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

DAI HOC
QUOC GIA
HA
NOI
TRLTCJNG
DAI HOC
KHOA
HOC
TI/
NHIEN
TEN DE
TAI
NGHIEN
ClTU
MOT SO DAC
TRlTNG CUA
CO CHE
SINHBlTC
XA HAM VA NOTRON TREN MAY GIA TOG
ELECTRON VA MOT SO
ITNG
DUNG
MA SO: QG-07-06
Chu
nhiem de
tai:
TS. Bui Van Loat
Cac can bo
tham
gia:
CN. Vu Thanh Mai -Truang Dai hoc Khoa hoc Tu nhien, DHQGHN

CN. Tran The Anh - Truang Dai hoc Khoa hoc Tu nhien, DHQGHN
CN. Phung Thi Nguyet Sinh vien K49 nganh Vat
ly,
Truang DHKHTN
CN. Nguyen
Tiln
Quan,
SV K49 nganh CNHN, Truang DHKHTN
TS.
Pham
Due
Khue- Vien Vat
ly,
Vien Khoa hoc va Cong nghe Viet Nam
r
ThS.
Kim Tien Thanh- Vien Vat ly, Vien Khoa hoc & Cong nghe Viet Nam
TS.
Nguyen Quang Mien- Vien Khao
c6
hoc Viet Nam
ThS.
Hoang
Hun
Due-
Vien H6a hoc Quan
sir
ThS.
Ngu>'cn
Xuan

KOr-
Benh vien K
CN. Nguyen Thi Thanh Tarn- Truang THPT Tran Hung Dao Ha Noi
HaNoi,
2008
BAO CAO TOM TAT
a. Ten de tai
Tilng
Viet: Nghien cuu mot so dac
trimg ciia
ca che sinh
biic
xa ham
va natron tren may gia
toe
electron va mot so ung dung.
Tilng
Anh: Study of the characteristics of bremsstrahlung photons and
neutrons on the electron accelerator and applications.
Ma
s6:
QG-07-06.
b.
Chu tri
dk
tai: TS. Bui Van Loat
c. Can bg tham gia:
CN. Vu Thanh Mai
CN.
Tr4n Thi

Anh
CN. Nguyen
Thj
Thanh Tam
SV. Nguyen Tien Quan
SV. Phung Thi Nguyet
TS.
Pham
Due
Khue
ThS.
Kim Tien Thanh
TS.
Nguyen Quang Mien
ThS.
Nguyin
Xuan Ku
ThS.
Hoang Huu Due
d. Muc tieu va noi dung nghien cuu:
Muc tieu
ciia
De tai la nghien cuu dac trung ca ban nhu pho nang
lugng,
phan bo thong lugng
ciia
buc xa ham va natron sinh ra tren may gia toe
electron
- Nghien cuu tong quan ve ca che sinh buc xa ham va natron do electron
tuang tac vai vat chat sinh ra

-Ket hgp giua tinh toan ly thuyet theo phuang phap mo phong Monte- Carlo
va phuang phap thuc nghiem xac dinh mot so dac trung
ciia
buc xa ham:
+
Phan bo theo goc
ciia
thong lugng chum buc xa ham nang lugng
cue
dai
15MeVva65MeV.
+ Phan
b6
cua buc xa ham theo khoang
each
tinh tu bia.
+ Ph6
nang lugng cua buc xa ham.
+
Phan bo
ciia
natron theo be day bia Ta,W.
- Mot
s6
ung dung trong nghien cuu so lieu hat nhan va phan tich kich
boat,
e. Ket qua chinh cua de tai
1.
V€
mat ly thuyet:

- Da tim hieu ca che sinh buc xa ham va natron do electron nang lugng
cao tuang tac vai hat nhan nang.
- Tim hieu dac trung
ciia
phan ung quang hat nhan duai tac dung
ciia
chum photon nang lugng cao.
- Tim hieu phuang phap va ky thuat thuc nghiem phan tich pho gamma,
phuang phap hieu chinh nang cao do chinh xac
ciia
phep do.
2.
Ve mat thuc nghiem:
-
Sir
dung cac phan ung quang hat nhan c6 nguang de xac dinh thong
lugng vi phan
ciia
chum buc xa ham nang lugng
cue
dai
15
MeV phat ra
tir
bia W mong. Bang phuang phap mo phong Monte - Carlo vai chuong trinh
mo phong ESG4, tinh toan pho ly thuyet
ciia
buc xa ham phat ra do electron
nang lugng
15MeV

tuang tac vai bia W. Pho buc xa ham thu dugc bang each
lam
khop
pho tinh toan tu ly thuyet vai pho vi phan thu dugc tu thuc nghiem.
- Thong qua viec xac
djnh
suat lugng phan ung quang hat nhan
^^''Auiy.n)^'^^An
da khao sat phan bo theo goc
ciia
chum buc xa ham nang
lugng
cue
dai
15MeV,
65 MeV phat ra
tir
bia W dang la mong. Ket qua thuc
nghiem chi ra rang cac buc xa ham bay theo huang
iru
tien ve phia truac.
- Bang thiet
bj
do lieu
true
tiep va gian tiep da xac dinh
su
suy giam cua
thong lugng chum buc xa ham nang lugng 15 MeV tu may gia toe electron
diing

trong xa tri tai Benh vien K theo khoang
each
tai bia.
- Bang phuang phap kich boat phong xa cac foil
^''AI
va
'^''AU
dat tai cac
vi tri khac nhau cua bia da xac dinh dugc phan bo thong lugng cua natron
sinh ra theo be day bia. Vai chum electron nana
luona
65 MeV doi vai Pb
thong lugng natron nhiet dat gia tri cue dai ca 2,0 cm con thong lugng natron
nhanh
cue
dai khi be day bia ca 0,7 cm. Doi vai Ta thong lugng natron nhiet
dat gia tri
cue
dai ca
1cm.
- Xac dinh ti so tiet dien dong phan
ciia
phan ung
"^^Fe(y,xnp)^^'^'^Mn
vai
chum buc xa ham c6 nang lugng cue dai 50 MeV, 60MeV va 70 MeV.
Kit
qua dao tao
+ Da huang dan 03 khoa
luan

