XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ PHỔ NƠTRON TẠI CỘT NHIỆT LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

LÔ THỊ MỸ LIÊN

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ PHỔ NƠTRON TẠI CỘT NHIỆT LÒ PHẢN
ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

LÂM ĐỒNG, 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

LÔ THỊ MỸ LIÊN - 1310006

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ PHỔ NƠTRON TẠI CỘT NHIỆT LÒ PHẢN
ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TS. PHẠM NGỌC SƠN

KHÓA 2013-2018


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, con xin cảm ơn gia đình đã luôn luôn yêu thương và tạo điều
kiện cho con có cơ hội học tập, mở mang tri thức. Con cảm ơn ba mẹ đã luôn động
viên, dìu dắt con trong suốt quá trình học tập.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô Trường Đại học Đà Lạt,các thầy cô
khoa Kỹ thuật hạt nhân đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức cho em trong suốt
quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện tại Trường Đại Học Đà Lạt.
Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt,
Trung tâm Vật lý và Điện tử hạt nhân đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực tập
làm khóa luận tốt nghiệp.

Em xin gửi lời cảm ơn TS.Phạm Ngọc Sơn đã trực tiếp hướng dẫn em làm
thực hành, chỉ dẫn, cung cấp tài liệu trong quá trình làm khoá luận.
Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến toàn thể bạn bè trong lớp HNK37,
những người đã cùng đồng hành trên giảng đường đại học, nghiên cứu trao đổi kiến
thức.
Em xin chân thành cảm ơn!

Lâm Đồng, tháng 12 năm 2017
LÔ THỊ MỸ LIÊN

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................... iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ......................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .......................................................... 2
I. GIỚI THIỆU LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT................................... 2
1. Mô tả tổng quan lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt .................................................... 2
2. Cấu trúc lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt ................................................................ 2
2.1 Cấu trúc vùng hoạt .................................................................................. 2
2.2 Cấu trúc các thanh điều khiển và các thanh nhiên liệu ............................. 5
2.3 Cấu trúc che chắn và thùng lò phản ứng .................................................. 5
II. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ................................................................ 7
1. Giới thiệu phương pháp kích hoạt nơtron ........................................................... 7
1.1 Nguyên lý của phương pháp kích hoạt nơtron.......................................... 7
1.2 Phương trình kích hoạt nơtron ................................................................. 8

2. Các thông số nơtron lò phản ứng ........................................................................ 9
2.1 Hệ số α .................................................................................................... 9
2.2 Hệ số f ..................................................................................................... 9
2.3 Thông lượng nơtron ................................................................................. 9
3. Các phương pháp xác định các thông số phổ nơtron ......................................... 11
3.1 Phương pháp xác định hệ số α ............................................................... 11
3.1.1 Phương pháp bọc Cadmi đa lá dò ................................................. 11
3.1.2 Phương pháp tỉ số Cadmi cho đa lá dò .......................................... 13
3.1.3 Phương pháp đa lá dò chiếu trần ................................................... 13
3.2 Phương pháp xác định hệ số f ................................................................ 14
ii


3.2.1 Phương pháp tỉ số cadmi .............................................................. 14
3.2.2 Phương pháp ba lá dò chiếu trần ................................................... 15
3.3 Phương pháp xác định thông lượng nơtron nhiệt, nơtron trên nhiệt........ 15
4. Các phần mềm tính toán thông số phổ nơtron ................................................... 16
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ĐO PHỔ NƠTRON ........................................ 17
1. Quy trình thực nghiệm ..................................................................................... 17
1.1 Chuẩn bị lá dò ....................................................................................... 17
1.2 Chiếu và đo mẫu .................................................................................... 17
1.2.1 Chiếu mẫu .................................................................................... 17
1.2.2 Đo mẫu......................................................................................... 17
1.3 Xử lý phổ gamma .................................................................................. 18
1.4 Tính thông số phổ nơtron....................................................................... 20
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ....................................................... 26
1. Kết quả ............................................................................................................ 26
2. Nhận xét........................................................................................................... 26
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 28
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 29

