Bước đầu nghiên cứu phản ứng hạt nhân 10в(р,α) trên máy gia tốc 5SDH 2 tại trường đại học khoa học tự nhiên

Với các ngôisao đang trong giai đoạn ổn định mặt trời chẳng hạn thì tốc độ xảy ra phản ứng hạtnhân chậm hơn nhiều so với tốc độ phân rã trung bình của các nhân phóng xạ tạothành trong ph

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Trần Thế Anh

BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 10 B(p,α) TRÊN MÁY GIA TỐC

5SDH-2 TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

-Trần Thế Anh

BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 10 B(p,α) TRÊN MÁY GIA TỐC

5SDH-2 TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao

Mã số: 60 44 05

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ HỒNG KHIÊM

Hà Nội - 2013

Lời cảm ơn

Tôi xin cảm ơn chân thành đến PGS.TS Lê Hồng Khiêm đã tận tình chỉ

dẫn, giúp đỡ trong quá trình thực hiện bản luận văn này.

Xin cảm ơn GS KUBONO – đại học tổng hợp Tokyo, đã mang đến ý tưởng về phản ứng hạt nhân khả dĩ có thể thực hiện được trên máy gia tốc 5SHD-2 tại trường đại học Khoa học Tự nhiên, cũng như mẫu Boron nitride mà ông đưa từ Nhật sang.

Xin cám ơn đến các đồng nghiệp trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân, đặc biệt là các đồng nghiệp trong nhóm máy gia tốc đã dành nhiều thời gian vận hành máy, trao đổi, giúp đỡ để ghi nhận được các số liệu tốt; đồng nghiệp Lê Tuấn Anh đã có những trao đổi, giúp đỡ trong quá trình xử lý số liệu thực nghiệm.

Xin cám ơn đến các đồng nghiệp trong Trung tâm Vật lý hạt nhân, Viện vật lý

đã có những ý kiến quý báu khi thực hiện thí nghiệm.

Danh mục các hình vẽ bảng biểu

Mở đầu……… 1

Chương 1 Một số đặc trưng của phản ứng hạt nhân………5

1.1 Tóm lược về phản ứng hạt nhân………6

1.2 Phản ứng hạt nhân gây ra bởi các hạt tích điện nhẹ………15

1.3 Một vài điểm cơ bản về thiên văn học hạt nhân ……….19

Chương 2 Thiết bị thực nghiệm……….23

2.1 Giới thiệu về máy gia tốc thẳng 5SDH-2……….23

2.2 Giới thiệu về buồng phân tích……… 27

2.3 Các detector……… 29

Chương 3 Thí nghiệm và phân tích số liệu……… 35

3.l Thí nghiệm xác định suất lượng phản ứng hạt nhân……….…35

3.2 Xác định suất lượng của phản ứng……… 37

3.3 Ghi nhận và phân tích phổ của các mẫu sau khi chiếu……… 41

3.4 Một số hiệu chỉnh để nâng cao độ chính xác………50

Kết luận……… 53

Tài liệu tham khảo……….54

Hình 2.3 Sơ đồ buồng phân tích trên hệ máy gia tốc 5SHD-2

Hình 2.4 Hình ảnh thực tế buồng phân tích trên hệ máy gia tốc 5SHD-2

Hình 2.5 Hình ảnh detector bán dẫn siêu tinh khiết model BEGe 5030 với buồng phông thấp và hệ điện tử tại phòng thí nghiệm Bộ môn Vật lý Hạt nhân, trường ĐH KHTN

Hình 2.6 Đặc trưng đường chuẩn năng lượng và đường cong độ phân giải phụ thuộc vào năng lượng của hệ phổ kế gamma model BEGe 5030

Hình 2.7 Đường cong hiệu suất ghi của hệ phổ kế model BEGe 5030 với các khoảng cách khác nhau

Hình 2.8 Đường chuẩn năng lượng của detector nhấp nháy NaI đặt tại buồng phân tích của hệ máy gia tốc 5SDH-2

Hình 2.9 Đường đặt trưng hiệu suất ghi detector nhấp nháy NaI đặt tại buồng phân tích của hệ máy gia tốc 5SHD-2 tại khoảng cách 5 cm từ nguồn

Hình 3.1 Sơ đồ mức năng lượng của các hạt nhân trong phản ứng 10 B(p,α) 7 Be Hình 3.2 Mô phỏng chùm tia đi xuyên vào trong mẫu để xác định độ xuyên sâu Hình 3.3 Sơ đồ mô tả quá trình phần rã của các hạt nhân phóng xạ trong mẫu Hình 3.4 Hình ảnh phổ ghi nhận từ detector bán dẫn model BEGe 5030 của mẫu sau khi chiếu trong buồng phông thấp

7

Hình 3.8 Đồ thị mô tả đường làm khớp với số liệu thực nghiệm suất lượng tổng cộng

Hình 3.9 Đồ thị mô tả đường làm khớp với số liệu tính toán năng suất hãm từ phần mềm SRIM

Hình 3.10 Đồ thị mô tả tiết diện phản ứng B(p,α) theo năng

lượng Hình 3.11 Sơ đồ phân rã đơn giản

Bảng 1.1 Một số loại tiết diện phản ứng hạt nhân.

Bảng 2.1 Thông số của các nguồn chuẩn được sử dụng để chuẩn hiệu

suất Bảng 3.1 Thông số các lần chiếu mẫu

Bảng 3.2 Bảng kết quả tính toán suất lượng tổng tạo ra 7 Be

Bảng 3.3 Kết quả tính toán suất lượng tạo ra 7 Be ở trạng thái kích

thích Bảng 3.4 Kết quả tính năng suất hãm dùng phần mềm SRIM

Luận văn tốt nghiệp

Mục tiêu chính của thiên văn học hạt nhân là tìm hiểu cơ chế tạo thành nănglượng và các nguyên tố trong các sao cũng như làm sáng tỏ quá trình biến đổi củacác sao Phản ứng hạt nhân đóng vai trò chính trong các quá trình này Với các ngôisao đang trong giai đoạn ổn định (mặt trời chẳng hạn) thì tốc độ xảy ra phản ứng hạtnhân chậm hơn nhiều so với tốc độ phân rã trung bình của các nhân phóng xạ tạothành trong phản ứng hạt nhân Do đó các nhân phóng xạ tạo thành có đủ thời gian