tot nghiep:
1.
Nguyen Tien Quan, K49 nganh Cong nghe Hat nhan: Xac dinh bang thuc
nghiem dac trung phan bo goc
ciia
buc xa ham nang lugng cue dai
15
MeV
va 65MeV.
2.
Tran The Anh, K49 chuyen nganh Vat ly hat nhan: Xac djnh bang thuc
nghiem phan bo thong lugng
ciia
natron theo be day bia Pb khi ban pha chum
electron 65 MeV.
3.
Phung Thj Nguyet, K49 chuyen nganh Vat ly hat nhan: Xac dinh ty so
Isomer cua phan
img ""' Pe (/,jc;?i/?)"""•' Mn
vai chum buc xa ham nang lugng
cue dai 70MeV.
+
Ten cao hoc va de tai luan van thac
sT
da bao ve thanh cone:
• • • •
o
1.
Nguyen
Hun

Duc-Khoa 2005-2007
''Xac
dinh suat
luang
cua phan
ung
"' All (/,jrA7)"' Au
vai
chiim
buc xa ham nang lugng
cue
dai
65MeV'\
2.
Nguyen Thi Thanh Tam- Khoa 2006-2008
''Xac
dinh ty so Isomer
cua phan
img ""' Pe
(y,xn\p)-^""'
Mn
vai chum buc xa ham nang lugng cue dai
50MeV,60MeV va 70MeV.
+
Co 03 bao cao va bai bao:
1.
Determination of the annualbeta dose by measuring beta activity using the
liquid scintilation technique. VNU Journal of Science, Mathematics - Physics
Vohime
24.

No 1, (2008)pp.
36-4L
2.
Determination of the
15
MeV bremsstrahlung spectrum from thin W targit
on the microtron
MT-17
accelerator. VNU Journal of
Science,
Mathematics -
Physics
24,No
2, (2008) pp. 81- 87.
3.
Isomeric yield ratios for
"^^Fe(Y,xnp)^^"''^Mn
reaction induced 50,60 and 70
MeV bremsstrahlung photons. VNU Journal of Science, Mathematics -
Physic 24,
No
18
(2008)218-223
^
f. Tinh
hinh
kinh phf cua de tai:
T6ng
kinh phi cua
da

tai: 60.000.000d
Chi
phi dugc
su dung dung qui djnh:
Thanh toan dien
nuac:
2.400.000d
Chi phi mua vat tu hoa
chSt:
9.200.000d
Thue chuyen gia trong nuac: 28.000.000d
Cong tac phi:
Hoi nghi:
Van phong pham:
Cac chi khac (quan ly phi):
KHOA QUAN LY
10.200.000d
7.500.000d
soo.oood
2.400.000d
CHU TRI DE TAI
PGS.TS.
Nguyen The Binh TS. Bui van Loat
TRirOTVG
DAI HOC KHOA HOC
TU"
^fHIEN
PHOHI^U TRUONO
. Ji qwi'^.^./Moa/n^^LdSnaf
SCIENTIFIC PROJECT

Branch: Physics Project category: National Level
1.
Title:
2.
Code: QG 07-06
3.
Managing Institution: Vietnam National University, Hanoi
4.
Implementing Institution: Hanoi univercity of Science, Faculty of
Physics.
5.
Collaborating Institution
6. Coordinator
7.
Key Implementers
Via Thanh Mai
Tran The Anh
Nguyen Thi Thanh Tam
Nguyen Tien Quan
Phiing
Thi Nguyet
TS.
Pham Due Khue
ThS.
Kim Tien Thanh
TS.
Nguyen Quang Mien
ThS.
Nguyen Xuan Ku
ThS.

Hoang Huu
Due
8. Duration: From
1/5/2007
to 20/1/2009
9. Main results:
Investigate the energy spectrum of bremsstrahlung photons emitted from
the thin W bombarded by 15 MeV electron beam. Bremsstrahlung energy
spectrum from thin W target produced by 15 MeV incident electrons was
determined by a combination of measurements and theoretical calculation.
The shape of spectrum was calculated by Monte-Carlo method using the code
EGS4. The photon flux measurements were performed based on the activation
technique using the high pure metallic foils. The radioactivities of the
irradiated foils were measured by using a gamma spectrometer with a high
energy resolution HPGe detector.
Neutron yields from thick Ta and Pb target bombarded by 65 MeV
electron beam was determined by photon activation technique and the
radioactivities of the irradiated foils were measured by using a gamma
spectrometer with a high energy resolution HPGe detector.
Angular characterization of
15
MeV and 65 MeV
bremsstrahlung photons from W-target were
determined.
The isomeric yield ratios for the
"^^Fe(y,xnp)^^"^^^Mn
reaction induced by
50,60 and 70 MeV bremsstrahlung photons were determined using the
activation and y-ray spectroscopic methods. The bremsstrahlung beams were
provided from the test Pohang electron

linac.
The isomeric yield ratios were
determined from the measured activities of the produced nuclei in irradiated
foil samples. The y-ray activities were measured by with a calibrated high-
purity germanium detector, HPGe. The present results for the reaction
"''^Fe(y,xnp)^^"''^Mn
measured at 50,60and 70 MeV bremsstrahlung photons
are 0.27+0.03, 0.33±0.04 and 0.34±0.04. The present results measured at 50
and 60 MeV bremsstrahlung are the first time reported. So, our data contribute
to fill in the energy between 30 and 100 MeV.
MUC LUC
• •
M6DAU
11
CHUONG
1.
CO CHE SINH
BLTC
XA HAM VA NOTRON TREN MAY
GIA TOC ELECTRON 12
1.1.
Ca che sinh buc xa ham tren may gia
toe
electron
12
1.1.1. Do mat nang lugng
ciia
electron trong moi truang vat chat 12
1.1.2.
Cac dac trung

ciia
buc xa ham 19
1.2.
Ca che sinh natron tren may gia
toe
25
1.2.1. Phan ung quang hat nhan sinh natron 25
1.2.2.
Dac trung cua quang natron 31
1.2.3
Co che sinh notron tu chum
bii'c
xa gamma nang lugng cao 34
CHLTONG
2.
PHUONG
PHAP VA KY THUAT
THU^C
NGHIEM TRONG
NGHIEN CLTU DAC
TRU>JG
CUA BUC XA HAM VA NOTRON 35
2.1.
Phuang phap xac dinh dac trung cua
birc
xa ham va natron sinh ra
tir
may
gia toe electron 35
2.1.1

