Nghiên Cứu Xác Định Tiết Diện Phản Ứng Và Cường Độ Các Tia Gamma Tức Thời Từ Phản Ứng Hạt Nhân 186W(N,Ɣ)187W.pdf

BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
----------------------------------------

Nguyễn Ái Huyền Nga

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN PHẢN ỨNG VÀ
CƢỜNG ĐỘ CÁC TIA GAMMA TỨC THỜI TỪ PHẢN ỨNG
HẠT NHÂN 186W(n,γ)187W

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Hà Nội - 2022


BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
----------------------------------------

Nguyễn Ái Huyền Nga

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN PHẢN ỨNG VÀ
CƢỜNG ĐỘ CÁC TIA GAMMA TỨC THỜI TỪ PHẢN
ỨNG HẠT NHÂN 186W(n,γ)187W
Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử và hạt nhân
Mã số: 8 44 01 06

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Phạm Ngọc Sơn

Hà Nội - 2022


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của tơi
dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Phạm Ngọc Sơn. Các số liệu và kết quả
trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc cơng bố
trong bất kì cơng trình nào khác. Những kênh thơng tin tham khảo
trích dẫn trong luận văn đều đƣợc chú thích đầy đủ. Tơi hồn tồn
chịu trách nhiệm về sự cam đoan này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2022
Tác giả

Nguyễn Ái Huyền Nga


LỜI CẢM ƠN
Hồn thành luận văn này, tơi xin chân thành cảm ơn TS. Phạm
Ngọc Sơn– Giám đốc Trung tâm Vật lý và Điện tử hạt nhân – Viện
nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, tận tình hƣớng dẫn, quan tâm, giúp đỡ,

tạo điều kiện giúp tơi hồn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cám ơn đến Ban giám đốc Viện nghiên cứu hạt
nhân Đà Lạt, anh chị làm việc tại Trung tâm Vật lý và Điện tử hạt
nhân - Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã hỗ trợ giúp đỡ tơi hồn
thành luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn q Thầy, Cơ giáo, Khoa Vật Lý,
Phịng Đào tạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa
học và Cơng nghệ Việt Nam đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện để
chúng tơi hồn thành chƣơng trình thạc sỹ.
Tơi xin chân thành cảm ơn q Thầy, Cô giáo của Viện nghiên
cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã nhiệt tình và tạo điều kiện
thuận lợi để giúp tơi hồn thành chƣơng trình.

Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2022
Tác giả

Nguyễn Ái Huyền Nga


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Các tham số khớp thực nghiệm sử dụng trong mơ hình tính
tốn hệ số Gth.................................................................................................. 25
Bảng 1.2. Các tham số khớp thực nghiệm sử dụng trong mơ hình tính
tốn hệ số Ge ................................................................................................... 25
Bảng 2.1. Kết quả xử lý phổ năng lƣợng sau khi đo mẫu ở các vị trí:
sát mặt detector, cách detector 5 cm, cách detector 10 cm ............................. 37
Bảng 2.3. Sai số tƣơng đối hiệu suất ghi tại các khoảng cách khác
nhau ................................................................................................................. 40
Bảng 2.4. Tỉ số hiệu suất giữa các vị trí đặt nguồn ........................................ 41

Bảng 2.5. Bảng số liệu hạt nhân của mẫu và mẫu chuẩn dùng trong
luận văn ........................................................................................................... 42
Bảng 2.6. Các mẫu chuẩn trong thực nghiệm................................................. 43
Bảng 2.7. Thời gian chiếu mẫu và mẫu chuẩn ............................................... 44
Bảng 2.8. Bảng số liệu hạt nhân dùng để xác định số liệu tiết diện bắt
bức xạ nơtron nhiệt và tích phân cộng hƣởng của 186 W(n,γ)187W ................. 44
Bảng 2.9. Giá trị hiệu suất ghi tại các đỉnh năng lƣợng của........................... 47
mẫu chuẩn Au và W ........................................................................................ 47
Bảng 2.10. Kết quả đo hoạt độ các mẫu và mẫu chuẩn sau khi kích
hoạt nơtron ...................................................................................................... 47
Bảng 2.11. Bảng kết quả tính tốn hệ số tự che chắn ..................................... 51
nơtron nhiệt Gth và trên nhiệt Ge...................................................................... 51
Bảng 2.12. Bảng số liệu hạt nhân dùng để xác định tiết diện bắt bức
xạ nơtron nhiệt của 186W(n,γ)187W .................................................................. 53
Bảng 2.13. Số liệu tích phân cộng hƣởng ....................................................... 54
Bảng 2.14. Cƣờng độ các tia gamma tức thời của hạt nhân 186W tại
các mức năng lƣợng khác nhau ....................................................................... 57
Bảng 3.1. Kết quả tiết diện bắt bức xạ của hạt nhân 186W.............................. 59
Bảng 3.2. Kết quả đánh giá sai số tiết diện bắt bức xạ của hạt nhân
186
W ................................................................................................................. 59
Bảng 3.3. Kết quả đo thực nghiệm tiết diện phản ứng, tích phân cộng
hƣởng (I0) của phản ứng 186W(n,γ)187W ......................................................... 60
Bảng 3.4. So sánh kết quả thực nghiệm xác định tiết diện bắt bức xạ
nơtron nhiệt, của 186W(n,γ)187W trong luận văn với các tác giả khác [5] ....... 60
Bảng 3.5. So sánh kết quả thực nghiệm tích phân cộng hƣởng
của186W(n,γ)187W trong luận văn với các tác giả khác [5] .............................. 61
Bảng 3.6. So sánh kết quả thực nghiệm xác định cƣờng độ phát tia
gamma của 186(n,γ)187W trong luận văn với các tác giả khác ......................... 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn q trình phản ứng bắt nơtron ........................ 10
Hình 1.2. Giản đồ quá trình bắt nơtron của hạt nhân bia kèm phát xạ
gamma tức thời .......................................................................................... 10
Hình 1.3. Sơ đồ mặt cắt ngang của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt ............ 16
Hình 1.4. Mơ tả vị trí lắp đặt hệ dẫn dòng nơtron .................................... 17
bên trong kênh ngang số 2 ........................................................................ 17
Hình 1.5. Hệ thiết bị kênh nơtron số 2 ..................................................... 17
Hình 1.6. Hiệu ứng quang điện ................................................................ 27
Hình 1.7. Tán xạ Compton ....................................................................... 28
Hình 1.8. Hiệu ứng tạo cặp khi photon năng lƣợng cao tƣơng tác .......... 29
với hạt nhân ............................................................................................... 29
Hình 1.9. Sơ đồ khối của một hệ phổ kế gamma ..................................... 30
Hình 1.10. Phổ gamma đo trên nguồn 60Co với năng lƣợng 1173 và
1332 keV.................................................................................................... 30
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chiếu mẫu ........................................... 43
Hình 2.3. Phổ gamma của mẫu 186W sau khi chiếu trên nguồn nơtron tại
kênh Cột nhiệt của lò Phản ứng Hạt nhân Đà Lạt, vị trí đo mẫu đặt 5cm
cách detector. .............................................................................................. 45
Hình 2.4. Phổ gamma của mẫu 186W sau khi chiếu bọc Cadmi trên nguồn
nơtron tại kênh Cột nhiệt của lò Phản ứng Hạt nhân Đà Lạt, vị trí đo mẫu đặt
5cm cách detector. ....................................................................................... 46
Hình 2.12. Phổ prompt-gamma của Vanadium-52 thu đƣợc khi đo
trực tiếp tại kênh ngang số 2 của lị phản ứng hạt nhân Đà Lạt ................ 56
Hình 2.13. Phổ prompt-gamma của hạt nhân W-187 thu đƣợc khi đo
trực tiếp tại kênh ngang số 2 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt ................ 56
Hình 2.14. Hình ảnh cƣờng độ phát các tia gamma tức thời của 187W .... 58

