Xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân 181Ta(n,g)182Ta

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (496.7 KB, 15 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN MINH CÔNG

XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG

HẠT NHÂN

181

Ta(n,



)

182

Ta

LUẬN VĂN THẠC SỸ

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

NGUYỄN MINH CÔNG

XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG

HẠT NHÂN

181

Ta(n,



)

182

Ta

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử

Mã số: 60440106

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Phạm Đức Khuê

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

LỜI CẢM ƠN

Trƣớc hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hƣớng dẫn là
TS. Phạm Đức Khuê về sự chỉ dạy chuyên môn, giúp đỡ tận tình trong
suốt quá trình học tập, làm việc và thực hiện bản luận văn.

Em xin gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên khoa Vật lý trƣờng ĐH
KHTN – ĐHQG HN đã tận tình chỉ dạy trong suốt thời gian học tập tại

trƣờng.

Em xin chân thành cảm ơn cán bộ, giảng viên. phòng sau đại học
Trƣờng ĐHKHTN-ĐHQG HN, lãnh đạo Viện Vật lý, Trung tâm Vật lý
Hạt nhân, cán bộ lãnh đạo Đoàn 871 Cục CT –BTTM, cán bộ lãnh đạo
BTL Hóa học, Trƣờng sỹ quan Phịng Hóa đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
đểhồn thành bản luận văn này.

Cuối cùng , em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và ngƣời
thân đã ln động viên, ủng hộ tuyệt đối cả về vật chất và tinh thần để có
thể yên tâm học tập, làm việc và hoàn thành bản luận văn này.

Em xin cảm ơn và rất mong các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp đóng
góp ý kiến bổ sung để bản luận văn này ngày càng đƣợc hoàn thiện và có
ý nghĩa thiết thực.

Hà nội, Ngày……tháng ….năm 2014

Học viên

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ TỪ KHÓA

Ee : Năng lƣợng của electron

E: Năng lƣợng tia gamma

RF: Tần số radio (radio frequency)

I: Xác suất phát xạ hay cƣờng độ tia gamma

HPGe: Detector bán dẫn siêu tinh khiết
Tiết diện: Cross section

Thông lƣợng: Flux
Suất lƣợng: Yield
Lá dò: Foild

Hệ làm chậm bằng nƣớc: Water moderator
Khối ốp bằng chì: Pb bricks

MCA: Bộ phân tích đa kênh (Multi Channel Analyzer)

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thông số va chạm của một số hạt nhân

Bảng 1.2: Các thông số đối với một số chất làm chậm

Bảng 2.1: Đặc trưng của các mẫu Ta, Au và In

Bảng 2.2: Chế độ kích hoạt mẫu

Bảng 2.3: Giá trị các hệ số làm khớp hàm đối với Detector 
HPGe(ORTEC)

Bảng 3.1: Các thông số của phản ứng 1 8 1Ta(n,)182Ta , 197Au(n,)198Au, và

1 1 5

In(n,)1 1 6 mIn

Bảng 3.2: Các hệ số hiệu chỉnh chính được sử dụng để xác định tiết diện

bắt nơtron nhiệt của phản ứng 1 8 1Ta(n,)1 8 2Ta

Bảng 3.3: Hệ số tự hấp thụ tia gamma trong mẫu

Bảng 3.4: Hệ số hiệu chỉnh hiệu ứng cộng đỉnh tại vị trí cách detector 5 
cm

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ tán xạ đàn hồi của notron lên hạt nhân trong hệ tọa độ 
phịng thí nghiệm (a) và hệ tọa độ tâm qn tính (b)

Hình 1.2. Sơ đồ tính ζ

Hình 1.3. Sơ đồ phân rã hạt nhân của phản ứng bắt nơtron nhiệt

Hình 1.4. Các mức năng lượng kích thích của hạt nhân hợp phần

Hình 1.5. Tiết diện của phản ứng1 8 1Ta(n,𝛾)1 8 2Ta theo năng lượng

Hình 2.1. Máy gia tốc electron tuyến tính 100 MeV tại Pohang,Hàn Quốc

Hình 2.2.Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính 100 MeV.

