Nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân của phản ứng hạt nhân 116cd(y,n)115m,g cd sau vùng năng lượng cộng hưởng khổng lồ

Các nghiên cứu về tỷ số đồng phân cung cấpnhững thông tin quan trọng góp phần làm sáng tỏ các cơ chế của phản ứng hạtnhân, sự truyền mô men xung lương̣, về sự phụ thuộc của spin và

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HOC̣

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM ĐỨC KHUÊ

HÀ NỘI - 2012

MỤC LỤC

U 1

CHƯƠNG 1 PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN VÀHAṬ NHÂN ĐỒNG PHÂN 3 1.1 Môṭsốđăc̣ trưng của phản ứng quang haṭnhân 3

1.1.1 Phân loaị phản ứng quang haṭ nhân 3

1.1.2 Hiêṇ tương̣ công̣ hưởng khổng lồ 5

1.1.3 Cơ chế giả đơtron 7

1.2 Hạt nhân đồng phân 8

1.3 Tỷ số đồng phân 11

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 15

2.1 Nguồn photon hãm từ máy gia tốc Linac 16

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc linac 16

2.1.2 Cơ chếtaọ photon hãm từmáy gia tốc electron 17

2.1.3 Máy gia tốc linac 100 MeV Pohang, Hàn quốc 23

2.2 Phương pháp kích hoạt và đo phổ Gamma 25

2.2.1 Nguyên lý của phương pháp kích hoạt phóng xa.̣ 25

2.2.2 Ghi nhận vàphân tích phổ gamma 28

2.2.2.1 Hê ̣phổkếgamma 28

2.2.2.2 Phân tích phổ Gamma 32

2.2.3 Một số biện pháp nâng cao độ chính xác của phép đo 33

2.2.3.1 Hiệu chỉnh can nhiễu phóng xạ 33

2.2.3.2 Hiệu ứng hấp thụ tia gamma trong mẫu 34

2.2.3.3 Hiệu ứng cộng đỉnh 34

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH TỶ SỐ SUÂ ́ T LƯƠNG̣ ĐÔ ̀ NG PHÂN 37

3.1 Thí nghiệm xác định tỷ số suất lượng đồng phân 37

3.2 Nhận diện đồng vị phóng xạ và phản ứng hạt nhân 39

3.3 Xác định tỷ số suất lượng đồng phân bằng thực nghiệm 44

KÊ ́ T LUÂṆ

50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

MỞĐẦ

U

Một trong những thông số quan trọng liên quan tới phản ứng haṭnhân và cấutrúc h ạt nhân làtỷsốđ ồng phân Các nghiên cứu về tỷ số đồng phân cung cấpnhững thông tin quan trọng góp phần làm sáng tỏ các cơ chế của phản ứng hạtnhân, sự truyền mô men xung lương̣, về sự phụ thuộc của spin và mật độ mức hạtnhân, bản chất của các hạt nhân kích thích cao, phân bố năng lượng và spin củachúng cũng như quá trình khử kích thích Bên cạnh đó các số liệu thực nghiệm

về tỷ số đồng phân rất cần thiết trong việc thiết kế các thí nghiệm như tính toánhoạt độ của mẫu, tối ưu hóa các điều kiện thực nghiệm , trong các ứng dụngthực tế các số liệu về tỷ số đồng phân còn được sử dụng với nhiều như trongphân tích kích hoạt, chế tạo đồng vị, che chắn phóng xạ, [9-13]

Tỷ số đồng phân đươc̣ đinḥ nghiã làtỷsốti ết diện của phản ứng hạt nhân

tạo thành trạng thái giảbền (metastable state) (m ) và trạng thái cơ bản không bền

(ground state) (g ) Trạng thái đồng phân và trạng thái cơ bản thường rất

khác nhau về spin , nên ty sốđồng phân thương đươc̣ biểu diêñ như la ty sốtiết

diêṇ taọ thanh trang̣ thai co spin cao va trang̣ thai co spin thấp ,IR=σ / σ

Trong trương hơp̣ bưc xa ̣ham do tinh chất liên tuc̣ vềnăng lươ ̣ ng, tỷ số đồng

phân đươc̣ xác định thông qua tỷ số suất lượng phản ứng, IRY high Y low[11-13]

Luận văn với muc̣ đichl thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm xác định tỷ sốsuất lượng đồng phân của phản ứng quang hạt nhân 116Cd(γ,n)115m,gCd gây ra bởichùm bức xạ hãm năng lượng cực đại : 50, 60, và 70 MeV nhằm nhằm taọ ra các sốliệu mới đóng góp vào thư viện số liệu hạt nhân , đồng thời với các khảo

sát về phân bố của tỷ số suất lượng đồng phân theo năng lượ ng se ngóp phần làm

rõ cơ chế của phản ứng quang hạt nhân ở vùng năng lượ ng sau công̣ hưởng

khổng lồ

Đối với phản ứng quang hạt nhân nói chung , đăc̣ biêṭlàởvùng năng lượng sau công̣ hưởng khổng lồ (>30 MeV), hiêṇ taịcác th ông tin còn rất haṇ chế, cơ

chế của phản ứng chưa đươc̣ hiểu biết môṭcách đầy đủ Các nghiên cứu vềtỷ số

suất lượng của phản ứng quang hạt nhân 116Cd(γ,n)115m,gCd ở vùng năng cộng

hưởng khổng lồ đã đươc̣ một số tác giả thực hiện [17-21] Tuy nhiên các số liêụ

còn itl vàcósư ̣ khác biệt rõ rệt , và gần như chưa có số liệu thực nghiệm ở

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

vùng năng lượng cao hơn Chính vì vậy, kết quả thu được của bản luận văn sẽ góp phần bổ sung số liệu cho vùng năng lượng này Măṭkhác Cad mi làmôṭ nguyên tốđươc̣ sử nhiều , đăc̣ biêṭlàtrong công nghê ̣lòphản ứng haṭnhân và che chắn an toàn bức xa ̣, Do đó, các kết quả nghiên cứu còn có ý nghĩa thực tiễn nhất đinḥ

Bản luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận , nôị dung được trình bàytrong 4 chương:

Chương I: Phản ứng quang hạt nhân và hạt nhân đồng phân: Trình bày

tóm tắt môṭsốđặc trưng của phản ứng quang hạt nhân, hiện tương̣ đồng phân hạtnhân và tỷ số đồng phân