Mad^u
35
2.1.
2. Phuang phap kich boat phong xa 36
2.1.3.
Xac dinh thong lugng
ciia biic
xa ham 42
2.1.4
Xac dinh thong lugng
ciia
natron 42
2.2.
Ky thuat ghi nhan va phan tich pho gamma 43
2.2.1.
Ph6k8
gamma 43
2.2.2. Xac dinh hieu suat ghi
ciia
detector 44
2.2.3.
Phan tich
ph6
gamma 46
2.3.
Mot
s5
hieu chinh trong xac dinh cac dac trung
birc
xa ham va natron

theo phuang phap kich boat phong xa 48
2.3.1.
Hieu chinh
sir
suy giam cua thong lugng buc xa kich boat 48
8
2.3.2. Hieu chinh
sir
tu hap thu
ciia
mau 49
2.3.3 Hieu chinh thai gian chet va chong chat xung 49
2.3.4. Hieu chinh can
nhilu
phong xa
51
2.3.5.Ty so tiet dien
dong
phan 52
CHUONG 3. NGHIEN
ClTU
PHAN BO CUA
BlTC
XA
HAM
VA
NOTRON TREN MAY GIA TOC ELECTRON 53
3.1.
Xac dinh dac trung phan bo theo goc cua buc
xaham

53
•J
3.2. Xac dinh pho nang lugng
ciia
hue
xaham
57
3.3.
Suphu
thugc
ciia
buc
xaham
vao khoang
each
62
3.4. Phan bo thong lugng
ciia
natron 64
3.4.1.
Phuang phap xac dinh phan bo natron theo be day bia 65
3.4.2. Phan bo thong lugng
ciia
natron nhiet trong bia Pb,Ta 66
3.4.3.Phan
bo thong lugng
ciia
natron nhanh trong bia Pb 71
3.4.4. Phan bo theo goc natron phat ra tu bia W mong 74
KET

LUAN 76
TAI LIEU THAM KHAO 78
MdoAu
Hien nay ton tai nhieu nguon buc xa natron va gamma khac nhau:
Nguon dong vi, may gia
toe,
16
phan ung Cac nguon khac nhau ve hinh hoc,
kich
thuac,
suat lugng va ca che sinh ra cac buc xa gamma va natron. Cac
buc xa natron va buc xa gamma dugc phat ra tu cac nguon khac nhau co dang
pho nang lugng va phan bo goc khac nhau. De khai thac va
sii
dung cac buc
xa tren vao muc dich nghien cuu can phai hieu ro nhung dac diem phan bo
pho nang lugng va phan bo theo goc
ciia
thong lugng buc xa phat xa. Vi
vay.
viec nghien cuu ca che phat ra cac
loai
hue xa tren va nhat la xac dinh bang
thuc nghiem
nhirng
dac trung
ciia ciia
chung la mot doi hoi thuc te khach
quan.
Vai viec xuat hien may gia toe electron c6 nang lugng ngay cang

Ian
cho phep tao ra chum buc xa gamma va natron c6 nang lugng cao va thong
lugng
Ian.
Chum buc xa ham va notron sinh ra tu may gia toe nang lugng cao
dugc ung dung trong nhieu
ITnh virc
khoa hoc cong nghe va cac
linh virc
khac
nhau.
t
r
Buc xa ham dugc phat ra tu may gia
toe
electron la ket qua tuang tac
ciia
chum electron dugc gia
toe
vai bia
thuong
lam bang nhung kim loai
nang. Trong may gia toe electron, ncrtron dugc phat ra thuc chat la buc xa thu
cSp
dugc sinh ra chu yeu tu cac phan ung quang hat
nhan(7',xn)va
qua trinh
phan bach dugc gay bai hue xa gamma nang lugng cao. Cac dac trung pho
nang lugng va phan bo theo g6c
ciia biic

xa ham va buc xa natron dugc sinh
ra tu may gia
toe
phu thugc vao nang lugng
ciia
electron va hinh dang kich
thuac cua bia. Mu6n khai thac co hieu qua cac nguon buc xa noi chung va
chum buc xa ham va natron sinh ra tu may gia
toe
electron noi rieng can phai
nSm
dugc ca
chi
tao thanh va cac dac trung
ciia
chiing.
Vi vay nghien cuu co
chi
sinh buc xa ham va natron dugc sinh ra do tuang tac
ciia
electron vai bia
CO
y nghTa khoa hoc va
thirc
te. Ket qua xac dinh bang thuc nghiem cac dac
trung nhu ph6 nang lugng, phan bo thong lugng cua buc xa gamma va natron
10
theo goc cho phep hieu ro ban ban chat
ciia
ca che sinh ra chiing va dac diem