1
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
MỤC LỤC ..................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .............................................................................................. 7
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở NGỒI NƢỚC............................... 7
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC.................................. 8
1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẢN ỨNG BẮT BỨC XẠ NƠTRON ........ 8
1.3.1. Cơ chế phản ứng bắt bức xạ nơtron ............................................ 9
1.3.2. Sự phân bố thông lƣợng nơtron theo năng lƣợng ..................... 11
1.3.2.1. Nơtron nhanh...................................................................... 11
1.3.2.2. Nơtron trên nhiệt ................................................................ 11
1.3.2.3. Nơtron nhiệt ....................................................................... 12
1.3.3. Các loại nguồn nơtron quan trọng............................................. 13
1.3.3.1. Nguồn nơtron máy gia tốc ................................................. 13
1.3.3.2. Nguồn nơtron đồng vị ........................................................ 14
1.3.3.3. Nguồn nơtron từ lò phản ứng hạt nhân .............................. 15
1.4. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍCH PHÂN CỘNG HƢỞNG....... 18
1.5. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT BỨC XẠ
NƠTRON VÀ CƢỜNG ĐỘ GAMMA .................................................. 19
1.5.1. Xác định thông lƣợng nơtron nhiệt ........................................... 21
1.5.2. Hiệu ứng tự che chắn nơtron trong mẫu và tính tốn các hệ
số Gth và Ge.......................................................................................... 23
1.5.3. Các phƣơng pháp tính tốn các hệ số Gth và Ge ...................... 24
1.5.4. Tƣơng tác của gamma với vật chất ........................................... 27

1.5.5. Hiệu ứng hấp thụ quang điện .................................................... 27


2
1.5.6. Tán xạ Compton ........................................................................ 27
1.5.7. Hiệu ứng tạo cặp ....................................................................... 28
1.5.8. Hệ phổ kế gamma...................................................................... 29
1.5.9. Hiệu suất ghi của đầu dò ........................................................... 30
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU .............................. 32
2.1. CHUẨN HÓA HỆ PHỔ KẾ GAMMA DÙNG DETECTOR
HPGE ...................................................................................................... 33
2.1.1. Hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe .................................... 33
2.1.2. Chuẩn hoá hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe .................. 33
2.1.2.1. Chuẩn năng lƣợng và độ phân giải .................................... 33
2.1.2.2. Chuẩn hiệu suất ghi tuyệt đối............................................. 35
2.1.3. Xác định sai số của giá trị hiệu suất ghi tại các vị trí đặt
nguồn khác nhau đối với detector ....................................................... 40
2.2. CHUẨN BỊ MẪU VÀ MẪU CHUẨN .......................................... 42
2.3. THỰC NGHIỆM CHIẾU MẪU VÀ ĐO HOẠT ĐỘ RIÊNG ........ 42
2.3.1. Chiếu mẫu và mẫu chuẩn có vỏ bọc Cadmi .............................. 43
2.3.2. Chiếu mẫu và mẫu chuẩn khơng có vỏ bọc Cadmi................... 43
2.3.3. Đo phổ gamma của các mẫu sau khi chiếu ............................... 44
2.3.4. Xác định hoạt độ các mẫu ........................................................ 47
2.3.5. Tính tốn các hệ số tự che chắn nơtron nhiệt và trên nhiệt ...... 48
2.4. XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT BỨC XẠ NƠTRON NHIỆT VÀ
TÍCH PHÂN CỘNG HƢỞNG CỦA 186W(n,γ)187W .............................. 52
2.4.1. Xác định tiết diện bắt bức xạ nơtron nhiệt của phản ứng hạt
nhân 186W(n,γ)187W ............................................................................. 52
2.4.2. Xác định tích phân cộng hƣởng ................................................ 53
2.5. CƢỜNG ĐỘ CÁC TIA GAMMA TÚC THỜI CỦA hạt nhân

187
W ......................................................................................................... 54
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 59
KẾT QUẢ TÍNH TỐN TIẾT DIỆN BẮT BỨC XẠ NƠTRON
NHIỆT CỦA 186W................................................................................. 59
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................. 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 67


