Nghiên cứu một số đặc trưng của phản ứng quang hạt nhân trên bia mo với chùm photon hãm năng lượng cao

MỞ ĐẦU Trong nghiên cứu phản ứng hạt nhân thì tiết diện/suất lượng phản ứng là một trong những thông tin quan trọng nhất, nó phản ánh xác suất tương tác của chùm hạt/bức xạ với hạt nhân

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU 2

MỞ ĐẦU 3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀPHẢN ỨNG HẠT NHÂN, PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN 5

1.1 Khái niệm về phản ứng hạt nhân 5

1.2 Phân loại phản ứng hạt nhân 5

1.3 Phản ứng quang hạt nhân 8

1.4 Một số mẫu về phản ứng quang hạt nhân 10

1.4.1 Mẫu hạt nhân hợp phần 10

1.4.2 Cộng hưởng lưỡng cực điện khổng lồ 12

1.4.3 Cơ chế giả đơtron 14

1.4.4.Phản ứng photospallation 15

1.4.5 Công thức Rudstam 16

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 20

2.1 Máy gia tốc electron tuyến tính 20

2.2.Xác định suất lượng phản ứng 21

2.3.Kỹ thuật ghi nhận và phân tích phổ gamma 23

2.3.1 Phổ kế gamma 23

2.3.2 Chuẩn năng lượng 26

2.3.3 Chuẩn hiệu suất ghi 26

2.4 Một số hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác kết quả đo 27

2.4.1 Hiệu ứng thời gian chết và chồng chập xung 27

2.4.2.Hiệu ứng tự hấp thụ tia gamma trong mẫu 28

2.4.3 Hiệu ứng cộng đỉnh 29

2.4.4.Hiệu chỉnh can nhiễu phóng xạ 30

Chương 3:KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Thí nghiệm xác định suất lượng phản ứng quang hạt nhân trên bia Mo 33

3.2 Đo và xử lý phổ gamma mẫu kích hoạt 34

3.3 Kết quả xác định suất lượng và phân bố suất lượng của các phản ứng hạt nhân trên bia Mo tự nhiên gây bởi photon hãm năng lượng cực đại 2,5 GeV 37

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 59

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ sự hình thành và phân rã của hạt nhân hợp phần 7

Hình 1.2:Tiết diện phản ứng quang hạt nhân toàn phần cho một nucleon với các vùng năng lượng 9

Hình 1.3: Phản ứng hạt nhân trải qua giai đoạn hợp phần 11

Hình 1.4: Sự phân cực hạt nhân 13

Hình 1.5: Suất lượng của các phản ứng quang hạt nhân trên bia 197Au và bia 209Bi16 Hình 1.6: Phân bố suất lượng của hạt nhân có số khối 50 [14] 19

Hình 2.3: Sơ đồ hệ phổ kế gamma 24

Hình 2.4: Sơ đồ phân rã đơn giản 29

Hình 2.5:Quá trình gây ra can nhiễu do sự phân rã của các đồng vị phóng xạ 31

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định suất lượng phản ứng photospallation trên bia Mo với chùm bức xạ hãm 2,5 GeV 33

Hình 3.2:Đường cong hiệu suất ghi ở các khoảng cách khác nhau 35

Hình 3.3:Phổ gamma của mẫu Mo với thời gian chiếu 240 phút, thời gian phơi 45 phút và thời gian đo 10 phút 35

Hình 3.4:Phổ gamma của mẫu Mo với thời gian chiếu 240 phút, thời gian phơi 1,86 ngày và thời gian đo 60 phút 36

Hình 3.5:Phổ gamma của mẫu Mo với thời gian chiếu 240 phút, thời gian phơi 6 ngày và thời gian đo 120 phút 36

Hình 3.6: Phân bố suất lượng của phản ứng natFe(,xnyp) theo số khối của các hạt54 Hình P1: Máy gia tốc tuyến tính 2,5 GeV của Trung tâm Gia tốc Pohang(1) 59

Hình P2: Máy gia tốc tuyến tính 2,5 GeV của Trung tâm Gia tốc Pohang(2) 59

Hình P3:Phổ gamma của mẫu Mo với thời gian chiếu 240 phút, thời gian phơi 6 ngày và thời gian đo 120 phút 66

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Đặc trưng của mẫu Mo được sử dụng trong luận văn 34 Bảng 3.2: Bảng nhận diện và suất lượng phản ứng của các đồng vị tạo thành 37 Bảng P1 Hiệu suất ghi của detector bán dẫn HPGe model GMX 20P (Ortec), tại vị trí cách detector 0,5 cm 60 Bảng P2 Hiệu suất ghi của detector bán dẫn HPGe model GMX 20P (Ortec), tại vị trí cách detector 1 cm 61 Bảng P3 Hiệu suất ghi của detector bán dẫn HPGe model GMX 20P (Ortec), tại vị trí cách detector 2,5 cm 62 Bảng P4 Hiệu suất ghi của detector bán dẫn HPGe model GMX 20P (Ortec), tại vị trí cách detector 5 cm 63 Bảng P5 Hiệu suất ghi của detector bán dẫn HPGe model GMX 20P (Ortec), tại vị trí cách detector 5 cm 65