t
r
tuang tac
ciia
no vai vat chat. Doi vai co sa dao tao nhu Bg mon Vat ly hat
nhan, khoa Vat ly truang Dai hoc Khoa hgc Tu nhien c6 mot y
nghla
khong
kem phan quan trgng trong cong tac dao tao cu nhan nganh Cong nghe hat
nhan cung nhu trong dao tao cao hgc chuyen nganh Hat nhan & Nang lugng
•> \ #
cao.
Viec
trien khai va thuc hien De tai" Nghien cuu mpt so dac trung cua ca
che sinh hue xa ham va natron tren may gia
toe
electron va mot so ung
dung"
con
CO
y
nghia
quan trgng trong viec dao tao can bg noi chung va can bo tre
noi rieng cua Bg mon vat ly hat nhan.
De tai dugc thuc hien duai
sir
co van cua GS.TS Nguyen Van Do va
sir
tham gia cua cac can bg tai cac Vien Vat ly, Vien Khao co hgc va Benh vien
K, Vien Hoa hgc Quan su. Phan thuc nghiem dugc thuc hien tren may gia

toe
xa tri tai benh vien K, tai Vien Khao co hoc, dugc TS. Pham
Due
Khue thuc
hien tai Trung tam may gia toe Pohang, Han Quoc. Ngoai ra De tai tien hanh
r
ft
khai thac so lieu thuc nghiem da dugc tien hanh tren may gia
toe
electron
\
\ r -I r
MT-17 tai vien Vat ly. Ngoai phan ma dau va ket luan, Ban bao cao tong ket
De tai dugc chia thanh 3 chuong.
Chuang 1. Co che sinh buc xa ham va natron tren may gia
toe.
Chuong 2. Phuang phap va ky thuat thuc nghiem
sir
dung trong nghien cuu
dac trung
ciia
buc xa ham va natron;
Chuang 3. Phan bo cua buc xa ham va natron tren may gia toe.
De tai xin chan thanh cam on GS.TS Nguyen van Do Vien vat ly, Vien
Khoa hoc va Cong nghe Viet Nam da co nhieu dong gop qui bau ve chuyen
mon, cam an Ban giam doe Benh vien K, Vien Khao co hoc Viet Nam da tao
dilu
kien cho can bo De tai tien hanh cac
thi
nghiem tai Vien. De tai chan

thanh cam an Ban Khoa hgc va Cong nghe. DHQGHN. Phong Khoa hoc va
Cong nghe va Ban
chii
nhiem Khoa Vat
ly
Truang Dai hoc Khoa hoc Tu
nhien da tao mgi dieu kien de De tai thuc hien tot nhiem vu cua minh
Chiro-ng
1: CO CHE SINH BLTC XA
HAM
VA NOTRON TREN MAY
GIA TOC ELECTRON
1.1.
Co*
che phat
birc
xa ham
lAA.
Bo mat mat nang luang cua electron trong moi truang vat chat
Khi
chiim
electron nang lugng cao tuang tac vai moi truang vat chat se
bi
ma't
nang lugng cua minh do hai qua
trinh
chu yeu la ion hoa do va cham
va phat
bure
xa ham. Su mat nang lugng do va cham la ket qua

ciia
tan xa
khong dan hoi
ciia
electron
vdfi
electron
ciia
nguyen
tir.
Tuy nhien, do khoi
lugng
ciia
cac electron rat nho nen co them mot ca che mat nang lugng niia
do la tuang tac dien tu giua chiing va truang Coulomb cua hat nhan. Qua trinh
nay
dSn
tai viec phat ra buc xa song dien
tir
hay con ggi la
birc
xa ham.
O
nang lugng vai MeV hoac nho han, qua trinh nay
van
con tuang doi nho. Tuy
nhien khi nang lugng
ciia
electron tang thi xac suat phat buc xa ham tang
nhanh va den nang lugng giai han

sir
mat nang lugng do phat buc xa tuang
duang vol
sir
mat mat nang lugng ion hoa do va cham. Ngoai hai ca che tren
con
CO
su tan xa Coulomb nhieu
Ian,
do la tan xa dan hoi
ciia
cac electron vai
cac hat nhan nguyen
tir,
nhung xac suat cua qua
irinh
nay tuang doi nho va
sir
mat mat nang lugng la khong dang ke[12]. Toe do mat nang lugng toan phan
cua electron va positron trong vat chat dugc xac dinh theo cong thuc sau:
(
dE_
clX
+
JraJ
V^^^
A.
ciE^\
cix
(1.17)

trong do:
(dE/dx),,,i,
(dE/dx),,^, (dE/dx),^,,
la
toe
do mat nang lugng toan phan,
mat nang lugng do phat buc xa va mat nang lugng do va cham.
7.7.2
Ccic
dac trung cua
bivc
xa ham
Khi cac electron nang lugng cao tuang tac vai truang Coulomb cua cac
hat nhan bia, quy dao cua chiing bi thay d6i do
lire hiit
cua hat nhan va bi ham
ChiFcyng
1:
CQ
CH^
SINH
BU'C
XA HAM
VA NOTRON
TREN
MAY
GIA
TOC
ELECTRON
1.1. Ca che phat

birc
xa ham
7.7.7. Bo mat mat nang
lirang ciia
electron trong moi
trirang
vat chat
Khi chum electron di trong moi truang chiing tuang tac vai cac nguyen
tir ciia
moi
trucmg
va mat dan nang lugng
ciia
minh chu yeu do hai qua trinh
la ion hoa do va cham va phat buc xa ham.
Sir
mat mat nang lugng do va cham
la ket qua tan xa khong dan hoi cua electron vai electron nguyen tu
ciia
moi
trudng.
Khac vai hat nang
tich
dien, buc xa beta co khoi lugng
bang
khoi
lugng
CLia
electron, do do sau m6i
Ian

tuang tac vai electron cua nguyen
tir
moi tru5ng, hat beta co the mat phan
Ian
nang lugng
ciia
minh.
Ngoai ra goc
tan xa bien doi
tir 0"
den
180*\
Duang di ciia hat beta trong moi truang la
du6ng
zic-zSc.
Tren duang di nang lugng
ciia
buc xa beta giam dan, nen van
toe eiia
no cung giam dan. Chum electron chuyen dong co gia
toe
trong
tru6ng
Coulomb
eiia
hat nhan va truang Coulomb
ciia
electron. Theo dien
dong
lire

hgc co dien electron se phat hue xa ham. Xac suat phat buc xa ham
cang
Ion
khi khoi lugng
ciia
hat cang nho, nang lugng cang Ian va nguyen
tir
so
ciia
moi trucmg cang tang. Do mat mat nang lugng rieng do phat buc xa
tren mot dan vi duang di
eiia
electron dugc xac dinh theo cong thuc sau:
^dE^
\dx
J
'dE^
ydx ycoui
r
^i7\
-f-
dE_
dx
(1.1)
J raJ
trong do
'dE^
\dx
J
(dE}