3
MỞ ĐẦU
Hiện nay, khoa học và kỹ thuật hạt nhân đang đƣợc ứng dụng
rộng rãi không chỉ trong ngành công nghiệp năng lƣợng mà còn ở nhiều
lĩnh vực khác nhƣ: y tế, công nghiệp, nông nghiệp, thực phẩm, môi
trƣờng,... Ứng dụng khoa học và kỹ thuật hạt nhân đã mang đến nhiều
giải pháp thiết thực cho việc giải quyết những vấn đề thách thức trong
quá trình xây dựng và phát triển một nền kinh tế xã hội bền vững ở mỗi
quốc gia và toàn cầu nhƣ: vấn đề biến đổi khí hậu, đảm bảo an ninh
năng lƣợng, mơi trƣờng, an toàn thực phẩm hay thúc đẩy sự tiến bộ của
nền khoa học và công nghệ.
Ngày 9/12/2021, hội nghị Khoa học và Cơng nghệ hạt nhân tồn
quốc lần thứ 14 do Viện Năng lƣợng nguyên tử Việt Nam chủ trì đã
đƣợc tổ chức theo hình thức trực tiếp và trực tuyến. Hội gồm phiên tồn
thể với những báo cáo mang tính chiến lƣợc và định hƣớng đƣợc trình
bày và bàn thảo bởi các nhà khoa học trong nƣớc và quốc tế và nhiều
báo cáo ở các phiên chuyên ngành với những kết quả mới đã đƣợc ứng
dụng vào thực tiễn rất thiết thực ở Việt Nam, điển hình nhƣ y học hạt
nhân, chiếu xạ nông hải sản xuất khẩu, kiểm tra không phá hủy tại các
nhà máy công nghiệp, nghiên cứu phát tán phóng xạ trong mơi trƣờng
khơng khí và mơi trƣờng biển, nghiên cứu cơ bản và đào tạo trong lĩnh

vực khoa học và cơng nghệ hạt nhân. Lị phản ứng hạt nhân Đà Lạt là
một trong những cơ sở, nghiên cứu phát triển và ứng dụng khoa học kỹ thuật hạt nhân, có vai trị quan trọng khơng chỉ đối với ngành năng
lƣợng ngun tử, mà cịn có ý nghĩa quan trọng về thúc đẩy nghiên cứu
phát triển trong mối liên hệ với các chuyên ngành khoa học khác, từng
bƣớc tiến tới làm chủ công nghệ và phát huy tiềm năng to lớn trong lĩnh
vực ứng dụng năng lƣợng ngun tử vì mục đích hịa bình. Trong đó,
cơng tác đào tạo nhân lực có trình độ đại học và sau đại học chuyên
ngành Vật lý nguyên tử và hạt nhân là rất cần thiết đƣợc thực hiện một
cách thƣờng xuyên, nhằm duy trì và phát triển một tiềm lực nhân lực có
nền tảng khoa học chuyên ngành vững vàng cả về nghiên cứu cơ bản
gắn liền với đào tạo nhân lực và nghiên cứu ứng dụng gắn liền với
thành tựu khoa học công nghệ.


4
Trong phạm vị nghiên cứu cơ bản về vật lý hạt nhân thực nghiệm,
số liệu tiết diện phản ứng hạt nhân là một trong những chủ đề ln có
tính cấp thiết và vai trị quan trọng trong suốt tiến trình phát triển của nền
khoa học và công nghệ hạt nhân, không ngừng đổi mới để đáp ứng
những yêu cầu trong thực tiễn này càng cao về phát triển bền vững, an
tồn và hiệu quả kinh tế. Tính cần thiết cao của tập số liệu này là vì đây
là thơng tin đầu vào cần thiết (không thể thiếu) trong các thiết kế, tính
tốn, mơ phỏng, đánh giá trong mọi hoạt động nghiên cứu phát triển và
ứng dụng khoa học và công nghệ hạt nhân.
Khái niệm tiết diện phản ứng của hạt nhân với hạt nơtron đƣợc
định nghĩa là xác suất xảy ra phản ứng khi một hạt tới nơtron va chạm
với hạt nhân bia. Tiết diện phản ứng phụ thuộc vào các đặc trƣng cấu
trúc của hạt nhân bia và phụ thuộc rất mạnh vào năng lƣợng của hạt
nơtron tới. Trong trƣờng hợp phản ứng bắt bức xạ nơtron (n,γ), hạt
nhân bia A bắt một nơtron tạo thành một hạt nhân hợp phần ở trạng thái

kích thích (A+1)*. Số liệu tiết diện nơtron nhiệt, tích phân cộng hƣởng
và cƣờng độ các tia gamma tức thời từ phản ứng hạt nhân
186
W(n,γ)187W có vai trò cần thiết trong các ứng dụng nhƣ vật lý hạt
nhân thực nghiệm, vật lý thiên văn, tính tốn mô phỏng thiết bị hạt
nhân,... Các số liệu thực nghiệm về phản ứng này đã có một số cơng bố
trên tạp chí và hội nghị khoa học chuyên ngành vật lý hạt nhân, tuy
nhiên vẫn tồn tại ở mức sai số lớn và cịn có khác biệt đáng kể về số
liệu đo thực nghiệm khi so sánh giữa các phòng thí nghiệm với các
phƣơng tiện thiết bị khác nhau. Hơn nữa, trong thực tế hiện nay, nhiều
nguồn số liệu thực nghiệm vẫn tồn tại sai số lớn (lên đến khoảng vài
chục %). Do đó, mặc dù cơ sở dữ liệu về số liệu tiết diện phản ứng hạt
nhân đã đƣợc nghiên cứu phát triển trong nhiều năm qua, nhƣng cho
đến hiện nay vẫn chƣa đáp ứng một cách hoàn chỉnh và đầy đủ cả về số
lƣợng và chất lƣợng cho các ứng dụng trong thực tiễn do vẫn còn thiếu
hoặc tồn tại sai số lớn đối với nhiều hạt nhân khác nhau.
Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt với các kênh ngang cung cấp các
chùm tia nơtron phục vụ nghiên cứu khoa học, ứng dụng và đào tạo.
Đây là thiết bị khoa học hiện đại, cùng với việc sử dụng các hệ phổ kế


5
ghi đo bức xạ chất lƣợng tốt ở đây là điều kiện rất tốt để thực hiện mục
tiêu và các nội dung nghiên cứu đã đề ra trong đề cƣơng đề tài luận văn
tốt nghiệp cao học này với tên đề tài là “Nghiên cứu xác định tiết diện
phản ứng và cường độ các tia gamma tức thời từ phản ứng hạt nhân
186
W(n,γ)187W”.
Ngoài ra nội dung nghiên cứu cũng sẽ giúp học viên tiếp cận với
phƣơng pháp và thiết bị nghiên cứu khoa học hiện đại, nâng cao năng