iii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng việt

LEU

Low-enriched uranium

Nguyên liệu có độ giàu
thấp

HEU

High-enriched uranium

Nguyên liệu có độ giàu
cao

NAA

Neutron Activation
Analysis

Phân tích kích hoạt nơtron

IAEA

International Atomic
Energy Agency

Cơ quan năng lượng
nguyên tử Quốc tế

LOD

Limit of detection

Giới hạn đo

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Các đặc trưng của lá dò Au và lá dò Zr .................................................... 17
Bảng 2: Hiệu suất ghi của detector tại vị trí 5cm và 0cm ....................................... 20
Bảng 3: Diện tích đỉnh và sai số diện tích đỉnh, tiết diện hiệu dụng đối với nơtron
nhiệt, hiệu suất ghi ứng với các đỉnh năng lượng tương ứng của các lá dò ............. 22
Bảng 4: Hoạt độ và tốc độ phản ứng đối với lá dò bọc và không bọc Cd................ 23
Bảng 5: Số liệu hạt nhân được sử dụng tính hệ số α ............................................... 23
Bảng 6: Kết quả tính thông lượng nơtron nhiệt và nơtron trên nhiệt....................... 26
Bảng 7: Kết quả thông lượng nơtron tổng, tỉ số f. .................................................. 26

v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1: Sơ đồ mặt cắt đứng của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt [2]. ........................... 2
Hình 2: Sơ đồ mặt cắt ngang của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt [2]. .......................... 3
Hình 3: Cấu hình vùng hoạt làm việc với 92 bó nhiên liệu có độ làm giàu thấp [2]. . 4
Hình 4: Vị trí chiếu mẫu trong lò phản ứng [3]. ....................................................... 6
Hình 5: Sơ đồ phản ứng hạt nhân với nơtron [4]. ..................................................... 7
Hình 6: Đồ thị biểu diễn thông lượng nơtron trong lò phản ứng hạt nhân [5]. ........ 11
Hình 7: Tổng quan phần mềm k0-IAEA [3]........................................................... 16
Hình 8: Hệ phổ kế gamma HPGE-DSPEC. ........................................................... 18
Hình 9: Đỉnh gamma của lá dò Au......................................................................... 19
Hình 10: Đỉnh gamma của lá dò Zr. ....................................................................... 19
Hình 11: Đồ thị hiệu suất ghi theo năng lượng tại vị trí 5cm đến detector. ............. 21
Hình 12: Đồ thị hiệu suất ghi theo năng lượng tại vị trí 0cm đến detector. ............. 21
Hình 13: Kết quả tính hệ số anpha. ........................................................................ 24

vi


LỜI MỞ ĐẦU
Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt được khôi phục và mở rộng từ công suất 250
kW lên 500 kW và đã được chính thức đưa vào vận hành khai thác từ ngày
20/03/1984. Sau khi hoạt động lại, có rất nhiều nghiên cứu về lò, đặc biệt là các
nghiên cứu về các thông số tĩnh và động học lò, thủy nhiệt, phổ năng lượng
nơtron,... Bên cạnh các hướng nghiên cứu này, các nghiên cứu thực nghiệm và lý
thuyết nhằm khai thác hiệu quả lò phản ứng nghiện cứu này.
Thông lượng, phân bố thông lượng và phổ nơtron trong Lò phản ứng là một
trong các thông số rất quan trọng. Xác định các thông số phổ nơtron có vai trò quan
trọng trong các nghiên cứu ứng dụng và nghiên cứu cơ bản tại các vị trí chiếu xạ.

Các giá trị mật độ thông lượng thu được được dùng để hiệu chuẩn của các kênh
thực nghiệm.
Mục đích của khóa luận là đo thực nghiệm phổ thông lượng nơtron tại cột
nhiệt của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Và để xác định được các thông số phổ
nơtron, phương pháp kích hoạt lá dò được áp dụng trong nghiên cứu này. Phương
pháp này có ưu điểm là chính xác cao, và có khả năng đo tại các vị trí chiếu mẫu mà
không thể lắp đặt các đầu dò tại vị trí chiếu.
Cấu trúc khóa luận được trình bày thành ba chương như sau:
Chương 1: Tổng quan lý thuyết: Giới thiệu lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt và
về phương pháp kích hoạt nơtron; Tiếp cận phương pháp tính toán các thông số phổ
như thông lượng nơtron nhiệt, nơtron trên nhiệt, hệ số lệch phổ α và tỉ số f.
Chương 2: Thực nghiệm đo phổ nơtron
Chương 3: Kết quả thực nghiệm: Trình bày kết quả tính thông số phổ nơtron
tại Cột nhiệt, đưa ra nhận xét.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
I. GIỚI THIỆU
U LÒ PH
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT
1. Mô tả tổng
ng quan lò ph
phản ứng hạt nhân Đà Lạt
Lò phản ứng hạtt nhân Đà L
Lạt là lò phản ứng nghiên cứu đượ
ợc khôi phục và
mở rộng từ công suấtt 250 kW lên 500 kW và đã được chính thứcc đưa vào vvận hành
khai thác từ ngày 20/03/1984. Lò phản ứng hoạt động cho các mụcc đích như:

như nghiên
cứu và đào tạo; phân
hân tích kích ho
hoạt nơtron; sản xuất đồng vị phóng xxạ. Từ ngày
24/11/2011, lò phản ứng
ng đư
được nạp các bó nhiên liệuu LEU (nhiên li
liệu có độ giàu
thấp). Nhiên liệu
u LEU thuộc
thu loại VVR-M2, với hỗn hợp UO2-Al độ giàu 19
19.75% U235 và có vỏ bọc bằng
ng nhôm. Sau khi hoạt động lại, có nhiều ứng
ng ddụng và nghiên
cứu về lò, đặc biệt là cứu
uv
về các thông số tĩnh và động học lò, thủyy nhi
nhiệt. Bên cạnh
đó cũng có các nghiên cứ
ứu ứng dụng, thực nghiệm và lý thuyết nhằm
m khai thác hiệu
hi
quả lò phản ứng. Hiện nay,
nay Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt là lò phảnn ứng duy nhất ở
Việt Nam. Hằng năm, lò
ò ho
hoạt động trung bình khoảng 1300 giờ, để thực
th hiện cho ba
mục đích chính nêu trên [1]
[1].

2. Cấu trúc lò phản ứng
ng hạt
h nhân Đà Lạt
2.1 Cấu trúc vùng hoạ
ạt

Hình 1: Sơ đ
đồ mặt cắt đứng của lò phản
ản ứng hạt nhân Đ
Đà Lạt [2].

2


1- Vùng hoạt

2- Vành phản xạ graphite

3- Giếng hút

4- Các ống dẫn nước của hệ thống làm
àm ngu
nguội vòng 1

5- Tường bê tông bảo vệ

6- Kênh thực
ực nghiệm nằm ngang

7- Giá đỡ

8- Nắp thép dày 20 cm

Hình 2: Sơ đồ
ồ mặt cắt ngang của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt
ạt [2].
1-Vùng hoạt

2-Vành phản xạ graphite

3-Thùng lò

4-Kênh ngang hướng
ng tâm

5-Kênh ngang hướng
ng tâm

6-Kênh ngang hướng
ng tâm

7-Kênh ngang tiếp tuyến

8-Bể chứa nhiên liệuu đđã cháy

9-Cột nhiệt

10-Cửa cột nhiệt

11-Tường bê tông bảo vệệ

3


Hình 3: Cấu hình
ình vùng ho
hoạt làm việc với 92 bó nhiên liệu
ệu có độ llàm giàu
thấp [2].
Vùng hoạt củaa lò phản
ph ứng có dạng hình trụ với chiều
u cao 60 cm và đư
đường
kính cực đại là 44.2
2 cm. Bên trong vùng hoạt (Hình 3) theo chiềuu thẳng
th
đứng đặt
các bó nhiên liệu, các khối beryllium, các ống dẫn các thanh điều
u khiển
khi và các kênh
chiếu xạ.
Các ô nạp
p thanh nhiên liệu
li và thanh điều khiển được đếm vớ
ới hai số nguyên
(ví dụ 1-4, 13-2, v.v...) số
ố thứ nhất chỉ thứ tự hàng được tăng theo từ
ừng đơn vị theo
hướng từ Đông sang Tây và ssố thứ hai cũng tăng theo thứ tự từng
ng đơn vị

v theo
hướng từ Bắc đến
n Nam. Trong đó, có 114 ô dùng để đặtt các bó nhiên liệu,
li các khối
beryllium hay các kênh chi
chiếu xạ và 7 ô còn lại để đặt các ống dẫn
n các thanh điều
đi
khiển. Các khốii beryllium có cùng kích thư
thước và dạng hình học giốống như các bó
nhiên liệu. Nhiều ô mạng
ng ngo
ngoại vi của vùng hoạtt khi không có các bó nhiên li
liệu
được đặt các khốii beryllium tạo
t thành vành phản xạ nơtron bổ sung. Bên ccạnh đó,
vòng 5 beryllium ngoài cùng (vành ngoài) có hình d
dạng
ng răng cưa và đư
được đặt giữa
vùng hoạt và vành phản
n x
xạ graphit tạo thêm một vành phản xạ.. Vành ph
phản xạ
beryllium này cũng như
ư vùng hoạt
ho được đặt trong một vỏ nhôm có hình tr
trụ có vị trí
thấp hơn giá đỡ.
Bảy ô mạng

