Phổ gamma đặc trưng của mẫu Ta được kích hoạt bởi các nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi mẫu 2868phút, thời gian đo 240phút... Phổ gamma đặc trưng của mẫu Au[r]
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN MINH CÔNG
XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG
HẠT NHÂN 181Ta(n,)182
Ta
LUẬN VĂN THẠC SỸ
Hà Nội – 2014
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN MINH CÔNG
XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG
HẠT NHÂN 181Ta(n,)182
Ta
LUẬN VĂN THẠC SỸ
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số: 60440106
Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Đức Khuê
Hà Nội – 2014
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn là
TS Phạm Đức Khuê về sự chỉ dạy chuyên môn, giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình học tập, làm việc và thực hiện bản luận văn
Em xin gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên khoa Vật lý trường ĐH KHTN – ĐHQG HN đã tận tình chỉ dạy trong suốt thời gian học tập tại trường
Em xin chân thành cảm ơn cán bộ, giảng viên phòng sau đại học Trường ĐHKHTN-ĐHQG HN, lãnh đạo Viện Vật lý, Trung tâm Vật lý Hạt nhân, cán bộ lãnh đạo Đoàn 871 Cục CT –BTTM, cán bộ lãnh đạo BTL Hóa học, Trường sỹ quan Phòng Hóa đã tạo mọi điều kiện thuận lợi đểhoàn thành bản luận văn này
Cuối cùng , em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và người thân đã luôn động viên, ủng hộ tuyệt đối cả về vật chất và tinh thần để có thể yên tâm học tập, làm việc và hoàn thành bản luận văn này
Em xin cảm ơn và rất mong các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp đóng góp ý kiến bổ sung để bản luận văn này ngày càng được hoàn thiện và có
ý nghĩa thiết thực
Trang 42
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ TỪ KHÓA
RF: Tần số radio (radio frequency)
HPGe: Detector bán dẫn siêu tinh khiết
Tiết diện: Cross section
Thông lượng: Flux
Suất lượng: Yield
Lá dò: Foild
Hệ làm chậm bằng nước: Water moderator
Khối ốp bằng chì: Pb bricks
MCA: Bộ phân tích đa kênh (Multi Channel Analyzer)
ADC: Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự số (Analog to Digital
Converter)
Trang 5Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công
3
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thông số va chạm của một số hạt nhân
Bảng 1.2: Các thông số đối với một số chất làm chậm
Bảng 2.1: Đặc trưng của các mẫu Ta, Au và In
Bảng 2.2: Chế độ kích hoạt mẫu
Bảng 2.3: Giá trị các hệ số làm khớp hàm đối với Detector
HPGe(ORTEC)
Bảng 3.1: Các thông số của phản ứng 1 8 1 Ta(n,) 182 Ta , 197 Au(n,) 198 Au, và
1 1 5
In(n,) 1 1 6 m In
Bảng 3.2: Các hệ số hiệu chỉnh chính được sử dụng để xác định tiết diện
Bảng 3.3: Hệ số tự hấp thụ tia gamma trong mẫu
Bảng 3.4: Hệ số hiệu chỉnh hiệu ứng cộng đỉnh tại vị trí cách detector 5
cm
Bảng 3.5: Số liệu tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng 1 8 1 Ta(n,) 1 8 2 Ta
đã được công
Trang 64
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ tán xạ đàn hồi của notron lên hạt nhân trong hệ tọa độ
phòng thí nghiệm (a) và hệ tọa độ tâm quán tính (b)
Hình 1.2 Sơ đồ tính ζ
Hình 1.3 Sơ đồ phân rã hạt nhân của phản ứng bắt nơtron nhiệt
Hình 1.4 Các mức năng lượng kích thích của hạt nhân hợp phần
Hình 1.5 Tiết diện của phản ứng 1 8 1 Ta(n,𝛾) 1 8 2 Ta theo năng lượng
Hình 2.1 Máy gia tốc electron tuyến tính 100 MeV tại Pohang,Hàn Quốc Hình 2.2.Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính 100 MeV Hình 2.3.Cấu tạo của bia Ta và hệ làm chậm nơtron
Hình 2.4.Phân bố năng lượng nơtron ở bia Ta đối với làm chậm bằng
nước, không làm chậm bằng nước và phân bố Maxwellian