MỞ ĐẦU

Trong nghiên cứu phản ứng hạt nhân thì tiết diện/suất lượng phản ứng là một trong những thông tin quan trọng nhất, nó phản ánh xác suất tương tác của chùm hạt/bức xạ với hạt nhân nguyên tử đồng thời làm cơ sở để xác định các cơ chế tương tác đó Từ các số liệu hạt nhân nói trên có thể phân tích về cơ chế phản ứng, kiểm chứng độ tin cậy của các mô hình lý thuyết về phản ứng hạt nhân cũng như sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như tính toán tối ưu các quá trình sản xuất đồng vị phóng

xạ, thiết kế, chế tạo và vận hành máy gia tốc, lò phản ứng, che chắn phóng xạ, biến đổi chất thải hạt nhân, tạo ra nguồn nơtron thông lượng lớn qua các phản ứng sinh nhiều hạt (spallation reaction) và phân tích các nguyên tố bằng phương pháp kích hoạt không phá hủy… [7]

Phản ứng hạt nhân phụ thuộc chủ yếu vào hạt nhân bia, loại hạt/bức xạ gây phản ứng và năng lượng của chúng Mức độ phức tạp của các phản ứng hạt nhân tăng theo năng lượng của các chùm hạt/bức xạ tới Các chùm hạt/bức xạ năng lượng thấp chỉ có thể gây ra các phản ứng hạt nhân đơn giản, thường phát ra một vài nuclon Các thông tin thu được từ những phản ứng đơn giản chỉ đại diện cho một phần của quá trình tương tác giữa các chùm hạt/bức xạ với hạt nhân nguyên tử Các loại hạt/bức xạ có năng lượng cao (từ vài trăm MeV tới vài GeV) có thể gây ra các phản ứng hạt nhân sinh nhiều hạt, cơ chế phức tạp như phản ứng spallation, phản ứng phân mảnh (fragmentation) và phản ứng phân hạch (fission) đối với cả các hạt nhân tiền actinit [7]

Gần đây với sự phát triển của kỹ thuật và vật liệu gia tốc đã giúp mở rộng phạm vi nghiên cứu về phản ứng hạt nhân sang vùng năng lượng cao (vùng GeV)

và thu được một số kết quả mới [7] Tuy nhiên các số liệu thực nghiệm thu được cho tới nay vẫn còn ít so với nhu cầu sử dụng để xây dựng các mô hình bán thực nghiệm hoặc kiểm tra sự phù hợp của các mô hình lý thuyết đã được tiên đoán Phần lớn các số liệu thực nghiệm hiện có là của các phản ứng với chùm proton [7], các số liệu hạt nhân với nơtron và photon năng lượng cao còn tương đối ít và tản mạn[7] Do đó việc nghiên cứu phản ứng quang hạt nhân trong vùng năng lượng cao không chỉ mang lại ý nghĩa khoa học mà còn phục vụ cho những mục đích ứng dụng cụ thể

Molipđen là một trong những vật liệu được sử dụng nhiều trong công nghệ

lò phản ứng và máy gia tốc hạt Các nghiên cứu về suất lượng và tiết diện phản ứng hạt nhân của nguyên tố này giúp cho việc tính toán tốc độ hao mòn cũng như các vấn đề liên quan đến an toàn bức xạ

Luận văn với đề tài “Nghiên cứu một số đặc trưng của phản ứng quang hạt nhân trên bia Mo với chùm photon hãm năng lượng cao”, nhằm mục đích xác định bằng thực nghiệm suất lượng và phân bố suất lượng của các phản ứng hạt nhân trên bia Mo tự nhiên gây bởi chùm photon hãm năng lượng cực đại 2,5 GeV Các số liệu thực nghiệm được so sánh và đánh giá với các tính toán theo công thức bán thực nghiệm của Rudstam Nghiên cứu được thực hiện trên cơ sở kết hợp phương pháp kích hoạt phóng xạ với kỹ thuật đo phổ gamma của các sản phẩm phóng xạ được tạo thành sau phản ứngsử dụng đetectơ bán dẫn Gecmani siêu tinh khiết (HPGe) có

độ phân giải năng lượng cao Trong nghiên cứu này đã thực hiện một số hiệu chỉnh cần thiếtnhằm nâng cao độ tin cậy của các kết quả thực nghiệm [1-5,7]

Thí nghiệm được thực hiện trên máy gia tốc electron tuyến tính 2,5 GeV tại Trung tâm gia tốc Pohang, Hàn Quốc Các số liệu thực nghiệm do đề tài nghiên cứu

cơ bản thuộc Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED, mã số

103.04-2012.21 và đề tài “Nghiên cứu suất lượng và phân bố suất lượng của phản ứng quang hạt nhân sinh nhiều hạt (photospallation) trên bia Mo tự nhiên” cung cấp Việc phân tích và đánh giá số liệu được thực hiện tại Trung tâm Vật lý hạt nhân, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST)

