p)-^""' Mn vai chum buc xa ham nang lugng cue dai

50MeV,60MeV va 70MeV

+ Co 03 bao cao va bai bao:

1 Determination of the annualbeta dose by measuring beta activity using the

liquid scintilation technique VNU Journal of Science, Mathematics - Physics

Vohime 24 No 1, (2008)pp 36-4L

2 Determination of the 15 MeV bremsstrahlung spectrum from thin W targit

on the microtron MT17 accelerator VNU Journal of Science, Mathematics

-Physics 24,No 2, (2008) pp 81- 87

3 Isomeric yield ratios for "^^Fe(Y,xnp)^^"''^Mn reaction induced 50,60 and 70 MeV bremsstrahlung photons VNU Journal of Science, Mathematics -Physic 24, No 18 (2008)218-223

^

f Tinh hinh kinh phf cua de tai:

T6ng kinh phi cua da tai: 60.000.000d

Chi phi dugc su dung dung qui djnh:

Thanh toan dien nuac: 2.400.000d

Chi phi mua vat tu hoa chSt: 9.200.000d

Thue chuyen gia trong nuac: 28.000.000d

Cong tac phi:

Hoi nghi:

Van phong pham:

Cac chi khac (quan ly phi):

KHOA QUAN LY

10.200.000d 7.500.000d

soo.oood

2.400.000d

CHU TRI DE TAI

PGS.TS Nguyen The Binh TS Bui van Loat

TRirOTVG DAI HOC KHOA HOC TU" ^fHIEN

PHOHI^U TRUONO

Ji qwi'^.^./Moa/n^^LdSnaf

SCIENTIFIC PROJECT Branch: Physics Project category: National Level

1 Title:

2 Code: QG 07-06

3 Managing Institution: Vietnam National University, Hanoi

4 Implementing Institution: Hanoi univercity of Science, Faculty of

TS Pham Due Khue ThS Kim Tien Thanh

TS Nguyen Quang Mien ThS Nguyen Xuan Ku ThS Hoang Huu Due

8 Duration: From 1/5/2007 to 20/1/2009

9 Main results:

Investigate the energy spectrum of bremsstrahlung photons emitted from the thin W bombarded by 15 MeV electron beam Bremsstrahlung energy spectrum from thin W target produced by 15 MeV incident electrons was determined by a combination of measurements and theoretical calculation The shape of spectrum was calculated by Monte-Carlo method using the code EGS4 The photon flux measurements were performed based on the activation technique using the high pure metallic foils The radioactivities of the

irradiated foils were measured by using a gamma spectrometer with a high energy resolution HPGe detector

Neutron yields from thick Ta and Pb target bombarded by 65 MeV electron beam was determined by photon activation technique and the radioactivities of the irradiated foils were measured by using a gamma spectrometer with a high energy resolution HPGe detector

Angular characterization of 15 MeV and 65 MeV

b r e m s s t r a h l u n g photons from W-target were determined

The isomeric yield ratios for the "^^Fe(y,xnp)^^"^^^Mn reaction induced by 50,60 and 70 MeV bremsstrahlung photons were determined using the activation and y-ray spectroscopic methods The bremsstrahlung beams were provided from the test Pohang electron linac The isomeric yield ratios were determined from the measured activities of the produced nuclei in irradiated foil samples The y-ray activities were measured by with a calibrated high-purity germanium detector, HPGe The present results for the reaction

"''^Fe(y,xnp)^^"''^Mn measured at 50,60and 70 MeV bremsstrahlung photons are 0.27+0.03, 0.33±0.04 and 0.34±0.04 The present results measured at 50 and 60 MeV bremsstrahlung are the first time reported So, our data contribute

to fill in the energy between 30 and 100 MeV

1.1 Ca che sinh buc xa ham tren may gia toe electron 12

1.1.1 Do mat nang lugng ciia electron trong moi truang vat chat 12

1.1.2 Cac dac trung ciia buc xa ham 19

1.2 Ca che sinh natron tren may gia toe 25

1.2.1 Phan ung quang hat nhan sinh natron 25

1.2.2 Dac trung cua quang natron 31

1.2.3 Co che sinh notron tu chum bii'c xa gamma nang lugng cao 34

CHLTONG 2. P H U O N G PHAP VA KY THUAT THU^C NGHIEM TRONG

NGHIEN CLTU DAC TRU>JG CUA BUC XA HAM VA NOTRON 35

2.1 Phuang phap xac dinh dac trung cua birc xa ham va natron sinh ra tir may

gia toe electron 35

2.1.1 Mad^u 35

2.1 2 Phuang phap kich boat phong xa 36

2.1.3 Xac dinh thong lugng ciia biic xa ham 42

2.1.4 Xac dinh thong lugng ciia natron 42

2.2 Ky thuat ghi nhan va phan tich pho gamma 43

2.2.1 Ph6k8 gamma 43

2.2.2 Xac dinh hieu suat ghi ciia detector 44

2.2.3 Phan tich ph6 gamma 46

2.3 Mot s5 hieu chinh trong xac dinh cac dac trung birc xa ham va natron

theo phuang phap kich boat phong xa 48

2.3.1 Hieu chinh sir suy giam cua thong lugng buc xa kich boat 48

8

2.3.2 Hieu chinh sir tu hap thu ciia mau 49

2.3.3 Hieu chinh thai gian chet va chong chat xung 49

2.3.4 Hieu chinh can nhilu phong xa 51

2.3.5.Ty so tiet dien dong phan 52

CHUONG 3 NGHIEN ClTU PHAN BO CUA BlTC XA H A M VA

NOTRON TREN MAY GIA TOC ELECTRON 53

3.1 Xac dinh dac trung phan bo theo goc cua buc xaham 53

• J 3.2 Xac dinh pho nang lugng ciia hue xaham 57

3.3 Suphu thugc ciia buc xaham vao khoang each 62

3.4 Phan bo thong lugng ciia natron 64

3.4.1 Phuang phap xac dinh phan bo natron theo be day bia 65

3.4.2 Phan bo thong lugng ciia natron nhiet trong bia Pb,Ta 66

3.4.3.Phan bo thong lugng ciia natron nhanh trong bia Pb 71

3.4.4 Phan bo theo goc natron phat ra tu bia W mong 74

KET LUAN 76 TAI LIEU THAM KHAO 78

MdoAu

Hien nay ton tai nhieu nguon buc xa natron va gamma khac nhau:

Nguon dong vi, may gia toe, 16 phan ung Cac nguon khac nhau ve hinh hoc, kich thuac, suat lugng va ca che sinh ra cac buc xa gamma va natron Cac buc xa natron va buc xa gamma dugc phat ra tu cac nguon khac nhau co dang pho nang lugng va phan bo goc khac nhau De khai thac va sii dung cac buc

xa tren vao muc dich nghien cuu can phai hieu ro nhung dac diem phan bo pho nang lugng va phan bo theo goc ciia thong lugng buc xa phat xa Vi vay viec nghien cuu ca che phat ra cac loai hue xa tren va nhat la xac dinh bang thuc nghiem nhirng dac trung ciia ciia chung la mot doi hoi thuc te khach quan