để kịp phân rã tiếp trước khi chúng kịp tham gia vào phản ứng hạt nhân tiếp theo

Hệ quả là với những sao đang trong giai đoạn ổn định thì phản ứng hạt nhân xảy ragiữa các đồng vị bền đóng vai trò quan trọng

Kịch bản này sẽ khác đối với các ngôi sao đang ở trong giai đoạn biến độngmạnh Với những ngôi sao đang ở trong giai đoạn này, khoảng thời gian trung bìnhgiữa các phản ứng hạt nhân ngắn hơn nhiều so với thời gian phân rã trung bình củacác nhân phóng xạ được tạo thành trong phản ứng hạt nhân Do vậy, những hạt nhânphóng xạ này không kịp phân rã trước khi chúng tham gia vào phản ứng hạt nhânmới Hệ quả là phản ứng hạt nhân trên các sao đang trong thời kỳ biến động mạnh

sẽ chủ yếu là phản ứng giữa các hạt nhân phóng xạ hoặc ít nhất một trong số hai hạtnhân tham gia vào phản ứng là hạt nhân phóng xạ Hạt nhân thứ hai thường là cáchạt nhẹ như proton hoặc alpha Khi đó cơ chế của phản ứng xảy ra giữa các hạtnhân phóng xạ đóng vai trò vô cùng quan trọng Để hiểu được cơ chế tạo nănglượng và các nguyên tố trên các ngôi sao, cần hiểu được cơ chế phản ứng hạt nhânxảy ra giữa các nhân phóng xạ và đo được tiết diện của các phản ứng hạt nhân này

diện công nghệ và đòi hỏi một lượng đầu tư lớn Do tiết diện của các phản ứng loạinày rất nhỏ nên cần phải tạo được các chùm hạt nhân phóng xạ có cường độ đủmạnh và với độ tinh khiết cao Một khó khăn nữa là các phản ứng hạt nhân cần chothiên văn học lại chỉ xảy ra ở vùng năng lượng rất thấp nên việc tạo ra các chùm hạtnhân phóng xạ có cường độ mạnh với năng lượng thấp là bài toán rất khó [6].

Có hai phương pháp đo tiết diện của các phản ứng hạt nhân trong đó mộttrong hai hạt tham gia vào phản ứng là phóng xạ còn hạt kia là bền [2] Phươngpháp thứ nhất dùng bia được chế tạo từ các hạt nhân phóng xạ Khi đó người ta cấycác đồng vị phóng xạ cần nghiên cứu lên một giá và dùng chùm hạt nhân bền để bắnphá bia này Phương pháp bia phóng xạ này thích hợp với các nhân phóng xạ có thờigian sống tương đối dài Phương pháp thứ hai thường được gọi là phương phápchùm hạt nhân phóng xạ Trong phương pháp này, người ta tạo ra chùm hạt nhânphóng xạ cần nghiên cứu bằng một phản ứng hạt nhân sơ cấp Các sản phẩm củaphản ứng sơ cấp trong đó có các hạt nhân phóng xạ cần nghiên cứu sẽ được lọcbằng phổ kế từ để loại các hạt nhân không quan tâm Sau đó chùm hạt này sẽ bắnvào bia bền chứa hạt nhân thứ hai tham gia vào phản ứng cần đo Phương pháp nàythích hợp với các hạt nhân có thời gian sống ngắn

Đa số các đồng vị phóng xạ tham gia vào phản ứng hạt nhân trên các sao cóthời gian sống ngắn nên việc tạo ra các chùm hạt nhân phóng xạ là điều kiện tiênquyết để có thể nghiên cứu phản ứng hạt nhân xảy ra trên các sao [9]

Do vai trò quan trọng của vật lý hạt nhân trong thiên văn học, ở các nướcphát triển có trình độ khoa học cao như Mỹ, Canada, Châu Âu, Nhật Bản và TrungQuốc, người ta đã và đang đầu tư một lượng tài chính đáng kể để xây dựng nhữngtrung tâm gia tốc mạnh kèm theo những phổ kế từ hiện đại để có thể tạo ra được cácchùm hạt nhân phóng xạ cần cho việc nghiên cứu thiên văn học hạt nhân [10]

Các nguyên tố Li, Be và B là những nguyên tố đóng vai trò quan trọng tronglĩnh vực thiên văn học Chúng đóng vai trò trong quá trình tổng hợp các nguyên tốnặng trong các ngôi sao, cho phép hiểu được cơ chế tạo thành và biến đổi của các

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Luận văn tốt nghiệp

ngôi sao Gần đây, người ta đang đẩy mạnh nghiên cứu độ phổ biến của các nguyên

tố này trong các ngôi sao Các phản ứng hạt nhân (α,p) xảy ra tại năng lượng nằmtrong cửa sổ Gamow là các phản ứng chính làm giảm độ phổ biến của các đồng vịnày trong các sao Vì vậy để hiểu được sự hình thành và biến đổi của các sao, cầnphải đo được tiết diện của các phản ứng này

Trong số các phản ứng hạt nhân gây ra biến đổi độ phổ biến của các đồng vịtrên thì phản ứng hạt nhân 7Be(α,p)10B được xem là một trong những phản ứngquan trọng trong chu trình pp và một số chu trình tiếp theo Phản ứng này xảy ratrong các ngôi sao có nhiệt độ đủ cao Chỉ có một số rất ít mức cộng hưởng tronghạt nhân hợp phần 11C nằm trong cửa sổ Gamow mới có thể tham gia vào phản ứnghạt nhân 7Be(α,p)10B Việc nghiên cứu đặc trưng của các mức cộng hưởng này sẽcho phép tính được tốc độ của phản ứng này trong các ngôi sao