Bố cục của luận văn bao gồm: Phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục.Chương 1: Tổng quan về phản ứng hạt nhân, phản ứng quang hạt nhân Chương 2: Phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm sử dụng trong nghiên cứu.Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN, PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN

1.1 Khái niệm về phản ứng hạt nhân

Phản ứng hạt nhân xảy ra khi hạt nhân nguyên tử bị bắn phá bởi các chùm hạt/bức xạ Các hạt nhân bị bắn phá gọi là hạt nhân bia, các chùm hạt/bức xạ gọi là chùm hạt tới Phản ứng hạt nhân tạo ra sự biến đổi hạt nhân bia một cách sâu sắc Sản phẩm của phản ứng gọi là hạt nhân sản phẩm và có một số hạt/bức xạ được giải phóng khỏi hạt nhân bia [9]

Một phản ứng hạt nhân thường được biểu diễn như sau: [17]

1.2 Phân loại phản ứng hạt nhân

Phản ứng hạt nhân xảy ra khi một chùm hạt hoặc bức xạ tương tác với hạt nhân ở khoảng cách gần cỡ 1013cm và sau phản ứng hạt nhân có sự phân bố lại năng lượng, xung lượng và phát ra một hoặc nhiều hạt, bức xạ

Từ (1.1) và định luật bảo toàn năng lượng có thể viết như sau [3, 17]:

02 E

B + T

T

=

T2 Trong trường hợp tổng quát E01E02.Phần khác nhau giữa E01 và E02

được gọi là năng lượng phản ứng và được ký hiệu là Q:

1

02= T T E

Nếu Q< 0, phản ứng bao gồm hiện tượng tăng năng lượng nghỉ từ động năng của hạt tới và được gọi là phản ứng thu năng Trong trường hợp này phản ứng chỉ xảy ra khi năng lượng của hạt tới đủ lớn Thật vậy, từ phương trình (1.3), nếu Q < 0

thì T1= Q + T 2 > Q

Trong trường hợp Q< 0, xét phương trình (1.1), định luật bảo toàn động

lượng được viết như sau:

b B A

Theo định luật bảo toàn năng lượng và động lượng: p A = p O ,

O O a a

(1.6) trong đó p O là động lượng, T O là động năng và 2

c

M O là năng lượng nghỉ (có thể ở trạng thái kích thích) của hạt nhân hợp phần

m

= p M

m

=

p

= T

2m2M

2 2

) M m ( T + )c m + (M

= c

Nếu T a  10MeV (vì (M A + m a )c2 931A M + m MeV):

2 2

)c m + (M c

) m + (M T m

=

Năng lượng kích thích của hạt nhân hợp phần:

) m + (M T M + )c M m + (M

= c M c M

= (O)

Động năng của các hạt A và a trong hệ khối tâm (v là vận tốc của các hạt):

2 2

2 1

2

a A

A a

a a A A

= m + M

M v m

= T m + M

M

=

' 1

a (O) + T ε

=

a a A a a a A a A O '

T

= ) m + (M T m + ) m + (M T M

= T +

Hình 1.1.Sơ đồ sự hình thành và phân rã của hạt nhân hợp phần

Hình 1.1a biểu diễn phản ứng tỏa năng ( Q> 0), với:

b a ' '

<

)c m +

 Q + T

= T và

<

Q

= T

 Q

= ) m + (M ) (T

 Q M

) m + (M

= ) (T

A

a A

a min

a A a A

a min

m + M

m + Q

= Q M

m + Q

T γ pair Com

phot + σ + σ + σ σ

Z

σ ; tiết diện tán xạ Compton

γ com E

21

1)(

c m M

Q c

m M E

n B b

B

trong đó: M B và m b lần lượt là khối lượng của hạt nhân sản phẩm và khối lượng của

nơtron, c là vận tốc của ánh sáng trong chân không

Cũng giống như các phản ứng hạt nhân gây bởi hạt tích điện và nơtron, tiết diện của phản ứng quang hạt nhân phụ thuộc vào năng lượng của chùm photon tới

(E) và số khối của hạt nhân bia (A) Hình 1.2 chỉ ra sự phụ thuộc của tiết diện một

số loại phản ứng quang hạt nhân vào năng lượng của photon tới

Hình 1.2.Tiết diện phản ứng quang hạt nhân toàn phần cho một nucleon với các

vùng năng lượng

I- Trạng thái kích thích bền, II – Trạng thái kích thích không bền, III – Vùng cộng

hưởng khổng lồ, IV –Vùng cơ chế giả đơtron, V – Vùng tạo pion

1.4 Một số mẫu về phản ứng quang hạt nhân

1.4.1 Mẫu hạt nhân hợp phần

Để giải thích cơ chế phát các hạt trong phản ứng quang hạt nhân năng lượng thấp người ta dựa vào mẫu hấp thụ photon (hay còn gọi là mẫu hạt nhân hợp phần) Mẫu hạt nhân hợp phần đề cập đến cơ chế phản ứng hạt nhân là quá trình kích thích quang hạt nhân ban đầu và quá trình phân rã tiếp theo của các hạt nhân kích thích bằng cách phát ra các hạt và tia gamma Đặc trưng của mẫu này khi áp dụng cho phản ứng quang hạt nhân là các hạt nhân sau khi hấp thụ photon tạo thành hạt nhân hợp phần và chuyển lên trạng thái kích thích thông quan tương tác lưỡng cực.Sau