Vai viec xuat hien may gia toe electron c6 nang lugng ngay cang Ian cho phep tao ra chum buc xa gamma va natron c6 nang lugng cao va thong lugng Ian Chum buc xa ham va notron sinh ra tu may gia toe nang lugng cao dugc ung dung trong nhieu ITnh virc khoa hoc cong nghe va cac linh virc khac nhau

t r

Buc xa ham dugc phat ra tu may gia toe electron la ket qua tuang tac ciia chum electron dugc gia toe vai bia thuong lam bang nhung kim loai nang Trong may gia toe electron, ncrtron dugc phat ra thuc chat la buc xa thu cSp dugc sinh ra chu yeu tu cac phan ung quang hat nhan(7',xn)va qua trinh phan bach dugc gay bai hue xa gamma nang lugng cao Cac dac trung pho nang lugng va phan bo theo g6c ciia biic xa ham va buc xa natron dugc sinh

ra tu may gia toe phu thugc vao nang lugng ciia electron va hinh dang kich thuac cua bia Mu6n khai thac co hieu qua cac nguon buc xa noi chung va chum buc xa ham va natron sinh ra tu may gia toe electron noi rieng can phai nSm dugc ca chi tao thanh va cac dac trung ciia chiing Vi vay nghien cuu co chi sinh buc xa ham va natron dugc sinh ra do tuang tac ciia electron vai bia

CO y nghTa khoa hoc va thirc te Ket qua xac dinh bang thuc nghiem cac dac trung nhu ph6 nang lugng, phan bo thong lugng cua buc xa gamma va natron

theo goc cho phep hieu ro ban ban chat ciia ca che sinh ra chiing va dac diem

t r

tuang tac ciia no vai vat chat Doi vai co sa dao tao nhu Bg mon Vat ly hat

nhan, khoa Vat ly truang Dai hoc Khoa hgc Tu nhien c6 mot y nghla khong

kem phan quan trgng trong cong tac dao tao cu nhan nganh Cong nghe hat

nhan cung nhu trong dao tao cao hgc chuyen nganh Hat nhan & Nang lugng

cao Viec trien khai va thuc hien De tai" Nghien cuu mpt so dac trung cua ca

che sinh hue xa ham va natron tren may gia toe electron va mot so ung dung"

con CO y nghia quan trgng trong viec dao tao can bg noi chung va can bo tre

noi rieng cua Bg mon vat ly hat nhan

De tai dugc thuc hien duai sir co van cua GS.TS Nguyen Van Do va sir

tham gia cua cac can bg tai cac Vien Vat ly, Vien Khao co hgc va Benh vien

K, Vien Hoa hgc Quan su Phan thuc nghiem dugc thuc hien tren may gia toe

xa tri tai benh vien K, tai Vien Khao co hoc, dugc TS Pham Due Khue thuc

hien tai Trung tam may gia toe Pohang, Han Quoc Ngoai ra De tai tien hanh

khai thac so lieu thuc nghiem da dugc tien hanh tren may gia toe electron

\ \ r -I r

MT-17 tai vien Vat ly Ngoai phan ma dau va ket luan, Ban bao cao tong ket

De tai dugc chia thanh 3 chuong

Chuang 1 Co che sinh buc xa ham va natron tren may gia toe

Chuong 2 Phuang phap va ky thuat thuc nghiem sir dung trong nghien cuu

dac trung ciia buc xa ham va natron;

Chuang 3 Phan bo cua buc xa ham va natron tren may gia toe

De tai xin chan thanh cam on GS.TS Nguyen van Do Vien vat ly, Vien

Khoa hoc va Cong nghe Viet Nam da co nhieu dong gop qui bau ve chuyen

mon, cam an Ban giam doe Benh vien K, Vien Khao co hoc Viet Nam da tao

dilu kien cho can bo De tai tien hanh cac thi nghiem tai Vien De tai chan

thanh cam an Ban Khoa hgc va Cong nghe DHQGHN Phong Khoa hoc va

Cong nghe va Ban chii nhiem Khoa Vat ly Truang Dai hoc Khoa hoc Tu

nhien da tao mgi dieu kien de De tai thuc hien tot nhiem vu cua minh

Chiro-ng 1: CO CHE SINH BLTC XA H A M VA NOTRON TREN MAY

GIA TOC ELECTRON

1.1 Co* che phat birc xa ham

lAA Bo mat mat nang luang cua electron trong moi truang vat chat

Khi chiim electron nang lugng cao tuang tac vai moi truang vat chat se

bi ma't nang lugng cua minh do hai qua trinh chu yeu la ion hoa do va cham

va phat bure xa ham Su mat nang lugng do va cham la ket qua ciia tan xa khong dan hoi ciia electron vdfi electron ciia nguyen tir Tuy nhien, do khoi lugng ciia cac electron rat nho nen co them mot ca che mat nang lugng niia

do la tuang tac dien tu giua chiing va truang Coulomb cua hat nhan Qua trinh

nay dSn tai viec phat ra buc xa song dien tir hay con ggi la birc xa ham O

nang lugng vai MeV hoac nho han, qua trinh nay van con tuang doi nho Tuy nhien khi nang lugng ciia electron tang thi xac suat phat buc xa ham tang nhanh va den nang lugng giai han sir mat nang lugng do phat buc xa tuang duang vol sir mat mat nang lugng ion hoa do va cham Ngoai hai ca che tren con CO su tan xa Coulomb nhieu Ian, do la tan xa dan hoi ciia cac electron vai cac hat nhan nguyen tir, nhung xac suat cua qua irinh nay tuang doi nho va sir mat mat nang lugng la khong dang ke[12] Toe do mat nang lugng toan phan cua electron va positron trong vat chat dugc xac dinh theo cong thuc sau:

7.7.2 Ccic dac trung cua bivc xa ham

Khi cac electron nang lugng cao tuang tac vai truang Coulomb cua cac hat nhan bia, quy dao cua chiing bi thay d6i do lire hiit cua hat nhan va bi ham