lực về thực hành vật lý hạt nhân thực nghiệm, xử lý số liệu thống kê, và
tham gia công tác đào tạo.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu áp dụng các phƣơng pháp đo
thực nghiệm, tính tốn và xử lý số liệu thực nghiệm để xác định số liệu
tiết diện phản ứng bắt nơtron nhiệt, tích phân cộng hƣởng và cƣờng độ
các tia gamma tức thời từ phản ứng hạt nhân 186W(n,γ)187W. Ngồi ra,
thơng qua việc thực hiện các nội dung nghiên cứu trong luận văn này,
cũng đã giúp tác giả tiếp cận với phƣơng pháp và thiết bị nghiên cứu
khoa học hiện đại, nâng cao năng lực về thực hành vật lý hạt nhân thực
nghiệm, xử lý số liệu thống kê, và tham gia công tác đào tạo sau này.
Về cấu trúc của luận văn, ngoài phần mở đầu và kết luận, các nội
dung của luận văn đƣợc trình bày thành 3 chƣơng bao bồm:
Chƣơng 1: tổng quan lý thuyết và phƣơng pháp nghiên cứu.
Trình bày tổng quan về cơ sở lý thuyết phản ứng bắt bức xạ (n,γ); thông
tin về các thiết bị nguồn nơtron nói chung và kênh nơtron nhiệt tại lò
phản ứng hạt nhân Đà Lạt; tổng quan tóm tắt về tƣơng tác của bức xạ
với vật chất; phƣơng pháp thực nghiệm và xử lý số liệu; phƣơng pháp
tính tốn các hệ số hiệu chính tự che chắn nơtron trong mẫu.
Chƣơng 2: thực nghiệm và xử lý số liệu. Trình bày các nội dung
thực nghiệm về chuẩn hóa hệ phổ kế gamma dùng detector bán dẫn
HPGe; chiếu mẫu nghiên cứu và mẫu chuẩn với kênh nơtron nhiệt và
trên nhiệt từ lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt; đo phổ gamma và xử lý số
liệu thực nghiệm.


6
Chƣơng 3: kết quả nghiên cứu. Trình bày các kết quả đạt đƣợc
của luận văn; đánh giá sai số và so sánh với số liệu đã công bố của các
tác giả khác trong và ngoài nƣớc.

7
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VÀ PHƢƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
Nội dung của chƣơng này trình bày tổng quan về cơ sở lý thuyết
phản ứng bắt bức xạ nơtron (n,γ), phƣơng pháp xác định các thông số của
phân bố phổ nơtron trên lị phản ứng hạt nhân, thơng tin về các thiết bị
nguồn nơtron nói chung và kênh nơtron nhiệt tại lị phản ứng hạt nhân
Đà Lạt, tổng quan tóm tắt về tƣơng tác của bức xạ với vật chất; phƣơng
pháp thực nghiệm và xử lý số liệu, phƣơng pháp tính tốn các hệ số hiệu
chính tự che chắn nơtron trong mẫu, phƣơng pháp đo tiết diện bắt bức xạ
nơtron nhiệt và tích phân cộng hƣởng và xác định cƣờng độ tuyệt đối của
các tia bức xạ gamma tức thời từ phản ứng (n,γ) [1].
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở NGỒI NƢỚC
Giá trị tiết diện kích hoạt neutron đã trở nên quan trọng đối với các
nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm liên quan đến tƣơng tác của neutron
với vật chất. Trong những năm gần đây, với công nghệ đo neutron hiện
đại, có một số (n,) các phản ứng cần xác định lại tiết diện nơtron nhiệt và
tích phân cộng hƣởng. Trên thực tế, việc xác định chính xác hơn tiết diện
nơtron nhiệt và tích phân cộng hƣởng đối với vonfram (W) là đặc biệt
quan trọng, bởi vì tungsteng đƣợc coi là vật liệu cấu trúc tiềm năng cho lò
phản ứng nhiệt hạch do các đặc tính của nó nhƣ điểm nóng chảy cao, dẫn
nhiệt cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp và kích hoạt nơtron thấp. Nó đƣợc sử
dụng rộng rãi cho các ứng dụng nhƣ vật liệu mục tiêu của máy gia tốc
điện tử để tạo ra các nơtron và nơtron đƣợc sản xuất. Tƣơng ứng, kiến
thức về tiết diện nơtron nhiệt và tích phân cộng hƣởng cho vonfram đã trở
thành một vai trị quan trọng trong tính tốn dữ liệu nhiệt phân rã và đánh
giá tác hại bức xạ của vật liệu.
Tính đến nay, tiết diện neutron nhiệt và tích phân cộng hƣởng cho
186W (n,) ngƣời ta đo phản ứng 187W mấy lần. Mặt cắt bắt neutron nhiệt

đo đƣợc thay đổi từ 33 ơ đến 42,8 ơ Tích phân cộng hƣởng đo đƣợc cũng
thay đổi từ 318 ô đến 534 ô Thực tế này cho thấy rằng, hầu hết các dữ liệu
thực nghiệm và đánh giá đƣợc báo cáo đã đƣợc đo lƣờng và khảo sát cách
đây khá lâu với sự khác biệt lớn giữa các kết quả thu đƣợc, đặc biệt là giữa
các giá trị tích phân cộng hƣởng. Do đó, cần phải đo thêm dữ liệu của 186W
(n,) Phản ứng 187W để so sánh tốt hơn. Ngoài ra, với công nghệ đo lƣờng
hiện đại, việc thực hiện thí nghiệm cải tiến để làm rõ những sai khác còn tồn
tại và giảm sai số ƣớc lƣợng là rất cần thiết. Mặt cắt nơtron nhiệt và tích
phân cộng hƣởng (từ năng lƣợng cắt của cadimi 0,025 eV đến khoảng 0,1
1.1.


8
MeV) có thể đƣợc xác định bằng thực nghiệm bằng phƣơng pháp kích
hoạt sử dụng vỏ bọc Cd hình trụ và vật liệu chuẩn (màn hình), mà vàng
(0 = 98,65 ± 0,09 chuồng và I0 = 1550 ± 28 chuồng) [6] thƣờng đƣợc sử
dụng.
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC
Trong nƣớc cũng có cơng trình nghiên cứu về tiết diện Tungsteng
trƣớc đó. Nhóm Việt Nam ở Hà nội đo bằng máy gia tốc, nhóm ở Đà Lạt
đo bằng nguồn nơtron lị phản ứng đều có sai số thống kê và sai số hệ
thống khác nhau, và chƣa có đo cƣờng độ tia gamma tức thời. Các phép
đo trên đƣợc dùng mẫu kim loại nên độ tin cậy chƣa cao.
1.2.