\dx
J
'dE^
tuang ung la do mat mat nang lugng tong
Coul \ ^^ J
rod
cong, do mat mat nang lugng do ion hoa va do phat buc xa ham
tinh
tren mot
dan vi duang di.
Tuy theo nang lugng
ciia
electron va
nguyen tir
so
ciia
moi truang cac
qua trinh mat mat nang lugng do ion hoa hoac do phat buc xa ham the' hien
13
vdri
miic
do khac nhau. Tren
Hinh
I.I
dua
ra do thj mo ta
sir
phu thugc cua
do
ma't

mat nang lugng tren mot dan
vi
chieu
dai
vao nang lugng
ciia
electron
doi
v6i
volfram.
10^
u
^
10'
10'
10"
;
•
r
, 1 1
r-T-TTTTTT
I • 1
*
rTTTT
va
cham
phat
bCfc
xa
toan ph^n

TUNGSTEN
yr

^o^'
10'
10' 10'
10'
10'
Nang
luqng
electron (MeV)
Hinh
I.I. Do mat
mat nang luang rieng cua electron trong volfram.
Sir
mat mat nang lugng cua electron
do ion hoa
Khi
di
trong
moi
trudng,
do
tuang
tac
Coulomb
vai cac
electron
cua
nguyen

tu
moi
tru5ng,
hat
beta truyen nang lugng
ciia minh
cho cac
electron.
Neu electron nhan dugc nang lugng
Ian
han the
nang
ion hoa, no se bay ra
khoi nguyen
tir,
ket qua mot cap ion-
electron dugc
tao
thanh. Nguyen
tir
bi
ion hoa. Ngugc
lai
neu
nang lugng
ma
electron nhan dugc
nho han the
nang
ion

hoa
eiia nguyen
tir,
electron nhay
len
muc nang lugng
cao
han.
Qua
trinh
nay dugc
ggi
sir kich thich
nguyen
tir
moi truang.
Sau
m6i Ian tan xa
khong
dan hoi
ciia
electron- electron,
no co the mat
mot phan dang
ke
nang lugng
ciia
minh.
Sau m6i
Ian

va
cham,
xac
suat
de
electron
mat mot
nira
nang lugng
ciia
minh
la Ian
nhat.
Do mat mat
nang
lugng
cua
electron tren
mot dan vi
duang
di
dugc
[12] xac
dinh theo cong
thuc
Bethe-Bloch:
14
2
.2
=

2n.N^.r^
m^c
p.
Z 1
col
A
P
2
•
r.
^-(^+1) _^,^ .
c,
n
+
F(k) -d
2{Ilmc^
Z
(1.2)
trong do:
N^
la so Avogadro;
r^,
m^
ban kinh co dien
tinh
ra cm va khoi lugng
ciia electron; Z, A la dien
tich
va so khoi ciia moi trucmg; p la mat do khoi
cua moi

tru5ng;
/?=-
vdi
v la van toe ciia hat electron con c la van
toe
anh
c '
sang; k la dong nang
ciia
hat electron
tinh
trong dan vi
m^c^
S,C^
la he so
hieu chinh hieu umg mat do va hieu ung v6; F(k) la ham
ciia
dong nang.
(2^
+ 1).In2
Ham F(k) co dang nhu sau:
F{k) -1
-
/?'
+ -^
(1.3).
Vai electron co nang lugng xac dinh, do mat mat nang lugng tren mot
dan vi duang di ty
le
thuan

vdi
mat do eiia moi truang. Vai moi truang xac
dinh, do mat mat nang lugng tren mot dan vi duang di giam dan, sau do dat
gia tri hau nhu khong doi.
Khi nang lugng ciia burc xa electron nho,
sir
mat mat nang lugng do phat
biic
xa ham nho ban so vori do mat mat nang lugng do ion hoa. Tuy nhien khi
nang lugng
ciia ciia
electron tang, do mat mat nang lugng do ion hoa va
kich
thich moi truang giam dan, con do mat mat nang lugng do phat buc xa ham
tang dan. Den gia tri nang lugng
dii
Ian do mat mat nang lugng
ciia
electron
do phat buc xa chiem uu the.
Do mat mat nang lugng cua electron do phat
biifc
xa ham
Khi chuyen dong trong truang Coulomb
ciia
hat nhan, electron co the
thu dugc mot gia
toe
Ian. Gia
toe ciia

hat tich dien thu dugc ty le vai dien
tich
ciia
hat nhan va ty le nghjch vai khoi lugng cua no. Theo dien dong
lire
co
dien, khi mot hat
tich
dien chuyen dong co gia
toe,
thi no se phat ra
biic
xa
dien
tir,
dugc ggi la
biic
xa ham. Pho
biic
ham la pho lien tuc, co nang lugng tii
15
0 den nang lugng cue dai bang nang lugng ciia hat
tich
dien. Do mat mat nang
lugng
trtn
mot don vi duomg di do electron phat
biic
xa ham dugc xac dinh
theo cong

thiic
sau:
^dE^
^
dx
- 47V£,ZV>
Jrad
In
2E
m^c
\ f{Z)
(1.4)
trong do N la so nguyen
tir
trong 1 don vi the tich,
E,,
la nang lugng ciia
electron,
a
=— la hang so
ca'u triic
tinh te, Z la dien
tich ciia
hat nhan,
m.
la
137
^ •
. e
khoi lugng nghi ciia electron.