ChiFcyng 1: CQ CH^ SINH BU'C XA HAM VA NOTRON TREN M A Y

GIA T O C ELECTRON

1.1 Ca che phat birc xa ham

7.7.7 Bo mat mat nang lirang ciia electron trong moi trirang vat chat

Khi chum electron di trong moi truang chiing tuang tac vai cac nguyen tir ciia moi trucmg va mat dan nang lugng ciia minh chu yeu do hai qua trinh

la ion hoa do va cham va phat buc xa ham Sir mat mat nang lugng do va cham

la ket qua tan xa khong dan hoi cua electron vai electron nguyen tu ciia moi trudng Khac vai hat nang tich dien, buc xa beta co khoi lugng bang khoi lugng CLia electron, do do sau m6i Ian tuang tac vai electron cua nguyen tir moi tru5ng, hat beta co the mat phan Ian nang lugng ciia minh Ngoai ra goc tan xa bien doi tir 0" den 180*\ Duang di ciia hat beta trong moi truang la du6ng zic-zSc Tren duang di nang lugng ciia buc xa beta giam dan, nen van toe eiia no cung giam dan Chum electron chuyen dong co gia toe trong tru6ng Coulomb eiia hat nhan va truang Coulomb ciia electron Theo dien dong lire hgc co dien electron se phat hue xa ham Xac suat phat buc xa ham cang Ion khi khoi lugng ciia hat cang nho, nang lugng cang Ian va nguyen tir

so ciia moi trucmg cang tang Do mat mat nang lugng rieng do phat buc xa tren mot dan vi duang di eiia electron dugc xac dinh theo cong thuc sau:

vdri miic do khac nhaụ Tren Hinh ỊI dua ra do thj mo ta sir phu thugc cua do

mát mat nang lugng tren mot dan vi chieu dai vao nang lugng ciia electron doi

TUNGSTEN

yr -

^ố 10' 10' 10' 10' 10'

Nang luqng electron (MeV)

Hinh ỊỊ Do mat mat nang luang rieng cua electron trong volfram

Sir mat mat nang lugng cua electron do ion hoa

Khi di trong moi trudng, do tuang tac Coulomb vai cac electron cua nguyen tu moi tru5ng, hat beta truyen nang lugng ciia minh cho cac electron Neu electron nhan dugc nang lugng Ian han the nang ion hoa, no se bay ra khoi nguyen tir, ket qua mot cap ion- electron dugc tao thanh Nguyen tir bi ion hoạ Ngugc lai neu nang lugng ma electron nhan dugc nho han the nang ion hoa eiia nguyen tir, electron nhay len muc nang lugng cao han Qua trinh nay dugc ggi sir kich thich nguyen tir moi truang

Sau m6i Ian tan xa khong dan hoi ciia electron- electron, no co the mat mot phan dang ke nang lugng ciia minh Sau m6i Ian va cham, xac suat de electron mat mot nira nang lugng ciia minh la Ian nhat Do mat mat nang lugng cua electron tren mot dan vi duang di dugc [12] xac dinh theo cong thuc Bethe-Bloch:

trong do: N^ la so Avogadro; r^, m^ ban kinh co dien tinh ra cm va khoi lugng

ciia electron; Z, A la dien tich va so khoi ciia moi trucmg; p la mat do khoi

cua moi tru5ng; /?=- vdi v la van toe ciia hat electron con c la van toe anh

c '

sang; k la dong nang ciia hat electron tinh trong dan vi m^c^ S,C^ la he so

hieu chinh hieu umg mat do va hieu ung v6; F(k) la ham ciia dong nang

(2^ + 1).In2

Ham F(k) co dang nhu sau: F{k) -1 - /?' + -^ (1.3)

Vai electron co nang lugng xac dinh, do mat mat nang lugng tren mot

dan vi duang di ty le thuan vdi mat do eiia moi truang Vai moi truang xac

dinh, do mat mat nang lugng tren mot dan vi duang di giam dan, sau do dat

gia tri hau nhu khong doi

Khi nang lugng ciia burc xa electron nho, sir mat mat nang lugng do phat

biic xa ham nho ban so vori do mat mat nang lugng do ion hoa Tuy nhien khi

nang lugng ciia ciia electron tang, do mat mat nang lugng do ion hoa va kich

thich moi truang giam dan, con do mat mat nang lugng do phat buc xa ham

tang dan Den gia tri nang lugng dii Ian do mat mat nang lugng ciia electron

do phat buc xa chiem uu the

Do mat mat nang lugng cua electron do phat biifc xa ham

Khi chuyen dong trong truang Coulomb ciia hat nhan, electron co the

thu dugc mot gia toe Ian Gia toe ciia hat tich dien thu dugc ty le vai dien tich

ciia hat nhan va ty le nghjch vai khoi lugng cua no Theo dien dong lire co

dien, khi mot hat tich dien chuyen dong co gia toe, thi no se phat ra biic xa

dien tir, dugc ggi la biic xa ham Pho biic ham la pho lien tuc, co nang lugng tii

0 den nang lugng cue dai bang nang lugng ciia hat tich dien Do mat mat nang

lugng trtn mot don vi duomg di do electron phat biic xa ham dugc xac dinh

theo cong thiic sau:

^dE^

^ dx Jrad - 47V£,ZV> In

2E m^c

trong do N la so nguyen tir trong 1 don vi the tich, E,, la nang lugng ciia

electron, a =— la hang so ca'u triic tinh te, Z la dien tich ciia hat nhan, m la

137 ^ • e

khoi lugng nghi ciia electron

Do mat mat nang lugng do phat biic xa ham tang theo ham logarit tu nhien cua nang lugng Khi nang lugng tang do mat mat nang lugng do phat

biic xa ham tang theo, trong khi do do mat mat nang lugng do ion hoa hau nhir

khong doi Khi nang lugng cua electron ca vai MeV tro len, moi lien he giiia

do mat mat nang lugng do phat biic xa ham va do ion hoa dugc xac dinh theo

cong thiic sau:

(dE/dx)^^,^ EZ

Tii cac 66 thj tren Hinh 1.1 va cac cong thiic (2.7), cong thiic (2.8) nhan

thay rang: Do mat mat nang lugngeua electron tren mot dan vi ducmg di phu

thugc vao nguyen tu so ciia chat hap thu Doi vod mot moi truang hap thu cho

trude, khi nang lugng nho do mat mat nang lugng do ion va kich thich moi truang chiem uu the, tai do, ty so giua do mat mat nang lugng do phat biic xa

ham va do ion hoa nho ban dan vj Khi nang lugng tang, ty so so nay tang dan, den gia trj nang lugng cua electron dat gia tri nang lugng tai han E„ khi

do do mat mat nang lugng do phat biic xa ham bang do mat mat nang lugng

do ion hoa Tai nang lugng tai han E =E^ ta co:

^'^-^^ ^{glcm') (1.8)

Z(Z + l)ln(287/VZ) trong do Z,A Ian lugt la nguyen tir so va so khoi ciia moi truo^ng

Doi v6i moi truang phiic tap nhi6u thanh phan, chieu dai biic xa ciia

moi trucmg dugc xac djnh theo chieu dai biic xa ciia cac nguyen to thanh phan

theo cong thiic sau:

Xo tl '' A^ X,

trong do X„ la chieu dai biic xa cua moi trucmg phiie tap, Xj la chieu dai biic

xa ciia nguyen to thii i trong n nguyen to ciia moi trucmg; con q„ Aj Ian lugt la

ham lugng va so khoi ciia nguyen to thii i; A^^ so khoi hieu dung cua moi

Chieu dai biic xa cua mot so nguyen to thuong gap ®-ie ®-a ra trong B^ng

1.2 Trong Bang 1.2 chieu dai lam biic xa dugc tinh theo chieu dai khoi

(g/em^)