đó, hạt nhân hợp phần lập tức khử kích thích bằng quá trình phát ra một hay nhiều hạt.Hiện tượng này gọi là hiệu ứng quang điện hạt nhân [6]

Hiệu ứng quang điện hạt nhân được Courant giải thích như sau: Ông giả thiết rằng photon chỉ bị hấp thụ bởi một phần nhỏ của hạt nhân thậm chí 1 proton hay 1 notron sau đó phát ra mà không san sẻ năng lượng của nó với phần còn lại của hạt nhân Tuy nhiên với các photon năng lượng cao, các kết quả từ thực nghiệm cho thấy rằng có sự bất đối xứng trong phân bố góc về phía trước của quang proton, đặc biệt là đối với proton năng lượng cao Mẫu hạt nhân hợp phần đã không dự đoán được sự bất đối xứng này [6,3,7]

Mẫu hạt nhân hợp phần là một mẫu phản ứng dựa vào ý tưởng coi hạt nhân

là một giọt chất lỏng Động năng của hạt tới và năng lượng liên kết giải phóng ra từ hạt nhân bia (sau khi bắt hạt tới) tuân theo phân bố thống kê đẳng hướng – giống như sự chuyền nhiệt cho một giọt chất lỏng Hạt nhân sản phẩm – O được tạo ra với động năng bằng tổng năng lượng của hạt tới Ekin(α) và năng lượng liên kết EB(α) của hạt nhân α trong hạt nhân B [30]

α + A  O, E(O) = Ekin(α) + EB(α) (1.20) Xác suất hình thành hạt nhân hợp phần lớn khi năng lượng kích thích trùng với mức năng lượng của hạt nhân hợp phần Hạt nhân hợp phần chỉ phân rã khi năng lượng (lớn hơn năng lượng liên kết) tập trung cho một nuclon hoặc một nhóm các nuclon hoặc một nhóm các nuclon bằng cách va chạm giữa các nuclon

O b + B

Trong trường hợp bắt notron chậm với năng lượng notron với 1eV, cần 8MeV để tách một hạt notron ra khỏi hạt nhân có số khối trung bình.Sự hình thành

và phân rã của hạt nhân hợp phần là hai quá trình độc lập nhau.Tiết diện phản ứng phụ thuộc vào năng lượng của hạt tới

Thời gian sống của trạng thái hạt nhân hợp phần khoảng 10-18 giây.Thời gian này lớn hơn nhiều so với thời gian của hạt đi qua hạt nhân

Hình 1.3: Phản ứng hạt nhân trải qua giai đoạn hợp phần

Với Г: là tổng độ rộng vùng cộng hưởng, σao: tiết diện hình thành hạt nhân hợp phần, phụ thuộc vào năng lượng hạt tới Ekin(a)

Trong trường phản ứng hạt nhân xảy ra trước khi toàn bộ năng lượng của hạt/bức xạ tới được phân chia cho các nuclon của hạt nhân thì gọi nó là “cơ chế phản ứng tiền cân bằng”.Đối với những phản ứng xảy ra rất nhanh, cỡ 10-22s và chỉ

có một số ít nuclon ở gần bề mặt của hạt nhân tham gia vào quá trình tương tác thì gọi là “phản ứng trực tiếp”

1.4.2 Cộng hưởng lưỡng cực điện khổng lồ

Lượng tử gamma với năng lượng E có bước sóng:

Theo như cơ chế thứ nhất (Goldhaber-Teller model), toàn bộ proton của hạt nhân được thay thế bởi toàn bộ nơtron, do đó gây nên sự phân cực trong hạt nhân (hình 1.4a) Dưới tác dụng của lực đàn hồi hạt nhân bị biến đổi thành các pha đối lập Tập hợp của các dao động lưỡng cực trong hạt nhân có tần số dao động được đánh giá qua công thức:

K M

với K là suất đàn hồi và M là khối lượng của hạt nhân Trong cơ chế này, vai trò của lực đàn hồi được thực hiện bởi tương tác của các nucleon với hạt nhân bia Khi suất đàn hồi tỉ lệ với diện tích bề mặt của hạt nhân, K R2 và khi đó:

2

1/ 6 3

Goldhaber và Teller đưa ra công thức (E)res = 35 A-1/6 (MeV)

Theo như cơ chế thứ hai (Steinwedel-Jensen model), cộng hưởng lưỡng cực khổng lồ có thể được hình dung như sự thay thế xen kẽ lần lượt của các proton và nơtron, trong khi mật độ các nucleon không thay đổi.Trong trường hợp này lực đàn hồi tỉ lệ với khoảng cách, K  R  A1/3 Do đó tần số dao động thu được theo công thức