Hiện nay, thông tin về các mức kích thích của hạt nhân 11C còn đang rấtthiếu Các mức cộng hưởng nằm trên năng lượng kích thích Eex=9 MeV đã đượcnghiên cứu thông qua các phản ứng 10B(p,α) và một số phản ứng hạt nhân khác,chẳng hạn như 12C(p,d)11C Thông thường các cộng hưởng này có độ rộng cỡ 100keV Tuy nhiên người ta chưa biết chính xác độ rộng của kênh rã alpha Гα bằng baonhiêu Thậm chí cả các đặc trưng lượng tử của một số cộng hưởng nằm trong vùngnày như spin và chẵn lẻ JΠ cũng chưa xác định Các mức cộng hưởng nằm thấp hơntrong khoảng Eex = 8- 9 MeV thì độ rộng nhỏ hơn và người ta chỉ mới xác địnhđược độ rộng của hai cộng hưởng nằm tại Eex=8.11 MeV và Eex=8.42 MeV Tham

số của 2 cộng hưởng này đã được xác định trực tiếp bằng phản ứng 7Be(α,γ)11C

Tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân thuộc trường Đại học Tổng hợp Tokyo,người ta đã tiến hành thí nghiệm đo phản ứng tán xạ đàn hồi 7Li+α để nghiên cứutham số của các mức cộng hưởng trong hạt nhân 11B và đã xác định được các độrộng Гα Gần đây nhất, một thí nghiệm khác nghiên cứu tán xạ đàn hồi 7Be+α vàphản ứng 7Be(α ,p)10B cũng đã được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân

phản ứng này được đo bằng động học ngược dùng chùm hạt nhân phóng xạ 7Be tạo

ra từ máy gia tốc cyclotron của Viện Vật lý và Hóa học RIKEN kết hợp với phổ kế

từ CRIB của Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân của Đại học Tổng hợp Tokyo Người

ta đã đo được các đường cong kích thích 7Be(α,α0)7Be, 7Be(α,α1)7Be*, 7Be(α,p0)10B

và 7Be(α,p0)10B* Việc phân tích các đường cong kích thích đo từ thực nghiệm bằng

lý thuyết R-matrix đã cho phép thu được tham số cộng hưởng của các mức đóng vaitrò quan trọng đến phản ứng

Tại Khoa Vật Lý của Đại học KHTN Hà Nội mới đây đã lắp đặt máy gia tốcPelletron có thể gia tốc được các chùm hạt tích điện ở vùng năng lượng thấp trong

đó có chùm proton [12] Như đã nói ở phần trên, phản ứng hạt nhân 7Be(α,p)10Bđóng vai trò quan trọng trong thiên văn học nên chúng tôi mong muốn có thể nghiêncứu phản ứng này trên máy Pelletron Có thể nghiên cứu phản ứng này bằng cáchnghiên cứu phản ứng ngược 10B(p, α)7Be kết hợp với nguyên lý cân bằng chi tiếttrong phản ứng hạt nhân Nguyên lý này cho phép tính tiết diện của quá trình nào đónếu biết được tiết diện quá trình ngược lại ở cùng một năng lượng toàn phần trong

hệ quy chiếu khối tâm

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

1.1 Tóm lược về phản ứng hạt nhân

1.1.1 Phân loại phản ứng hạt nhân

Phản ứng hạt nhân xảy ra khi một chùm hạt hoặc bức xạ tương tác với hạtnhân ở khoảng cách gần cỡ 10−13cm và sau phản ứng hạt nhân có sự phân bố lạinăng lượng, xung lượng và phát ra một hoặc nhiều hạt, bức xạ Có nhiều cách phânloại phản ứng hạt nhân, có thể phân loại theo hạt tới, hạt sản phẩm hay theo cơ chếphản ứng

Nếu xét theo các sản phẩm tạo thành ta có thể phân phản ứng hạt nhân thànhcác loại sau:

Tán xạ đàn hồi X(a,a)X: hạt tới chỉ thay đổi hướng chuyển động (có thể cảhướng spin), sau phản ứng hạt tới và hạt nhân bia vẫn ở trạng thái cơ bản

Tán xạ không đàn hồi X(a,a’)X*: hạt tới truyền một phần động năng cho hạtnhân bia, sau phản ứng hạt nhân bia ở trạng thái kích thích, độ lớn moment của cáchạt thay đổi

Tán xạ giả đàn hồi X(a,ap)Y, hoặc X(a,ad)Y : khi năng lượng truyền trongphản ứng lớn hơn năng lượng tách các mảnh hạt nhân (như nuclôn, đơtơri ), hạtnhân sẽ phát ra một hạt Hạt tới bị mất năng lượng ở trạng thái cuối

Phản ứng biến đổi X(a,b)Y: là phản ứng mà hạt đạn và hạt nhân dư khácnhau số khối A Trong phản ứng này cần kể đến phản ứng tước hạt (strippingreaction), một nucleon của hạt tới bị hấp thụ bởi hạt nhân bia, phần hạt còn lại tiếptục chuyển động qua bia; phản ứng đoạt hạt (pickup reaction), hạt tới đoạt mộtnucleon của hạt nhân bia; ngoài ra còn có các phản ứng trao đổi điện tích (chargeexchange) và phản ứng knock-out

Dựa trên cơ chế phản ứng ta có thể phân chia phản ứng hạt nhân thành các loại sau:

Phản ứng hạt nhân hợp phần: có hai quá trình liên tiếp xảy ra Hạt nhân bia

lượng kích thích được phân bố lại cho các nuclôn Sau đó một hoặc một nhómnuclôn có thể nhận được đủ năng lượng bay ra khỏi hạt nhân hợp phần.

Phản ứng hạt nhân trực tiếp: là phản ứng mà giữa kênh vào và kênh ra khôngtồn tại trạng thái trung gian

Phản ứng hạt nhân tiền cân bằng là phản ứng nằm giữa phản ứng trực tiếp vàphản ứng hợp phần Năng lượng của hạt đến được truyền cho một nhóm các nuclôntrong hạt nhân bia Các nuclôn này khởi xướng cho một loạt các phản ứng nối tầng,tại một tầng nào đó một hạt sẽ được phát ra (trước khi hạt nhân hợp phần đạt trạngthái cân bằng thống kê)

Phản ứng hạt nhân không phải hoàn toàn là tương tác mạnh, nó tùy thuộc vàohạt tới Phản ứng hạt nhân là tương tác mạnh nếu hạt đến là proton, nơtron, ions Phản ứng hạt nhân có thể là tương tác điện từ nếu hạt đến là photon, electron, ions Còn khi hạt đến là nơtrino thì phản ứng hạt nhân thuộc loại tương tác yếu

Đối với bia và hạt tới nhất định, phụ thuộc vào năng lượng của hạt tới màphản ứng xảy ra theo cơ chế nào đó Bên cạnh đó, xác suất tồn tại trạng thái kíchthích cao cũng phụ thuộc vào năng lượng Sự tập trung lực kích thích trong mộtvùng năng lượng nào đó gọi là cộng hưởng khổng lồ