Hình 2.5 Sơ đồ làm việc của hệ phổ kế gamma với detector HPGe
Hình 2.6 Bố trí thí nghiê ̣m kích ho ạt mẫu trên bề mặt h ệ làm chậm
nơtron bằng nước
Hình 2.7 Giao diện phần mềm GammaVision
Hình 2.8 Đường cong hiệu suất ghi đỉnh quang điện của Detector bán
dấn HPGe(ORTEC) sử dụng trong nghiên cứu
Hình 2.9 Sự phụ thuộc của hoạt độ phóng xạ vào thời gian kích hoạt (ti),
thời gian phân rã (td) và thời gian đo (tc)
Hình 3.1 Phổ gamma đặc trưng của mẫu Ta được kích hoạt bởi các
nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi mẫu
2868phút, thời gian đo 240phút
Trang 7Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công
5
Hình 3.2 Phổ gamma đặc trưng của mẫu Au được kích hoạt bởi các
nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi mẫu 8594 phút, thời gian đo 10 phút
Hình 3.3 Phổ gamma đặc trưng của In được kích hoạt bởi các nơtron
nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi mẫu 344 phút, thời gian đo mẫu 200 giây
Hình 3.4 biểu diễn sơ đồ phân rã đơn giản của đồng vị 1 8 2
Ta
Hình 3.5 Sự phụ thuộc hệ số tự chắn đối với nơtron nhiệt vào bề dày các
mẫu
Hình 3.6 tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng 1 8 1 Ta(n,) 1 8 2 Ta
Trang 86
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 8
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG BẮT NƠTRONError! Bookmark not defined 1.1 Tương tác của nơtron với vật chất Error! Bookmark not defined.
1.2 Làm chậm nơtron Error! Bookmark not defined.
1.2.1 Nhiệt hóa nơtron Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Cơ chế làm chậm nơtron Error! Bookmark not defined.
1.3 Hạt nhân hợp phần, hạt nhân kích thích Error! Bookmark not
defined.
1.3.1 Các cơ chế phản ứng hạt nhân Error! Bookmark not defined.
1.3.2 Phản ứngbắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined.
1.3.3 Trạng thái kích thích Error! Bookmark not defined.
1.4 Tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined.
1.4.1 Khái quát về tiết diện phản ứng Error! Bookmark not
defined.
1.4.2 Tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined.
1.5 Các nguồn nơtron chính Error! Bookmark not defined.
1.5.1 Nguồn nơtron đồng vị Error! Bookmark not defined.
1.5.2 Nguồn nơtron từ lò phản ứng Error! Bookmark not defined.
1.5.3 Nguồn nơtron từ máy gia tốc Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON
2.1 Thiết bị thí nghiệm Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Máy gia tốc thẳng và nguồn nơtron xung trên máy gia tốc
electrontuyến tính năng lư ợng 100 MeV Error! Bookmark not
defined.
2.1.2 Hệ phổ kế gamma Error! Bookmark not defined.
Trang 9Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công
7
Bookmark not defined.
2.2.1 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.2 Kích hoạt mẫu Error! Bookmark not defined 2.2.3 Đo hoạt độ phóng xạ của các mẫu sau khi kích hoạt Error! Bookmark not defined.
2.2.4 Phân tích phổ gamma Error! Bookmark not defined.
defined.
2.3 Phương pháp xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined.
defined.
2.3.2 Xác định ti ết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Một số hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác của kết quả Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNError! Bookmark not defined.
3.1 Nhận diện đồng vị phóng xạ và các đặc trưng của phản ứng hạt
nhân Error! Bookmark not defined 3.2 Một số kết quả hiệu chỉnh Error! Bookmark not defined.
3.3 Kết quả xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng
1 8 1
KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU KHAM KHẢO 10
PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.