1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẢN ỨNG BẮT BỨC XẠ NƠTRON
Tƣơng tác của nơtron với hạt nhân bia phụ thuộc rất mạnh vào năng
lƣợng của nơtron tới. Tùy thuộc vào năng lƣợng hạt tới và tính chất của
hạt nhân bia mà các phản ứng có khả năng xảy ra là: phản ứng bắt bức xạ
nơtron (n,γ), tán xạ đàn hồi (n,n), tán xạ không đàn hồi (n,n ) hoặc là phản

ứng phân hạch (n,f). Phản ứng bắt bức xạ nơtron đã quan sát đƣợc bằng
thực nghiệm đối với hầu hết các hạt nhân và có tốc độ phản ứng chiếm
chủ yếu trong vùng năng lƣợng nơtron nhiệt và năng lƣợng cộng hƣởng.
Phản ứng bắt bức xạ diễn ra khi một hạt nhân bia (Z,A) hấp thụ một
nơtron tạo thành một hạt nhân hợp phần (Z, A+1) ở trạng thái kích thích
trong khoảng năng lƣợng từ 4 đến 10 MeV, năng lƣợng này bằng tổng
động năng của hạt nơtron tới và năng lƣợng liên kết của nơtron trong hạt
nhân hợp phần. Thời gian sống của trạng thái kích thích của hạt nhân hợp
phần là rất ngắn khoảng 10-14s và phân rã qua các trạng thái có năng lƣợng
thấp hơn về mức cơ bản theo đó các bức xạ sóng điện từ (lƣợng tử
gamma) đƣợc phát ra. Hạt nhân sản phẩm trong phản ứng (n,γ) sau khi trở
về trạng thái cơ bản có thể bền hoặc không bền đối với phân rã β hoặc α.
Trong nhiều trƣờng hợp, hạt nhân sản phẩm (có số khối bằng A+1)
thƣờng khơng bền và có tính phóng xạ beta kèm theo bức xạ một hoặc
nhiều tia gamma trễ đặc trƣng. Các tia bức xạ gamma này có thể đo đƣợc
bằng hệ phổ kế đa kênh dùng đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe có độ
phân giải năng lƣợng cao [1, 2].


9
Trạng thái kích thích của hạt nhân hợp phần tạo thành trong quá
trình phản ứng (n,γ) với thời gian sống khoảng 10-14 giây sẽ phân rã về các
mức năng lƣợng thấp hơn đồng thời phát bức xạ các tia gamma tức thời.
Với thời gian sống ngắn nhƣ vậy, các phép đo cần phải đƣợc tiến hành
đồng thời với phép chiếu mẫu, kỹ thuật đo thực nghiệm này đƣợc gọi là
phƣơng pháp kích hoạt nơtron đo gamma tức thời (PGNA) [3].
1.3.1. Cơ chế phản ứng bắt bức xạ nơtron
Phản ứng bắt bức xạ nơtron đƣợc mô tả qua ba cơ chế chính là: hạt
nhân hợp phần, phản ứng hạt nhân trực tiếp và phản ứng hạt nhân tiền cân
bằng. Tuy nhiên, trong phạm vi của luận văn là tập trung nghiên cứu đối

với thành phần nơtron nhiệt và trên nhiệt và trong khoảng năng lƣợng này
phản ứng hạt nhân (n, γ) chủ yếu xảy ra theo cơ chế hạt nhân hợp phần.
Do đó trong nội dung này, cơ chế phản ứng hạt nhân hợp phần đƣợc trình
bày một cách tổng quan nhƣ sau:
Phản ứng hạt nhân hợp phần đƣợc biểu diễn qua hai giai đoạn nhƣ
đƣợc mô tả trong biểu thức tổng quát sau:
(1.1)
Trong đó: X là hạt nhân bia, n là hạt tới, X là hạt nhân hợp phần, Y
là hạt nhân sản phẩm sau phản ứng, b là hạt thứ cấp.
Giai đoạn hình thành hạt nhân hợp phần: Hạt nhân bia hấp thụ hạt
nơtron tạo thành hạt nhân hợp phần với số khối là (A+1) và tồn tại ở trạng
thái kích thích. Mức năng lƣợng kích thích tƣơng ứng với tổng năng
lƣợng liên kết của hạt nhân bia và động năng của hạt n.
Giai đoạn tiếp theo, hạt nhân hợp phần giải phóng năng lƣợng kích
thích về trạng thái cơ bản (ground state) hoặc trạng thái giả bền
(metastable state) đồng thời phát bức xạ các tia gamma tức thời.
Phản ứng bắt nơtron (n,γ) của một hạt nhân X cũng có thể viết nhƣ
sau:
*

A
Z

X  01n ( AZ1X ) *  AZ1X  

(1.2)


10
(Ký hiệu * trong các quá trình trên biểu diễn trạng thái kích thích của hạt

nhân hợp phần ở giai đoạn trung gian); Hình 1.1 mơ tả các bƣớc trong quá
trình phản ứng (n,  ).

Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn quá trình phản ứng bắt nơtron
Khi hạt nơtron tới có năng lƣợng tăng cao hơn nơtron nhiệt hay cịn
gọi là nơtron trên nhiệt hàm tiết diện phản ứng có cấu trúc cộng hƣởng (hay
còn đƣợc gọi là tiết diện cộng hƣởng nơtron) với các đỉnh cộng hƣởng xảy ra
khi năng lƣợng kích thích của phản ứng bằng mức năng lƣợng của hạt nhân
hợp phần [1,2]; giá trị trung bình đại điện cho khả năng xảy ra phản ứng đối
các nơtron trong khoảng năng lƣợng mà hàm tiết diện phản ứng có cấu trúc
cộng hƣởng đƣợc gọi là tích phân cơng hƣởng I0. Giản đồ năng lƣợng kích
thích và dịch chuyển gamma trong phản ứng bắt nơtron (n,γ) đƣợc mô tả
trong Hình 1.2.

Hình 1.2. Giản đồ quá trình bắt nơtron của hạt nhân bia kèm phát xạ
gamma tức thời


11

1.3.2. Sự phân bố thông lƣợng nơtron theo năng lƣợng
Tiết diện phản ứng bắt nơtron phụ thuộc vào năng lƣợng nơtron. Sự
phân bố thông lƣợng theo năng lƣợng nơtron đƣợc chia làm ba miền:
nơtron nhanh, nơtron trên nhiệt và nơtron nhiệt [2].
Để xem xét sự tƣơng tác của nơtron với vật chất, ngƣời ta chia các
nơtron theo năng lƣợng của chúng, thành các nơtron nhiệt (năng lƣợng
nơtron En từ 0 đến 0.5 eV), các nơtron trên nhiệt (En từ 0.5 eV đến 100
keV), các nơtron nhanh (En từ 100 keV đến trên 10MeV).
1.3.2.1. Nơtron nhanh
Nơtron nhanh là những nơtron có năng lƣợng lớn hơn 0,1MeV.