ng trong vùng ho
hoạt dùng để đặt các ống
ng nhôm theo chiều
chi thẳng
đứng với đường
ng kính bên trong là 33 mm nh
nhằm định vị các thanh điềều khiển. Tất cả
các ống dẫn
n các thanh đi
điều khiển đều có nước bên trong và phầnn dưới
dư có các lỗ
4


khoan để nước thoát ra ngoài khi thanh điều khiển di chuyển xuống phía dưới. Hiện
nay, vùng hoạt của lò phản ứng đã được nạp tải với cấu hình làm việc như sau: 92
bó nhiên liệu LEU có Bẫy nơtron ở tâm, 12 thanh beryllium xung quanh Bẫy, kênh
khô 7-1, 13-2 và kênh ướt 1-4 từ tháng 12/2011. Từ tháng 8/2012, ô 13-2 đã được
lắp đặt hệ chuyển mẫu khí nén mới.
Các bó nhiên liệu và các bộ phận bên trong vùng hoạt được cố định vị trí bên
trong vùng hoạt. Điều này bảo đảm tính toàn vẹn của vùng hoạt trong quá trình lò
phản ứng hoạt động bình thường và trong tình huống có sự cố.
2.2 Cấu trúc các thanh điều khiển và các thanh nhiên liệu
Trong vùng hoạt đặt 7 thanh điều khiển, trong đó có hai thanh sự cố AZ, 4
thanh bù trừ KC và một thanh điều khiển tự động AR, 6 thanh AZ và KC làm từ vật
liệu Carbua Bo hấp thụ mạnh nơtron nhiệt, còn thanh AR làm từ thép không rỉ. Các
thanh sự cố AZ chịu trách nhiệm tắt lò khi có sự cố. Các thanh KC bảo đảm bù trừ
độ phản ứng dự trữ của lò trong quá trình làm việc, bù trừ sự cháy nhiên liệu và
hiệu ứng nhiễm độc, hiệu ứng nhiệt độ,... Thanh AR dùng để điều khiển tự động,
giữ công suất lò ở mức cho trước. Ngoài các bó nhiên liệu còn đặt các thanh Berili

và khối Berili nhằm tạo thêm một lớp phản xạ nơtron bổ sung [2].
2.3 Cấu trúc che chắn và thùng lò phản ứng
Kết cấu bê tông cốt thép có chiều dài 8.6 m và chiều cao tính từ sàn nhà lò
khoảng 6.55 m. Cấu trúc che chắn của lò phản ứng theo dạng bậc thang nên phần
đáy có chiều rộng khoảng 6.69 m trong khi ở phía trên có hình bát giác với chiều
rộng khoảng 3.81 m [2].
Bể chứa các bó nhiên liệu đã cháy có chiều rộng 2.46 m, chiều dài 2.74 m và
sâu 3.66 m được định vị ngang ở phần đáy và có chiều cao của tường lên đến 3.76
m. Một tấm thép nặng 3.6 tấn, dày 15 cm được dùng để che chắn phóng xạ bổ sung,
phía trên thùng lò. Nắp đậy này có một số cấu trúc di chuyển được để thực hiện các
thao tác bên trong lò phản ứng.

5


2.4 Các vị trí chiếu
um
mẫu trong lò phản ứng

Hình 4: Vị trí chiếu mẫu trong lò phản ứng [3].
Hiện nay, lò phản
n ứng có 9 kênh chiếu mẫu: Bẫy nơtron tạii trung tâm vùng
hoạt, Mâm quay, Cộtt nhiệt,
nhi kênh 1-4, kênh 7-1, kênh 13-2,
2, kênh ngang tiết tuyến và
kênh ngang xuyên tâm. Trong đó, Mâm quay, kênh 7-1,
7 kênh 13-2,
2, C
Cột nhiệt được
sử dụng cho mụcc đích kích hoạt