0I/J5J-Bang 1.2 Chieu dai birc xa cua mot so nguyen to

doi nang lugng trung binh E nhu la mot ham ciia duang di x electron trong

moi trucmg, dugc xac dinh theo cong thiic sau:

E =£',exp(

trong do Eo, X(, Ian lugt la nang lugng ban dau ciia electron va chieu dai biic

xa CLia moi trucmg , E la nang lugng trung binh ciia electron sau khi di dugc

doan duang x

Quang chay ciia electron trong vat chat

Tren duang di ciia minh trong vat chat, electron chiu nhieu Ian tan xa tren hat nhan va tren electron nguyen tu Quang chay ciia electron trong vat chat CO do thang giang Ion Do quy dao ciia cac electron la duang diczac do

do quang duang thuc sir ma cac electron co nang lugng nhu nhau di trong vat

chat rat khac nhau Quang chay ciia electron co nang lugng xac dinh, dugc

hieu la be day lop vat cha't co kha nang ham hoan toan chiim electron dugc

tinh theo phuang chuyen dong ciia electron theo huang vuong goc vdi be mat

cua 16p vat chat Quang chay cua electron trong vat chat phu thugc vao nang

lugng ciia no va nguyen tu so ciia moi trucmg Thuong quang chay dugc xac

djnh theo cong thiic ban thuc nghiem Vai nang lugng ban dau eiia electron

nho ban 3 MeV, trong [12] dua ra cong thiic xac djnh quang chay ciia electron

trong vat chat nhu sau:

P

trong do p la mat do khoi ciia moi truang (g/cm^), £,, nang lugng ban dau

ciia electron, R la quang chay cua electron tinh ra cm

Gan diing bac 1, quang chay ciia electron ty le thuan vai nang lugng

ban dau ciia electron va ty le nghjch vai mat do khoi ciia moi truang Khi

nang lugng eiia electron lan ban 1 MeV (E,, > 1 MeV) sir phu thugc ciia

quang chay ciia electron vao nang lirgng ciia no [12] trong moi truang dugc

hieu diSn bang cong thiic sau:

7? = -(0,571.£,,-0,16l) khi E^^>\MeV, (1.13)

P

Cac dai lugng p , E^^ va R da dugc giai thich trong cong thiic (1.12) Tii cac

cong thiic (1.12) va (1.13) nhan thay quang chay ciia electron, dugc tinh theo

be day khoi, chi phu thugc vao nang lugng cua electron R chinh la quang

chay ciia electron dugc tinh trong dan vi be day khoi, co thii nguyen g/cml

7.7.2 Cac dac trung ciia birc xa ham Khi cac electron nang lipgng cao tiFong

tac vai trang Coulomb cua cac hat nhan bia, quy dao cua chung bi thay doi do

luc hut ciia hat nhan va bi ham

lai, qua trinh nay kem theo su phat ra biic xa dien tir hay eon ggi la biic

xa ham

Su ma't nang lugng do phat biic xa ham ty le vai so hat nhan bia Vi vay nang sua't ham tang len khi be day bia tang Tuy nhien khi tang be day bia se

xay ra m6t s6 hien tugng sau: su mat mat nang lugng nhung khong phat biic

xa dan den su giam dan nang lugng ciia electron; sir tu hap thu ciia cac photon trong bia; hien tugng nhan biic xa tir mot electron; su tan xa dan hoi nhieu lan cua electron trude khi phat ra biic xa Trong cac bia co be day Idn ban chieu dai biic xa thi chum electron tdi tao ra hien tugng mua rao thac lu electron-photon Cac qua trinh nay dan den nhiing kho khan trong viec tinh toan phan

bo nang lugng va phan bo goc ciia biic xa ham[9] Mot bia ham toi uu la bia

cho sua't lugng biic xa ham 16n nhat a mot nang lugng xac djnh ciia electron

Vdi electron nang lugng trong khoang 5^30 MeV cac bia nang co be day toi

uu bang ca 0,3 chieu dai biic xa Vi du v6i W co chieu dai biic xa la 3,3 mm, thi be day toi uu doi v6i bia W la I mm Hinh 1.3 bieu di6n sir phu thuoc ciia nang suat ham vao be day bia Au doi vai chum electron 17 MeV[20]

Be day bia, t(chieu dai bifc xa=0.332 cm)

Hinh 1.3: Su phu thugc cua nang suat helm vao

bedaybiaAu(E^ = 17 MeV),

Nang sua't ham phu thugc manh vao nang lugng ciia electron Doi vai cac nguyen t6 nang, nang sua't ham dugc xac djnh theo cong thiic sau:

trong do P(E) la nang sua't ham (rad.mVmA.min), Eo la nang lugng electron

Be day toi uu ciia bia thucmg nho ban quang chay ciia electron, do do ngudi ta thucmg hay diing cac chat ha'p thu nhe nhu nhom hoac graphit dat sau bia de che chdn mSu nghien ciiu Cac chat ha'p thu nhe se ham bet cac electron nhimg lam anh huang rat it den chiim biic xa ham Hieu suat tao thanh biic xa ham thay ddi gan nhu tuyen tinh vdi so nguyen tir trong bia day,

hieu suat nay co the dat t6i 30% doi v6i cac nguyen to nang a nang lugng

electron 10 MeV Biic xa ham co pho lien tuc va nang lugng dat gia trj cue dai diing bang dong nang ciia chiim electron t6i Hinh 1.2 bieu di6n mot so pho biic xa ham phat ra tii cac bia Be, Al, Zr va W v6i nang lugng ciia electron la 15 MeV va 50 MeV[16]

" " - ^

>

^ i ,

10 2JO 30 40 50 eo

Hinh 1.4 Pho bi'rc xg ham phat ra fu cac bia khac nhau

vc'ri nang ha/ng electron 15 Me\' va 50 MeW

Biic xa ham co pho lien tuc va nang lugng dat gia trj cue dai diing bang dong nang cua chiim electron tdi Hinh 1.4 bieu diln mot so pho biic xa ham phat ra

tir cac bia Be, Al, Zr va W v6i nang lugng ciia electron la 15 MeV va 50 MeV

Viec tinh toan pho biic xa ham tii cac bia day la rat phiic tap neu tinh den tat ca cac hieu ling nhu su ma't mat nang lugng, sir tan xa ciia cac electron tai,

su ha'p thu va tan xa ciia photon biic xa ham, va cac qua trinh nhan biic xa

Do do cac tinh toan thucmg ap dung cho cac trucmg hgp bia mong Pho cung nhu cac phSn bo ciia biic xa ham co the tinh dugc bang phuang phap giai tich hoac ky thuat mo phong Monte-Carlo[ 13,20]