Nơtron nhanh đƣợc tạo ra từ các máy gia tốc hoặc lò phản ứng phân hạch
hạt nhân. Trong lò phản ứng hạt nhân, nơtron nhanh đƣợc tạo ra từ phản
ứng phân hạch của 235U có năng lƣợng cỡ 20MeV, hàm phân bố phổ
nơtron có điểm cực đại ở 0,7MeV và đƣợc mô tả bởi hàm phân bố Watt,
các nơtron nhanh trong lò phản ứng sau quá trình làm chậm trở thành
nơtron trên nhiệt và nơtron nhiệt. Tuy nhiên vì quá trình phân hạch vẫn
tiếp diễn nên tồn tại phân bố phổ nơtron nhanh đồng thời với phân bố phổ
nơtron nhiệt và nơtron nhiệt.

Biểu thức bán thực nghiệm mơ tả nơtron nhanh có dạng:
 f ( E)  0,484 f sin 2E

(1.3)

Trong đó:  f ( E ) thông lƣợng nơtron nhanh tại năng lƣợng E (n.cm-2s-1);
 f : thông lƣợng nơtron nhanh theo quy ƣớc (n .cm s );
-2 -1

E: năng lƣợng nơtron (MeV).
1.3.2.2. Nơtron trên nhiệt
Nơtron trên nhiệt là những nơtron đang trong quá trình giảm năng
lƣợng do các va chạm đàn hồi liên tiếp với hạt nhân nguyên tử của môi


12
trƣờng chất làm chậm (nhƣ nƣớc, graphic). Phổ năng lƣợng có phân bố
theo quy luật 1/v (v là vận tốc của nơtron) và có khoảng năng lƣợng từ 0,5
eV đến 0.1MeV. Tiết diện tƣơng tác của nơtron với vật chất trong vùng
phổ nơtron trên nhiệt có cấu trúc cộng hƣởng. Do đó, các nơtron trên nhiệt
cịn đƣợc gọi là nơtron cộng hƣởng. Một cách lý tƣởng phân bố thông

lƣợng nơtron trên nhiệt tỉ lệ nghịch với năng lƣợng nơtron theo công thức
nhƣ sau:

( )

(k là hằng số)

(1.4)

Nơtron trên nhiệt sinh ra chủ yếu do sự tán xạ đàn hồi của nơtron
nhanh với nguyên tử có số Z nhỏ của vật chất (nhƣ hyđrô , cacbon…)
Nơtron đƣợc làm chậm bằng cách này có phổ năng lƣợng
1/E trong vùng năng lƣợng 0,5eV  0.1MeV. [4]
1.3.2.3. Nơtron nhiệt

( ) tỉ lệ với

Nơtron nhiệt phân bố theo định luật Maxxell trong khoảng năng
lƣợng 0 < En ≤ 0,5 eV. Những nơtron sau khi va chạm với các nguyên tử,
chất làm chậm sẽ mất dần năng lƣợng và đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt
với các phần từ trong môi trƣờng chất làm chậm. Quá trình làm giảm năng
lƣợng của nơtron đến vùng nhiệt gọi là nhiệt hóa. Mật độ nơtron nhiệt phụ
thuộc vào năng lƣợng theo quy luật phân bố Maxwell -Boltzman:
n( E ) 

E
2n
kT
. E
3 .e

2
(kT )

(1.5)

Trong đó:
∫

( )

mật độ nơtron tồn phần phân bố cực đại tại E0;

E0 = kT = 0,0253eV là năng lƣợng nơtron nhiệt tƣơng ứng với vận
tốc nơtron v0 =2200m/s ở nhiệt độ phòng T0 =293K.
Các nơtron nhiệt chuyển động trong trạng thái cân bằng nhiệt với
các phân tử mơi trƣờng có phân bố phù hợp với phân bố Maxwell đặc
trƣng bởi nhiệt độ trung bình:


13

 ( E )  total .

 E 
E

exp 
2
 ( E0 )
 E0 

2

.

(1.6)

Năng lƣợng nơtron nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng và tiết
diện tƣơng tác của nơtron tỉ lệ với E1/2 hay 1/v.
1.3.3. Các loại nguồn nơtron quan trọng
Các nguồn nơtron có thể đƣợc tạo ra từ nhiều phƣơng pháp khác
nhau và có các đặc trƣng khác nhau nhƣ thơng lƣợng nơtron, phân bố
năng lƣợng,... Vì vậy để đáp ứng mục đích nghiên cứu và ứng dụng mà ta
có thể lựa chọn loại nguồn nào cho phù hợp. Sau đây là một số loại nguồn
nơtron phổ biến[1].
1.3.3.1. Nguồn nơtron máy gia tốc
Máy gia tốc cũng đƣợc coi là nguồn phát nơtron do nó có thể gia
tốc chùm hạt tích điện đạt đến năng lƣợng cao, (vƣợt qua ngƣỡng phản
ứng) khi đó nơtron có thể đƣợc giải phóng từ một trong các phản ứng
(p,n), (d,n), (  , n) Một số phƣơng trình phản ứng điển hình nhƣ nhƣ sau
[3]:
- Máy phát nơtron theo phản ứng

(d,n)3He đƣợc dùng rộng rãi vì

đây là máy một trong những loại phát nơtron đơn năng hiệu suất cao.
(1.7)
- Máy phát nơtron 9Be(d,n)10Bo cho hiệu suất cao nhƣng phổ nơtron
không đơn năng.
Máy phát nơtron đƣợc quan tâm nhiều là máy phát nơtron đơn năng

14MeV, hoạt động theo nguyên tắc Deuterium bị ion hóa rồi đƣợc gia tốc
trong máy gia tốc nhiều cấp đến động năng 100  150keV, sau đó đập
vào bia chất rắn làm bằng đồng phủ Titan hoặc Zicon có hấp thụ Tritium,
xảy ra theo phản ứng:
(1.8)