Chương II: Nguồn photon hãm từ máy gia tốc: Trình bày nguyên lý hoạt

động của máy gia tốc electron tuyến tinhl , cơ chế tạo bức xa ̣hãm từ máy gia tốc

và giới thiệu về máy gia tốc Linac 100 MeV tại Pohang, Hàn Quốc

Chương III: Phương pháp kích hoạt và đo phổ gamma: Trình bày nguyên

lý của phương pháp kích hoạt phóng xạ và ghi nhận phổ gamma, thiết lâp̣ mốiliên hê ̣giưa sốđếm diêṇ tich đinh phổgamma va cac tham sốthưc̣ nghiêṃ Một

số biện pháp hiệu chỉnh nhằm nâng cao độ chính xác của phép đo

Chương IV: Xác định tỷ số suất lượng đồng phân thực nghiệm: Trình bày

thí nghiệm và phân tích số liệu xác định tỷ số suất lượng đồng phân của phản ứngquang hạt nhân116Cd(γ,n)115m,gCd, nghiên cứu sư ̣phu ̣thuôc̣ của tỷsốđồng phân vào năng lượng của bức xạ hãm

Bản luận văn gồm 52 trang, 14 hình vẽ và đồ thị, 8 bảng biểu

Thí nghiệm được thực hiện tại Trung tâm Gia tốc Pohang, Hàn Quốc.Việc phân tích số liệu và hoàn thành bản luận văn được thực hiện tại Trung tâmVật lý hạt nhân, Viện Vật lý

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

CHƯƠNG 1 PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN VÀ HẠT

NHÂN ĐỒNG PHÂN 1.1 Môṭsốđăc̣ trưng của phản ứng quang haṭnhân

1.1.1 Phân loaị phản ứng quang haṭ nhân

Do các bức xạ gamma là sóng điện từ không mang điện tích nên khi đi vàovật chất không xảy ra nhiều va chạm không đàn hồi như các hạt mang điện Cáctương tác chủ yếu của bức xạ gamma với vật chất là: hiệu ứng hấp thụ quangđiện, hiệu ứng Compton, hiệu ứng tạo cặp và các phản ứng quang hạt nhân

Tiết diện tương tác toàn phần  phot Compair + T A, trong đó tiết

diện do hiệu ứng quang điện   Z 5

, tiết diện do hiệu ứng tán xạ Compton

có thể t ạo ra từ các nguồn phóng xa ̣  đồng vị, tuy nhiên các lượng tử  nàythường có năng lư ợng thấp Để có được chùm bức xạ gamma tới có năng lượng

và thông lượng lớn, có thể dùng chùm bức xạ hãm trên các máy gia tốc hạt

Lý thuyết gi ải thích phản ứng quang hạt nhân đươc̣ d ựa vào mẫu hấp thụphoton Mẫu phản ứng quang hạt nhân đề câp̣ đ ến cơ chế phản ứng quang hạtnhân khác nhau bao gồm quá trình kích thích quang hạt nhân ban đầu, và cả phân

rã tiếp theo của hạt nhân kích thích bằng cách phát ra các hạt và tia gamma

Cũng như các phản ứng hạt nhân dưới tác dụng của các hạt tích điện vànơtron, phản ứng quang hạt nhân phụ thuộc mạnh vào năng lượng của chùm

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

lượng tử gamma tới Tùy theo năng lượng gamma tới, phản ứng quang hạt nhânphát xạ nơtron, proton hoặc các loại hạt khác tương ứng với nhiều loại phản ứngkhác nhau như: phản ứng đơn giản: (,n), (,p); phản ứng sinh nhiều nơtron:(,xn), phân hạch hạt nhân: (,f); phản ứng photospallation: (,xnyp); phản ứngtạo meson (,xn), hiện tượng phân mảnh (,fr)…

Các quá trình chính của ph ản ứng quang hạt nhân là: cộng hưởng lưỡngcực khổng lồ (giant dipole resonance, GDR) (E<30 MeV), cơ chế giả đơtron(quasi–deutron, QDM) (30 MeVE140 MeV) và ph át xạ pion (E>140 MeV).Hình 1.1 biểu diễn mối liên hệ giữa tiết diện phản ứng quang hạt nhân và nănglượng của photon [6]

E (MeV)

Hình 1.1 Tiết diện phản ứng quang hạt nhân theo năng lượng photon.

Trong vùng I năng lượng photon dưới ngưỡng của phản ứng (,n) do đóchỉ có các tán xạ đàn hồi và không đàn hồi của photon, đường cong tiết diện đôikhi các cực đại là do sự dịch chuyển giữa các mức của hạt nhân bia Trong vùng

II các mức năng lượng vẫn còn tách rời nhau điều này thể hiện trong cấu trúctinh tế của tiết diện Vùng III tương ứng với sự chồng chập các mức của hạt nhân hợpphần Tiết diện phản ứng quang hạt nhân đạt cực đại và có dạng hình gauss được gọi làcộng hưởng khổng lồ Vùng IV với photon năng lượng hàng trăm MeV đây là vùngxảy ra các hiệu ứng phức tạp như hiệu ứng giả đơtron, phát xạ

các photomeson, pion và các hạt cơ bản khác

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

1.1.2 Hiêṇ tương̣ công̣ hưởng khổng lồ

Ở vùng năng lượng photon dưới 30 MeV, sự hấp thụ photon dẫn đến

hình thành trạng thái hạt nhân hợp phần, các hạt nhân này có thể phân rã theo nhiều

cách như phát xạ nơtron, proton hoặc các loại hạt khác: (,xn), (,p), (,pn);

(,f) Khi nghiên cứu sư ̣phu ̣th uôc̣ của tiết diêṇ phản ứng (γ,n) và (γ,p) vào năng

lương̣ photon thiethấy các tiết diêṇ này tăng châṃ từ năng lương̣ ngưỡng của phản

ứng và có giá trị khoảng 1 mb khi Eγ ≈ 10 MeV; tuy nhiên khi Eγ ≈ 15 – 25

MeV thi quan sat thấy có cộng hưởng khá phổ biến ở các hạt nhân nghiên cứu

photon 10 ÷ 20 MeV đươc̣ goịla vung năng lương̣ công̣ hương khổng lồ (giant̉e e ̉d

dipole resonance – GDR) Cho đến nay phần lớn các thông tin liên quan tới phản

ứng quang hạt nhân tập trung ở vùng năng lượng này (E < 30 MeV)