Do mat mat nang lugng do phat
biic
xa ham tang theo ham logarit tu
nhien cua nang lugng. Khi nang lugng tang do mat mat nang lugng do phat
biic
xa ham tang theo, trong khi do do mat mat nang lugng do ion hoa hau
nhir
khong doi. Khi nang lugng cua electron ca vai MeV
tro
len, moi lien he giiia
do mat mat nang lugng do phat
biic
xa ham va do ion hoa dugc xac dinh theo
cong
thiic
sau:
(dE/dx)^^,^
EZ
(dE/dx)^^,
800
(1.5)
Tii cac 66 thj tren
Hinh
1.1 va cac cong
thiic
(2.7), cong
thiic
(2.8) nhan
thay rang: Do mat mat nang
lugngeua

electron tren mot dan vi
ducmg
di phu
thugc vao nguyen tu so ciia chat hap thu. Doi
vod
mot moi truang hap thu cho
trude,
khi nang lugng nho do mat mat nang lugng do ion va kich thich moi
truang chiem uu the, tai do, ty so giua do mat mat nang lugng do phat
biic
xa
ham va do ion hoa nho ban dan
vj.
Khi nang lugng tang, ty so so nay tang
dan, den gia trj nang lugng cua electron dat gia tri nang lugng tai han
E„
khi
do do mat mat nang lugng do phat
biic
xa ham bang do mat mat nang lugng
do ion hoa. Tai nang lugng tai han E
=E^
ta co:
16
^'^-^^ ^{glcm') (1.8)
Z(Z
+
l)ln(287/VZ)
trong do Z,A
Ian lugt

la nguyen
tir
so va so khoi
ciia
moi
truo^ng.
Doi v6i moi truang
phiic
tap
nhi6u
thanh phan, chieu dai
biic
xa
ciia
moi trucmg dugc xac djnh theo chieu dai
biic
xa
ciia
cac nguyen to thanh phan
theo cong thiic sau:
Xo tl ''
A^
X,
trong do
X„
la chieu dai
biic
xa cua moi trucmg
phiie
tap,

Xj
la chieu dai
biic
xa ciia nguyen to
thii
i trong n nguyen to
ciia
moi trucmg; con
q„ Aj
Ian lugt la
ham lugng va so khoi
ciia
nguyen to
thii
i;
A^^
so khoi hieu dung cua moi
truang.
Nguyen tu so
eiia
moi truang dugc tinh theo cong thiic sau:
^M-Z^-4 (1-10)
i=\
trong do
qi
va
Aj
la ham lugng va so khoi cua nguyen to
thii
I co trong moi

truang
Chieu dai
biic
xa cua mot so nguyen to thuong gap ®-ie ®-a ra trong
B^ng
1.2. Trong Bang 1.2 chieu dai lam
biic
xa dugc tinh theo chieu dai khoi
(g/em^).
0I/J5J-
18
Bang 1.2. Chieu dai
birc
xa cua mot so nguyen
to
Nguyen to
H
Al
Ta
W
Pb
Z
1
13
73
74
82
A
1,008
26,98

180,95
183,84
207,21
X,(g/cm^)
61,8
23,9
6,8
6,7
6,2
Khi di trong moi
trudng,
do tuang tac
ciia
electron vai vat chat, nang
lugng
ciia
no giam dan. Khi nang lugng
ciia
electron
Ian
han nang lugng tai
ban, do mat mat nang lugng
ciia
electron chu yeu do phat
biic
xa ham.
Sir
thay
doi nang lugng trung binh E nhu la mot ham
ciia

duang di x electron trong
moi trucmg, dugc xac dinh theo cong thiic sau:
E
=£',exp(
X
)
(1.11)
trong do
Eo,
X(,
Ian
lugt la nang lugng ban dau
ciia
electron va chieu dai
biic
xa
CLia
moi trucmg , E la nang lugng trung binh
ciia
electron sau khi di dugc
doan duang x.
Quang chay
ciia
electron trong vat chat
Tren duang di
ciia
minh trong vat chat, electron chiu nhieu
Ian
tan xa
tren hat nhan va tren electron nguyen tu. Quang chay

ciia
electron trong vat
chat
CO
do thang giang
Ion.
Do quy dao
ciia
cac electron la duang
diczac
do
do quang duang thuc
sir
ma cac electron co nang lugng nhu nhau di trong vat
19
chat rat khac nhau. Quang chay ciia electron co nang lugng xac dinh, dugc
hieu la be day lop vat
cha't
co kha nang ham hoan toan chiim electron dugc
tinh
theo phuang chuyen dong ciia electron theo huang vuong goc
vdi
be mat
cua
16p
vat chat. Quang chay cua electron trong vat chat phu thugc vao nang
lugng
ciia
no va nguyen tu so
ciia

moi trucmg. Thuong quang chay dugc xac
djnh theo cong thiic ban thuc nghiem. Vai nang lugng ban dau eiia electron
nho ban 3 MeV, trong [12] dua ra cong thiic xac djnh quang chay ciia electron
trong vat chat nhu sau:
^=^(A/I +
22,4£J
-1) (1.12)
P
trong do p la mat do khoi ciia moi truang
(g/cm^),
£,,
nang lugng ban dau
ciia
electron, R la quang chay cua electron
tinh
ra cm.
Gan
diing
bac 1, quang chay
ciia
electron ty le thuan vai nang lugng
ban dau
ciia
electron va ty le nghjch vai mat do khoi
ciia
moi truang. Khi
nang lugng eiia electron
lan
ban 1 MeV
(E,,