14
*Ưu điểm: Các máy gia tốc phát nơtron nhỏ, ít tốn kém hơn so với
lò phản ứng nên đƣợc sử dụng phổ biến trong phịng thí nghiệm và trong
cơng nghiệp. Phân tích đƣợc các ngun tố nhẹ: nitơ, ơxi, cacbon. Các
máy gia tốc cho thông lƣợng nơtron nhanh từ 109 tới 1010 n.cm-2.s-1.
Nơtron đơn năng có năng lƣợng cao và dịng nơtron có thể điều chỉnh
đƣợc. Máy phát nơtron thƣờng dùng để xác định các nguyên tố có tiết
diện hấp thụ cao trong vùng năng lƣợng phát nơtron nhanh nhƣ: Mg với
T1/2: 37,6 giây, phản ứng 26Mg (n,  )23Ne, Al với T1/2: 9,5 phút phản ứng
27
Al(n,p)27Mg, Fe với T1/2: 2,58 giờ phản ứng 56Fe(n,p)56Mn…
*Nhược điểm: máy gia tốc sử dụng hạn chế trong công nghiệp do
thông lƣợng nơtron dao động theo thời gian, phụ thuộc rất mạnh vào vị trí
và giảm rất nhanh theo khoảng cách so với bia. Bia Tritium chế tạo khá
đắt tiền thời gian sống của bia hạn chế do hiệu ứng hóa lỗng.
1.3.3.2. Nguồn nơtron đồng vị
Hầu hết các nguồn nơtron đồng vị gồm hai loại là đồng vị phân hạch
tự phát hoặc những vật liệu có khả năng phát xạ alpha kết hợp với nguyên tố
nhẹ nhƣ Beryllium để tạo ra nơtron trên cơ sở phản ứng ( , n) . Nguồn nơtron
đồng vị phân hạch tự phát thƣờng sử dụng trong thực tế là: nguồn 252Cf có
248

chu kỳ 2,645 năm, 97% trải qua quá trình tự phân ra alpha:  + 96 Cm +

6MeV và 3% phân hạch tự phát, phát ra trung bình 3,8 nơtron trên mỗi phân
hạch với năng lƣợng nơtron trung bình 2,348 MeV theo các phƣơng trình
phản ứng sau [1]:

(1.9)
Các nguồn nơtron từ phản ứng ( , n) đƣợc chế tạo trên cơ sở
phƣơng trình phản ứng:
(1.10)


15
Một số nguồn đồng vị điển hình theo phƣơng pháp này là: nguồn
241
Am; 239Pu; 242Cm.
Ví dụ:

Be9 + He4  C12 + n + 5,704 MeV
B11 + He4  N14 + n + 0,158 MeV

*Ƣu điểm: Nguồn nơtron có thể tích tƣơng đối nhỏ dễ vận chuyển,
phƣơng thức che chắn bảo vệ bức xạ thuận tiện nên ít nguy hiểm đến sức
khỏe, thơng lƣợng nơtron ổn định, rẻ tiền nên thích hợp sử dụng trong các
thí nghiệm về hạt nhân ở các trƣờng đại học và trong các ứng dụng phân
tích kích hoạt trong cơng nghiệp.
*Nhƣợc điểm: Thơng lƣợng nơtron phát ra khá thấp từ 107 n.s-1 tới
109 n.s-1, phổ nơtron từ 0 đến 7MeV.
1.3.3.3. Nguồn nơtron từ lò phản ứng hạt nhân
Lò phản ứng hạt nhân tạo ra nơtron phân hạch đƣợc sử dụng cho
nhiều ứng dụng khác nhau. Phƣơng trình phản ứng phân hạch đƣợc biểu diễn
nhƣ sau:

(1.11)

*Ƣu điểm: phần lớn các lị phản ứng cho thơng lƣợng nơtron từ
1011 tới 1015 n.cm-2s-1. Nguồn nơtron sinh ra từ lò phản ứng có năng lƣợng
phân bố từ 0 đến 20 MeV.
*Nhƣợc điểm: Các lị phản ứng hạt nhân có chi phí xây dựng và
vận hành tốn kém, cố định và phải có các quy định về an tồn bức xạ
nghiêm ngặt đối với mọi công việc đƣợc thực hiện trong lò phản ứng. Sau
đây là một số kênh nơtron tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt:


16
Lị phản ứng hạt nhân Đà Lạt đƣợc khơi phục và mở rộng từ công suất
250 kW lên 500 kW và đƣợc chính thức đƣa vào vận hành khai thác từ ngày
20/3/1984.

Hình 1.3. Sơ đồ mặt cắt ngang của lị phản ứng hạt nhân Đà Lạt
Nguồn nơtron tại cột nhiệt của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt đƣợc
thiết kế, chế tạo bằng vật liệu graphit có kích thƣớc tiết diện ngang 1,22m
x 1,22m, dài 1,68m. Khối graphit của cột nhiệt đƣợc tổ hợp từ nhiều thanh
graphit nhỏ có kích thƣớc 10,2cm x 10,2cm dài 127cm. Cấu trúc của cột
nhiệt đƣợc thiết kế xuyên qua thành lò phản ứng và mở rộng đến tận mặt
ngồi của vành phản xạ lị phản ứng với một góc khối là 1000. Bên ngồi
Graphit là một cấu trúc che chắn bằng bê tông để bảo đảm an tồn bức xạ.
Kích thƣớc của khối che chắn bê tơng này là 2,44m ngang, 2,74m dọc và
có độ sâu 3,66m. Ở tâm của khối che chắn nơtron có một kênh dẫn nơtron
với đƣờng kính 20cm, trong kênh dẫn này, một hệ thống chiếu mẫu bằng
khí nén đƣợc lắp đặt. Ống dẫn khí nén bằng vật liệu nhơm đƣợc thiết kế
lệch tâm nhằm hạn chế phóng bức xạ trực tiếp từ cột nhiệt qua ống dẫn

khí nén. Mẫu nghiên cứu chứa đựng trong hộp đựng mẫu (rabit) bằng
polyêtylen tinh khiết và đƣợc đƣa vào vị trí chiếu (tại vị trí sát vành phản
xạ) bằng cơ chế khí nén [3].
Đặc trƣng của nguồn nơtron tại cột nhiệt của lò phản ứng hạt nhân
Đà Lạt là nguồn nơtron nhiệt đƣợc nhiệt hóa tốt nhất nhờ mơi trƣờng làm
chậm và phản xạ bằng graphit có kích thƣớc lớn, tỷ số Cd cao. Phân bố


