phát triển các dòng nơtron phin lọc đơn năng tại kênh ngang số 4 lò phản ứng hạt nhân đà lạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ___________________ TRẦN TUẤN ANH PHÁT TRIỂN CÁC DÒNG NƠTRON PHIN LỌC ĐƠN NĂNG TẠI KÊNH NGANG SỐ 4 LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. VƯƠNG HỮU TẤN 2. TS. PHẠM ĐÌNH KHANG ĐÀ LẠT – 2012 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4 1.1. Nguồn nơtron và những ứng dụng liên quan 4 1.1.1. Một số nguồn nơtron đồng vị thông dụng 4 1.1.2. Nguồn nơtron từ máy gia tốc 5 1.1.3. Nguồn nơtron từ lò phản ứng 5 1.2. Các kỹ thuật tạo dòng nơtron đơn năng 8 1.2.1. Phương pháp thời gian bay 8 1.2.2. Kỹ thuật phin lọc nơtron 9 1.3. Các phản ứng khi nơtron đi qua môi trường vật liệu làm phin lọc 11 1.3.1 Tiết diện, quãng chạy tự do trung bình 11 1.3.2. Phân loại phản ứng khi nơtron đi qua môi trường vật liệu làm phin lọc 13 1.3.3. Tiết diện trong vùng liên tục 14 1.4. Mô tả số liệu tiết diện nơtron toàn phần 16 CHƯƠNG II: MÔ PHỎNG CÁC DÒNG NƠTRON PHIN LỌC 18 2.1. Lựa chọn thành phần, kích thước của tổ hợp vật liệu làm phin lọc 18 2.2. Tạo file số liệu đầu vào (Input) 19 2.2.1. Số liệu về phổ năng lượng nơtron trước phin lọc 19 2.2.2. Số liệu về tiết diện nơtron toàn phần 20 2.2.3. Mô tả file Input 20 2.2.4. Mô tả file Output 22 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC DÒNG NƠTRON PHIN LỌC ĐƠN NĂNG 24keV, 54keV, 59keV, 133keV và 148keV 24 3.1. Chọn lựa tối ưu kích thước vật liệu phin lọc 24 3.2. Kết quả tính toán các dòng nơtron phin lọc 25 CHƯƠNG IV: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC DÒNG NƠTRON PHIN LỌC 32 4.1. Đo thực nghiệm các đặc trưng phin lọc mới tại kênh số 4. 32 4.2. Hệ phổ kế prôton giật lùi 32 4.3. Đo thực nghiệm phổ năng lượng nơtron bằng phổ kế prôton giật lùi 33 4.4. Kết quả đo thực nghiệm phổ phân bố năng lượng nơtron 34 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 2 M Ở ĐẦU Vào năm 1932, hạt nơtron được phát hiện lần đầu tiên bởi Chadwick từ thí nghiệm chiếu Berylium bằng hạt anpha ( ) 12 9 , Be n C α [7]. K ể t ừ đ ó, n ề n khoa h ọ c và công ngh ệ h ạ t nhân đ ã phát tri ể n v ượ t b ậ c v ớ i nhi ề u thành t ự u to l ớ n. Các ph ả n ứ ng h ạ t nhân c ủ a n ơ tron v ớ i v ậ t ch ấ t có vai trò quan tr ọ ng hàng đầ u trong các l ĩ nh v ự c nghiên c ứ u phát tri ể n và ứ ng d ụ ng c ủ a khoa h ọ c k ỹ thu ậ t h ạ t nhân, ph ụ c v ụ s ự phát tri ể n chung c ủ a n ề n kinh t ế xã h ộ i ở nhi ề u n ướ c trên th ế gi ớ i nh ư ph ụ c v ụ s ả n xu ấ t n ă ng l ượ ng, s ả n xu ấ t đồ ng v ị phóng x ạ , nghiên c ứ u môi tr ườ ng, nông nghi ệ p, công nghi ệ p, y h ọ c h ạ t nhân, công ngh ệ v ậ t li ệ u m ớ i, M ộ t trong các th ự c nghi ệ m quan tr ọ ng và ph ổ bi ế n c ủ a v ậ t lý n ơ tron là nghiên c ứ u ph ả n ứ ng h ạ t nhân và các hi ệ u ứ ng t ươ ng tác c ủ a n ơ tron v ớ i v ậ t ch ấ t trên c ơ s ở các chùm n ơ tron đơ n n ă ng t ừ lò ph ả n ứ ng h ạ t nhân b ằ ng k ỹ thu ậ t phin l ọ c. Các h ướ ng nghiên c ứ u c ơ b ả n và ứ ng d ụ ng trên các chùm n ơ tron phin l ọ c t ừ lò ph ả n ứ ng có th ể đượ c li ệ t kê nh ư sau [9, 10] :  Đ o s ố li ệ u ti ế t di ệ n n ơ tron toàn ph ầ n v ớ i có độ chính xác cao (0.1 - 0.01%),  Đ o đặ c tr ư ng ph ổ phát x ạ gamma t ừ ph ả n ứ ng b ắ t n ơ tron c ủ a các v ậ t li ệ u khác nhau,  Đ o ti ế t di ệ n b ắ t b ứ c x ạ n ơ tron,  Nghiên c ứ u th ự c nghi ệ m v ề t ỉ s ố Isomer,  Nghiên c ứ u hi ệ u ứ ng Doppler,  Nghiên c ứ u s ự ả nh h ưở ng c ủ a b ứ c x ạ lên tính ch ấ t v ậ t li ệ u,  Ch ụ p ả nh b ằ ng n ơ tron,  Nghiên c ứ u ph ươ ng pháp x ạ tr ị (BNCT: Boron Neutron Capture Therapy),  Phân tích kích ho ạ t gamma t ứ c th ờ i (PGNAA),  Phát tri ể n dòng thông l ượ ng chu ẩ n cho m ụ c đ ích chu ẩ n li ề u n ơ tron,  Đị nh chu ẩ n n ă ng l ượ ng cho ố ng đế m t ỷ l ệ prôton gi ậ t lùi. Ch ấ t l ượ ng c ủ a dòng n ơ tron đơ n n ă ng là m ộ t trong nh ữ ng y ế u t ố quy ế t đị nh đế n độ chính xác c ủ a các k ế t qu ả th ự c nghi ệ m. Để t ạ o ra các ngu ồ n n ơ tron đơ n n ă ng ng ườ i ta đ ã ứ ng d ụ ng các k ỹ thu ậ t khác nhau nh ư : k ỹ thu ậ t phin l ọ c, k ỹ thu ậ t tán x ạ tinh th ể , ph ươ ng pháp th ờ i gian bay,.v.v… Trong đ ó, k ỹ thu ậ t s ử d ụ ng các phin l ọ c n ơ tron khác nhau trên c ơ s ở các kênh ngang c ủ a lò ph ả n ứ ng để t ạ o ra các dòng n ơ tron có n ă ng l ượ ng đơ n n ă ng, có độ phân gi ả i n ă ng l ượ ng t ố t và thông l ượ ng l ớ n là m ộ t trong nh ữ ng ph ươ ng pháp hi ệ u 3 qu ả đáp ứng được các yêu cầu nêu trên. Kỹ thuật phin lọc nơtron đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới như: Ukraina, Mỹ, Nhật, Việt Nam, Ngày nay, với kỹ thuật này người ta đã tạo ra các dòng nơtron nhiệt và đơn sắc trong vùng năng lượng từ keV đến vài MeV [14, 17] . Ở Việt Nam, từ những năm 1990, kỹ thuật phin lọc đã được áp dụng thành công tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt để tạo ra các dòng nơtron phin lọc nhiệt, 55keV và 144keV phục vụ các nghiên cứu về đo đạc thực nghiệm số liệu hạt nhân, phân tích nguyên tố bằng phương pháp PGNAA, chụp ảnh nơtron và đào tạo cán bộ. Trong bối cảnh hiện nay, nước ta đang tiến đến sản xuất điện nguyên tử và tăng cường phát triển các ứng dụng phi điện năng của khoa học và kỹ thuật hạt nhân, phục vụ sự phát triển chung của nền kinh tế xã hội. Để góp phần nâng cao tiềm lực về cơ sở nghiên cứu vật