Trang 108
MỞ ĐẦU
Phản ứng hạt nhân là một trong những hướng quan trọng nhất trong lĩnh vực nghiên cứu hạt nhân Trải qua nhiều thập niên nghiên cứu, cho đến nay sự hiểu biết về hạt nhân nguyên tử đã được mở rộng, tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề liên quan tới cấu trúc hạt nhân, các tính chất của hạt nhân và cơ chế của phản ứng hạt nhân vẫn chưa được làm sáng tỏ và cần tiếp tục được nghiên cứu Bên cạnh việc đóng góp và lĩnh vực các nghiên cứu khoa học cơ bản, phản ứng hạt nhân còn có vai trò quan trọng trong các ứng dụng thực tiễn như năng lượng, y tế, công nghiệp, vũ trụ,
an toàn bức xạ và hạt nhân,…
Đặc trưng của mỗi phản ứng phụ thuộc vào từng hạt nhân nguyên
tử, vào loại hạt tới và năng lượng của chúng Các loại hạt/bức xạ quen
với một hạt nhân có thể diễn ra theo nhiều cơ chế khác nhau phụ thuộc vào năng lượng của chúng và tạo thành những sản phẩm phản ứng khác nhau
Trong nghiên cứu phản ứng hạt nhân và ứng dụng thì nơtron là một trong những loại bức xạ được sử dụng phổ biến nhất Các phản ứng hạt nhân điển hình xảy ra do tương tác của nơtron như (n,α), (n,p), (n,γ),…với xác suất khác nhau ngay trên một đồng vị và phụ thuộc vào năng lượng của nơtron tới
Một trong những đại lượng đặc trưng quan trọng của phản ứng hạt nhân là tiết diện phản ứng Tiết diện phản ứng là thước đo xác suất xảy ra
nhiệt là loại số liệu hạt nhân quan trọng được sử dụng nhiều trong nghiên cứu cũng như ứng dụng trong các tính toán lò phản ứng hạt nhân, che chắn an toàn phóng xạ, đánh giá sự phá hủy vật liệu do bức xạ,…
thực hiện trên lò phản ứng hoặc trên các nguồn nơtron đồng vị Ngày nay
Trang 11Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công
9
với sự phát triển của kỹ thuật gia tốc có thể tạo ra các nguồn nơtron có
nơtron trên máy gia tốc thường phát ra theo chế độ xung, do đó có thể sử dụng các kỹ thuật thực nghiệm khác nhau như kích hoạt phóng xạ và đo thời gian bay
Trang 1210
TÀI LIỆU KHAM KHẢO
Tài liệu tiếng việt:
xuất bản Đại học Quốc gia, Hà Nội
[3] Ngô Quang Huy (2002), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, NXB ĐHQG
HN
Tài liệu tiếng anh
[5] A Trkov, G.ˇ Zerovnik, L Snoj, M Ravnik ,“On the self-shielding
factors in neutron activation analysis”,Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research A 610 (2009) 553 –565
[6] A.Sunyar,P.Axer,” decay of 16-minute ta182m”, pr,121,1158,1961
[7] B Pritychenko,S.F Mughabghab.National Nuclear Data Center,
USA,“Neutron Thermal Cross Sections, Westcott Factors, Resonance Integrals, Maxwellian Averaged Cr oss Sections and Astrophysical Reaction Rates Calculated from the ENDF/B -VII.1, JEFF-3.1.2, JENDL-4.0, ROSFOND-2010, CENDL-3.1 and EAF-2010 Evaluated
Data Libraries”,aXiv:1208.2879v3[Astro-ph.SR] 11/9/2013
[8] D De Soete, R Gijbels, J Hoste, Neutron Activation Analysis”,
John Wiley & Sons Ltd, 1972
[9] E.M.Gryntakis,Examination of the dependence of the effectivecross
section from the neutron temperature, measurements of the neutron temperature and etermination of some cross sections for neutron capture and neutron fission
[10] F De Corte, A Simonits, A De Wispelaere, “ Comparative study
of measured and critically evaluated resonace integral to thermal
Trang 13Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công
11
cross section ratios”,Journal of Radioanalytical and Nuclear
Chemistry,133(1989) 131-151
[11] F De Corte “The updated NAA nuclear data library derived from the
Chemistry, Vol 257, No 3 (2003) 493-499
[12 ] G.Wolf,” the absolute calibration of desintegration rates throught the beta-gamma-coincidence method and it suse for measuring of the thermal activation cross sections of the nuclides na -23,sc-45,co-59
end ta-181 (in german)”,j,nuk,2,255,60