ho nơtron và được giới thiệu ở phần dướ
ới đây [2]:
- Mâm quay: Nằm
m ở vành phản xạ, có 40 hốc chiếu, là vị trí chiếu
chi ướt dùng
cho các phép chiếu
u dài (>1 gi
giờ). Vì là kênh ướt nên mẫu được chiếuu ph
phải được bao
gói thích hợp
p vào container chuyên dụng
d
cho việc chiếu mẫu tạii Mâm quay.
- Kênh 7-1
1 và Kênh 13
13-2: Là hai kênh khô được nối với hệ chuyển mẫu tự
động khí nén thích hợp
p cho việc
vi chiếu mẫu trong thời gian từ vài giây đến
đ vài chục
phút.
- Cột nhiệt: là vị trí có độ nhiệt hóa nơtron tốt nhất, đượcc kết
k nối với hệ
chuyển mẫu
u khí nén dùng cho các phép chiếu
chi kích hoạt lặp
p vòng và nghiên ccứu vật
lý hạt nhân thực nghiệm.

6

II. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
1. Giới thiệu phương pháp kích hoạt nơtron
1.1 Nguyên lý của phương pháp kích hoạt nơtron
Cơ sở của phương pháp kích hoạt nơtron là trên cơ sở phản ứng hạt nhân của
các đồng vị bia với nơtron từ kênh chiếu của lò phản ứng hạt nhân. Hình 5 cho thấy
mô hình tổng quát của phương pháp kích hoạt nơtron đối với một hạt nhân bia cho
trước: phản ứng hạt nhân thường quan tâm nhiều nhất là phản ứng (n, ) với một hạt
nhân X (nhân bia) hấp thụ một nơtron sẽ tạo ra một nhân phóng xạ có cùng số Z
nhưng khối lượng nguyên tử tăng lên một đơn vị và phát ra bức xạ gamma đặc
trưng [5]:

X ZA  n 01   X AZ1   X AZ1


(1.1)

Dựa vào năng lượng và cường độ của bức xạ đặc trưng của hạt nhân A+1X ta sẽ
định tính và định lượng được hạt nhân bia AX.
Trong đó :
A : số khối nguyên tố bia
Z : số hiệu nguyên tử của hạt nhân bia
Ký hiệu () trong quá trình biểu diễn cho hạt nhân hợp phần ở giai đoạn trung gian.

Hình 5: Sơ đồ phản ứng hạt nhân với nơtron [4].
7


1.2 Phương trình kích hoạt nơtron

Hoạt độ của các hạt nhân hình thành trong phản ứng kích hoạt (n,) được đo
bằng hệ phổ kế gamma với detector HPGe, thì mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng (R)
và số đếm (Np ) thu được tại đỉnh năng lượng toàn phần như sau [5]:

N
R  G th  th 

0

p

tm
 G e  e I ( )  S . D .C .W
N A p 
A

(1.2)

Theo qui ước Hogdahl, phương trình cơ bản cho việc xác định khối lượng một
nguyên tố dùng phản ứng (n, ) và phổ kế gamma là [5]:
Np
tm



N AW
Gthth 0  Gee I 0 ( ).S .D. . p
A

(1.3)

Với Np/tm – tốc độ xung đo được của đỉnh tia gamma quan tâm, đã được hiệu
chỉnh cho thời gian chết và các hiệu ứng ngẫu nhiên cũng như trùng phùng thực (Np
– số đếm trong đỉnh năng lượng toàn phần; tm – thời gian đo)
NA hằng số Avogadro,
W – khối lượng nguyên tố được chiếu xạ (g),
 – độ phổ cập đồng vị bia,
A – khối lượng nguyên tử của nguyên tố bia,
0 – tiết diện nơtron tại vận tốc 2200 m.s-1,
th – thông lượng nơtron nhiệt,
e – thông lượng nơtron trên nhiệt,
I0()– tiết diện tích phân cộng hưởng cho phổ 1/E1+,
Gth – hệ số hiệu chỉnh cho việc tự che chắn nơtron nhiệt,
Ge – hệ số hiệu chỉnh cho việc tự che chắn nơtron trên nhiệt,
S = 1 – exp(-ti), ti – thời gian chiếu,  - hằng số phân rã,
D = exp(-td), td – thời gian phân rã,
C = [1 – exp(-tm)]/( tm),
8


γ - cường độ tuyệt đối của tia gamma được đo,
p – hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng toàn phần.
2. Các thông số nơtron lò phản ứng
Mỗi vị trí chiếu xạ trong lò phản ứng đặc trưng bởi các thông số phổ nơtron
tại vị trí đó như hệ số lệch phổ α, tỉ số thông lượng nơtron nhiệt và nơtron trên
nhiệt.
2.1 Hệ số α
Hệ số  biểu diễn cho độ lệch phổ nơtron trên nhiệt khỏi quy luật 1/E được
mô tả bằng dạng gần đúng 1/E1+, có giá trị âm hoặc dương trong khoảng [-1,1] phụ
thuộc vào từng loại lò phản ứng, vật liệu và cấu hình xung quanh vị trí chiếu. Giá trị