Có thể giải thích cộng hưởng hiêṇ tương̣ công̣ hưởng khổng lồ trên cơ sở

các dao động hạt nhân do trường điện từ của lượng tử  Goldhaber và Teller giả

thiết nơtron và proton của hạt nhân như là hai chất lỏng riêng biệt, hạt nhân nhận

năng lượng do hấp thụ các photon tạo ra sự dao động của hai loại chất lỏng này

Hiện tượng cộng hưởng khổng lồ tương ứng với tần số cực đại của dao động Sau

đó Wikinson xem cộng hưởng khổng lồ như là một sự chồng chập

(superposition) do sự đóng góp của tất cả các nucleon riêng lẻ Mỗi một nucleon

nhận một phần năng lượng từ sự hấp thụ photon Cộng hưởng khổng lồ là tổng tất

trong đó  có đơn vị cm và E (MeV) Điều này có nghĩa là đối với năng lượng

E = 10 ÷ 20 MeV thì lượng tử có bước sóng  >> Rnucl Xem xét hai cơ chế sau,

hai cơ chế có một chút khác nhau:

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

Theo như cơ chế thứ nhất (Goldhaber-Teller model), toàn bộ proton củahạt nhân được thay thế bởi toàn bộ nơtron, do đó gây nên sự phân cực trong hạtnhân (hình 1.2a) Dưới tác dụng của lực đàn hồi hạt nhân bị biến đổi thành cácpha đối lập Tập hợp của các dao động lưỡng cực trong hạt nhân có tần số dao

động được đánh giá qua công thức   K , với K là suất đàn hồi và M là khối

M

lượng của hạt nhân Trong cơ chế này, vai trò của lực đàn hồi được thực hiện bởitương tác của các nucleon với hạt nhân bia Khi suất đàn hồi tỉ lệ với diện tích bềmặt của hạt nhân, K R2 và khi đó  K

số dao động thu được theo công thức   K

 1  A1/ 3 Migdal đưa ra giá trị

Hình 1.2 Sự phân cực hạt nhân

Theo như công thức xấp xỉ này thì vị trí của cộng hưởng lưỡng cực khổng

lồ vào thang năng lượng kích thích thay đổi từ 25,5 đến 13,5 MeV đối với các hạt

Lại Văn Thắng 6

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

nhân có số khối từ 16 -> 250 Có thể biểu diễn đơn giản hơn W = 78 A-1/3 (MeV)cho trường hợp đối với hạt nhân nặng

Tiết diện phản ứng (xác suất xảy ra phản ứng trên một hạt nhân trong mộtgiây khi thông lượng của dòng hạt tới bằng 1 hạt/cm2.giây) của cộng hưởngkhổng lồ thường được biểu diễn gần đúng bằng đường cong Lorent (đối với hạtnhân nhẹ):

Bằng sự so sánh tiết diện hấp thụ quang hạt nhân toàn phần quan sát được

và các tiên đoán lý thuyết đã cho thấy sự hấp thụ lưỡng cực đóng vai trò chínhtrong vùng cộng hưởng khổng lồ

1.1.3 Cơ chế giả đơtron

Cơ chế giả đơtron được Levinger đề xuất được cho là quá trình chính đốivới sự hấp thụ các photon năng lượng cao (>40 MeV) Đối với các photon cónăng lượng trên vùng cộng hưởng khổng lồ, quá trình này trở nên đáng kể vì nódẫn tới tương tác của photon với các cụm hạt nhân (cluster) hơn là tương tácphoton với các nucleon riêng lẻ Photon tới sẽ ưu tiên tương tác với cặp nơtron-proton hơn là với cặp proton-proton và cặp nơtron-nơtron vì các cặp đó không cómomen lưỡng cực và sự hấp thụ lưỡng cực điện trong hiệu ứng quang điện làchiếm ưu thế ở vùng năng lượng cao Theo như Levinger, sự phân rã ở nănglượng cao liên quan đến momen lớn hơn truyền giữa hai nucleon và do đó đòi hỏihai nucleon phải gần nhau Điều này là đúng trong cả trường hợp quang phân rãtrong các hạt nhân phức tạp hơn hoặc trong đơtron tự do Tiết diện phản ứng củagiả đơtron có thể biểu diễn bằng công thức sau [8]:

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

quang phân rã đơtron tự do D đạt tới giá trị cực đại bằng hai lần năng lượng liênkết của đơtron, tức là D = 2.3 mb tại giá trị năng lượng photon E = 4.452 MeV

Các phép đo phổ năng lượng và phân bố góc của các photonucleon nănglượng cao càng khẳng định tính đúng đắn của mô hình giả đơtron, mặc dù vẫntồn tại một số điểm khác biệt không thống nhất giữa kết quả thực nghiệm và lýthuyết tiên đoán Mô hình giả đơtron được củng cố thêm bởi các thực nghiệm đotrùng phùng nơtron-proton Sự thống nhất giữa kết quả thực nghiệm và lý thuyếtgiả đơtron chỉ ra rằng cơ chế chiếm ưu thế ở vùng năng lượng > 40 MeV là sựhấp thụ photon bởi các cặp nucleon

1.2 Hạt nhân đồng phân

Hai haṭnhân đồng phân la hai haṭnhân co cung khối lương̣ va điêṇ tich ,̉e ̉l e ̉e ̉lnhưng khac nhau bơi môṭsốtinh chất , ví dụ như chu kỳ bán rã , trạng thái spin,

chẵn lẻ Thuâṭngữ“đồn g phân” đươc̣ lấy từ hóa hữu cơ , nó chỉ những chất hữu

cơ cócùng công thức hóa hoc̣ nhưng cócác nguyên tử sắp xếp theo những cấu

trúc khác nhau (công thức cấu taọ khác nhau ) do đóchúng cótinhl chất hóa hoc̣

khác nhau Việc giải thích tính đồng phân do sự khác nhau về cấu trúc dường

như không phùhơp̣ với haṭnhân nguyên tử Trong phân tử hữu cơ , hạt nhân của

nguyên tử thành phần đươc̣ xem làđứng yên hay nói chinhl xác hơn làdao đông̣

xung quanh môṭvi trịlcân bằng xác đinḥ với biên đô ̣dao đông̣ nhỏso với khoảng

cách bên trong hạt nhân vì thế nó tạo ra một bộ khung vững chắc mà electron

chuyển đông̣ xung quanh nó Khác với nguyên tử , trong haṭnhân các proton và

nơtron liên kết rất chăṭche nvới nhau vàchuyển đông̣ trong toàn bô ̣haṭnhân , vìthếkhông tồn taịmôṭcấu hinh cu ̣thểnao trong môṭkhoang thơi gian đang kể