[13] Harald A Enge, Introduction to nuclear physics, Addition- Wiley
publishing company, 1983
[14] H Hubbell and S M Seltzer, Tables of X-Ray Mass Attenuation
Coefficients and Mass Energy-Absorption Coefficients, 1996
[15] Landolt-Börnstein,Numerical Data and Functional Relationships in
Science and Technology, New Series/ Editor in Chief: W
Martienssen
[16] L.Seren, H.N.Friedlander, S.H.Turkel , “Thermal Neutron Activation
Cross Sections”, J,PR,72,888,1947
[17] M Blaauw, “The confusing issue of the neutron capture cross -
computations”,Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research, A 356(1995) 403
[18] M Karadag, H Yucel, “Measurement of thermal neutron cross
W reaction by
activation method using a single monitor”,Annals of nuclear energy
vol.31(2004) 1285- 1297
[19] M.Takiue,H.Ishikawa,” Thermal neutron reaction cross section measurements for fourteen nuclides ith a liquid scintillation
spectrometer”,J,NIM,148,(1),157,7801
Trang 1412
[20] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Le Truong Son, Guinyun Kim,Young Seok Lee, Youngdo Oh, Hee -Seok Lee, Moo-Hyun Cho,In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal neutron
reaction”,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B
266 (2008) 863–871
[21] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Bui Van Loat, Md.S Rahman, Kyung Sook Kim,Guinyun Kim, Youngdo Oh, Hee -Seok Lee, Moo-Hyun Cho, In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal
reaction”,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B
267 (2009) 462–468
[22] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Nguyen Thi Hien, Guinyun Kim, Sungchul Yang, Kyung Sook Kim, Sung Gyun Shin, Moo-Hyun Cho, Man Woo Lee, ” Measurement of thermal
reaction by using a gold monitor”,Nuclear Instruments and Methods
in Physics Research B 310 (2013) 10 –17
[23] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Guinyun Kim,Young Seok Lee, Youngdo Oh, Hee-Seok Lee, Moo-Hyun Cho,In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal neutron cross-section and
Instruments and Methods in Physics Research B 269 (2011) 159–
166
[24] Paul Reuss, Neutron physics, EDP Sciences (August 15, 2008)
[25] R.E.Heft, A consistent set of nuclear -parameter valuesfor absolute
instrumental neutron activation analysis C,78MAYAG,,495,197805
[26] Richard B Firestone “Table Of Isotope” , 3/1996
Trang 15Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công
13
[27] S.E Agbemava, B.J.B Nyarko, J.J Fletcher, R.B.M Sogbadji, E Mensimah, M Asamoah,“Measurement of thermal neutron and
20 Ci Am–Be isotopic neutron source”,Annals of Nuclear Energy 38
(2011) 1616–1622
[28] S.F.Mughabghab,Atlas of neutron resonances resonance parameters
and thermal Cross Sections Z=1 -100, B,NEUT.RES,,2006
[29] S.S.Malik,G.Brunhart,F.J.Shore,V.L.Sailor ,” Factors in the precision
of slow neutron capture cross section measurements using a simple
Moxon-Rae detector”,J,NIM,86,83,1970
[20] Van Do Nguyen and Duc Khue Pham, “Measurements of neutron and
Photon distributions by using an Activation Technique at the Pohang
Neutron Facility”, Journal of the Korean Physical Society,Vol
48,No 3,March 2006,pp 382- 389
[31] Van DoNguyen and Duc Khue Pham, “ Neutron yields from thick Ta
target bombarded by 65 MeV electron beam”, Communications in
Physics, Vol.14, No.4(2004), pp 209-214
[32] V.Markovic,A.Kocic,” Measurement of the thermal effective cross section and the effective resonance integral of copper and tantalum
using the pile scillator method”,J,BKN,22,(1),1,1971
[33] W.S.Lyson,,” reactor neutron activation cross sections fora number
of elements”,j, nse,8,378,60
[34] http://www.nist.gov/pml/data/xraycoef/
[35] http://en.wikipedia.org/wiki/Tantalum
[36] http://ie.lbl.gov/toi/