lý hạt nhân và đào tào nhân lực, việc nghiên cứu phát triển một số dòng nơtron phin lọc đơn năng mới trên cơ sở các kênh ngang xuyên tâm số 4 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt đã được thực hiện. Nội dung chính của chuyên đề được trình bày trong bốn chương bao gồm: Chương 1: Tổng quan: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cách tạo ra dòng nơtron đơn năng bằng kỹ thuật phin lọc. Chương 2: Mô phỏng các dòng nơtron phin lọc: Sử dụng chương trình Monte Carlo MCNP5 để mô phỏng phổ nơtron đơn năng sau phin lọc. Chương 3: Kết quả tính toán các dòng nơtron phin lọc đơn năng. Chương 4: Thực nghiệm đo các thông số đặc trưng của các dòng nơtron. 4 CH ƯƠNG I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. Nguồn nơtron và những ứng dụng liên quan Các nguồn nơtron được tạo ra từ nhiều phương pháp khác nhau, có những đặc trưng khác nhau chẳng hạn như phân bố năng lượng, thông lượng nơtron phát ra, v.v… mỗi một loại nguồn nơtron có những ưu điểm và nhược điểm nhất định đối với những mục đích ứng dụng khác nhau. 1.1.1. Một số nguồn nơtron đồng vị thông dụng a) Nguồn nơtron từ phản ứng ( ) , n γ (Photonơtron hay Quang nơtron): 9 Be + γ > n + 8 Be năng lượng ngưỡng 1.67 MeV, 2 D + γ > n + 1 H năng lượng ngưỡng 2.23 MeV. b) Nguồn nơtron từ phản ứng ( ) , n α : các nguyên tố siêu Uranium như 242 Cm, 239 Pu, 241 Am, 252 Cf ,v.v… phát ra hạt alpha, hạt alpha này tương tác với 9 Be tạo thành nơtron theo phản ứng: 9 Be + 4 He > n + 12 C + 5.7 MeV. Ngoài 9 Be, người ta có thể thay bằng các nguyên tố nhẹ như B, Li, F. Những nguồn này được tạo ra dưới dạng kim loại bột pha với 9 Be. Trong các loại nguồn phản ứng và nguồn đồng vị thì nguồn phân hạch 252 Cf là nguồn thường được sử dụng hơn cả. c) Nguồn nơtron từ sự phân hạch của đồng vị 252 Cf: chu kỳ bán hủy của nó là 2,73 năm, 3,2% phân rã bằng phân hạch tự phát, phát ra 3,7 nơtron trong mỗi phân hạch theo các phản ứng sau: 252 Cf > 140 Xe + 108 Ru + 4n + Q, 252 Cf > 140 Cs + 109 Tc + 3n + Q. Bảng 1.1. Các đặc trưng của nguồn phân hạch 252 Cf Tính chất Giá trị Kiểu phân rã Phát Alpha Phân hạch tự phát 96.9% 3.1% Chu kỳ bán hủy Phát Alpha Phân hạch tự phát 2.731 ± 0.007 năm 85.5 ± 0.5 năm Tốc độ phát nơtron 2.34.10 12 n.s - 1 .g - 1 Phát nơtron/phân hạch tự phát 3.76 Năng lượng nơtron trung bình 2.348 MeV 5 T ốc độ phát γ 1.3.10 13 γ s - 1 g - 1 Năng lượng γ trung bình 6.117 MeV Suất liều ở 1m trong không khí + Nơtron + Gamma 2.2.10 3 rem.h -1 .g -1 1.6.10 2 rad.h -1 .g -1 1.1.2. Nguồn nơtron từ máy gia tốc Các nguồn nơtron tạo ra từ máy gia tốc có những ưu điểm rất lớn như cường độ dòng nơtron đạt được lớn hơn vài bậc so với các nguồn đồng vị. Bằng máy