Migdal đưa ra giá trị (E)res = 60 A-1/3 (MeV)

So sánh các kết quả với thực nghiệm chỉ ra rằng sự phụ thuộc của năng lượng kích thích vào số khối có thể mô tả một cách chính xác hơn bằng cách kết hợp hai cơ chế này, hay W = 31,2 A-1/3 + 20,6 A-1/6 (MeV)

Hình 1.4: Sự phân cực hạt nhân

Theo như công thức xấp xỉ này thì vị trí của cộng hưởng lưỡng cực khổng lồ vào thang năng lượng kích thích thay đổi từ 25,5 đến 13,5 MeV đối với các hạt nhân có số khối từ 16 -> 250 Có thể biểu diễn đơn giản hơn W = 78 A-1/3 (MeV) cho trường hợp đối với hạt nhân nặng [17,28]

Tiết diện phản ứng (xác suất xảy ra phản ứng trên một hạt nhân trong một giây khi thông lượng của dòng hạt tới bằng 1 hạt/cm2.giây) của cộng hưởng khổng

lồ thường được biểu diễn gần đúng bằng đường cong Lorent (đối với hạt nhân nhẹ) [28]:

2 2

0 2

2 0

)()(

)(

E E

1.4.3 Cơ chế giả đơtron

Cơ chế giả đơtron được Levinger đề xuất được cho là quá trình chính đối với sự hấp thụ các photon năng lượng cao (40 MeV đến 150 MeV) Đối với các photon có năng lượng trên vùng cộng hưởng khổng lồ, quá trình này trở nên đáng

kể vì nó dẫn tới tương tác của photon với các cụm hạt nhân (cluster) hơn là tương tác photon với các nucleon riêng lẻ.Photon tới sẽ ưu tiên tương tác với cặp nơtron-proton hơn là với cặp proton-proton và cặp nơtron-nơtron vì các cặp đó không có momen lưỡng cực và sự hấp thụ lưỡng cực điện trong hiệu ứng quang điện là chiếm

ưu thế ở vùng năng lượng cao Theo như Levinger, sự phân rã ở năng lượng cao liên quan đến momen lớn hơn truyền giữa hai nucleon và do đó đòi hỏi hai nucleon phải gần nhau Điều này là đúng trong cả trường hợp quang phân rã trong các hạt nhân phức tạp hơn hoặc trong đơtron tự do Tiết diện phản ứng của giả đơtron có thể biểu diễn bằng công thức sau [16]:

D

Z

A

N L

trong đó hệ số L được gọi là thông số Levinger Levinger đưa ra giá trị L = 6,8 trong khi Garvey và các cộng sự đưa ra giá trị L = 10,3 NZ là số cặp nơtron-proton trong hạt nhân và D là tiết diện phản ứng quang phân rã đơtron tự do và

3 / 2 3

D đạt tới giá trị cực đại bằng hai lần năng lượng liên kết của đơtron, tức là

D = 2,3 mb tại giá trị năng lượng photon E = 2B = 4,452 MeV Vì tương quan giữa hai nucleon, sự giảm quá trình giả đơtron ở năng lượng thấp hơn 100 MeV được đưa vào bằng cách nhân biểu thức (1.27) với thừa số suy giảm e-30/Eγ

Các phép đo phổ năng lượng và phân bố góc của các photonucleon năng lượng cao càng khẳng định tính đúng đắn của mô hình giả đơtron, mặc dù vẫn tồn tại một số điểm khác biệt không thống nhất giữa kết quả thực nghiệm và lý thuyết tiên đoán Mô hình giả đơtron được củng cố thêm bởi các thực nghiệm đo trùng phùng nơtron-proton Sự thống nhất giữa kết quả thực nghiệm và lý thuyết giả đơtron chỉ ra rằng cơ chế chiếm ưu thế ở vùng năng lượng > 40 MeV là sự hấp thụ photon bởi các cặp nucleon [15,25]

1.4.4.Phản ứng photospallation

Trong các phản ứng hạt nhân năng lượng cao trên các hạt nhân trung bình và nặng, phản ứng photospallation (,xnyp) là một kênh phản ứng cạnh tranh chiếm ưu thế hơn trong các kênh phản ứng khác, trong đó x là số nơtron, y là số proton phát

ra sau phản ứng (x  1, y 1) Phản ứng photospallation là các phản ứng quang hạt nhân sinh ra nhiều hạt, thường xảy ra với vùng năng lượng từ 40 MeV trở lên

Bức xạ hãm được tạo bởi chùm electron năng lượng cao từ máy gia tốc đuợc

sử dụng để nghiên cứu các phản ứng photospallation Vì thế các số liệu về tiết diện phản ứng photospallation là rất cần thiết không chỉ góp phần làm sáng tỏ cơ chế phản ứng mà còn có thể sử dụng trong việc đảm bảo an toàn bức xạ trên các máy gia tốc electron