Sau phản ứng hạt nhân thường có hai hoặc ba hạt tạo thành Nếu rất nhiềuhạt tạo thành ta có phản ứng vỡ vụn (spallation) Khi hạt nhân bia bắt nơtron, hạtnhân hợp phần tách ra thành các hạt có số khối tương đương nhau, ta có phản ứngphân hạch Xác suất xảy ra phản ứng phân hạch tỉ lệ với Z2/A Phản ứng phân hạchcùng với phản ứng nhiệt hạch là những phản ứng tỏa ra năng lượng lớn Phản ứngnhiệt hạch là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ

Thang thời gian của phản ứng hạt nhân cỡ 10-22 s, thời gian phản ứng trựctiếp có bậc độ lớn là 10-22 (s), còn thời gian phản ứng hạt nhân hợp phần vào cỡ 10-

16-10-15 s với chùm năng lượng thấp và khoảng 10-21-10-20 s với chùm năng lượngcao

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Luận văn tốt nghiệp

Có rất nhiều mẫu hạt nhân đã được đưa ra để giải thích cơ chế của các phảnứng hạt nhân Mỗi mẫu chỉ có thể áp dụng cho một hoặc một vài loại phản ứng hạtnhân

1.1.2 Các định luật bảo toàn

Khi một phản ứng hạt nhân xảy ra, dù là trực tiếp hay hợp phần cũng đều bị triphối bởi các định luật bảo toàn:

Định luật bảo toàn điện tích và số baryon: trong phản ứng hạt nhân, tổng điện

tích của hạt tới tham gia phản ứng bằng với tổng điện tích của các hạt sản phẩm Vàtrong bất kỳ phản ứng hạt nhân nào, tổng số barion phải là một hằng số Định luậtbảo toàn số barion cho phép giải thích tính bền vững của proton [4]

Định luật bảo toàn năng lượng: phát biểu là năng lượng toàn phần trước phản

ứng và sau phản ứng bằng nhau Đối với quá trình (1.1) định luật bảo toàn nănglượng được viết:

E01+T1= E02+T2

trong đó E01, E02 lần lượt là tổng năng lượng nghỉ của các hạt trước và sau phảnứng Còn T1, T2 lần lượt là tổng động năng của các hạt trước và sau phản ứng

Định luật bảo toàn moment động lượng: trong phản ứng A(a,b)B, gọi ⃗⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗⃗ ,

⃗ , ⃗⃗⃗⃗ là moment động lượng của các hạt tham gia phản ứng, định luật bảo toàn

moment động lượng được viết:

pa + p A = pB + pb Định luật bảo toàn moment góc: tổng moment góc của các hạt tham gia phản

ứng là bảo toàn cũng như thành phần hình chiếu lên phương được chọn Áp dụngcho phản ứng A(a,b)B ta có:

ia + I A+ l Aa = I B+ ib + lBb

với ⃗ , ⃗ , ⃗⃗ , ⃗ là spin tương ứng với các hạt tham gia phản ứng Các spin này có thể đo bằng thực nghiệm hoặc tính toán (dùng mẫu vỏ) Proton có spin là ½, các hạt nhân chẵn-chẵn có spin bằng không Spin của hạt nhân là moment góc riêng của

hạt nhân ở trạng thái cơ bản Các đại lượng ⃗⃗⃗⃗⃗

, ⃗⃗⃗⃗⃗

là moment góc quỹ đạo của các cặp hạt tương ứng, đặc trưng cho chuyển động tương đối giữa các hạt Momen quỹ đạo góc nhận các giá trị nguyên (0,1,2 ) và giá trị cụ thể được xác định thông qua bản chất chuyển động của các hạt [4].

Định luật bảo toàn chẵn lẻ: Trong tương tác điện từ và tương tác mạnh, tính

chẵn lẻ được bảo toàn Phản ứng hạt nhân cũng thuộc vào các loại tương tác này,nên định luật bảo toàn chẵn lẻ cũng có giá trị Xét phản ứng A(a,b)B, định luật bảotoàn chẵn lẻ được viết:

P P ( −1) l Aa = P P ( −1)l Bb

a A

Pa, PA, PB, Pb là tính chẵn lẻ riêng tương ứng với từng hạt tham gia phản ứng Cũngnhư các định luật bảo toàn khác, định luật bảo toàn chẵn lẽ dẫn đến quy tắc chọn lọclàm giới hạn các phản ứng có thể xảy ra

Định luật bảo toàn spin đồng vị: Xét phản ứng A(a,b)B thuộc loại tương tác mạnh, nên cũng tuân theo định

luật bảo toàn spin đồng vị ⃗ Theo định luật này thì spin toàn phần của các hạt trước và sau phản ứng bằng nhau:

T a+ T A = T B+T b

Spin đồng vị đặc trưng cho mức hạt nhân, có nghĩa là các hạt nhân ở các trạngthái năng lượng khác nhau thì có spin đồng vị khác nhau, thay đổi từ Tmin=(N-Z)/2đến Tmax=A/2 Trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích yếu nhận giá trị spin đồng

vị thấp nhất

Các định luật bảo toàn đưa ra giới hạn nhất định đối với phản ứng hạt nhân, và

do đó cho phép chúng ta viết ra được chính xác các phản ứng hạt nhân có thể xảy ra

và có được các thông tin quan trọng về các đặc tính của các hạt tham gia phản ứng

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Luận văn tốt nghiệp

và các hạt sản phẩm Nghiên cứu các phản ứng hạt nhân chính là việc đo đạc tiết

diện phản ứng vi phân như là hàm của năng lượng, cũng như các thông số khác của

hạt bay ra, và xác định phân bố góc và năng lượng của các hạt sản phẩm cũng như

các trạng thái lượng tử của chúng

1.1.3 Động học phản ứng hạt nhân

Xét phản ứng A(a,b)B, theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có:

aA

trong đó T là động năng của các hạt, m là khối lượng nghỉ Giá trị Q của phản ứng

được định nghĩa là tổng năng lượng nghỉ trước phản ứng trừ đi tổng năng lượng

nghỉ sau phản ứng:

Q = ( m

initial

Giá trị Q có thể là âm, dương hoặc bằng không Nếu Q>0 (

phản ứng được gọi là tỏa nhiệt, khi đó năng lượng liên kết giải phóng dưới dạng

động năng của các hạt sản phẩm Nếu Q<0 ( ) phản ứng được gọi

là thu nhiệt, và trong trường hợp này động năng của các hạt ban đầu chuyển thành

năng lượng liên kết Theo thuyết tương đối, sự thay đổi giữa năng lượng và khối

lượng phải thỏa mãn hệ thức ΔE=Δmc2

Các phương trình (1.6) và (1.7) đúng cho bất kỳ hệ quy chiếu nào Xét trong

hệ quy chiếu phòng thí nghiệm, khi đó coi hạt nhân bia đứng yên Áp dụng định

luật bảo toàn động lượng ta có:

p a = p b cos θ+ p B cosξ

0 = p b sinθ − p B sin ξtrong phản ứng, Q coi như đã biết, Ta là thông số điều khiển được, khi đó phươngtrình (1.6), (1.8) và (1.9) lập thành hệ ba phương trình nhưng có bốn ẩn (θ,ξ,Tb và

TB), vì vậy không có lời giải duy nhất Rút ξ và TB từ các phương trình trên ta đượcmối liên hệ giữa Ta và Tb:

m a m b T a

T b =

Hình 1.1: Mối liên hệ giữa Tb và Ta trong phản ứng 3 H(p,n) 3 He

Hình 1.1 minh họa mối liên hệ giữa động năng Ta và Tb đối với phản ứng

3H(p,n)3He (Q = -763.75 keV) Từ hình vẽ ta thấy có hai vùng: thứ nhất là từ 1.019đến 1.147 keV, trong vùng này với giá trị θ chọn để quan sát thì ứng với một giá trịcủa Ta có hai giá trị Tb thỏa mãn (vùng giá trị kép) Vùng thứ hai từ 1.147 keV trở

đi, trong vùng này Tb liên hệ đơn trị với Ta

Từ phương trình 1.10 có thể rút ra được các đặc điểm của phản ứng hạt nhân:

- Nếu Q<0, Ta có một giá trị cực tiểu mà dưới giá trị đó phản ứng không xảy ra, giá trị đó gọi là năng lượng ngưỡng của phản ứng:

T

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Điều kiện ngưỡng luôn xảy ra với θ=0 Nếu Q>0, phản ứng xảy ra ngay cả với

năng lượng hạt tới nhỏ, nhưng khi đó cần xét tới ảnh hưởng của hàng rào thế

Trường hợp này cũng chỉ xảy ra với phản ứng có Q<0, và chỉ có vai trò quan

trọng với phản ứng mà các hạt nhân có khối lượng tương đương nhau Từ phương

trình 1.11 và 1.12 ta lấy xấp xỉ:

T'− T = Tathth m(m −m)

Tồn tại giá trị góc cực đại θm, mà tại đó giá trị kép xảy ra:

Trong thực nghiệm, với góc θ và Ta cho trước, tiến hành đo Tb, qua đó tính được Q

và rút ra mối liên hệ khối lượng giữa các hạt Nếu biết trước ma, mA, mb, thì sẽ tính

được khối lượng mY, từ phương trình 1.10 ta có:

Nếu hạt nhân B sau phản ứng tồn tại ở trạng thái kích thích, thì giá trị Q phải

bao gồm khối lượng nghỉ của trạng thái kích thích:

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

trong đó Q

0

là giá trị Q ứng với trạng thái cơ bản của B, cònkhối lượng nghỉ của hạt nhân B ở trạng thái kích thích (Eex là năng lượng kích

thích) Giá trị cực đại quan sát được của Tb với trạng thái cơ bản của B, do đó từ

(1.15) có thể xác định được Q0 Còn các giá trị khác của Tb ứng với các mức kích

thích cao hơn, thông qua đo Tb xác định được Qex và từ đó rút ra Eex

1.1.4 Suất lượng và tiết diện của phản ứng hạt nhân

1.1.4.1 Suất lượng phản ứng hạt nhân

Suất lượng của phản ứng là số phản ứng xảy ra trên bia trong một đơn vị thời

gian Suất lượng của phản ứng hạt nhân ký hiệu là Y, trong trường hợp chùm hạt

đơn năng, suất lượng Y được xác định theo công thức:

Y =η.N0.σ.φtrong đó η là hệ số hình học, N0 là số hạt nhân trên bia; φ là thông lượng chùm hạt

tới; σ là tiết diện phản ứng hạt nhân

Trường hợp chùm hạt tới có phổ năng lượng liên tục, gọi φ(E) là thông lượng

chùm bức xạ trong vùng năng lượng E, còn σ(E) là tiết diện phản ứng trong vùng

năng lượng E Hàm σ(E).φ(E) được gọi là hàm hưởng ứng hay hàm kích thích trong

vùng năng lượng E Tốc độ phản ứng, đối với hạt tới có năng lượng từ E đến E+dE

là dR được xác định theo công thức:

dR = σ(E).φ(E)dE

Tốc độ phản ứng dR thực chất là số phản ứng xảy ra trên một hạt nhân trong

một đơn vị thời gian do các hạt tới có năng lượng từ E đến E+dE gây ra Tích phân

hai vế của phương trình (1.18), ta có:

Luận văn tốt nghiệp

trong đó R chính là tốc độ phản ứng hay số phản ứng xảy ra trên một hạt nhân biatrong một đơn vị thời gian

Xét trường hợp phản ứng có ngưỡng là Eth, chùm bức xạ tới có năng lượngcực đại là Emax Do tiết diện phản ứng bằng không khi năng lượng chùm hạt tới nhỏhơn ngưỡng của phản ứng Khi đó biểu thức (1.19) được viết lại như sau:

E

max

R =∫σ (E).φ(E)dE E

1.1.4.2 Tiết diện phản ứng hạt nhân

Tiết diện phản ứng là thước đo xác suất tương đối để phản ứng hạt nhân xảy

ra Nếu đặt một detector để ghi hạt b bay ra theo phương (θ,Φ) so với phương chùmhạt tới, detector chiếm giữ một góc khối nhỏ dΩ Gọi Ia là cường độ dòng tới (số hạttrên một đơn vị thời gian), n là số hạt nhân bia trên một đơn vị diện tích, Rb là số hạt

b bay ra trong một đơn vị thời gian, khi đó ta có:

σ =

Detector chỉ chắn một góc khối nhỏ dΩ nên không ghi nhận hết được hạt bay

ra Thực tế chỉ ghi nhận được dRb, do đó chỉ rút ra được một phần tiết diện phảnứng dσ Hơn nữa, các hạt bay ra nói chung không đẳng hướng, chúng sẽ tuân theomột phân bố góc r(θ,Φ) nào đó phụ thuộc vào θ hoặc có thể cả góc Φ Khi đó ta có

dRb=r(θ,Φ)dΩ/4π và tiết diện vi phân góc được định nghĩa:

d σ

=

d Ω

Tiết diện vi phân cho thông tin quan trọng về phân bố góc của sản phẩm phản

ứng Tích phân 1.23 theo toàn bộ góc khối sẽ thu được tiết diện phản ứng Với

dΩ=sinθdθdΦ ta có:

d Ω

Trong nhiều ứng dụng hạt nhân, không chỉ quan tâm đến xác suất tìm thấy hạt

b tại một góc nào đấy mà còn quan tâm đến năng lượng của hạt b Từ đó người ta

đưa ra khái niệm tiết diện vi phân kép d2σ/dEbdΩ Đối với các trạng thái gián đoạn,

khi đó chỉ có một mức năng lượng nằm trong dải dEb, nên việc phân chia tiết diện

vi phân kép và tiết diện vi phân góc là không cần thiết Nếu không quan tâm tới góc

bay ra của hạt b, mà chỉ quan tâm tới năng lượng của hạt b, thì ta có tiết diện vi

phân theo năng lương dσ/dE, khi đó E có thể là năng lượng kích thích của hạt nhân

Luận văn tốt nghiệp

Tiết diện

phân kép

Tiết diện tổng σt chính là tổng của các tiết diện phản ứng của tất cả các hạt bay

ra Tiết diện này có thể tính được bằng cách đo sự suy giảm chùm tia khi cho mộtchùm tia chuẩn trực đi qua bia

Khi nghiên cứu một phản ứng cụ thể nào đó, tiết diện mà ta quan tâm sẽ phụthuộc vào chúng ta đo cái gì Bảng 1.1 tổng kết các loại tiết diện, cùng với ứng dụngcủa chúng

1.2 Phản ứng hạt nhân gây bởi hạt tích điện nhẹ

1.2.1.Vai trò của hàng rào thế Coulomb

Khi hạt tích điện tương tác với vật hạt nhân, đường cong thế năng có dạng nhưhình 1.4 Đường cong nằm bên trên trục hoành là do lực đẩy Coulomb của hạt nhân

và hạt tích điện Thế năng trong vùng này phụ thuộc vào khoảng cách theo côngthức:

= Zze2

Xét hạt đến có động năng T<BC, theo cơ học cổ điển thì hạt không đi đượcvào hạt nhân trong trường hợp này Tuy nhiên, theo cơ học lượng tử, hạt với độngnăng T<BC vẫn có xác suất đi qua hàng rào thế Xác suất để hạt đi qua hàng rào thế,hay còn gọi là độ thấm thấu được cho bởi công thức [11]:

trong đó μ là khối lượng rút gọn, T là động năng trong hệ khối tâm Giới hạn dướicủa tích phân được coi bằng bán kính hạt nhân, còn giới hạn trên thu được khi giảiphương trình T = Zze2/r2 Tích phân (1.27) dẫn tới:

với g = 2πR/λ;

sóng Broglie tương ứng với động năng của hạt tới bằng hàng rào thế Coulomb

Hình 1.2: Thế năng tương tác

1.2.2 Vai trò của hàng rào thế xuyên tâm

Xét tương tác của hạt tới với hạt nhân có thông số va chạm khác không Trong

cơ học lượng tử, hàm sóng mô phỏng tương tác này ứng có số lượng tử quỹ đạo l≠0.Thế xuyên tâm khi đó được biễu diễn bởi công thức [13]:

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Luận văn tốt nghiệp

V

xt

Khi r=R bán kính hạt nhân, ta có hàng rào thế xuyên tâm: B =

giá trị (Bxt)min ứng với l=1;

Khi nơtron tương tác với hạt nhân, hàng rào thế này làm giảm xác suất tươngtác giống như hàng rào coulomb làm giảm xác suất tương tác của hạt tích điện Vớihạt mang điện, thế xuyên tâm cùng với thế Coulomb miêu tả tương tác của hạt tíchđiện với hạt nhân Giá trị (Bxt)min chỉ lớn hơn BC với các hạt nhân nhẹ (Z<8) Cáchạt nhân nằm từ giữa bản Tuần hoàn các nguyên tố trở đi, ta luôn có BC>>(Bxt)min

dẫn đến BC+(Bxt)min≈BC Các hạt tích điện tương tác với các hạt nhân nặng với(T<BC) xảy ra với cùng một xác suất cho cả hai giá trị l=0 và l=1; Khi l tăng, hàngrào thế xuyên tâm tăng, xác suất tương tác giảm Tuy nhiên, với l nhỏ (l≤l0), điềukiện BC>Bxt tiếp tục làm cho xác suất tương tác không phụ thuôc vào l Chỉ với l>l0

rất nhiều thì vai trò của hàng rào thế xuyên tâm mới lớn Giá trị l0 có thể tính đượckhi cho giải phương trình B

Giá trị l0 không phụ thuộc vào năng lượng của hạt tới Do đó, không giốngnhư neutron, các hạt tích điện với T<BC có xác suất tương tác là như nhau với l=0

và l=1,2 l0 Điều này dẫn tới phân bố góc bất đẳng hướng trong hệ khối tâm.Với trường hợp T>BC, hạt tích điện tương tác với hạt nhân tương tự như tươngtác của neutron Với l≠0, tương tác sẽ xảy ra nếu:

∆T = T − B C > B xt

Nếu năng lượng T của hạt tới xác định, tương tác quan sát được với l<lΔT, với

lΔT thỏa mãn lΔT ≈ 2πR/λΔT

Luận văn tốt nghiệp

Phản ứng (p,α): phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt Động năng của phản ứng

Q=εa-εb [11], với εa là năng lượng liên kết của hạt tới, còn εb là năng lượng liên kết

cảu hạt bảy ra trong hạt nhân hợp phần Đối với phản ứng (p,α), Q=εp-εα Với tất cả

các hạt nhân bền β trong bảng tuần hoàn, εp≈ const và vào cỡ khoảng 8MeV Còn

năng lượng liên kết của α thay đổi từ giá trị nhỏ nhất εα =0 với Z=60 đến giá trị cao

nhất εα =8 với Z=8, với Z>60 thi năng lượng liên kết của α mang giá trị âm Do đó:

Q = ε p −εα

(1.31)