gia tốc, có thể thu được chùm nơtron đơn năng tốt và có dải năng lượng rộng. Cũng có thể tạo chùm nơtron dạng xung thích hợp cho phép đo theo phương pháp thời gian bay. Có nhiều loại máy gia tốc để tạo nguồn nơtron dựa trên các nguyên lý sau: 1. Có thể thu được các nơtron đơn năng dựa trên phản ứng (p, n) hoặc (d, n) với chùm đơtron hoặc prôton bằng máy gia tốc Van de Graaff. Đôi khi người ta còn sử dụng máy gia tốc hạt tròn để thay đổi năng lượng hạt gia tốc và thu được nơtron đơn năng. 2. Phản ứng (d, n) rất thích hợp để thu nơtron năng lượng thấp (dưới 1 MeV). Bia được sử dụng là đơtri, liti, triti và berili. Kết hợp với máy gia tốc đơn giản năng lượng thấp có dòng lớn, có thể thu được chùm nơtron mạnh liên tục hoặc xung. 3. Có thể thu được chùm nơtron rất mạnh bằng máy gia tốc electron thẳng dựa trên phản ứng ( γ , n), cũng có khi các chùm nơtron thu được từ phản ứng (p, n) và (d, n) trên máy gia tốc hạt tròn hoặc máy gia tốc hạt vòng xuyến. Nhiều máy gia tốc phát nơtron đã được sử dụng trong điều trị bệnh, xử lý vật liệu, bảo quản thực phẩm, khử trùng các dụng cụ y tế, xử lý khí thải, v.v… và cả trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học. 1.1.3. Nguồn nơtron từ lò phản ứng Các nơtron sinh ra trong lò phản ứng có năng lượng trong khoảng từ 0 đến 20 MeV và có thông lượng lớn 14 15 2 10 10 / / n cm s ÷ mà các nguồn nơtron khác khó có thể đạt được. Phân bố phổ năng lượng nơtron trong các lò phản ứng hạt nhân được chia theo 3 vùng năng lượng như sau: + Nơtron nhiệt: 0 0.1 n E eV < ≤ . + Nơtron trung gian: 0.1 100 n eV E keV < ≤ . + Nơtron nhanh: 100 20 keV En MeV < ≤ . 6 a) Đặc điểm của các miền năng lượng Miền nơtron nhanh: là các nơtron sinh ra do phản ứng phân hạch, có cực đại ở 0,7 MeV và được mô tả bởi phân bố Watt. Các nơtron nhanh trong lò phản ứng sau quá trình làm chậm chuyển về nơtron trên nhiệt và nơtron nhiệt. Tuy nhiên, quá trình phân hạch vẫn tiếp diễn nên vẫn tồn tại thành phần nơtron nhanh tuân theo quy luật phân bố Watt: ( ) ( ) ( ) 0,5 0,484*exp *sin 2 E E E φ = − . (1.1) Hình 1.1. Phân b ố ph ổ n ă ng l ượ ng n ơ tron trong lò ph ả n ứ ng. Mi ề n n ơ tron trung gian hay còn g ọ i là mi ề n n ă ng l ượ ng c ộ ng h ưở ng và các n ơ tron trung gian đượ c g ọ i là n ơ tron c ộ ng h ưở ng. Phân b ố n ă ng l ượ ng n ơ tron trong mi ề n này có th ể đượ c vi ế t: ( ) epi k E E φ = , ( k : là h ằ ng s ố ). (1.2) N ơ tron trung gian sinh ra ch ủ y ế u do s ự tán x ạ đ àn h ồ i c ủ a n ơ tron nhanh v ớ i nguyên t ử có s ố Z nh ỏ c ủ a ch ấ t làm ch ậ m (nh ư hy đ ro, cacbon…). N ơ tron đượ c làm ch ậ m b ở i cách này có ph ổ n ă ng l ượ ng φ (E) t ỉ l ệ v ớ i 1/E trong vùng n ă ng l ượ ng 0.1 