Cơ chế của các phản ứng photospallation được giải thích dựa trên cơ sở mô hình thác lũ bên trong hạt nhân (intranuclear cascade) của Serber Theo mẫu do Serber đề xuất, phản ứng quang hạt nhân năng lượng cao có hai giai đoạn Trong giai đoạn khởi đầu là hạt tới va chạm với các nucleon riêng lẻ trong hạt nhân bia, sự tái hấp thụ các pion, sự tán xạ của các nucleon giật lùi tạo nên một thác lũ các nucleon, pion bên trong hạt nhân Ở giai đoạn này hạt nhân có thể phát xạ các nucleon riêng lẻ hoặc các nhóm nucleon cũng như các pion Giai đoạn tiếp theo các hạt nhân dư vẫn còn đủ năng lượng, chúng có thể khử kích thích thông qua hai kênh cạnh tranh phân hạch và quá trình bay hơi các hạt Nhìn chung, sự phát xạ các hạt theo cơ chế bay hơi có xác xuất lớn nhất trong quá trình khử kích thích các hạt nhân

dư Quá trình bay hơi kéo dài tới khi năng lượng kích thích giảm đến mức không còn hạt nào phát xạ tiếp Điều này có nghĩa là tạo thành sản phẩm spallation cuối cùng và năng lượng kích thích còn lại được giải phóng dưới dạng các bức xạ gamma [19,22]

Khi các photon hãm năng lượng cao tương tác với hạt nhân bia, các hạt nhân sản phẩm chủ yếu được tạo thành từ các phản ứng quang hạt nhân loại spallation với cơ chế bay hơi Phản ứng photospallation chiếm ưu thế trong các phản ứng hạt nhân ở vùng năng lượng cao Đánh giá suất lượng của những phản ứng này từ số liệu kích hoạt nói chung là khá phức tạp vì những cộng hưởng khổng lồ photon trong phổ bức xạ hãm Phân bố suất lượng phản ứng photospallation được phân tích trên cơ sở của công thức bán thực nghiệm của Rudstam [9,12]

Hình 1.5: Suất lượng của các phản ứng quang hạt nhân trên bia 197 Au và bia 209 Bi

1.4.5 Công thức Rudstam

Phương pháp Monte Carlo được sử dụng trong tính toán sự bay hơi của các hạt từ hạt nhân bị kích thích Điểm khởi đầu là một hạt nhân kích thích và một tập hợp các số được lựa chọn ngẫu nhiên Các số này biểu thị loại và năng lượng của hạt được bay hơi Các số ngẫu nhiên mới được định nghĩa cho quá trình bay hơi tiếp theo, quá trình này được lặp đi lặp lại cho tới khi năng lượng kích thích không còn

đủ cho quá trình tiếp theo

Phương pháp tính được dựa trên công thức đệ quy:

Khởi đầu từ các hạt nhân ban đầu có năng lượng kích thích xác định, công thức (1.28) được áp dụng lặp đi lặp lại cho tới khi các sản phẩm cuối cùng được tạo

ra, tức là khi trạng thái có năng lượng kích thích thấp cấm quá trình bay hơi của hạt

Các sản phẩm phản ứng này đóng góp xác suất F(Z,A,U) dU vào xác xuất toàn phần tạo hạt nhân (Z,A)

Trong thực tế, tích phân trong công thức (1.28) được thay thế bằng tổng theo khoảng năng lượng kích thích Năng lượng kích thích của các hạt nhân xuất hiện trong công thức (1.28) được chia thành các khoảng = U, khi đó công thức (1.28) trở thành:

Năng lượng kích thích của sản phẩm thu được là :

Đường đứt nét tương ứng U = 2 MeV, đường liền nét U = 4 MeV, đường chấm chấm U = 8 MeV Hạt nhân ban đầu là 59Co có năng lượng kích thích 140 MeV [13]

So sánh giữa các tính toán lý thuyết và thực nghiệm đã cho thấy tiết diện phản ứng thay đổi có quy luật theo số hiệu nguyên tử Z và số khối A Thực tế phân

bố suất lượng phản ứng được biểu diễn qua công thức bán thực nghiệm Rudstam:

+ S và T là vị trí của CD qua điện tích có thể nhất Zp=S A – T A2

Thông số R là độc lập với loại và năng lượng của hạt được bắn ra; R phụ thuộc số khối sản phẩm A và điện tích Z; R = d’ A-e’, với d’ và e’ là hằng số Vị trí đỉnh Zp của CD phụ thuộc vào năng lượng phân tách proton và nơtron, phụ thuộc vào hàng rào thế Culong.S và T thường là hằng số

Công thức Rudstam về phân bố suất lượng của các sản phẩm phản ứng còn

có thể được biểu diễn bằng công thức sau [16,18]:

]exp[

)1(

79.1

2 / 3 2 3

/ 2

TA SA Z R PA e

P R k

trong đó: Z là điện tích của hạt nhân sản phẩm; A là số khối hạt nhân sản phẩm; At là số khối của hạt nhân bia; Các hệ số k, P, R, S, T,  là các hệ số bán thực nghiệm