 được dùng để tính Q0→Q0(α) trong phương trình cơ bản.
Có 3 phương pháp thực nghiệm xác định hệ số , các phương pháp này sẽ
được trình bày ở mục 3.1:
- Phương pháp bọc Cadmi cho đa lá dò.
- Phương pháp tỉ số Cadmi cho đa lá dò.
- Phương pháp ba lá dò chiếu trần.
2.2 Hệ số f
Hệ số f được định nghĩa là bằng tỉ số thông lượng nơtron nhiệt và nơtron trên
nhiệt [6].

f 

th
e

(1.4)

Với:
ϕ thông lượng nơtron nhiệt
ϕ thông lượng nơtron trên nhiệt
Các phương pháp xác định tỉ số f sẽ được trình bày ở mục 3.2.
2.3 Thông lượng nơtron
Nơtron trong lò phản ứng chủ yếu là nơtron nhanh (hoặc nơtron phân hạch)
được tạo ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân. Các nơtron này được làm chậm trong
9


khoảng 10-15 s do va chạm với chất nhiệt hoá và cuối cùng bị nhiệt hóa thành
nơtron nhiệt. Nơtron sinh ra trong lò phản ứng có năng lượng trong khoảng 0 đến
20 MeV. Trong khoảng năng lượng này nơtron tương tác với vật chất khác nhau

trong các miền năng lượng khác nhau. Vì vậy, người ta chia phổ nơtron trong lò
phản ứng ra làm 3 vùng năng lượng.
+ Đặc điểm của các nơtron nhiệt: có năng lượng En trong khoảng 0 < En<
0.55eV, các nơtron chuyển động ở trạng thái cân bằng nhiệt với các phân tử môi
trường. Trong vùng này mật độ nơtron phụ thuộc vào năng lượng theo phân bố
Maxwell-Boltzmann [5]:
2n

n( E ) 

kT 
Trong đó:

=∫

( )

3
2

e



E
kT

(1.5)

E

là mật độ nơtrơn toàn phần

k = 8.61x10-5 eV/K là hằng số Boltzmann và T là nhiệt độ môi trường. Ở nhiệt
độ phòng thí nghiệm T = 293.60K thì v = 2200 m/s và năng lượng nơtron nhiệt
bằng ET = 0.0253 eV.
+ Đặc điểm của các nơtron trung gian (nơtron trên nhiệt): có năng lượng En
trong khoảng 0.55 eV < En< 100 keV, các nơtron trong vùng năng lượng này
được gọi là nơtron trên nhiệt, ở vùng này tiết diện tương tác của nơtron với vật
chất có dạng cộng hưởng. Do đó, miền năng lượng này còn gọi là miền cộng hưởng.
Một cách lý tưởng, phân bố thông lượng nơtron trên nhiệt tỉ lệ nghịch với năng
lượng nơtron E [5].

e (E ) 

e
E

(1.6)

Trong đó,  ( ) - thông lượng nơtron trên nhiệt vi phân theo năng lượng E, và

 thông lượng nơtron tích phân trên nhiệt theo quy ước. Nhưng trong thực tế sự phụ
thuộc này thường được biểu diễn theo dạng [5]:

e E  

e
E 1

1eV 

10

(1.7)


+ Đặc điểm của
a các nơtron
n
nhanh: là các nơtron
tron sinh ra trong phản
ph ứng phân
hạch, có năng lượng
ng khoảng
kho
100 keV-20 MeV, phân bố cực đạii trong kho
khoảng 0.7
MeV. Nơtron này tồn tạại đồng thời với nơtron nhanh và nơtron
tron nhi
nhiệt. Phổ phân
hạch thường dùng là phổ phân hạch của Watt được biểu diễnn theo công th
thức [5]:
 f E   0.484 f e  E sinh 2 E

(1.8)

Trong đó, E là năng lượng
lư
nơtron, đơn vị là MeV,  và  ( )là

) thông lượng
nơtron
tron nhanh và thông lượng
lư
nơtron nhanh ở năng lượng E .