eV ÷ 100 keV . Mi ề n n ơ tron nhi ệ t: các n ơ tron nhi ệ t chuy ể n độ ng trong tr ạ ng thái cân b ằ ng nhi ệ t v ớ i các ph ầ n t ử môi tr ườ ng ch ấ t làm ch ậ m, có phân b ố phù h ợ p v ớ i phân b ố Maxwell đặ c tr ư ng b ở i nhi ệ t độ trung bình: ( ) ( ) 2 0 0 2 exp total E E E E E φ φ π   = −     . (1.3) 7 Trong đó, 0 E KT = là năng lượng tương ứng với vận tốc nơtron là 2200m/s ở nhiệt độ phòng T = 293K, 0 0,0253 E eV = . Những nơtron trong vùng này gọi là các nơtron nhiệt. Những nơtron có năng lượng thấp hơn 0.0253eV người ta còn gọi là nơtron lạnh. Nơtron này có tiết diện bắt nơtron, hay chiếm nơtron của hạt nhân rất lớn và tuân theo quy luật 1/ v , vớ i n ơ tron lo ạ i này xu ấ t hi ệ n rõ r ệ t tính ch ấ t sóng vì chi ề u dài sóng l ớ n h ơ n nhi ề u kho ả ng cách gi ữ a các nguyên t ử . Do đ ó, n ơ tron l ạ nh là ph ươ ng ti ệ n để nghiên c ứ u c ấ u trúc c ủ a các tinh th ể ch ấ t r ắ n. Tuy nhiên vi ệ c s ử d ụ ng ph ươ ng ti ệ n k ĩ thu ậ t này c ầ n có chùm n ơ tron l ạ nh v ớ i c ườ ng độ đủ l ớ n. b) Nguồn nơtron phin lọc từ kênh ngang xuyên tâm (kênh số 4) của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt S ơ đồ m ặ t c ắ t c ủ a vùng ho ạ t và v ị trí các kênh n ơ tron c ủ a lò ph ả n ứ ng h ạ t nhân Đ à L ạ t đượ c đư a ra trong Hình 1.2. T ừ hình v ẽ này th ấ y r ằ ng kênh xuyên tâm s ố 4 đượ c ti ế p giáp tr ự c ti ế p v ớ i vùng ho ạ t c ủ a lò ph ả n ứ ng. Vì v ậ y thông l ượ ng n ơ tron trên kênh này s ẽ là l ớ n nh ấ t và thích h ợ p nh ấ t để t ạ o ra các chùm n ơ tron đơ n n ă ng trong d ả i n ă ng l ượ ng trung gian b ằ ng cách s ử d ụ ng k ỹ thu ậ t phin l ọ c n ơ tron. T ạ i kênh này hai dòng phin l ọ c n ơ tron đơ n n ă ng 55keV và 148keV đ ã đượ c phát tri ể n r ấ t thành công, cho đế n hi ệ n nay v ẫ n đ ang ph ụ c v ụ nhi ề u nghiên c ứ u và ứ ng d ụ ng quan tr ọ ng, nh ư đ o th ự c nghi ệ m s ố li ệ u h ạ t nhân, c ấ u trúc h ạ t nhân, phân tích nguyên t ố , Hình 1.2. S ơ đồ m ặ t c ắ t ngang c ủ a lò ph ả n ứ ng h ạ t nhân Đ à L ạ t [6] . 8 1.2. Các k ỹ thuật tạo dòng nơtron đơn năng 1.2.1. Phương pháp thời gian bay Có thể thu được nhiều nhóm nơtron đơn năng trong vùng năng lượng rộng (đến 20 MeV hoặc hơn) bằng máy gia tốc Van - de - Graph khi sử dụng các phản ứng (p, n) hoặc (d, n). Ngưỡng dưới của dải năng lượng vào khoảng 120 keV nếu không tính đến các nơtron bay về phía trước trong phản ứng 7 Li (p,n) 7 Be và cả phản ứng (p, n) trên các bia vanadium hoặc scandium do độ ra của những nơtron này nhỏ. Tuy nhiên có thể tách các nơtron thu được có phân bố năng lượng liên tục từ 0,01 đến 120 keV khi sử dụng máy gia tốc thành các nhóm bằng phương pháp thời gian bay. Hình 