Chú ý thứ hai liên quan tới phản ứng (p,α) là xác xuất xảy ra phản ứng Xác

suất này là không lớn đối với các hạt nhân nặng, do hạt α bay ra khỏi hạt nhân bị

cấm mạnh bởi hàng rào thế Coulomb (bằng 28 MeV với Z=80) Hàng rào thế chỉ

cho các hạt alpha nhanh bay ra khỏi hạt nhân Hạt alpha bay ra làm hạt nhân dịch

chuyển xuống các mức thấp hơn (và do đó xắp xếp thưa hơn) Do trọng số thống kê

của một trạng thái được định nghĩa bởi mật độ mức hạt nhân, nên dẫn đến xác suất

phản ứng (p,α) thấp Điều kiện này không áp dụng hạt nhân nhẹ, vì khi đó hàng rào

thế Coulomb nhỏ

Phản ứng (p,n): Đối với các hạt nhân bền, phản ứng loại này luôn là phản ứng

thu nhiệt với ngưỡng phản ứng lớn hơn 0.8MeV Thật vậy, xét phản ứng A(p,n)B ta

Nếu điều kiện thứ hai không thỏa mãn thì hạt nhân A sẽ chuyển thành hạtnhân B thông qua phân rã beta Năng lượng của phản ứng:

Mặt khác theo công thức tính năng lượng, suy ra Tth>0.8 MeV

Phản ứng (p,p): Nếu động năng của hạt tới cao hơn hàng rào Coulomb xác

suất của phản ứng loại này tương đương với xác suất của phản ứng (p,n) Trong

vùng năng lượng thấp hơn, phản ứng (p,p) được dùng trong các trường hợp phản

Phản ứng (p,γ): Do xác suất phát ra các hạt từ hạt nhân hợp phần cao hơn xác

suất phát lượng tử γ, nên phản ứng (p,γ) có suất lượng rất thấp Tuy nhiên, vì một vài lý

do nào đó hạt phát ra bị cấm, thì lúc đó phản ứng (p,γ) đóng vai trò quan trọng Ví dụ,nếu Tp<Tth của phản ứng (p,n), thì sẽ quan sát được phản ứng (p,γ) bên cạnh phản ứng(p,p) Một thí dụ thú ví về phản ứng (p,γ) có suất lượng cao chính là

Phản ứng (p,d): So với các phản ứng khác, phản ứng này rất hiếm vì đơteron

là hạt có liên kết yếu (εd = 2.22 MeV), và cần lượng lớn năng lượng để hình thành

nó Do đó, phản ứng (p,d) thường là phản ứng thu nhiệt, còn nếu là phản ứng tỏanhiệt thì giá trị Q rất nhỏ (ví dụ như có Q=0.56 MeV)

1.3 Một vài điểm cơ bản về thiên văn học hạt nhân

Năng lượng sinh ra trong các sao là do các phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy

ra trong ngôi sao đó Nếu Q>0 thì phản ứng là tỏa nhiệt Khi đó phản ứng có thể xảy

ra với mọi năng lượng của hạt tới trong hệ quy chiếu tâm khối dù cho các hàng ràoCoulomb và hàng rào xuyên tâm có thể làm giảm xác suất xảy ra phản ứng (tiết diệnσ) Hình vẽ 1 minh họa phản ứng hạt nhân sóng s (l=0) giữa các hạt tích điện Theovật lý cổ điển, nếu năng lượng của hạt tới E<EC thì phản ứng hạt nhân không thểxảy ra vì hạt tới không thể chui vào được hố thế hạt nhân (r<Rn) Lực đẩy coulombchỉ cho phép hạt tới đến được khoảng cách r=RC Tuy nhiên theo cơ học lượng tửthì vẫn tồn tại xác suất khác không để hạt tới chui được qua hàng rào thế bằng hiệuứng đường ngầm Trong trường hợp E<<EC (tương đương với điều kiện RC>>Rn),xác suất chui qua hàng rào theo hiệu ứng đường ngầm được tính bằng công thức:

(1.35)trong đó η được gọi là tham số Sommerfeld

(

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Luận văn tốt nghiệp

Trong đó:

- e là điện tích của electron,

- Zx và ZA là điện tích của hạt tới và của hạt nhân bia,

- ν là vận tốc tương đối,

- µ là khối lượng rút gọn

Hình 1.3 Minh họa hố thế đối với hạt tới trong phản ứng hạt nhân xảy ra với sóng s.

Khi r<Rn thì hố thế là do lực hạt nhân còn khi r>Rn thì thế là do tương tác

Để mô tả phản ứng hạt nhân xảy ra trong các sao, người ta thường sử dụngcái gọi là “tốc độ phản ứng r” thay cho tiết diện σ Tốc độ phản ứng r là số phản ứng

tương ứng là số hạt nhân bia và số hạt nhân tới trong một đơn vị thể tích và gọi Φ(ν)

là phân bố của vận tốc tương đối thì tốc độ phản ứng sẽ được tính bằng công thứcsau:

Với các sao đang trong giai đoạn phát triển ổn định thì lõi của nó sẽ chỉ có khí chứacác hạt nằm ở trạng thái cân bằng tại nhiệt độ T Khi đó phân bố Φ(ν) sẽ có dạngMaxwell-Boltzmann:

Đại lượng b2 được gọi là năng lượng Gamow

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Luận văn tốt nghiệp

có thể xem rằng S(E)≈const=S(E0) Dùng điều kiện này và nếu đặt đạo hàm bậcnhất của hàm tích phân trong công thức (1.40) bằng 0, ta sẽ có công thức để tínhnăng lượng Gamow:

Trong đó Tn là nhiệt độ tính theo đơn vị 10n K

CHƯƠNG II: THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM

2.1 Giới thiệu về máy gia tốc thẳng 5SHD-2

Hệ máy gia tốc kiểu 5SDH-2 Pelletron do hãng National Electrostatics sảnxuất, được đặt tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội, làloại máy gia tốc thẳng tĩnh điện 1.7 triệu vôn, có khả năng gia tốc nhiều loại hạt ionkhác nhau với giải năng lượng nhằm phục vụ cho các thí nghiệm tán ngược, PIXE,cấy ghép ion, và phản ứng hạt nhân