Hình 1.6: Phân bố suất lượng của hạt nhân có số khối 50 [14]

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG

NGHIÊN CỨU 2.1 Máy gia tốc electron tuyến tính

Nguyên lí chung của máy gia tốc electron tuyến tính là: các electron được gia tốc bởi điện trường tần số cao đặt tại các trạm trên ống gia tốc Độ dài của các phần ống gia tốc liên tiếp được điều chỉnh tăng dần theo tốc độ của hạt và phải đảm bảo

sự phù hợp giữa pha của sóng điện từ và tốc độ hạt Các electron được tạo ra dưới dạng xung từ các súng bắn điện từ (RF - gun) Pha của các tín hiệu ở mỗi trạm được điều chỉnh sao cho các electron có thể liên tục nhận được năng lượng từ sóng chuyển động và nó đạt tới vị trí đỉnh của sóng ở điểm cuối của những ống dẫn sóng, như vậy electron liên tục được gia tốc Việc hội tụ dòng electron được thực hiện bởi

từ trường được tạo ra từ các nam châm điện bên ngoài ống dẫn sóng Các electron chuyển động theo một đường thẳng

Thiết bị gia tốc chính của Trung tâm Gia tốc Pohang là máy gia tốc tuyến tính 2,5 GeV Đây là một máy gia tốc lớn có thể tạo ra chùm electron năng lượng tới 2,5 GeV, độ rộng xung 1 ns, tần số của xung 10 Hz, dòng lớn hơn 2A Các bộ phận chính bao gồm một súng bắn electron, 12 klytron, 44 đoạn ống gia tốc, 6 bộ ba nam châm tứ cực, 6 nam châm lái dòng, 3 nam châm uốn dòng Tổng chiều dài của máy gia tốc là 160 mét Máy gia tốc electron tuyến tính 2,5 GeV cung cấp chùm electron năng lượng cao cho thiết bị tạo nguồn bức xạ synchrotron (storage ring), ngoài ra còn có thể tạo ra nguồn bức xạ hãm và nơtron năng lượng cao phục vụ nhiều mục đích nghiên cứu và ứng dụng khác nhau

Thí nghiệm nghiên cứu phân bố suất lượng của các phản ứng quang hạt nhân trên bia Mo được thực hiện với chùm bức xạ hãm năng lượng cực đại 2,5 GeV trên máy gia tốc tuyến tính 2,5 GeV tại Trung tâm Gia tốc Pohang, Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang, Hàn Quốc Hình P1, P2 là một phần máy gia tốc electron tuyến tính 2,5 GeV tại Trung tâm Gia tốc Pohang, Hàn Quốc

2.2.Xác định suất lượng phản ứng

Trong quá trình kích hoạt đồng thời diễn ra hai quá trình: Sự tạo thành các hạt nhân phóng xạ từ hạt nhân bền sau phản ứng và sự phân rã của các hạt nhân phóng xạ

Khi một bia mỏng được bắn phá bởi một chùm hạt tới Trong trường hợp kích thước của mẫu nhỏ hơn tiết diện của chùm hạt tới, tốc độ tạo thành hạt nhân phóng xạ (số hạt nhân tạo thành trong một đơn vị thời gian) là [29]:

(2.1)

Trong đó,  là tiết diện phản ứng hạt nhân (cm2),  là thông lượng chùm hạt tới (số hạt trên một đơn vị diện tích và trên một đơn vị thời gian), N0 là tổng số nguyên tử có trong mẫu (N0 = (m/M)NA, trong đó m khối lượng của nguyên tố trong mẫu, M là trọng lượng nguyên tử , NA = 6,021023 là số Avogadro)

Tuy nhiên các hạt nhân phóng xạ không chỉ được tạo thành mà còn phân rã trong thời gian chiếu xạ Phân rã phóng xạ là một quá trình thống kê, nếu số hạt nhân phóng xạ ở thời điểm t là N thì tốc độ phân rã được tính như sau :

(2.2) trong đo  là hằng số phân rã , (=ln2/T1/2, T1/2 là thời gian bán rã)

Tích phân phương trình (2.2), ta được phương trình phân rã phóng xạ :

(2.3) trong đó N0 là số hạt nhân ban đầu (t=0)

Kết hợp phương trình (2.2) và (2.3) ta nhận được tốc độ thay đổi của số hạt nhân phóng xạ trong thời gian chiếu xạ :

(2.4) Tích phân phương trình (2.4) với điều kiện ban đầu N=0 ta có số hạt nhân phóng xạ tại thời điểm kết thúc chiếu xạ :

0

Ndt

dN





Ndt

eN)t(

NN

dt

dN



(2.5) trong đó ti là thời gian chiếu xạ

Việc đo hoạt độ phóng xạ thường không thực hiện ngay sau khi kết thúc chiếu mà thường sau một thời gian gọi là thời gian phân rã td hay còn gọi là thời gian làm nguội Hoạt độ phóng xạ giảm theo quy luật hàm mũ, số hạt nhân phóng

xạ tại thời điểm kết thúc thời gian phân rã là :