1.3. Độ ra nơtron từ bia Uranium dày khi chiếu electron. Chúng ta giả thiết rằng nguồn phát ra xung nơtron có phổ năng lượng rộng, detector ghi nhận nơtron nằm cách nguồn một khoảng l. Hệ thức mô tả sự liên quan giữa năng lượng nơtron E và thời gian bay từ nguồn tới detector như sau: l l t = = v 2E/m . (1.4) Suy ra rằng giữa hai đại lượng này có một quan hệ đơn trị khi độ dài xung nơtron nhỏ so với thời gian bay. Như vậy có thể đo năng lượng nơtron bay ra từ nguồn nơtron liên tục. Phương pháp này cho phép nghiên cứu các phản ứng hạt nhân khá chính xác trong vùng năng lượng thấp. Trên thực tế detector thường được kết nối với máy phân tích biên độ nhiều kênh là thiết bị có thể ghi nhận một cách riêng biệt số sự kiện Z i xảy ra trong khoảng thời gian (t i+1 , t i ). Bằng cách như vậy có thể thu được phổ năng lượng nơtron trong một lần đo. Nếu thời gian bay đo được tính bằng micro giây, độ dài khoảng bay tính bằng mét, năng lượng nơtron tính bằng eV thì ta có hệ thức quan trọng sau: 9 t 72,3 = l E . (1.5) Độ chính xác của phép đo năng lượng bằng phương pháp thời gian bay phụ thuộc vào độ bất định ∆ t của thời gian bay và độ thăng giáng ∆ l của quãng bay. Khoảng ∆ t gồm có các yếu tố như độ rộng xung nơtron, độ phân giải thời gian của detector và các thiết bị điện tử. Độ bất định về quãng bay nhỏ hơn rất nhiều so với độ bất định về thời gian bay. Trong trường hợp này chúng ta có hệ thức: E ∆t ∆t = ∆t = 2E t t ∂ ∂ . (1.6) Khi đó theo (1.5) ta có: 3/2 Dt E = 0,028 E l . (1.7) 1.2.2. Kỹ thuật phin lọc nơtron Bằng kỹ thuật phin lọc nơtron, dòng nơtron đơn năng có thể được tạo ra tại nhiều điểm năng lượng khác nhau trong vùng năng lượng từ vài keV đến vài MeV, kỹ thuật này được giới thiệu lần đầu tiên bởi Simpson và Muller [16] . Ý tưởng chính của sự phát triển các phin lọc nơtron là sử dụng một mật độ đủ lớn các chất làm phin lọc mà các hạt nhân của nó có cùng một năng lượng tại cực tiểu giao thoa trong tiết diện nơtron toàn phần của chúng. Bằng phương pháp này chúng ta có thể thu được chùm nơtron phin lọc đơn năng cao tương ứng với năng lượng tại vị trí cực tiểu của tiết diện nơtron toàn phần [8] . Kỹ thuật này đã được áp dụng khá phổ biến ở một số nước trên thế giới như: Mỹ, Nhật, Nga,… Sử dụng các loại phin lọc khác nhau như: Al, Si, S, Ti, 54 Fe, 56 Fe, 58 Ni, 60 Ni…. cho phép chúng ta nhận được các dòng nơtron chuẩn đơn năng ứng với các năng lượng: 0,498keV; 1,772keV; 12,67keV; 24,34keV; 24,27keV, 56keV; 148keV;…. Trong các dòng nơtron phin lọc luôn tồn tại phông gamma và nền phông nơtron do tán xạ từ các vật liệu che chắn. Do đó, trong các phép đo thực nghiệm cần thiết phải khảo sát kỹ các thành phần phông này. Tuy nhiên