Pho nang lugng ciia biic xa ham phu thugc manh vao goc phat xa, dac biet la cac bia day Phan bo goc ciia biic xa ham gan vai mot so qua trinh vat

ly chii yeu bao g6m; phan bo goc thuc ciia biic xa ham, phan bo goc ciia cac electron tan xa dan hoi v6i hat nhan trong mot va cham, phan bo goc ciia cac electron tan xa nhieu lan va phan bo goc ciia cac photon tan xa Trong thuc te khi tinh phan bo goc ciia biic xa ham khong chi tinh den sir lech huang ciia cac photon ham ma con phai tinh den ca sir lech huang ciia chiim electron khi

gia toe va khi di ra ngoai bj tan xa qua I6p vat chat lam cira so cua ong gia

trong do E la dong nang cua electron, |i = mc' = 0,511 MeV

S.P Fomin dua ra cong thirc tinh gan diing phan bo goc cua buc xa ham cho mot 16p vat chat mong nhu sau:

m-'-^-^'iT^

trong do: 0 la goc phat xa cua photon; y = EJmc^ goi la he so Lorentz; a = yO;

P^ ^ Y^O^; 9e 1^ goc tan xa cua electron

Dai lugng thirofng dugc su dung de danh gia phan bo goc ciia cac photon

ham la goc r.m.s (root mean square - goc thuc): 9^^, dugc dinh nghia la goc

ma tai vi tri do cucmg do trung binh ciia chiim biic xa ham bang \l4~e cuang

dp cua chum bu-c xa ham CLFC dai tai goc 9^0^:

^C,=(l/^K (1.21)

trong do I(, la cuong do chiim biic xa ham tai goc 0*', hang so e=2,718

Phan bo goc thuc ciia biie xa dat cue dai tai goc 9 ^ y-1 ^ mc'/E, theo

hudug ciia chiim electron t6i

Pho nang lugng va phan bo goc cua biic xa ham thuang dugc xac dinh

bang phuang phap thuc nghiem vai cac ky thuat do khac nhau Hinh 1.5 bieu

di6n phan bo goc eiia biic xa ham phat ra tir bia Ta khi dugc ban bai chiim

electron 25 MeV

Pho nang lugng ciia biic xa ham phat ra tii bia W mong vai chiim

electron nang lugng 65 MeV tren may gia toe electron tuyen tinh 100 MeV

dugc thuc hien tren ca so ket hgp giua phuang phap thuc nghiem sir dung cac

detecta nguang vai cac tinh toan sii dung chuang trinh mo phong EGS4[3]

Hinh 1.6 Pho biic xa ham phat ra tii bia W ling vai goc phat xa 0 vai chiim

electron 65 MeV dugc tinh bang chuang trinh EGS4

Pho btic xa h a m n h a n diide t\i cac tinh toan cho ta biet phan bo'

cua cac photon theo nang lifdng va so" photon diidc tao t h a n h tren so" cac electron b i n vao bia h a m trong cac dieu kien ly tUdng

CO dang khac nhau Tren Hinh 1.7 bieu dien pho biic xa ham a cac goc khac nhau vai chiim electron tai nang lugng 60 MeV[15] Tu cac do thi tren Hinh 1.7 nhan thay rang dang pho nang lugng biic xa ham phu thuoc rat manh vao goc phat xa Huong phat xa cua cac biic xa ham co nang lugng lan xu huang

uu tien ve phia truac

f r

1.2 Co' che sinh notron tir cac may gia toe electron

1.2.1 Phan ivng quang hat nhan sinh notron

Buc xa gamma nang lugng cao tuang tac vai vat chat se gay ra cac phan ling quang hat nhan Phan ling quang hat nhan la phan ling hat nhan

duai tac dung ciia cac biic xa gamma Phan ling hat nhan /+ A^ B + bAvong

do biic xa gamma bay vao viing tuang tac ciia hat nhan bia A tao thanh hat nhan B va hat b bay ra, dugc goi la phan ling quang hat nhan Biic xa gamma

CO the lay tu nguon phong xa, Biic xa gamma phat ra tu cac dong vi phong xa

CO pho gian doan va hoan toan xac dinh, nhung co nhuge diem thong lugng ciia chum biic xa nho, nang lugng nho, khong vugt qua lOMeV De c6 chum biic xa gamma thong lugng lan, trong thuc te nguai ta thuang sii dung chiim biic xa ham sinh ra khi cac electron phat ra tu may gia toe tuang tac vai cac hat nhan nang

Dac diem ciia chiim biic xa ham la pho biic xa ham la pho lien tuc, thong lugng Ion Nang lugng cue dai cua biic xa ham bang nang lugng ciia chum hat tich dien dugc gia toe, vi vay co the tao ra chiim biic xa ham co

thong lugng 16n va nang lugng co the len t6i hang tram GeV

De giai thich phan ling quang hat nhan ta dua vao mau hap thu photon Mau phan ling quang hat nhan de cap den ca che phan ling hat nhan khac nhau bao gom qua trinh kich thich quang hat nhan ban dau, va ca phan ra tiep theo ciia hat nhan kich thich bang each phat ra cac hat va tia gamma

Tijy theo nang lugng gamma toi phan ling quang hat nhan dan tai viec phot xa ra coc hat khoc nhau nhu phat xa natron, proton hoac cac loai hat khac, do la cac phan ling (Y,n), (Y,2n), (y,xn), (y,p), (y,pn) (y,f) Day la cac phan ling nguang vi vay can phai co cac chiim photon co nang lugng du lan

de gay phan ling

Cung nhu cac phan ling hat nhan duai tac dung ciia cac hat tich dien va ncrtron, phan ling quang hat nhan phu thugc manh vao nang lugng cua chiim lugng tir gamma tai Doi vai cac phan ling quang hat nhan, duai tac dung cua

chiim lugng tu gamma co nang lugng duai 30MeV, co dac diem sau:

Tuang tac dien tii yeu ban tuang tac hat nhan ca 3 bac

Cac qua trinh tuang tac giira lugng tir gamma va hat nhan co cuong

do nho ban cac loai tuang tac hat nhan khac

V6i cung nang lugng, budc song ciia lugng tir gamma lan han nhieu

bu6c song ciia nucleon Buac song ciia lugng tii gamma va cua nucleon dugc

xac dinh theo cong thiic sau:

X^=^:±lL-ian) (1.22)

trong d6 X^X^^ỆÊ lan lifdt la bu6c song cua lUdng tii gamma,

bifdc song cua nucleon, nang lifdng cua lUdng tu gamma va nang

IiJdng cua nucleon tUdng ling

Tii bieu thiic (1.22) nhan thay: de co buac song nho ca kich thuac hat

nhan, cac nucleon co co nang lugng IMeV, con lugng tii gamma phai co nang

lugng 30MeV Cac phan ling quang hat nhan (y,xn) tao ra nguon natron quan

trgng Phan ling quang hat nhan la sir hap thu photon din den hinh thanh

trang thai hat nhan hgp phan, cac hat nhan nay c6 the phan ra theo nhieu

each, ngoai natron con co the la proton hoac cac loai hat khac, thi du nhu cac

phan ling sau day: (y,n), (y,2n), (y,p), (ỵf), ••• Day la cac phan ling nguang vi

vay chi co cac chiim photon co nang lugng va cuong do Ion

E,(MeV)