17
phổ gần đúng với phân bố chuẩn bao gồm hai thành phần chính là nơtron
nhiệt và nơtron trên nhiệt.
1.3.3.4. Chùm nơtron phin lọc tại kênh ngang số 2 của lò phản ứng
hạt nhân Đà Lạt
Phƣơng pháp tạo dòng nơtron phin lọc đơn năng tại kênh ngang số
2 là dựa trên sự truyền của chùm nơtron từ lò phản ứng qua một bề dày đủ
lớn các vật liệu làm phin lọc. Vật liệu làm phin lọc bằng silicon, có độ dày
đủ lớn (khoảng 60cm đến 100cm) sẽ cho phép nhận đƣợc một chùm
nơtron sau phin lọc chuẩn đơn năng có năng lƣợng tƣơng ứng là nơtron
nhiệt (0,025eV), 54keV và 148keV. Do đó, để nhận đƣợc chùm nơtron
nhiệt thì cần thiết bổ sung các phin lọc phụ bằng các vật liệu nhƣ:
Bismuth hoặc Titan và lƣu huỳnh để hạn chế các đỉnh nơtron năng lƣợng
cao. Ngƣợc lại, nếu đối tƣợng quan tâm là các đỉnh năng lƣợng cao nhƣ
54keV hoặc 148 keV thì cần thiết sử dụng các phin lọc phụ nhƣ Boron
(mật độ 0,2 g/cm2), Cadmi để giảm tối đa thành phần nơtron nhiệt.

Hình 1.4. Mơ tả vị trí lắp đặt hệ dẫn dịng nơtron

bên trong kênh ngang số 2

Hình 1.5. Hệ thiết bị kênh nơtron số 2

18
- Ưu điểm của chùm nơtron phin lọc từ lò phản ứng: thơng lƣợng
dịng nơtron tƣơng đối cao, có thể đạt từ 105 đến 107 (n/cm2/s), độ phân
giải năng lƣợng cao, nền phơng gamma thấp và có thể đƣợc chuẩn trực rất
tốt (đƣờng kính của chùm cỡ 40mm) do dịng nơtron chuyển qua phin lọc
có bề dày đủ lớn nên thành phần bức xạ gamma từ lò phản ứng cũng đƣợc
hấp thụ đáng kể khi truyền qua phin lọc. Với các ƣu điểm quan trọng này,
nên các dòng nơtron phin lọc từ lò phản ứng đƣợc sử dụng trong việc
nghiên cứu cấu trúc hạt nhân và phản ứng hạt nhân, đo đạc số liệu hạt
nhân,…
1.4. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍCH PHÂN CỘNG HƢỞNG
Trong phổ nơtron trên nhiệt lý tƣởng theo quy luật 1/E, đại lƣợng
tích phân cộng hƣởng, ký hiệu bởi I0, đƣợc xác định bởi mối quan hệ sau
[5]:


I0 



 (E)

ECd

E

dE

(1.12)

Trong đó:
( ):

là tiết diện bắt nơtron tại năng lƣợng E;

là năng lƣợng ngƣỡng cắt cadmi có giá trị là 0.55 eV với vỏ

bọc Cd có bề dày là 1mm.
Trong thực tế, khi giá trị tích phân cộng hƣởng đƣợc xác định bằng
thực nghiệm trên nguồn nơtron có thành phần nơtron trên nhiệt với độ
lệch α thì tích phân cộng hƣởng cũng bị ảnh hƣởng bởi yếu tố độ lệch phổ
α này và đƣợc biểu diễn theo biểu thức sau:
I 0 ( )  (1eV ) 





 (E)
E 1

dE

(1.13)
Kết quả cuối cùng của phép đo cần đƣợc xác định là đại lƣợng tích
ECd

phân cộng hƣởng I0. Mối quan hệ giữa I0 và

biểu thức:

( ) đƣợc định nghĩa theo

I 0 ( )  ( I 0  0.429  0 )( E r )    0 C

(1.14)


19

C 

Với
Trong đó:

là tiết diện phản ứng (

0.429
(2  1)(0.55) 2

(1.15)

) tại tốc độ nơtron 2200m/s;

Er là năng lƣợng cộng hƣởng hiệu dụng (eV)
Ở dạng tổng quát nhất, công thức (1.20) đƣợc viết nhƣ sau:
C 

2( E0 )1/2

(2  1)( ECd ) 1/2

(1.16)

Với E0=0.0253 eV
Từ các biểu biểu thức (1.14), (1.15), (1.16) ta có sự tƣơng quan
giữa hai đại lƣợng I0 và

( ) đƣợc biểu diễn qua giá trị α nhƣ sau:

 I  0.426 0 
0.426 0
I 0 ( )  (1eV )  0



Er

 (2  1)(ECd )

(1.17)

1.5. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT BỨC XẠ NƠTRON
VÀ CƢỜNG ĐỘ GAMMA
Phép đo tiết diện bắt bức xạ nơtron có thể đƣợc xác định theo hai
nhóm chính [1]:
- Phƣơng pháp kích hoạt nơtron: dựa trên sự ghi đo hoạt độ phóng
xạ của hạt nhân sản phẩm đƣợc tạo thành trong phản ứng bắt bức xạ
nơtron, phƣơng pháp này có độ nhạy cao và tƣơng đối đơn giản.
- Phƣơng pháp dựa trên ghi nhận các tia gamma phát ra tức thời

trong phản ứng bắt bức xạ nơtron. Phƣơng pháp này rất linh hoạt và có thể
áp dụng trong khoảng rộng năng lƣợng nơtron bằng kỹ thuật đo thời gian
bay của nơtron từ nuồn phát của máy gia tốc. Để xác định tiết diện bắt bức
xạ nơtron của phản ứng (

) bằng phƣơng pháp kích hoạt trên các chùm

nơtron phin lọc tại lị phản ứng. Trong phƣơng pháp này thơng lƣợng
nơtron đƣợc xác định bằng cách sử dụng phản ứng chuẩn

197

Au(

)

Au vì số liệu tiết diện đối với Au đƣợc cho trong tài liệu tra cứu có
độ tin cậy cao. Mẫu cần đo với hình học dạng lá đƣợc kích hoạt cùng lá dò
vàng (Au) chuẩn tại chùm nơtron phin lọc, tia gamma trễ phát ra sau kích
198

197