Hình 2.3.Cấu tạo của bia Ta và hệ làm chậm nơtron

Hình 2.4.Phân bố năng lượng nơtron ở bia Ta đối với làm chậm bằng 
nước, không làm chậm bằng nước và phân bố Maxwellian

Hình 2.5. Sơ đồ làm việc của hệ phổ kế gamma với detector HPGe

Hình 2.6. Bớ trí thí nghiê ̣m kích ho ạt mẫu trên bề mặt h ệ làm chậm 
nơtron bằng nước .

Hình 2.7. Giao diện phần mềm GammaVision

Hình 2.8. Đường cong hiệu suất ghi đỉnh quang điện của Detector bán 
dấn HPGe(ORTEC) sử dụng trong nghiên cứu

Hình 2.9. Sự phụ thuộc của hoạt độ phóng xạ vào thời gian kích hoạt (ti), 
thời gian phân rã (td) và thời gian đo (tc).

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Cơng

Hình 3.2. Phổ gamma đặc trưng của mẫu Au được kích hoạt bởi các 
nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi mẫu 8594 
phút, thời gian đo 10 phút.

Hình 3.3. Phổ gamma đặc trưng của In được kích hoạt bởi các nơtron 
nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi mẫu 344 phút, thời 
gian đo mẫu 200 giây.

Hình 3.4. biểu diễn sơ đồ phân rã đơn giản của đồng vị 1 8 2Ta.

Hình 3.5. Sự phụ thuộc hệ số tự chắn đối với nơtron nhiệt vào bề dày các 
mẫu

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

6
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ... 8

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG BẮT NƠTRONError! Bookmark not defined.

1.1. Tƣơng tác của nơtron với vật chất .. Error! Bookmark not defined.

1.2. Làm chậm nơtron ... Error! Bookmark not defined.

1.2.1. Nhiệt hóa nơtron ... Error! Bookmark not defined.

1.2.2. Cơ chế làm chậm nơtron ... Error! Bookmark not defined.

1.3. Hạt nhân hợp phần, hạt nhân kích thích ... Error! Bookmark not
defined.

1.3.1. Các cơ chế phản ứng hạt nhân . Error! Bookmark not defined.

1.3.2. Phản ứngbắt nơtron nhiệt ... Error! Bookmark not defined.

1.3.3. Trạng thái kích thích ... Error! Bookmark not defined.

1.4. Tiết diện bắt nơtron nhiệt ... Error! Bookmark not defined.

1.4.1. Khái quát về tiết diện phản ứng ... Error! Bookmark not
defined.

1.4.2. Tiết diện bắt nơtron nhiệt ... Error! Bookmark not defined.

1.5. Các nguồn nơtron chính ... Error! Bookmark not defined.

1.5.1. Nguồn nơtron đồng vị ... Error! Bookmark not defined.

1.5.2. Nguồn nơtron từ lò phản ứng ... Error! Bookmark not defined.

1.5.3. Nguồn nơtron từ máy gia tốc ... Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON

NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG 1 8 1Ta(n,)1 8 2Ta Error! Bookmark not defined.

2.1. Thiết bị thí nghiệm ... Error! Bookmark not defined.

2.1.1. Máy gia tốc thẳng và nguồn nơtron xung trên máy gia tốc

electrontuyến tính năng lƣ ợng 100 MeV ... Error! Bookmark not
defined.

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Cơng

2.2. Thí nghi ệm xác định tiết diện phản ứng 1 8 1Ta(n,)1 8 2Ta ... Error!

Bookmark not defined.

2.2.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu ... Error! Bookmark not defined.

2.2.2. Kích hoạt mẫu ... Error! Bookmark not defined.

2.2.3. Đo hoạt độ phóng xạ của các mẫu sau khi kích hoạt ... Error!

Bookmark not defined.

2.2.4. Phân tích phổ gamma ... Error! Bookmark not defined.

2.2.5. Xác định hiệu suất ghi của đêtectơ ... Error! Bookmark not

defined.

2.3. Phƣơng pháp xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark

not defined.

2.3.1. Xác định tốc độ phản ứng hạt nhân ... Error! Bookmark not

defined.

2.3.2. Xác định ti ết diện bắt nơtron nhiệt ... Error! Bookmark not
defined.

2.2.3. Một số hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác của kết quả .... Error!

Bookmark not defined.

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNError! Bookmark not defined.
3.1. Nhận diện đồng vị phóng xạ và các đặc trƣng của phản ứng hạt

nhân ... Error! Bookmark not defined.