so với các nguồn nơtron khác thì phông gamma sau các phin lọc nơtron là tương đối thấp vì một phần lớn các bức xạ gamma từ lò phản ứng bị hấp thụ bởi các lớp vật chất phin lọc có bề dày lớn, thông thường khoảng từ 50 đến 120cm. Ưu điểm này cùng với thông lượng dòng nơtron sau phin lọc cao (cỡ 4 7 2 10 10 / / n cm s ÷ ) cho phép sử dụng các dòng nơtron phin lọc vào nhiều lĩnh vực nghiên c ứu và ứng dụng khác nhau. [...]... chính, ** Phin lọc phụ 24 3.2 Kết quả tính toán các dòng nơtron phin lọc Phổ các dòng nơtron phin lọc 24, 54, 59, 133 và 148 keV được tính bằng phương pháp Monte Carlo sử dụng chương trình MCNP5 Đối với các bài toán đo số liệu hạt nhân trên các dòng nơtron phin lọc ở lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, độ sạch dòng nơtron đạt từ >95% đối với đo tiết diện bắt bức xạ và >98% đối với đo tiết diện nơtron toàn... lượng nơtron từ lò phản ứng (white neutron spectrum) gồm có 3 phần: Maxwell, theo qui luật 1/E và phân hạch tại vị trí trước phin lọc của kênh số 4, lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt (ii) Số liệu về tiết diện nơtron toàn phần của các vật liệu làm phin lọc (iii) Các thông số đầu vào: lựa chọn thành phần vật liệu làm phin lọc, kích thước 2.2.1 Số liệu về phổ năng lượng nơtron trước phin lọc Số liệu thực nghiệm... 54keV neutron 700 Intensity [a.u] 600 500 40 0 300 200 100 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 En [MeV] Hình 2 .4 Phổ nơtron 54keV 23 CHƯƠNG III KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC DÒNG NƠTRON PHIN LỌC ĐƠN NĂNG 24keV, 54keV, 59keV, 133keV và 148 keV 3.1 Chọn lựa tối ưu kích thước vật liệu phin lọc Việc lựa chọn vật liệu làm phin lọc tuân theo các tiêu chí như ở mục 2.1 Bảng tổ hợp phin lọc các dòng nơtron tại lò phản ứng hạt. .. vậy để giảm sai số cho các phép đo số liệu hạt nhân thì cần thiết phải nâng cao chất lượng các dòng nơtron phin lọc hiện đang sử dụng Bảng 3.6 và Hình 3.7 đến Hình 3.11 chỉ ra các tổ hợp phin lọc và phổ các dòng nơtron phin lọc 24, 54, 59, 133 và 148 keV Bảng 3.6 Kết quả tính toán tối ưu thông số đặc trưng của các dòng nơtron phin lọc (Op) En (keV) Φ x 105 (n.cm-2.s-1) 24 ± 1.8 1.52 54 ± 1.5 1.02 59... trong dòng từ lò phản ứng có thể đưa vào nguyên tố nặng như Bi 18 Dựa vào cơ sở lý thuyết đã trình bày ở trên tiến hành lựa chọn thành phần vật liệu phù hợp để tính toán tạo ra các dòng nơtron phin lọc: 24keV, 54keV, 59keV, 133keV và 148 keV trên kênh ngang số 4 lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 2.2 Tạo file số liệu đầu vào (Input) File số liệu đầu vào bao gồm: (i) File số liệu ban đầu về phổ năng lượng nơtron. .. phương pháp đo các phản ứng ngưỡng Hình 2.2 Phổ năng lượng nơtron vi phân được xác định bằng thực nghiệm tại vị trí trước phin lọc của kênh số 4, lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt[ 2] 19 2.2.2 Số liệu về tiết diện nơtron toàn phần Số liệu tiết diện nơtron toàn phần được trích từ thư viện số liệu hạt nhân JENDL 4. 