Theo gia thuyết cua Weisacker , môṭcăp̣ đồng phân la môṭhaṭnhân tồn taị

ở hai trạng thái , môṭtrong hai trang̣ thai la trang̣ thai kich thich nưa bền , trạng

thái này có thời gian sống đối với sự khử kích thích bằng phát xạ gamma đủ dài

cho phep chung ta co thểco thểquan sat trưc̣ tiếp

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

và đều tạo nên từ hạt nhân 234Pa , nhưng co thơi gian sống khac nhau : UZ

có thời gian sống là 6.7 giơ

Sư ̣phat hiêṇ ra phong xa ̣nhân taọ vao năm 1934 và đặc biệt là sự phát

trạng thái cơ bản và một trạng thái kích thích có thời gian sống khádài (giả bền)

Hiêṇ nay , hiêṇ tương̣ đồng phân haṭnhân đa nđươc̣ nghiên cứu khárông̣ rãi.Điều kiêṇ đểtồn taịtrang̣ thái đồng phân làsư ̣cómăṭcủa môṭmức năng lương̣ gần

trang̣ thái cơ bản , khác nhau nhiều về mô men xung lương̣ (| l| > 4) Hạt nhân

đồng phân được tạo thành bằng nhiều cách khác nhau , có thể chia các

phương phap đo thanh :(1) sư ̣kich thich điêṇ tư va(2) phản ứng hạt nhân

Phương phap thư nhất chi mơiđươc̣ nghiên cưu g ần đây; sư ̣kich thich đa đươc̣

tạo ra trực tiếp bằng tia X năng lượng cao hay trường điện từ phát ra từ các hạt

tích điện chuyển động nhanh như các hạt alpha , proton vàelectron Phương phápthứ hai làphương pháp đươc̣ thưc̣ hi ện bằng cách bắn phá hạt nhân bằng các loại hạt như nơtron , lương̣ tử gamma , Ngoài ra, sư ̣va chaṃ không đàn hồi của cáchạt e-, p, α và d cũng có thể kích thích hạt nhân lên các trạng thái tương tự

Trong môṭsốtrường h ợp các hạt nhân đồng phân được hình thành một

cách trực tiếp Tuy nhiên trong đa sốtrường hơp̣ , quá trình hình thành hạt nhân

đồng phân xảy ra theo hai bước : bước thứ nhất làsư ̣hinhe thành trang̣ thái haṭ

nhân kich thich ca o va sau đo la sư ̣phân ra tư cac trang̣ thai nay xuống cac trang̣̉l ̉l ̉e ̉l e ̉n e l ̉l e ̉lthái nửa bền bằng quá trình phân rã nối tầng

Các quá trình hình thành hạt nhân đồng phân trực tiếp chủ yếu là các

trương hơp̣ ma trang̣ thai đ ồng phân được hình thành bởi quá trình phân rã β.̉e ̉e ̉l

Ngoài ra, cũng cần phải lưu ý rằng sự kích thích của các bức xạ điện từ không thể

hình thành một cách trực tiếp các trạng thái đồng phân bởi vì chính các quy tắc chọnlọc đảm bảo cho sự tồn tại của các trạng thái nửa bền cũng sẽ ngăn cấm một hạt

nhân ở trạng thái cơ bản sau khi hấp thụ một bức xạ điện từ tương ứng có thể

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

chuyển lên các trang̣ thái nửa bền Khi haṭnhân bắt môṭhaṭnào đó (n, p, α) thì quátrình tạo hạt nhân đồng phân trực tiếp cũng không thể xảy ra vì hạt nhân sau thời điểm bắt thường tồn taịởtrang̣ thái kichl thichl cónăng lương̣ cỡvài MeV , năng

lương̣ này lớn hơn nhiều so với năng lương̣ của môṭtrang̣ thái đồng phân

Đối với trường hợp gián tiếp , ban đầu haṭnhân tồn taịởtrang̣ thái kichl

thích có năng lượng cao, sau quátrinhe phát xa ̣nối tầng liên tiếp se nhinhe thành các trạng thái nửa bền Đểcóđươc̣ sư ̣khác nhau đáng kểvềmăṭspin trong môṭ khoảng

thời gian rất ngắn , hạt nhân phải trải qua nhiều lần bức xạ lưỡng cực hay tứ cưc̣

Có hai cách mà sự kích thích bị khử từ trạng thái nửa bền Cách thứ nhất

là hạt nhân chuyển từ trang̣ thái nửa bền vềtrang̣ thái cơ bản bằng cách phát ra

lương̣ tử γ hoăc̣ biến hoán điêṇ tử nôị Sau đó, các hạt β đươc̣ phát ra từ trang̣ thái

cơ bản với cùng phổnăng lương̣ như của haṭ β phát ra trong suốt q uá trình dịch

chuyển beta thông thương Tuy nhiên , do thơi gian sống cua trang̣ thai nưa bền̉e ̉e ̉d ̉l ̉ddài hơn chu kỳ bán rã của phóng xạ β nên chung ta quan sat đươc̣ thơi gian ban

rã thứ hai (dài hơn) của phân rã β Ví dụ điển hình c ho trường hơp̣ này chinhl là

đồng phân của 3580Br đa nđềcâp̣ ởtrên

Cách thứ hai là hạt β có thể phát ra trực tiếp từ trạng thái nửa bền Trườnghơp̣ này làkhảdi nnếu xác suất của sư ̣dịch chuyển bức xạ có thể so sánh được với

xác suất phát ra hạt β Phổnăng lương̣ cua ca hai loaịhaṭ β này phải khác nhau ̉d ̉d