Nguyên lý hoạt động của kiểu máy 5SDH-2 khá đơn giản Nguồn ion tạo rachùm ion âm, chùm ion âm này được tiền gia tốc đến một năng lượng phù hợp trướckhi được đưa vào phần gia tốc chính Trước tiên, chùm ion âm đi vào phần đầu củaống gia tốc do bị hút cao thế dương, chùm ion âm này gia tốc đến phần giữa của ốnggia tốc Tại đây chùm ion âm đi qua bộ tước electron, khi qua bộ tước các ion âmnày bị lấy đi mất hai electron hoặc nhiều hơn để trở thành ion dương Sau đó, chùmion dương này đi vào phần cuối của ống gia tốc, các ion dương này bị đẩy bởi caothế dương vì vậy được gia tốc lần nữa

Cấu trúc gia tốc kép này cho phép một ion có điện tích đơn được gia tốc lầnthứ nhất đến cao thế dương Sau đó tùy thuộc vào ion đó bị bóc đi bao nhiêu electon

để trở thành ion dương +n mà được gia tốc tương ứng Năng lượng mà ion gia tốcthu được sẽ là (1+n).e.V Trong đó n là bậc điện tích của ion, e là điện tích electron,

V là cao thế tĩnh điện của máy gia tốc [13] Hình 2.1 là sơ đồ khối của máy gia tốc 5SDH-2 tại trường đại học Khoa học Tự nhiên

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Luận văn tốt nghiệp

Hình 2.1 Sơ đồ khối máy gia tốc 5SDH-2

Hình 2.2 Hình ảnh thực tế máy gia tốc 5SHD-2

Các thành phần chính của máy gia tốc 5SDH-2:

Trên hình 2.2 là hình ảnh thực tế máy gia tốc 5SHD-2 tại phòng máy gia tốc trường Đại học Khoa học tự nhiên, hệ máy này gồm những thành phần chính sau:

2.1.1 Nguồn ion.

Gồm có hai loại nguồn RF (Radio Frequency) và SNICS II (Source ofNagative Ions by Cesium Spputtering) Nguyên lý hoạt động của nguồn RF

là một chùm ion được tách ra khỏi trạng thái plasma được tạo ra bởi nguồn

RF và được gia tốc lên 6 keV tới buồng trao đổi điện tích Tại đây, khoảng1÷2% số hạt trong chùm ion được chuyển thành các ion âm Sau đó, các ion

âm này sẽ được gia tốc tới năng lượng mong muốn [14] Nguồn RF thườngđược sử dụng để tạo ra các chùm ione H, He Nguyên lý hoạt động củanguồn SNICS II là hơi Cesium được tạo ra từ một bộ phận nung được đượclái bằng điện trường để đập vào catot làm bắn ra các hạt ion cần gia tốc đãđược phún xạ vào trong catot [15] Nguồn SNICS II có thể tạo ra nhiều loạiion âm khác nhau từ các ion nhẹ như H-, D-, Li-, B-… tới các ion nặng như

Si-, P-, Cu-, Au-…

2.1.2 Buồng gia tốc.

Buồng gia tốc của máy gia tốc thẳng 5SDH-2 là bộ phận chứa các cấu trúcgia tốc của máy, buồng gia tốc có chức năng cách điện giữa cao thế tĩnh điệnbên trong và môi trường bên ngoài Chạy dọc theo buồng này là ống gia tốcđược hút chân không cao để các ion chuyển động trong đó Ngoài ra còn cócác vòng tích điện, các cơ cấu tải hạt tích điện để tạo ra điện thế tĩnh điệncao

2.1.3 Ống gia tốc

Ống gia tốc là phần các ion gia tốc chuyển động trong đó, ống gia tốc đượccấu tạo đặc biệt gồm các phần nhất định được ghép xen kẽ bởi các vòng kimloại và gốm sao cho mỗi phần có thể chịu được điện thế cao và duy trì đượcchân không cao cỡ 10-8 Torr

2.1.4 Hệ tích điện

Việc tạo ra cao thế tĩnh điện trong buồng gia tốc được thực hiện nhờ các xíchtải điện Xích tải điện được làm từ các miếng dạng hình trụ kim loại và đượcnối cách điện với nhau Điện tích dương cảm ứng trên mỗi phần của xích tải

Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao

Luận văn tốt nghiệp

điện khi chúng rời khỏi vòng đệm ở phía cuối buồng gia tốc và khi di chuyểnđến phần cao thế một phần điện tích dương này được truyền cho bộ phận caothế Cứ như vậy cao thế sẽ được tích điện lên đến giá trị mong muốn

2.1.5 Hệ bóc electron

Tại chính giữa của ống gia tốc là bộ phận bóc electron, khi các ion âm đi quaphần này sẽ bị bóc đi các electron để tạo thành ion dương Trong máy gia tốc5SDH-2 sử dụng khí bóc tách Nitrogen

2.1.6 Hệ chân không

Bao gồm ống gia tốc, bộ tước, các ống trôi, các bộ phận này đều được làm từkim loại và gốm là những vật liệu có thể chịu được chân không cao Ngoài racòn có các bơm dầu và bơm tạo chân không cao (bơm turbo) Chân khôngcao có vai trò rất quan trọng, khi chân không vượt quá 105 Torr sẽ xảy ra hiệntượng phóng điện trong ống gia tốc

2.1.7 Các bộ phận hội tụ, điều chỉnh chùm tia

Để lái chùm tia từ nguồn tới buồng phân tích trên đường đi của chùm tia của

hệ máy gia tốc 5SDH-2 đặt các nam châm lưỡng cực và tứ cực Nam châmlưỡng cực có tác dụng chính là để lái chùm tai theo mặt ngang còn châm tứcực để hội tụ chùm tia vào kích thước mong muốn Ngoài ra còn có các thấukính từ Einzel để hội tụ chùm tia trước khi đi vào buồng gia tốc chính Trênđường đi của chùm tia cũng đặt các khe (slit) có thể điều chỉnh được kíchthước, để giới hạn kích thước của chùm tia theo mong muốn

2.1.8 Kênh phân tích, kênh cấy ghép

Kênh phân tích nằm ở góc 300 chếch phải so với hướng của chùm tia từbuồng gia tốc, kênh này nối với buồng phân tích, trên kênh có các thiết bịnhư Faraday cup để đo cường độ dòng chùm tia, Beam Profile monitor để đomặt cắt chùm tia hiển thị trên giao động ký, van chân không cao để cách lyvới buồng chiếu Kênh phân tích phục vụ chủ yếu cho các phân tích RBS,PIXE, NRA…