0 hoặc ENDF/B VII.0 hoặc BROND 2.0 (ở nhiệt độ 3000K) Hình 2.3 mô tả tiết diện nơtron toàn phần... ) : phổ năng lượng nơtron tạo thành sau phin lọc, φ0 ( E ) : phổ năng lượng nơtron từ lò phản ứng tại vị trí trước phin lọc, ρ k : mật độ hạt nhân của thành phần phin lọc thứ k [số hạt nhân/ cm3], d k : chiều dài của thành thần phin lọc thứ k [cm], σ tk ( E ) : tiết diện nơtron toàn phần của vật liệu thứ k [cm2], E : năng lượng nơtron [eV], I : cường độ tương đối (độ sạch) của đỉnh phổ đơn năng, El... 3x103 2x103 1x103 0 10-1 1.2x10-1 1.4x10-1 1.6x10-1 1.8x10-1 2x10-1 En (MeV) Hình 3.10 Phổ nơtron 133keV 1x1 04 Neutron flux (n.cm-2.s-1) 148 keV.Op 148 keV.Re 5x103 0 10-2 10-1 En (MeV) Hình 3.11 Phổ nơtron 148 keV 32 CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC DÒNG NƠTRON PHIN LỌC 4. 1 Đo thực nghiệm các đặc trưng phin lọc mới tại kênh số 4 Các tổ hợp phin lọc được liên kết với nhau bởi một... tổ hợp phin lọc được nạp vào ống dẫn kênh ngang xuyên tâm số 4 một tuần trước khi lò phản ứng hoạt động Các ống chuẩn trực dòng nơtron có đường kính 3cm được lắp vào sau các phin lọc nơtron sử dụng các vật liệu Parafin, Boron để hấp thụ nơtron và chì để che chắn tia gamma Cấu hình lắp đặt thực nghiệm được mô tả trên Hình 4. 1 Detector Hình 4. 1 Sơ đồ mặt cắt và cấu hình thực nghiệm tại kênh số 4 4.2 Hệ... phân bố phổ năng lượng của dòng nơtron sau phin lọc bao gồm việc tính toán chọn lựa tối ưu về vật liệu chế tạo phin lọc, độ sạch, kích thước phin lọc và đánh giá các đặc trưng phổ năng lượng của dòng nơtron thu được sau các loại phin lọc khác nhau 2.1 Lựa chọn thành phần, kích thước của tổ hợp vật liệu làm phin lọc Để ra được dòng nơtron đơn năng có chất lượng tốt, cần thiết phải dùng phin lọc phức hợp . vật lý hạt nhân và đào tào nhân lực, việc nghiên cứu phát triển một số dòng nơtron phin lọc đơn năng mới trên cơ sở các kênh ngang xuyên tâm số 4 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt đã được thực. tính toán tạo ra các dòng nơtron phin lọc: 24keV, 54keV, 59keV, 133keV và 148 keV trên kênh ngang số 4 lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. 2.2. Tạo file số liệu đầu vào (Input) File số liệu đầu vào. Nguồn nơtron phin lọc từ kênh ngang xuyên tâm (kênh số 4) của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt S ơ đồ m ặ t c ắ t c ủ a vùng ho ạ t và v ị trí các kênh n ơ tron c ủ a lò ph ả n ứ ng h ạ t nhân