Đo la bơi vi trong nhưng trương hơp̣ nay , sư ̣dicḥ chuyển β xuất hiêṇ giưa cac

mức cónăng lương̣ khác nhau Không chỉlàtrang̣ thái ban đầu (trạng thái cơ bản

trong trường hơp̣ thứ nhất vàtrang̣ thái nửa bền trong trường hơp̣ thứ hai ) khác

nhau màcảcác trang̣ thái cuối cùng cũng khác nhau Điều này cóthểđươc̣ gi ải

thích như sau : do các trang̣ thái ban đầu khác nhau nhiều vềmômen xung lương̣

vì thế dịch chuyển β tư cac trang̣ thai nay vềcung môṭtrang̣ thai năng lương̣ cua

̉e

đo quan sat đươc̣ ba chu ky ban ra

̉n Môṭtrong nhưng haṭnhân như vâỵ la

124Sb ,

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

phát xạ electron với các chu k ỳ bán rã 60 ngày, 20 phút và 93 giây Hiêṇ tương̣đồng phân cung xuất hiêṇ dươi dang̣ môṭsốchu ky ban ra cho sư ̣phân hacḥ tư ̣

T1/2 của trạng thái cơ bản là ~ 108 năm

Trạng thái nửa bền cũng có thể quan sát ở các hạt nhân bền β Khi đó,trạng thái nửa bền giải kích thích bằng cách phá t xa ̣lương̣ tử gamma vàbiếnhoán electron Môṭvildu ̣vềđồng phân bền β là hạt nhân có một mức nănglương̣ nưa bền la 0.393 MeV va thơi gian sống la 104 phút Như vâỵ, trong moị

trương hơp̣, thưc̣ chất cua hiêṇ tương̣ đồng phân nằm ơ sư ̣tồn taịcua môṭtrang̣

thái kích thích của hạt nhân với một thời gian sống đo được

Do thơi gian sống tương đối dai , trên thưc̣ tếtrang̣ thai nay biểu lô ̣cac

tính chất của một hạt nhân đồng phân mới với các giátri thaỵ đổi của khối lương̣

M, spin I, chẵn lẻP , spin đồng vi Ṭ , thời gian sống τ… nhưng vâñ cùng các giá

trị A và Z

Đồng phân hạt nhân không phải là một hiện tượng hiếm gặp Môṭphân

tích thống kê về sự phân bốcủa các đồng phân theo sốnucleon cótrong chúng đưa đến những kết luâṇ thúvi nhự sau Hạt nhân với số khối A lẻ có số lượng lớn các trạng thái đồng phân ; các trạng thái đồng phân bắt gặp khá thường xuyên trong

hạt nhân lẻ – lẻ, trong khi chúng rất hiếm găp̣ với các haṭnhân chẵn – chẵn Các

quy tắc này có thể giải thích được bằng mẫu vỏ Tùy thuộc vào tính đa cực

của dịch chuyển gamma , thơi gian sống cua trang̣ thai kich thich có thể biến thiên

nghìn năm) Ví dụ như trạng thái đồng phân 138Cs cóT 1/2 = 2.8×10-10 giây trong

khi trang̣ thai đồng phân 236Np co T

1/2

≈ 5000 năm [4]

1.3 Tỷ số đồng phân

Tỷ số tiết diện đồng phân là tỷ số tiết diện tạo thành trạng thái đồng

phân (σm) và trạng thái cơ bản không bền (σg):

IR 

m

Lại Văn Thắng 11

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

Trạng thái đồng phân và trạng thái cơ bản khác nhau về spin hạt nhân ,nên tỷ số đồng phân thường được biểu diễn như là tỷ số tiết diện tạo thành trạng

th ái có spin cao và trạng thái có spin thấp [11-13]:

Tỷ số này có thể xác định được bằng tính toán lý thuyết hoặc bằng thựcnghiêṃ Tính toán lý thuyết được dựa trên mô hình thống kê của Huizenga – Vandenbosch trên cơ sở cơ chế hạt nhân hợp phần [9]

Khi haṭgây phản ứng bay vào haṭnhân bia taọ nên haṭnhân hơp̣ phần có năng lương̣ kichl thichl E c và spin Jc Nếu lưu ýđến loaịhaṭgây phản ứng và

moment góc của nó, chúng ta có thể xác định được xác suất tương đối tạo nên hạt nhân hơp̣ phần Pc(Ec, Jc) với năng lương̣ Ec và spin Jc

Sau đóxảy ra quátrinhe bay hơi của các nucleon Vềmăṭvâṭlý , năng

lương̣ haṭnhân nhâṇ đươc̣ trong quátrinhe phản ứng cóthểđươc̣ phân bốlaịgiữa

các nucleon Nếu môṭnucleon nào đónhâṇ đươc̣ năng lương̣ đủlớn thienóse nbứt

ra khỏi haṭnhân hơp̣ phần Các hạ t bay hơi mang theo năng , xung lương̣ xácđinḥ Chúng ta có thể tính được xác suất chuyển dời từ trạng thái có spin J i và

năng lương̣ E i đến trạng thái có spin J f và năng lượng E f trong mỗi lần bay hơicủa một nucleon

Sau khi kết thúc quátrinhe bay hơi , hạt nhân cuối cùng được hình thành ởtrạng thái kích thích cao , có năng lượng và phân bố spin xác định Hạt nhân nàybắt đầu quátrinhe chuyển từ trang̣ thái kichl thichl vềtrang̣ thái cơ bản thông quaviêc̣ phát các tia gamma nối tầng hoăc̣ môṭtia gamma đơn Trong quátrinhe phân

rã này hạt nhân có thể chuyển về một trạng thái kích thích gần với trạng thái cơ

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

bản nhưng khác nhau nhiều về spin và ở trạng thái này tron g môṭthời gian dài

(trạng thái đồng phân ) Các tia gamma nối tầng được giả sử là bức xạ lưỡng cực

(E1) Sốlương̣ tia gamma nối tầng đươc̣ tinhl toán chi tiết bởi Vandenbosch Tỷ

sốđồng phân chinhl làtỷsốxác suất taọ th ành hạt nhân ở trạng thái đồng phân và

trạng thái cơ bản [9]:

IR  Phs (E) (1.13)

Pls (E)