Hình 6: Đồ
ồ thị biểu diễn thông lượng
l
nơtron trong lò phản
ản ứng hạ
hạt nhân [5].
3. Các phương pháp xác đ
định các thông số phổ nơtron
3.1 Phương pháp xác đ
định hệ số α
3.1.1 Phương pháp bọ
ọc Cadmi đa lá dò
Phương pháp này chủ
ch yếu thích hợp cho việc xác định α trong kích hoạt
ho
nơtron trên nhiệt. Theo phương pháp này m
một bộ monitor đư
được chiếu bọc
Cadmium, α chính là độ dốc của đường thẳng sau khi làm khớp [7]:

log

Er ,i  Asp,i Cd

k0, Au i . p,i .FCd ,i .Q0,i  .Ge,i theo log Er ,i 

11

(1.9)


Trong đó:

Np

A 

sp ,i Cd



tm
: hoạt độ riêng của monitor thứ 1(phân rã/giây/gam);
W .S .D.C

 p,i : hiệu suất ghi nhận của detector đối với từng monitor;
FCd ,i : hệ số hiệu chỉnh cho sự truyền qua Cd của các nơtron trên nhiệt;
Ge ,i : hệ số tự che chắn nơtron trên nhiệt;
k 0, Au i  : hằng số k0 của monitor i so với Au;

Vế trái của phương trình (1.9) là một hàm log theo α.Vì vậy để tìm α ta sẽ áp
dụng phép tính lặp bằng cách cho α=0, sau đó vẽ đồ thị bằng phương trình (1.9) ta
sẽ được hệ số góc α=α1 , vẽ đồ thị với phương trình như trên nhưng với hệ số góc
α=α1, tiếp tục làm như vậy cho tới khi αn-1=αn thì αn chính là hệ số lệch phổ nơtron

trên nhiệt cần tìm.
Ngoài ra, nghiệm có thể tìm được α bằng cách giải phương trình [4]:

N


i






logEr,i 




N


i



logEr,i   

Asp,i epiCd. Er,iα



 log
   k 0,Au i .ep,i .FCd,i .Ge,i .Q0,i α 
N

 







N


i

 



logE 
r,i




N

logE

i

N

r,i










N


i

2



 


 
Asp,i epiCd. Er,iα


 
 k i .e .F .G .Q a  
0,Au
p,i Cd,i
e,i
0,i
 
log
N

 

 




0

(1.10)

Khi chọn monitor ta nên chọn những monitor có năng lượng E r ,i phân bố từ
thấp đến cao để đảm bảo sự tuyến tính trong phương trình (1.10) và giá trị α không
đổi trong vùng năng lượng nơtron trên nhiệt tại vị trí chiếu mẫu. Trong thực nghiệm
xác định hệ số α ta thường dùng các monitor 197Au-238U-98Mo-64Zn có bọc lớp Cadmi
và bộ ba monitor 197Au-96Zr-94Zr.

12

3.1.2 Phương pháp tỉ số Cadmi cho đa lá dò
Phương pháp này sử dụng một bộ gồm N monitor được chiếu trần và bọc Cd.
Mỗi monitor đặc trưng bởi một năng lượng cộng hưởng hiệu dụng trung bình E r ,i
Khi đó ứng với mỗi monitor, ta tính được tỉ số Cadmi, RCd như sau [4] :
RCd ,i  1 

Asp ,i
th . 0,i
 epiCd
e .I 0,i   Asp ,i

(1.11)

Trong đó:
hoạt độ riêng đối với từng monitor ứng với chiếu trần và chiếu
Asp ,i , AspepiCd
,i
bọc Cadmi (phân rã/giây/gam);
Cũng như phương pháp “đa lá dò bọc Cd”, α là độ dốc của đường thẳng sau
khi làm khớp [4]:
log

E r,i

F

Cd ,i

.RCd ,i  1.Q0,i  .Ge ,i / Gth ,i

theolog E r ,i

(1.12)

Ngoài ra, nghiệm α cũng có thể tìm được bằng cách giải phương trình (1.12)
như sau [4]:










N

 
Gth,i . E r,i
 

 

log
E


r ,i 


N
N


 .( FCd ,i .RCd ,i  1).Ge,i .Q0,i a   
Gth,i . E r ,i


i
 
i log E r ,i  N  log ( F .R  1).G .Q     i log
N
e ,i
0, i

 


  Cd ,i Cd ,i



 

 

 