> 1 MeV)
sir
phu thugc
ciia
quang chay
ciia
electron vao nang
lirgng
ciia no
[12]
trong moi truang dugc
hieu
diSn
bang cong thiic sau:
7? = -(0,571.£,,-0,16l)
khi
E^^>\MeV,
(1.13)
P
Cac dai lugng
p,
E^^
va R da dugc giai thich trong cong thiic (1.12). Tii cac
cong thiic
(1.12)
va
(1.13)
nhan thay quang chay ciia electron, dugc tinh theo
be day khoi,
chi

phu thugc vao nang lugng cua electron. R chinh la quang
chay ciia electron dugc tinh trong dan vi be day khoi, co
thii
nguyen
g/cml
7.7.2 Cac dac trung
ciia
birc xa ham Khi cac electron nang
lipgng
cao
tiFong
tac vai trang Coulomb cua cac hat nhan bia, quy dao cua chung bi thay doi do
luc
hut ciia hat nhan va bi ham
20
lai,
qua trinh nay kem theo su phat ra
biic
xa dien
tir
hay eon ggi la
biic
xa ham.
Su
ma't
nang lugng do phat
biic
xa ham ty le vai so hat nhan bia. Vi vay
nang
sua't

ham tang len khi be day bia tang. Tuy nhien khi tang be day bia se
xay ra
m6t
s6 hien tugng sau: su mat mat nang lugng nhung khong phat
biic
xa dan den su giam dan nang lugng ciia electron;
sir
tu hap thu ciia cac photon
trong bia; hien tugng nhan
biic
xa
tir
mot electron; su tan xa dan hoi nhieu lan
cua electron
trude
khi phat ra
biic
xa. Trong cac bia co be day
Idn
ban chieu
dai
biic
xa thi chum electron
tdi
tao ra hien tugng mua rao thac
lu
electron-
photon. Cac qua trinh nay dan den nhiing kho khan trong viec tinh toan phan
bo nang lugng va phan bo goc
ciia biic

xa ham[9]. Mot bia ham toi uu la bia
cho sua't lugng
biic
xa ham
16n
nhat
a
mot nang lugng xac djnh ciia electron.
Vdi
electron nang lugng trong khoang
5^30
MeV cac bia nang co be day toi
uu bang ca 0,3 chieu dai
biic
xa. Vi du v6i W co chieu dai
biic
xa la 3,3 mm,
thi be day toi uu doi v6i bia W la I mm. Hinh 1.3 bieu
di6n sir
phu thuoc ciia
nang suat ham vao be day bia Au doi vai chum electron
17
MeV[20].
c
§
>
2-
E
'CD
03-

X
-^
3
(/)
c
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
nn
1
1—I
1 1 1 1
11
r
1 1 1 1 1 1
11
1
1—1—I
i"i
I
11
1
E =17
MeV
.
e

\^
\
\
\
\
• '
1 t
' • •' '
1—1—1
1 1
111
1
0.01 0.1 1 10
Be day bia,
t(chieu
dai
bifc
xa=0.332 cm)
Hinh
1.3:
Su phu
thugc
cua nang suat
helm
vao
bedaybiaAu(E^
= 17
MeV),
20
Nang sua't ham phu thugc manh vao nang lugng ciia electron. Doi vai

cac nguyen
t6
nang, nang sua't ham dugc xac djnh theo cong thiic sau:
p{E) =
n.El^'
(1.18)
trong do P(E) la nang sua't ham (rad.mVmA.min),
Eo
la nang lugng electron.
Be day toi uu ciia bia thucmg nho ban quang chay
ciia
electron, do do
ngudi
ta thucmg hay diing cac chat
ha'p
thu nhe nhu nhom hoac graphit dat sau
bia de che
chdn mSu
nghien
ciiu.
Cac chat ha'p thu nhe se ham bet cac
electron nhimg
lam anh huang rat it den
chiim biic
xa ham. Hieu suat tao
thanh
biic
xa ham thay
ddi
gan nhu tuyen tinh

vdi
so nguyen
tir
trong bia day,
hieu suat nay co the dat
t6i
30% doi
v6i
cac nguyen to nang
a
nang lugng
electron 10 MeV.
Biic
xa ham co pho lien tuc va nang lugng dat gia trj cue
dai diing bang dong nang
ciia
chiim electron t6i. Hinh 1.2 bieu
di6n
mot so
pho
biic
xa ham phat ra tii cac bia Be, Al, Zr va W
v6i
nang lugng
ciia
electron la
15
MeV va 50 MeV[16].
4-ltf
10'

>
5
10
10
\
^\
1
Ben««rahlurig
f<
= 15 MeV
.
MI*
*z\
,»AI\
A
2.10^
10^
I
33
^10^
10
^ w
.^^
-^^^
B*
^ ^
Bfenw^
rahlunq
f^=50MeV
-

""-^
>
^i
,
10
2JO
30 40
50
eo
Hinh
1.4.
Pho
bi'rc .xg
ham phat ra
fu
cac bia khac nhau
vc'ri
nang
ha/ng electron 15
Me\'
va 50
MeW
21
Biic
xa ham co pho lien tuc va nang lugng dat gia trj cue dai diing bang dong
nang cua
chiim
electron
tdi.
Hinh

1.4 bieu
diln
mot so pho
biic
xa ham phat ra
tir
cac bia Be, Al, Zr va W v6i nang lugng
ciia
electron la
15
MeV va 50 MeV.
Viec tinh toan pho
biic
xa ham tii cac bia day la rat
phiic
tap neu tinh den
tat ca cac hieu ling nhu su ma't mat nang lugng,
sir
tan xa
ciia
cac electron tai,
su ha'p thu va tan xa ciia photon
biic
xa ham, va cac qua trinh nhan
biic
xa
Do do cac tinh toan thucmg ap dung cho cac trucmg hgp bia mong. Pho cung
nhu cac
phSn
bo ciia

biic
xa ham co the
tinh
dugc bang phuang phap giai tich
hoac ky thuat mo phong
Monte-Carlo[
13,20].
Pho nang lugng ciia
biic
xa ham phu thugc manh vao goc phat xa, dac
biet la cac bia day. Phan bo goc
ciia biic
xa ham gan vai mot so qua trinh vat
ly
chii
yeu bao g6m; phan bo goc thuc ciia
biic
xa ham, phan bo goc
ciia
cac
electron tan xa dan hoi
v6i
hat nhan trong mot va cham, phan bo goc
ciia
cac
electron tan xa nhieu lan va phan bo goc
ciia
cac photon tan xa. Trong thuc te
khi tinh phan bo goc
ciia biic