Như vâỵ, các yếu tố quan trọng xác định tỷ số đồng phân là : (1) spin cua

̉d

trạng thái hạ t nhân hơp̣ phần , (2) sốlương̣ va loaịcua cac bươc giai kich thich̉e ̉d ̉l ̉l ̉d ̉l ̉l

của hạt nhân hợp phần ; điều nay tuy thuôc̣ vao năng lương̣ kich thich , (3)

moment xung lương̣ đươc̣ mang đi sau mỗi bước , (4) xác suất tạo thành các trạng

thái co spin khac nhau trong cac bươc cua sư ̣nối tầng , và cuối cùng là (5) spin

của các trạng thái đồng phân

Đểtinhl đươc̣ xác suất taọ thành các trang̣ thái đồng phân vàtrang̣ thái cơ

bản, chúng ta cần biết mật độ mức hạ t nhân Sư ̣phu ̣thuôc̣ của mâṭđô ̣mức trong

hạt nhân kích thích vào spin J và năng lượng kích thích E được biểu diễn bằng

biểu thức sau:

n 1/ 2  J(J 1) 

(J, E)  (J)(E)  E exp | 2(aE) | (2J  1) exp    (1.14)

2 2

ở đây n = 0.5/4.2 Tham sốspin cut – off (SCOP) σ liên quan đến spin quán tinhl θ

và nhiệt độ động học t theo công thức:

 2  t

2

Vì trạng thái đồng phân và trạng thái cơ bản khác nhau nhiều về mặt

spin nên tỷ số đồng phân IR chủ yếu được xác định thông qua sự phụ thuộc vào

spin của mật độ mức hạt nhân trong hạt nhân hợp phần

Đối với phản ứng quang hạt nhân mô hình Huizenga – Vandenbosch đươc̣

Lại Văn Thắng 13

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

± 1 Đối với trường hợp J 0 = 0 thì chỉ có trạng thái với J c = 1 đươc̣ kichl thichl

Xác suất hình thành hạt nhân ở trạng thái kích thích có spin J c là:

P(J c )  2J c 1

(b) Trong phản ứng (γ,n), sư ̣phân bốspin trong hê ̣haṭnhân hơp̣ phần A *

thay đổi do qua trin h bay hơi liên tuc̣ cua môṭhay nhiều nơtron Xác suất dịch

ở đây, Tl(En) là khả n ăng đâm xuyên của nơtron với mômen góc

En Năng lương̣ bay hơi E n đươc̣ thay bằng giátri trung̣

binhe là:

l và động năng

và được giả thiết

(1.18)vơi gia tri ̣của t được tính bằng công thức:

̉ll

U = at2 – t (1.19)trong đo, U la năng lương̣ kich thich va t la nhiêṭđô ̣đông̣ hoc̣.̉l ̉e ̉l ̉l ̉e ̉e

(c) Nếu năng lương̣ kich thich con dư cua haṭnhân hơp̣ phần nho h ơn

gamma vềtrang̣ thai co spin J

f đươc̣ tinh bằng công thưc:

(d) Quá trình phát gamma nối tầng tiếp tuc̣ xảy ra cho đến khi năng lương̣

dư trong haṭnhân kichl thichl nhỏhơn năng lương̣ cut – off của tia gamma , lúc đó hạt nhân sẽ phát ra tia gamma và chuyển về trạng thái đồng phân hoặc trạng thái cơ bản

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

(e) Xác suất tương đối của quá trình hình thành cặp đồng phân được tính

toán như sau : trươc hết chung ta tinh “tâm cua spin” (COS) cho hai mưc , đaị

loại trừ các spin cao tùy ý ) hoăc̣ gây bởi sư ̣canḥ tranh giữa các kênh p hân ra

ncủa hạt nhân hợp phần Duday vàSugihara đa nkhảo sát những ảnh hưởng này chomôṭvài phản ứng gây bởi haṭtichl điêṇ vàphát hiêṇ ra rằng chúng quan trong̣ trongviêc̣ xác đinḥ tỷsốđồng phân Các tính toán của họ chỉ ra rằng , trạng thái phát xạ

mà có spin nằm trong vùng lân cận của spin cutoff , tác động của sự cạnh tranh

cóthểvô cùng quan trong̣ trong sư ̣biến đổi mâṭđô ̣cư trúspin của haṭnhân sản

phẩm Với trang̣ thái phát xa ̣có spin thấp hơn , tác động này hầu như không

quan trong̣ Như vâỵ, nhưng anh hương nay se quan trong̣ vơi cac trương hơp̣ mản ̉d ̉d ̉e ̉n ̉l l ̉e ̉emôṭphần kha lơn cua phân bốspin nằm trong vung spin cutoff Đây thương la

trương hơp̣ cac phan ưng̉e ̉l ̉d ̉l gây bơi haṭmang điêṇ bơi vi môṭlương̣ lơn mômen̉d ̉d ̉e ̉l

xung lương̣ đươc̣ mang đến bơi haṭtơi Trong phan ưng quang haṭnhân , phân bố̉d ̉l ̉d ̉l

spin đươc̣ tâp̣ trung taịcac gia tri ̣mômen xung lương̣ thấp hơn spin cutoff nên̉l ̉l

nhưng hiêụ ưng nay it tác động đến tỷ số đồng phân

phản ứng hạt nhân gây bởi các haṭmang điêṇ khác như proton , đơtron, alpha

Viêc̣ xac đinḥ ty sốđồng phân cho phan ưng gây bơi photon ham chưa nhi ều va

chủ yếu ở vùng năng lượng cộng hưởng khổng lồ

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

Lại Văn Thắng 15

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

2.1 Nguồn photon hãm từ máy gia tốc Linac

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc linac

Ngay từ những năm đầu thế kỷ XX các nhà khoa học cơ bản luôn mongmuốn có một nguồn bức xạ có năng lượng cao để nghiên cứu cấu trúc bên trongcủa hạt nhân Do yêu cầu thực tế đó đã đặt ra cho các nhà khoa học bài toán tìm

ra thiết bị có thể tạo ra các chùm hạt có năng lượng lớn để phục vụ cho việcnghiên cứu của mình Cấu trúc và tính chất của vật chất được phát hiện dựa trên

sự tương tác của các hạt, bức xa ̣v ới vật chất Để nghiên cứu cấu trúc nguyên tửcần chùm hạt có năng lượng từ vài chục tới hàng trăm keV Để tách một nucleon

ra khỏi hạt nhân thì năng lượng của chùm hạt bắn phá phải lớn hơn năng lượngliên kết của chúng (7- 8 MeV) Trong thực tế muốn nghiên cứu cấu trúc hạt nhân

và phản ứng hạt nhân cần các hạt bắn phá có năng lượng từ hàng chục tới hàngtrăm MeV Để nghiên cứu cấu trúc các nucleon, các hạt cơ bản cần tới nănglượng hàng trăm ngàn MeV đến nhiều TeV Đó chính là những lý do quan trọngthúc đẩy sự ra đời không những chỉ của các máy gia tốc có năng lượng thấp hoặctrung bình mà còn của cả các máy gia tốc có năng lượng cao và rất cao [3]