(y.y); (yY) (yj): (y^') (y.n); (Y.2n); (y.p)

(y^n) (y.y); (yj)

Hinh L8 Suphu thugc cua tiet dien phan iajg quang hgt nhan

vao nang luang photon

Thong thuang cac chum photon nhu vay dugc tao ra tu may gia toe

Hinh 1.8 bieu dien moi lien he giua tiet dien phan ling quang hat nhan va nang lugng cua photon [3,7,11,20] Trong viing I nang lugng ciia photon duai nguang ciia phan ling (y,n) do do chi say ra cac tan xa dan hoi va khong

dan hoi ciia photon, duong cong tiet dien doi khi eo mot so cue dai la do sir

djch chuyen giira cac miic cua hat nhan bia Trong vung II cac miic nang

<Nr \ 1 r r f

lugng van con tach roi nhau dieu nay the hien trong eau tnic tinh te ciia tiet

dien Viing III tuang ling voi su chong chap cac miic ciia bat nhan hgp phan

Trong viing nay tiet dien phan ling quang hat nhan dat cue dai va co dang hinh gauss dugc ggi la cong huang khong 16 vai nang lugng photon trong khoang tu 5 MeV den 35 MeV Sir hap thu photon dan den hinh thanh trang thai hat nhan hgp phan, cac hat nhan nay co the phan ra theo nhieu each vi du

nhu phat xa ncrtron, proton, biic xa gamma Cac natron dugc sinh ra chu yeu

trong vung nang lugng nay Viing IV vai photon nang lugng 35 ^ 140 MeV

la viing xay ra hieu ling gia dotron (quasi-deuteron) Viing V vai nang lugng photon >140 MeV la viing xay ra phat xa pion, va cac hat co ban khac [14,20]

Hien tugng cong huang khong 16 dugc giai thich theo cac quan diem

sau: Goldhaber va Teller gia thiet natron va proton ciia hat nhan nhu la hai

chat long rieng biet, hat nhan nhan nang lugng do hap thu cac photon tao ra

sir dao dong ciia hai loai chat long nay Hien tugng cong huong kh6ng 16

tuong ling vai tan so cue dai cua dao dong Sau do Wikinson xem cong

huang khong 16 nhu la sieu vi tri (super position) do sir dong gop cua tat ca

cac nucleon rieng le M6i mot nucleon nhan mot phan nang lugng tu sir hap

t y •> f

thu photon Cong huong khong 16 la tong tat ca cac cong huang nho do [3]

Tiet dien phan ung cua cong huong khong 16 thuong dugfc bieu dien

gan dung bang duong cong Lorent [19]:

trong do EQ la nang lugng cong huong, T la do rong cong huong, QQ gia tri

tiet dien cue dai

Sir tach cua cong huong khong 16 the hien cac hat nhan bi bien dang

tuong ung voi su kich thich doc va ngang qua true d6i xung cua hat nhan

Cac tinh toan ly thuylt v6 su dich chuyen luong cue ciia cac hat nhan chi ra

rang tiat dien tich phan ciia phan ung quang hat nhan thoa man he thuc

Levinger - Bethe:

00

a , = \c7{E)dE = 0,06NZ/A

/.: (1.24)

trong do N la s6 hat nhan trong bia, Z va A la ngu>en tu s6 va s6 kh6i ciia

bia, aint la ti^t dien tich phan cua phan ung quang hat nhan

Bang sir so sanh tiet dien hap thu quang hat nhan toan phan quan sat dugc

va cac tien doan ly thuyet da cho thay sir hap thu luang cue dong vai tro chinh trong vung cong huang kh6ng 16

Hinh 1.9 bieu dien tiet dien bat natron ciia phan ling ^^^Pb(y,xn) [9].- Cac loai phan ling quang hat nhan sinh natron do cac biic xa gamma so cap gay ra:

7.2.2 Bac trirng ciia quang natron tie may gia tdc electron

Nang lugng ciia cac natron sinh ra tu cac phan ling quang hat nhan phu

thugc chii yeu vao nang lugng ciia biic xa ham va so khoi ciia hat nhan bia

F.Jallu et al dua ra c6ng thiic tinh gan diing nang lugng cua notron E^ nhu

sau [7,15]:

" A ^'-"^ 1862(^-1)' ^ 93M^ "' (1.25)

trong do, k la nang lugng ciia photon (MeV), A la so khoi ciia hat nhan bia,

Es(y,n) la nang lugng nguong cua phan ling (MeV), 0 la g6e phat xa eiia cac

natron so voi true ciia chiim electron toi

Tu phuong trinh tren ta thay nang lugng cua notron thay doi cham theo

goc phat xa, dac biet la voi cac nguyen to nang Cac vat lieu co so Z Ion do

nang lugng lien ket notron thap nen thuong cho suat lugng phat natron Ion

f r

Trir truang hgp ciia D va Be, mac dii so Z nho nhung nang lugng lien ket

notron ciia chiing thap mot each bat thuong nen cung thuong dugc dung lam

bia de tao nguon notron De tao notron nguoi ta thuong ban pha true tiep cac

bia bai cac electron nhanh hoac dung chiim biic xa ham ban pha vao mot bia

thii cap a sat bia tao biic xa ham Suat lugng phat notron (n/s) c6 the nhan

dugc tu bieu thiie:

M

(1.26)

trong dc), M, p, va d la khoi lugng nguyen tii mat do va be day cua bia, NQ la

s6 Avogadro, (j)c la thong lugng chum dien tu toi (dien tir/s) ar la tiet dien

toan phSn bao gom tong tiet dien ciia tat ca cac qua trinh dan to*! phai xa

notron

Pho quang natron c6 dang tuong tu nhu pho phan bach va co phan bo

g6c gan nhu dang huang, dieu nay co nghTa la cac phan ling hat nhan th6ng

qua giai doan tao thanh cac hat nhan hgp phan hay co che bay hoi notron

Mgt each gan diing ph6 quang notron co the m6 ta boi c6ng thiic d6i voi mau

bay hoi natron [3]:

trong d6, E la nang lugng notron, k va T la cac he s6

Hinh 1.10 bieu dien sir phu thugc ciia suat lugng natron vao be day bia

Ta dugc ban bai chiim electron 100 MeV [3]:

Hinh 1.10 Suphu thuoc cua suat luang natron vao be day bia Ta duac bdn

bai chiim electron 100 MeV

Khi sii dung cac bia khac nhau co the cho cac dang pho natron nhanh

r f r

khac nhau Be va D la nhiing hat nhan nhe eo nang lugng lien ket thap, suat

lugng ncrtron tren mot electron Ion hon cac hat nhan nhe khac, va cho thong

lugng notron nhiet Ion ban Tuy nhien cac bia nang lai cho mat do thong

lugng natron lan nhat, dieu nay c6 the giai thich la do tiet dien phan ling ciia

cac hat nhan nhe thip ban do ban kinh hat nhan nho ban, ngoai ra tiet dien

hap thu doi vol cac hat nhan nang cao hon cac hat nhan nhe, nghTa la quang chay ciia chung trong Pb nho hon trong Be Do do cac bia d6i voi cac hat nhan nhe thuong dugc thiSt kd day hon Hinh 1.11 la phan b6 ciia notron phat ratir biaTa day [16]:

80x10

^ 6.0x10"

• exp.data calculation

10 14 16

Neutron Energy (MeV)

»

Hinh I.I I Pho natron phat ra tu bia Ta day

Sir hien dien ciia cac photon biic xa ham tren cac may gia t6c electron tao ngu6n notron la nguyen nhan gay ra ph6ng can nhieu trong cac thi nghiem voi natron De khac phuc van de nay ta co the giam nang lugng dien

tu, dilu nay co the thuc hien de dang voi cac may gia toe, mac dii suat lugng natron phu thugc kha manh vao nang lugng ciia electron nhung do c6ng suat dong CO th§ giii 6n dinh khi thay doi nang lugng nen viec giam suat lugng natron la khong nhi6u Vi du khi thay d6i nang lugng electron tu 30 MeV xu6ng 15 MeV suat lugng notron chi giam di 1,5 lan Thong lugng notron tang len khi tang c6ng suat trung binh ciia chum hat gia t6e D6i voi may gia

toe microtron, vai cong suat dong dien tii ca 10 kW cho th6ng lugng notron nhiet c& 10 n.cm" s" khi sii dung bia Pb Nhung khi tang c6ng suat dong mot van de nay sinh la sir tang nhiet do, dieu nay c6 the giai quyet nho cac he thong lam nguoi [11]: Hinh 1.12 bieu dien phan bo notron nhanh doc theo bia PbvabiaBe[20]

Hinh 1.12 Phan bo notron nhanh doc theo bia Pb va bia Be

1.2.3 Co" che sinh notron tir chum gamma nang lirong cao

Khi chi6u chum electron c6 nang lugng cao, cuong do Ion ban pha vao bia nang tao ra chum buc xa ham co nang lugng Ion va cuong do manh D6i voi photon nang lugng cao ( Ion hon vai tram MeV) khi tuong tac voi hat nhan bia se xay ra nhi6u hieu ung phuc tap nhu hieu ung quasi-deutron, phat

xa cac photonmeson, pion va cac hat co ban khac Voi photon nang lugng cao, cac notron dugc sinh ra chu yeu tu phan ung (y.xn), hay phan ung quang hat nhan sinh nhi6u hat notron Ngoai ra cac notron nang lugng cao con dugc sinh ra tu phan ung toe ( photospallation), quasi- deutron

Cac nghien cuu thuc nghiem do thong lugng va pho notron 6 vung nang lugng cao sinh ra tu cac may gia t6c electron nang lugng cao, nhat la co

GeV chua nhieu Mot so phan mem dugc xay dung d6 tinh ph6 notron nang

lugng cao nhu CEM95,EGS4,PICA95,LAHET2.7 Cac kk qua tinh toan ph6

notron nang lugng cao sai khac voi s6 lieu thuc nghiem Di6u nay chung to

mot thuc te la cac mau dugc su dung trong tinh toan cua cac phhn m6m chua

hoan chinh Va dieu nay cung chung to co che cua phan ung hat nhan 6 nang

lugng cao chua dugc hieu bi6t mot each dhy du

Chu-ang 2 PHLfONG PHAP VA KY THUAT THl/C NGHIEM TRONG

NGHIEN Ciru DAC TRUNG CUA BLTC XA HAM VA NOTRON

2.1.Phu'0'ng phap xac dinh dac tru-ng cua birc xa ham va notron sinh ra tir may gia toe electron

2.1.1 Ma dau

Biic xa ham va notron dugc sinh ra khi chiim electron dugc gia t6c tuong tac voi hat nhan bia da dugc trinh bay trong chuong 1 Truong biic xa sinh ra khi chieu chum electron dugc gia toe vao bia, la truang hon hgp g6m natron

va biic xa gamma Viec xac djnh dac trung cua biic xa ham hoac notron sinh

ra tu bia gap nhieu kho khan lien quan true tiep den can nhilu L/ng voi moi loai biic xa can phai lira chgn phuang phap va ky thuat do thich hgp

Doi voi biic xa notron, cho den nay, co nhieu each khac nhau de ghi nhan notron Phuang phap ghi nhan tiie thai voi cac detector notron nhu 6ng dem B, He, Li, bu6ng phan bach, 6ng dem proton giat lui Notron con c6 the dugc ghi nhan bang ky thuat thai gian bay (TOF) dua tren tinh chat xung cua biic xa Phuang phap kich boat phong xa voi uu diem quy trinh thuc nghiem kh6ng qua phiic tap nhung van dam bao do chinh xac cao nen cung dugc sii dung nhieu de ghi nhan notron

D6i voi biic xa ham co ph6 lien tuc, kh6ng the diing true tiep ph6 k6 gamma de xac djnh cac dac trung cua biic xa ham Tren thuc te, de xac dinh cac dac trung cua biic xa ham phuong phap kich boat dugc sir dung ph6 biln

2.1 2 Phirang phap kich hoat phong xa

Phan ling hat nhan gay boi natron hoac photon biln cac hat nhan b6n tro thanh cac hat nhan phong xa Cac d6ng vi ph6ng xa tao thanh sau phan ling hat nhan dugc nhan dien can cii vao nang lugng cua cac dinh pho gamma (Ey) va thai gian ban ra (T1/2) Hoat do phong xa ciia cac hat nhan ph6ng xa dugc tao thanh sau phan ling, dugc xac dinh dua vao dien tich dinh hap thu toan phan ciia biic xa gamma dac trung va la co so de xac djnh th6ng lugng ciia biic xa kich boat Nhu vay de do notron hoan toan co the sii dung phuong phap kich boat phong xa Uu diem chinh cua phuong phap nay la c6 do nhay

va do chinh xac cao, lai co the ap dung dugc cho ca cac truong hgp ngu6n biic xa kich boat phat ra theo che do lien tuc hoac che do xung [1,3]

Xet phan ling A(a,b)B trong do hat nhan B tao thanh la hat nhan phong

xa, c6 chu ky ban ra la T Gia sii chiim hat toi eo thong lugng biic xa la ^, s6 hat nhan A tren bia bang NoCon tiet dien phan ling la cr D6i voi hat nhan san pham B trong thoi gian phan ling xay ra luon eo hai qua trinh canh tranh, d6 la:

- Qua trinh thii nhat la qua trinh tao thanh hat nhan B tu phan ling A(a,b)B, qua trinh nay lam tang s6 hat nhan B trong thoi gian phan ling xay ra hay qua trinh chieu

- Qua trinh thii hai la qua trinh phan ra phong xa ciia hat nhan B, lam giam s6 hat nhan B co trong bia