3.2. Một số kết quả hiệu chỉnh ... Error! Bookmark not defined.

3.3. Kết quả xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng

1 8 1

Ta(n,)1 8 2Ta. ... Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN ... Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU KHAM KHẢO ... 10

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

MỞ ĐẦU

Phản ứng hạt nhân là một trong những hƣớng quan trọng nhất trong
lĩnh vực nghiên cứu hạt nhân. Trải qua nhiều thập niên nghiên cứu, cho

đến nay sự hiểu biết về hạt nhân nguyên tử đã đƣợc mở rộng, tuy nhiên
vẫn còn nhiều vấn đề liên quan tới cấu trúc hạt nhân, các tính chất của
hạt nhân và cơ chế của phản ứng hạt nhân vẫn chƣa đƣợc làm sáng tỏ và
cần tiếp tục đƣợc nghiên cứu. Bên cạnh việc đóng góp và lĩnh vực các
nghiên cứu khoa học cơ bản, phản ứng hạt nhân cịn có vai trị quan trọng
trong các ứng dụng thực tiễn nhƣ năng lƣợng, y tế, công nghiệp, vũ trụ,
an toàn bức xạ và hạt nhân,…

Đặc trƣng của mỗi phản ứng phụ thuộc vào từng hạt nhân nguyên
tử, vào loại hạt tới và năng lƣợng của chúng. Các loại hạt/bức xạ quen

thuộc nhƣ nơtron (n), proton (p), alpha (), gamma (),...Khi tƣơng tác

với một hạt nhân có thể diễn ra theo nhiều cơ chế khác nhau phụ thuộc
vào năng lƣợng của chúng và tạo thành những sản phẩm phản ứng khác
nhau.

Trong nghiên cứu phản ứng hạt nhân và ứng dụng thì nơtron là một
trong những loại bức xạ đƣợc sử dụng phổ biến nhất. Các phản ứng hạt
nhân điển hình xảy ra do tƣơng tác của nơtron nhƣ (n,α), (n,p),
(n,γ),…với xác suất khác nhau ngay trên một đồng vị và phụ thuộc vào
năng lƣợng của nơtron tới.

Một trong những đại lƣợng đặc trƣng quan trọng của phản ứng hạt
nhân là tiết diện phản ứng. Tiết diện phản ứng là thƣớc đo xác suất xảy ra

phản ứng hạt nhân. Tiết diện của phản ứng nhân (n,) gây bởi nơtron

nhiệt là loại số liệu hạt nhân quan trọng đƣợc sử dụng nhiều trong nghiên
cứu cũng nhƣ ứng dụng trong các tính tốn lị phản ứng hạt nhân, che

chắn an tồn phóng xạ, đánh giá sự phá hủy vật liệu do bức xạ,…

Trƣớc đây các nghiên cứu phản ứng hạt nhân (n,) chủ yếu đƣợc

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

với sự phát triển của kỹ thuật gia tốc có thể tạo ra các nguồn nơtron có

thông lƣợng lớn từ các phản ứng hạt nhân (,xn), (p,xn),... Các nguồn

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

TÀI LIỆU KHAM KHẢO

Tài liệu tiếng việt:

[1] Nguyễn Văn Đỗ (2004), Các phương pháp phân tích hạt nhân, Nhà

xuất bản Đại học Quốc gia, Hà Nội

[2] Phạm Quốc Hùng, “ Lò phản ứng hạt nhân”. NXB ĐHQG HN

[3] Ngô Quang Huy (2002), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, NXB ĐHQG

[4] Ngô Quang Huy (2006). Cơ sở vật lý hạt nhân. NXB. KH&KT

Tài liệu tiếng anh

[5] A. Trkov, G.ˇ Zerovnik, L. Snoj, M. Ravnik ,“On the self-shielding

factors in neutron activation analysis”,Nuclear Instruments and

Methods in Physics Research A 610 (2009) 553 –565.

[6] A.Sunyar,P.Axer,” decay of 16-minute ta182m”, pr,121,1158,1961

[7] B. Pritychenko,S.F. Mughabghab.National Nuclear Data Center,

Brookhaven National Labora tory, Upton, NY 11973-5000,

USA,“Neutron Thermal Cross Sections, Westcott Factors, Resonance
Integrals, Maxwellian Averaged Cr oss Sections and Astrophysical
Reaction Rates Calculated from the ENDF/B -VII.1, JEFF-3.1.2,
JENDL-4.0, ROSFOND-2010, CENDL-3.1 and EAF-2010 Evaluated

Data Libraries”,aXiv:1208.2879v3[Astro-ph.SR] 11/9/2013.