xa ham khong chi tinh den
sir
lech huang
ciia
cac photon ham ma con phai tinh den ca
sir
lech huang ciia
chiim
electron khi
gia toe va khi di ra ngoai bj tan xa qua
I6p
vat chat lam
cira
so cua ong gia
toe.
Khi
chi
tinh den phan bo so cap, phan bo goc
ciia biic
xa ham tuan theo
phan bo Gauss:
E
(
e'E-^
I
2/.
(1.19)
trong do E la dong nang cua electron,
|i
=

mc'
=
0,511
MeV
S.P. Fomin dua ra cong
thirc tinh
gan diing phan bo goc cua buc xa ham
cho mot
16p
vat chat mong nhu sau:
22
m-'-^-^'iT^
trong do:
0
la goc phat xa cua photon; y =
EJmc^
goi la he so Lorentz; a =
yO;
P^
^
Y^O^;
9e
1^
goc tan xa cua electron.
Dai
lugng thirofng
dugc su dung de danh gia phan bo goc ciia cac photon
ham
la
goc r.m.s (root mean square - goc thuc):

9^^,
dugc dinh
nghia
la goc
ma tai vi
tri
do
cucmg
do trung binh ciia
chiim biic
xa ham bang
\l4~e cuang
dp cua chum
bu-c
xa ham
CLFC
dai tai goc
9^0^:
^C,=(l/^K
(1.21)
trong do
I(,
la
cuong
do chiim
biic
xa ham tai goc
0*',
hang so
e=2,718.

Phan bo goc thuc
ciia biie
xa dat
cue
dai tai goc 9
^
y-1
^
mc'/E,.
theo
hudug
ciia
chiim
electron
t6i.
Pho nang lugng va phan bo goc cua
biic
xa ham thuang dugc xac dinh
bang phuang phap thuc nghiem vai cac ky thuat do khac nhau. Hinh 1.5 bieu
di6n
phan bo goc eiia
biic
xa ham phat ra
tir
bia Ta khi dugc ban bai
chiim
electron 25 MeV.
Pho nang lugng
ciia biic
xa ham phat ra tii bia W mong vai

chiim
electron nang lugng 65 MeV tren may gia
toe
electron tuyen tinh 100 MeV
dugc thuc hien tren ca so ket hgp giua phuang phap thuc nghiem
sir
dung cac
detecta nguang vai cac tinh toan sii dung chuang trinh mo phong EGS4[3].
23
12
O)
c
T>
"3
•^
>
•o
JZ
c
^
O)
c
3
^_
«o-
•o
D>
r
-n
^

U
10
8
fi
4
2
T
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
T
J
I
L J I I I I I I
L.
-8-6-4-2 0 2 4 6 8
Goc phat xa (dp)
Hinh
1.5.
Su phu
thugc
cua cudng do trung binh
ciia
buc xg ham tao
bdn
chum electron 25 MeV
ti(
bia Ta co be day 4mm vao goc phat xg.
Hinh 1.6 la pho
ciia biic
xa ham
tir

cac bia W khi ban bai
chi^im
electron
nang lugng 65 MeV
ling
vai goc phat xa
0^,
dugc tinh bang chuang trinh
EGS4.
c
o
o
_aj
o
o
Q.
0.1
0.01
1E-3
1E-4
I
' I ' I • I ' I ' I • I ' I • I '
I
•
I
•
I ' I ' I
E
=65
MeV

e-
^£.5
It
•
I
•
I
•
I
•
1
' •
I
•
I
•
I
•
I
0 5
10 15
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
NSng JL/dng
photon (MeV)
Hinh
1.6.
Pho
biic
xa ham phat ra tii bia W
ling

vai goc phat xa 0 vai chiim
electron 65 MeV dugc tinh bang chuang trinh EGS4.
24
Pho
btic
xa ham nhan
diide
t\i cac
tinh
toan cho ta biet phan
bo'
cua cac photon theo nang
lifdng
va
so"
photon
diidc
tao thanh tren
so"
cac electron
bin
vao bia ham trong cac dieu kien
ly
tUdng.
10"
^' 10-2
o
10-
10"
-

-'"
_
.\
i\
-
lilt
111
1
-
—
;
-
f
120"-
L
125'\
''
\
55'
•—
1—
-60'
_b> 1
•
T
V^25'
'
(b)
-30'
1 . ••

••
•"•_|
TQ

60
Mev
r -
2r^
•-
33
g/cm^
:
-i
~~""~ ,_C)'-0.5"
0'-?""~~~ ^^^
^\^ I
\ _
—I
—^^
1
1 1
10 20
30
^O
PHOTON
ENERGY(Mev)
50
60
JTinh
1.7.

Pho buc xg ham a cac goc khac nhau vai chiim electron tai 60
MeV.
Tuy nhien tren thuc te, pho ham thuang co gia tri khac nhau, tuy thugc vao
dieu kien thi nghiem nhu vi tri chieu xa, hinh hgc bia, do on dinh va hoi tu
cua dong electrom. Vai nang lugng
cue
dai xac dinh, be day va nguyen tu so
ciia
bia xac dinh pho nang lugng
biic
xa ham a
nhiJng
goc phat xa khac nhau
CO
dang khac nhau. Tren Hinh 1.7 bieu dien pho
biic
xa ham a cac goc khac
nhau vai chiim electron tai nang lugng 60
MeV[15].
Tu cac do thi tren Hinh
1.7 nhan thay rang dang pho nang lugng
biic
xa ham phu thuoc rat manh vao
goc phat xa. Huong phat xa cua cac
biic
xa ham co nang lugng lan xu huang
uu tien ve phia truac.
f
r
1.2.

Co'
che sinh notron
tir
cac may gia
toe
electron
1.2.1.
Phan ivng quang hat nhan sinh notron
25