D6 tim sir phu thuoc cua s6 hat nhan B la N vao thoi gian t, ta di lap phuang trinh vi phan cua N theo thoi gian t Goi N la so hat nhan B tai thai dilm t, eon N + dN la so hat nhan bia tai thoi diem t + dt Dai lugng dN la do bi6n thien ciia hat nhan B trong khoang thoi gian dt

Trong khoang thai gian dt, s6 hat nhan B dugc tao thanh tu phan ling

hat nhan la dNj dugc xac dinh theo c6ng thiic sau:

dN,=N^.a.(p.dt (2.1)

cung trong khoang thai gian dt s6 hat nhan B bi phan ra phong xa la

dN2 dugc xac djnh theo c6ng thiic sau:

Thay cac dai lugng dNi va dN2 tu cac c6ng thiic (2.1) va (2.2) vao cong

thiic (2.3) tro thanh cong thiic sau:

dN^j\\^.a.(/).di - A.N.di (2 4)

trong d6 dau trir chi ra rang qua trinh phan ra lam giam s6 hat nhan B

Tu phuong trinh (2.4) chia ca 2 ve cho dt ta thu dugc phuong trinh vi

phan eiia N theo t co dang nhu sau:

dt ' ^ (2.5)

Voi dieu kien so hat nhan B tai thoi diem ban dau bang kliong, nghiem

phuong trinh vi phan (2.5) c6 dang nhu sau:

A'^ "^ (1-g )

A (2.6)

Hoat do phong xa ciia hat nhan B tren bia tai thoi diem t dugc xac dinh

theo cong thuc:

A^A.X=^.\\,(f).a(\ ~e"") (2.7)

Khi thai gian chieu mau t tang, ham s6 e" ' giam dan, boat do phong xa

tang Khi thai gian chieu / >-^r ham e~'^' tien den kh6ng, boat do ph6ng xa

dat gia tn cue dai va bang ^a4-^- Th6ng thuang thai gian chieu mlu Ion hon

5 den 7 lan chu ky ban ra, boat do phong xa ciia hat nhan B da dat gia trj bao

hoa

Sau khi ngirng chieu mau, boat do phong xa ciia hat nhan B tren bia

giam theo ham so mil Ggi tj la thoi gian chieu mau, khi bat dau ngirng chieu

mau boat do phong xa ciia boat nhan B tren bia dugc xac djnh theo c6ng thiic

sau:

A^^^N^,a.<j>i\-e-'') (2.8)

O day Ao la boat do phong xa cua hat nhan B tren bia tai thoi diem bat dau

ngirng chieu mau Hoat do ph6ng xa sau khi ngirng chieu mot thai gian t dugc

xac dinh theo ham s6 e mu:

A^A^,.e'''^N^^.a.H\~e-'').e-'' (2.9)

trong c6ng thiic tren, A la boat do ph6ng xa tai thoi diem tj, t thoi gian dugc

tinh tu thai diem bat dau ngirng chieu mau Trong phuong phap kich boat can

phai xac dinh boat do phong xa cua mau sau khi ngirng chieu mau Hoat do

ph6ng xa thuong dugc xac dinh theo phuong phap do ph6 gamma Thong

thuong sau khi ngirng chieu mau, boat do phong xa cua mau kh6ng dugc do

ngay ma sau khoang thai gian td moi bat dau xac dinh boat do phong xa ciia

mlu D6 xac djnh boat do phong xa ciia mau, thuong do mau trong mot

khoang thai gian tu ti d6n t2 S6 hat nhan B phan ra phong xa trong khoang

thai gian tu ti din t2 dugc xac dinh theo c6ng thiic sau:

C{l,J,.t^^\A{l)dt = \N,,a.<t>.{\-e-'" )e-"dl (2.10)

'i 'i

trong do, C(ti,ti,t2) la so hat nhan B phan ra trong trong khoang thoi gian tu ti

d6n t2 Tich phan (2.10) ta thu dugc ket qua sau:

C(/„/,,/2) = N^.CT.<I> (1-^"'^').^ ' 0 - ^ ' ) -^J.\ -A I - A r (2.11)

trong do, td la thai gian nghi hay thai gian phoi mau dugc tinh tii thoi di6m

bat dSu ngung chieu mau den thai diem bat dm do, ta co td ^ ti - ti, con t^ la

khoang thai gian do, tc= t2 -ti

Sir phu thugc ciia boat do phong xa vao thoi gian chi6u, thai gian phoi

mau va thai gian do dugc bi6u dien tren hinh 2.1 Hoat do tich phan C, chinh

la dien tich ling voi thai gian do tc [1,3]:

• Thai gian

Hinh 2.1 Suphu thuoc cua hoat do phong xg vao thai gian kich hogt (ti),

thai gian phan ra (t^ va thai gian do (tc)

Sir CO mat cua hat nhan B dugc nhan dien dua vao dinh hap thu toan

phan ciia vach biic xa gamma dac trung cua B va chu ky ban ra cua n6 So hat

nhan da phan ra C(ti,ti,t2) trong thai gian do dugc xac dinh dua vao dien tich

f \ r

dinh hap thu toan phan eiia vach biic xa gamma dac trung Dien tich dinh hap

thu toan phan ciia vach biic xa gamma dac trung ty le thuan voi s6 hat nhan

da bj phan ra trong thai gian do tc hay trong khoang thoi gian tu t| den t2

Ngoai ra, dien tich dinh hap thu toan phan vach biic xa gamma dac trung phu

thugc vao cac dai lugng sau:

-^r la cuong do ciia vach biic xa dac trung hay la xac suSt phat tia biic

xa dac trung dugc sii dung de xac dinh boat do ciia hat nhan phong xa B

- Hieu suat ghi s ciia dinh hap thu toan phan ciia vach biic xa gamma

dac trung Hieu suat ghi thuang dugc xac dinh dua vao mau chuan da biet

truac boat do phong xa Mau chuan co hinh dang kich thuoc gi6ng nhu mau

phan tich, chiia nguyen t6 phong xa B

- He s6 hieu chinh F tinh den hieu ling thoi gian chet, sir ch6ng chat

xung, hinh hgc phep do He s6 hieu chinh luon nho hon 1

Dien tich dinh hap thu toan phan dugc xac dinh theo c6ng thuc sau:

N^.a.(l>.s.I.F C= -^—!-—'-—.(1-e-"' ).e-""{\-e-"^)

A (2.12) D6i voi cac ngu6n biic xa kich hoat lam viec 6 che do xung nhu cac

may gia t6c, can tinh den qua trinh phan ra ph6ng xa giiia cac lan lap lai ciia

xung biic xa kich boat Hinh 2.2 bieu dien qua trinh kich hoat d6i voi cac

ngu6n biic xa lam viec o che dp xung [3]:

<o-to

o

Thai gian

Hinh 2.2 Sa do kich hogt phong xg doi vai nguon bice xg a che do xung

Gia su xung eo do rong la x, thai gian mot chu ky la Tp khi do x chinh la

thai gian chi6u va Tp - x la thai gian phan ra trong mot chu ky Ggi NQ la s6