Năm 1924: G Ising, người Thụy Điển đề xuất ý tưởng sử dụng trườngbiến đổi theo thời gian để gia tốc hạt Đây là sự gia tốc cộng hưởng, có thể đạtnăng lượng lớn hơn điện áp cao nhất của hệ thống Năm 1928: R.Wideroe, ngườiNauy thiết kế chiếc máy gia tốc thẳng (linac) ba tầng đầu tiên theo nguyên lý củaIsing sử dụng điện trường tần số siêu cao (RF- radio frequency) tạo chùm ion kalinăng lượng 50 keV

Nguyên lý chung của máy gia tốc linac là các hạt được đưa vào các ốnggia tốc có chứa các điện cực và được gia tốc bởi điện trường xoay chiều có tần sốcao đặt tại các trạm giữa các điện cực Hạt chuyển động theo một đường thẳng.Các hạt mang điện được đưa vào các ống có chứa các điện cực và được gia tốcbởi điện trường xoay chiều có tần số cao đặt tại các trạm giữa các điện cực , làmhạt chuyển động theo một đường thẳng

Theo nguyên lý tăng tốc này, thường được sử dụng với các proton, ionnặng đối với các electron do có tốc độ lớn nên chiều dài của ống sẽ rất lớn.Người ta khắc phục nhược điểm này bằng cách sử dụng điện áp cao tần Tuynhiên, vấn đề gặp phải khi sử dụng sóng cao tần là sự mất năng lượng do phát xạ

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

cao tần Để khắc phục hiện tượng này có thể đặt các ống gia tốc trong 1 cái hốcsao cho năng lượng điện từ được tích trữ dưới dạng từ trường Trong cùng thờiđiểm tần số cộng hưởng của hốc có thể trùng hợp với tần số trường gia tốc Phacủa các tín hiệu ở mỗi trạm được điều chỉnh sao cho các electron có thể liên tụcnhận được năng lượng từ sóng chuyển động và nó đạt tới vị trí đỉnh của sóng ởđiểm cuối của những ống dẫn sóng, như vậy các electron liên tục được gia tốc.Việc hội tụ dòng electron được thực hiện bởi từ trường được tạo ra từ các namchâm điện bên ngoài ống dẫn sóng Các electron chuyển động theo một đườngthẳng

Thông thường máy gia tốc linac hoạt động với từ trường biến đổi dạng sin

và được gọi là gia tốc RF Trường gia tốc RF được tạo trong một thể tích giới hạncòn gọi hốc gia tốc (cavity) Sóng cao tần thường được phát ra từ một đènMagnetron đối với các máy công suất nhỏ hoặc từ các Klystron đối với loại côngsuất lớn RF linac hoạt động trong giải tần số từ vài MHz tới vài GHz Chúngthích hợp cho việc gia tốc các hạt nhẹ như electron (giải tần GHz) cũng như cáchạt nặng hơn như proton (giải tần MHz) Nguồn hạt: electron được phát ra từ cácloại nguồn catôt lạnh, catôt nóng, catôt quang điện, nguồn RF… proton phát ra từcác loại nguồn ion khác nhau

2.1.2 Cơ chếtaọ photon hãm tƣ̀máy gia tốc electron

Khi chùm electron năng lượng cao tương tác với môi trường vật chất sẽ bịmất năng lượng chủ yếu do hai quá trình là ion hoá do va chạm và phát bức xạhãm Sự mất năng lượng do va chạm là kết quả của sự tán xạ không đàn hồi củaelectron với electron của nguyên tử Do khối lượng của các electron rất nhỏ nên

có thêm một cơ chế mất năng lượng nữa đó là các electron được gia tốc tương tácvới trường Culông của các hạt nhân bia, quỹ đạo của chúng bị thay đổi do lực hútcủa hạt nhân và bị hãm lại Quá trình này dẫn tới sự bức xạ sóng điện từ hay còngọi là bức xạ hãm Ở năng lượng vài MeV hoặc nhỏ hơn quá trình này vẫn còntương đối nhỏ Nhưng với năng lượng của electron cao thì xác suất phát bức xạhãm tăng nhanh và đến năng lượng giới hạn sự mất năng lượng do phát bức xạ cóthể tương đương hoặc lớn hơn do quá trình ion hoá do va chạm Vì vậy chùm bức

xạ hãm có thông lượng lớn và năng lượng có thể lên tới hàng trăm GeV [7]

Tốc độ mất năng lượng toàn phần của electron trong vật chất thông quahai quá trình chủ yếu sau [5]:

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

Tốc độ mất năng lượng toàn phần của electron và positron trong vật chấtthông qua hai quá trình chủ yếu sau:

 dx tot  dX rad  dx col

Cơ chế mất năng lượng của electron cũng giống như các hạt mang điện tích khác

Độ mất năng lượng của electron được xác định theo công thức sau:

Khi hạt electron chuyển động đến gần hạt nhân, lực hút culomb tăngnhanh làm nó thay đổi hướng bay và mất năng lượng dưới dạng bức xạ điệntrường gọi là bức xạ hãm Vùng năng lượng của bức xạ hãm thay đổi từ 0 và cựcđại bằng với động năng của electron Sự mất năng lượng trong trường hợp nàygọi là mất năng lượng do bức xạ Cường độ bức xạ hãm W, là lượng năng lượng

bức xạ trong 1 giây, đối với hạt có gia tốc 

dv

trong trường hợp không tương

a dt

đối và không lượng tử hóa bằng:

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

lượng hạt Do vậy, sự mất năng lượng chỉ đáng kể với electron chứ không quan

trọng với các hạt nặng tích điện Ngoài ra, sự mất năng lượng của electron chủ

yếu do tương tác với hạt nhân chứ không phải do tương tác với các electron quỹ

đạo

Độ mất năng lượng do bức xạ được miêu tả bởi các công thức sau:

- Trường hợp không tương đối, tức là khi E << mec2:

là mật độ nguyên tử của môi trường, NA = 6,02.1023 phân tử/mole, A và Z là số

khối lượng và số nguyên tử của hạt nhân môi trường

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

Nếu E tính theo đơn vị MeV thì tỉ số giữa độ mất năng lượng riêng do bức

xạ và độ mất năng lượng riêng do ion hóa bằng:

(dE/dx) rad

Công thức (2.15) cho thấy độ mất năng lượng riêng do bức xạ trong nước

(Z  8) với E = 100 MeV có giá trị bằng độ mất năng lượng riêng do ion hóa

Đối với chì thì điều đó xảy ra ở năng lượng E  10 MeV Giá trị năng lượng mà

tại đó độ mất năng lượng riêng do bức xạ có giá trị bằng độ mất năng lượng riêng

do ion hóa được gọi là năng lượng tới hạn Trong miền năng lượng trên năng

lượng tới hạn thì độ mất năng lượng do bức xạ đóng vai trò chủ yếu Khi đó năng

lượng electron giảm theo hàm số mũ khi đi xuyên qua vật chất:

E = E0e  x/ rad (2.16)trong đó rad gọi là độ dài bức xạ

Hình 2.1 minh họa tốc độ mất năng lượng của electron bởi các quá trình

ion hóa do va chạm và phát bức xạ [5]

Độ mất năng lượng của chùm electron tới do phát bức xạ hãm , tỷ lệ với số

hạt nhân bia Nếu bia cang day thi năng suất phat bưc xa ̣̉ha

̉n m tăng lên Tuy

nhiên, khi bềday bia tăng lên , sẽ xảy ra các hiện tượng : sư ̣mất năng lương̣

̉e

nhưng không phat xa ̣, làm giảm dần động năng của electron ; sư ̣tư ̣hấp thu ̣cua

các photon trong bia; sư ̣nhân bức xa ̣từ môṭelectron ; sư ̣tán xạ đàn hồi nhiều lần

của electron trước khi phát ra bức xạ… Các quá trình này làm cho việc tính toán

phân bốnăng lương̣ , và phân bố góc của bức xạ hãm càng phức tạp Do đó, cần

tính toán bề dày tối ưu của bia để c ó suất lượng bức xạ hãm lớn nhất Ví dụ, với

electron năng lương̣ trong khoảng từ 5 ÷ 30 MeV, bềdày tối ưu của bia W là

1mm

Lại Văn Thắng 20

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

Hình 2.1 Tốc độ mất năng lượng do va chạm và phát bức xạ của e trong bia Cu.

Bềdày tối ưu của bia thườn g nhỏhơn quangn chaỵ của electron , nên người

ta thường dùng các chất hấp thu ̣nhe ̣như nhôm , hoăc̣ graphit đăṭsau bia đểgi ảm bớt sự ảnh hưởng của chùm electron lên mâũ nghiên cứu Các chất hấp thụ nhẹ sẽhãm hết các electron , nhưng rất itl làm ảnh hưởng đến chùm bức xa ̣hamn Hiêụ suất taọ thành bức xa ̣, thay đổi gần như tuyến tinhl với sốnguyên tử trong bia dày.Hiêụ suất này cóthểđaṭtới 30% đối với các nguyên tốnăng̣ ởnăng lương̣ electron

10 MeV Hình 2.2 là hiệu suất biến đổi năng lượng của electron thành bức xa.̣

Khi các electron năng lượng cao tương tác với trường Culông của các hạtnhân bia, quĩ đạo của chúng bị thay đổi do lực hút của hạt nhân và bị hãm lại, quátrình này kèm theo phát bức xạ hãm Bức xạ hãm có phổ liên tục và năng lượngđạt giá trị cực đại đúng bằng động năng của electron tới Hình 2.3 biểu diễn phổbức xạ hãm của bia W khi bắn phá bởi chùm electron năng lượng 50, 60 và 70MeV

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

Hình 2.2 Hiêụ suất biến đổi năng lương̣ electron thanh bưc xa ̣ham

Nang luong photon ham (MeV)

Hình 2.3 Phổbức xạ hãm tạo bởi chùm electron 50, 60 và 70 MeV từ bia

W cóbềdày 0.1 mm.

Luâṇ văn thac̣ si ̃ khoa hoc̣

Phổ năng lượng của bức xạ hãm phụ thuộc mạnh vào góc phát xạ Phân bốgóc của bức xạ hãm có liên quan tới một số quá trình vật lý chủ yếu sau: phân bốgóc thực của bức xạ hãm, phân bố góc của các electron tán xạ đàn hồi với hạtnhân trong một va chạm, phân bố góc của các electron tán xạ nhiều lần và phân

bố góc của các photon tán xạ Trong thực tế còn phải tính đến sự lệch hướng củachùm electron khi gia tốc Phổ và phân bố góc của bức xạ hãm có thể xác địnhđược bằng phương pháp thực nghiệm với các kỹ thuật đo khác nhau

2.1.3 Máy gia tốc linac 100 MeV Pohang, Hàn quốc.

Máy gia tốc electron tuyến tính 100 MeV

Pohang, Hàn quốc đươc̣ đưa vào hoaṭđông̣ từ năm

cấu tạo như trên hình 2.3 [15]

đặt tại Trung tâm Gia tốc

1998 và có sơ đồ nguyên lý

QD: Cặp đôi nam châm tứ cực; BCT: biến thếdòng; FS: cuôṇ điều tiêu; AC: ống gia

tốc; SC: cuôṇ lái dòng; QT: Bộ ba nam châm tứ cực; BPRM: monitơ dòng.

Các bộ phận chính của máy gia tốc bao gồm: nguồn phát electron gun), một nam châm alpha, hai cặp nam châm tứ cực (quadrupole doublet), haiđoạn ống gia tốc, một bộ ba nam châm tứ cực (quadrupole triplet), một nam châmphân tích dòng (beam analyzing magnet), một cuôṇ điều tiêu (focusing solenoid),một bộ phát sóng cao tần và cung cấp năng lượng (klytron)… Toàn bộ máy giatốc dài 15 mét

(RF-Máy gia tốc electron tuyến tính 100 MeV ở Pohang có thể gia tốc chùmelectron tới năng lượng 100 MeV, dòng đạt 100 mA, độ rộng xung 1 4 s, tốc

đô ̣lăp̣ của xung 1015 Hz, tần sốsó ng RF 2856 MHz Bán kính của chùm

electron ở monitơ dòng trước bia là 20 mm Bia W co bềday 0.1 mm đươc̣ sư