[8] D. De Soete, R. Gijbels, J. Hoste, Neutron Activation Analysis”,

John Wiley & Sons Ltd, 1972.

[9] E.M.Gryntakis,Examination of the dependence of the effectivecross

section from the neutron temperature, measurements of the neutron 
temperature and etermination of some cross sections for neutron

capture and neutron fission.

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

cross section ratios”,Journal of Radioanalytical and Nuclear

Chemistry,133(1989) 131-151.

[11] F. De Corte “The updated NAA nuclear data library derived from the

Y2K k0-database”,Journal of Radioanalytical and Nuclear

Chemistry, Vol. 257, No. 3 (2003) 493-499

[12 ] G.Wolf,” the absolute calibration of desintegration rates throught
the beta-gamma-coincidence method and it suse for measuring of the
thermal activation cross sections of the nuclides na -23,sc-45,co-59

end ta-181 (in german)”,j,nuk,2,255,60.

[13] Harald A. Enge, Introduction to nuclear physics, Addition- Wiley

publishing company, 1983.

[14] H. Hubbell and S. M. Seltzer, Tables of X-Ray Mass Attenuation

Coefficients and Mass Energy-Absorption Coefficients, 1996.

[15] Landolt-Börnstein,Numerical Data and Functional Relationships in

Science and Technology, New Series/ Editor in Chief: W.

Martienssen

[16] L.Seren, H.N.Friedlander, S.H.Turkel , “Thermal Neutron Activation

Cross Sections”, J,PR,72,888,1947

[17] M. Blaauw, “The confusing issue of the neutron capture cross -

section to use in thermal neutron self - shielding

computations”,Nuclear Instruments and Methods in Physics

Research, A 356(1995) 403.

[18] M. Karadag, H. Yucel, “Measurement of thermal neutron cross

section and resonace integral for 1 8 6W(n,γ)1 8 7W reaction by

activation method using a single monitor”,Annals of nuclear energy

vol.31(2004) 1285- 1297.

[19] M.Takiue,H.Ishikawa,” Thermal neutron reaction cross section
measurements for fourteen nuclides ith a liquid scintillation

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

[20] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Le Truong Son,
Guinyun Kim,Young Seok Lee, Youngdo Oh, Hee -Seok Lee,
Moo-Hyun Cho,In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal neutron

cross-section and resonance integral of the 1 8 6W(n,)1 8 7W

reaction”,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B

266 (2008) 863–871

[21] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Bui Van Loat,
Md.S. Rahman, Kyung Sook Kim,Guinyun Kim, Youngdo Oh, Hee
-Seok Lee, Moo-Hyun Cho, In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal

neutron cross-section and resonance integral of the 9 8Mo(n,)9 9Mo

reaction”,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B

267 (2009) 462–468.

[22] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Nguyen Thi
Hien, Guinyun Kim, Sungchul Yang, Kyung Sook Kim, Sung Gyun
Shin, Moo-Hyun Cho, Man Woo Lee, ” Measurement of thermal

neutron cross section and resonance integral for the 170Er(n,)171Er

reaction by using a gold monitor”,Nuclear Instruments and Methods

in Physics Research B 310 (2013) 10 –17.

[23] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Guinyun
Kim,Young Seok Lee, Youngdo Oh, Hee-Seok Lee, Moo-Hyun
Cho,In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal neutron cross-section and

resonance integral of the 1 6 5Ho(n,)1 6 6 gMo reaction”,Nuclear

Instruments and Methods in Physics Research B 269 (2011) 159–

166.

[24] Paul Reuss, Neutron physics, EDP Sciences (August 15, 2008).

[25] R.E.Heft, A consistent set of nuclear -parameter valuesfor absolute

instrumental neutron activation analysis. C,78MAYAG,,495,197805

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

[27] S.E. Agbemava, B.J.B. Nyarko, J.J. Fletcher, R.B.M. Sogbadji, E.
Mensimah, M. Asamoah,“Measurement of thermal neutron and

resonance integral cross sections of the reaction 5 1V(n,)5 2V using a

20 Ci Am–Be isotopic neutron source”,Annals of Nuclear Energy 38

(2011) 1616–1622