N


i log E r ,i 
N 
i log E r ,i  N 





2

(1.13)
0

3.1.3 Phương pháp đa lá dò chiếu trần
Phương pháp này thường được dùng trong lò phản ứng để xác định hệ số α.
Theo phương pháp này, một bộ các monitor được đem chiếu trần với một monitor
tham khảo “reference” [6]:





log E r,i Ti theo log E r ,i

(1.14)

Cách vẽ để tìm hệ số α cũng giống như hai phương pháp trên, ngoài ra
nghiệm α có thể tìm được bằng cách giải phương trình sau [6]:

13




Với :

N
N



log
E
log Ti  


r ,i  
N 


i log E r ,i  i N  log Ti  i N  


 
 



N


i log Er ,i 
N 
i log E r ,i  N 





2

0

 Asp ,i
 
Asp ,ref


.E r ,i
 k 0, Au i  p ,i k 0, Au ref  p ,ref 
Ti 
Q0,i  .Ge,i / Gth ,i  Q0, ref  .Ge,ref / Gth ,ref

(1.15)

(1.16)

Trong công thức (1.15) không tính đến monitor “ref” tức là nếu số monitor là
N+1 thì nó gồm có N monitor cộng với một monitor “ref”. Trong phương pháp này
người ta thường dùng “ba lá dò” để tính hệ số α tức là gồm N=2 monitor và 1
monitor “ref” khi đó ta được phương pháp “ba lá dò chiếu trần” [6].
(a  b)Q0  1  (a  1)Q0  2  (b  1)Q0  3  0

(1.17)

Trong đó:

 Asp ,1 k 0, Au 2  p , 2 
a
.
.
 1
 Asp , 2 k 0, Au 1  p ,1 
 Asp ,1 k 0, Au 3  p ,3 
b
.
.
 1
 Asp , 3 k 0, Au 1  p ,1 

1

1

Cách chọn các monitor dựa vào giá trị năng lượng cộng hưởng hiệu dụng.
Thông thường trong phương pháp “ba lá dò chiếu trần” bộ lá dò được sử dụng là:
Au197- Zr94– Zr96.

3.2 Phương pháp xác định hệ số f
3.2.1 Phương pháp tỉ số cadmi
Tỉ số thông lượng nơtron nhiệt/nơtron trên nhiệt,

=

thu được bằng,

cách dùng các thực nghiệm cho việc xác định α.
Thật vậy, từ công thức (1.15) khi có tính đến hệ số tự che chắn nơtron nhiệt
và trên nhiệt, f có thể xác định từ phép đo tỉ số Cd đối với một monitor như sau:
14


f  ( FCd ,r .RCd ,r  1)Q0  .Ge ,r / Gth , r

(1.18)

Trong công thức (1.17) chỉ số r kí hiệu cho monitor tỉ số thông lượng nơtron
với giá trị Q0 và log Er ,i được biết khá chính xác khi chiếu có bọc và không bọc lớp
Cd.
3.2.2 Phương pháp ba lá dò chiếu trần
Từ việc xác định hệ số α theo phương pháp “ba lá dò chiếu trần”, ta có thể
rút ra biểu thức xác định tỉ số thông lượng nơtron f như sau:
Asp ,1
k 0, Au 1  p ,1
.
 Ge, 2 .Q2  .
k 0, Au 2  p , 2
Asp , 2

Asp ,1
k 0, Au 1  p ,1
Gth, 2 .
 Ge ,1 .Q0,1  .
.
Asp , 2
k 0, Au 2  p , 2

Ge,1 .Q0,1  .
f 

(1.19)

Trong đó:
Np
Asp ,1 

tm
: hoạt độ riêng của monitor thứ I (phân rã/giây/gam);
.S .D.C.W
Np

Asp ,1 

tm
: hoạt độ riêng của monitor thứ II (phân rã/giây/gam);
S .D.C.W

3.3 Phương pháp xác định thông lượng nơtron nhiệt, nơtron trên nhiệt
Sau khi tính toán hệ số f và α ta có thể tính thông lượng nơtron bằng phương

trình kích hoạt nơtron cơ bản.
Dựa vào phương trình (1.3) thông lượng nơtron nhiệt được xác định như sau:

 th 

Np 
.M

t m 

 Q   

S .D.C.N A .W . . p . . 0 .1  0
f 


(1.20)

Tính được thông lượng nơtron nhiệt dễ dàng ta có thể suy ra thông lượng
nơtron trên nhiệt:

e 

 th
f
15

(1.21)