(2.6)

Việc đo hoạt độ phóng xạ được thực hiện trong khoảng thời gian tccòn gọi là thời gian đếm Số hạt nhân phóng xạ vẫn chưa phân rã ở thời điểm cuối của thời gian đo là :

(2.7)

Số hạt nhân phân rã trong thời gian đo (NC) là sự khác nhau của số hạt nhân phóng xạ tại thời điểm bắt đầu đo hay chính là tại thời điểm kết thúc giai đoạn gian làm nguội (NEOD) và số hạt nhân phóng xạ tại thời điểm kết thúc đo (NEOC)

(2.8)

Số sự kiện thực tế ghi nhận được luôn nhỏ hơn số hạt nhân phân rã vì hiệu suất ghi bức xạ của detectơ <100% , cường độ tương đối của bức xạ gamma (tỷ số phân nhánh ) I≤100% Ngoài ra còn một phần tia phóng xạ bị hấp thụ ở trong mẫu, một phần số đếm bị mất do hiệu ứng thời gian chết, hiệu ứng cộng đỉnh, hiệu ứng chồng chập xung , do thiết bị gây ra Do đó tỉ lệ số xung đo được trên máy và số xung thực, F<100% Như vậy số đếm tuyệt đối tại đỉnh gamma ghi nhận được (C)

t 0

NN

N

EOC EOD

Suất lượng ở đây được định nghĩa là số phản ứng xảy ra trong một trong một đơn vị thời gian (thường là 1 giây) và trên một đơn vị khối lượng mẫu Từ hoạt độ phóng xạ ghi nhận được ta có thể xác định được suất lượng của phản ứng hạt nhân như sau:

Biểu thức (2.10) biểu diễn mối quan hệ giữa suất lượng và các đại lượng vật lý

và thực nghiệm như diện tích đỉnh gamma, số hạt nhân bia , hiệu suất ghi của đêtectơ, xác suất phát xạ tia gamma, thời gian chiếu, thời gian phơi và đo mẫu Với đồng vị phóng xạ được tạo thành trong phản ứng hạt nhân xác định, thì hằng số phân rã  đã biết, cường độ I ứng với bức xạ đặc trưng của vạch gamma đặc trưng được lựa chọn để phân tích được tra trong các bảng số liệu hạt nhân Thời gian chiếu mẫu, thời gian phơi mẫu và thời gian đo hoàn toàn xác định được Hiệu suất ghi của đêtectơ  xác định bằng thực nghiệm Độ chính xác khi xác định suất lượng phản ứng phụ thuộc vào độ chính xác khi xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng cũng như các hiệu chỉnh liên quan tới việc xác định hoạt độ của hạt nhân phóng xạ tạo thành trong phản ứng

2.3.Kỹ thuật ghi nhận và phân tích phổ gamma

2.3.1 Phổ kế gamma

Hiện nay việc ghi nhận phổ gamma chủ yếu sử dụng các hệ phổ kế gamma

đa kênh, bao gồm: đêtectơ bán dẫn gecmani siêu tinh khiết HPGe, các hệ điện tử như tiền khuếch đại, khuếch đại phổ, bộ biến đổi tương tự số (ADC), máy phân tích biên độ nhiều kênh (MCA), nguồn nuôi cao áp, Ngoài ra còn có thể có các bộ phận khác như máy phát xung chuẩn hoặc bộ loại trừ chồng chập xung để hiệu chỉnh các hiệu ứng gây mất số đếm trong trường hợp tốc độ đếm lớn, … Hệ phổ kế được ghép nối với máy tính, việc ghi nhận và xử lý phổ được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng Hình 2.3 là sơ đồ khối của một hệ phổ kế gamma thông dụng

Phổ kế gamma đa kênh có ưu điểm hơn hẳn so với máy đếm đơn kênh Nó không chỉ đơn thuần đếm số hạt bay đến đêtectơ mà còn phân biệt chúng theo năng lượng Vì sản phẩm sau phản ứng gồm nhiều đồng vị khác nhau, phát ra các bức xạ gamma có năng lượng khác nhau, do đó việc sử dụng phổ kế gamma đa kênh giúp

cho ta có thể nhận diện được các đồng vị tạo thành và xác định suất lượng của chúng

Hình 2.3 Sơ đồ hệ phổ kế gamma

1 Đêtectơ HPGe

2 Tiền khuyếch đại

3 Khuyếch đại tuyến tính

4 ADC

5 MCA

6 Máy tính

7 Nguồn nuôi thấp áp

8 Nguồn nuôi cao áp

Trong thí nghiệm nghiên cứu đã sử dụng hai hệ phổ kế gamma của Trung tâm Gia tốc Pohang, Hàn Quốc: Đêtectơ bán dẫn HpGe model CoEm-20/80-p (ORTEC), thể tích 100 cm3, phân giải năng lượng 2 keV tại đỉnh 1332 keV, khuyếch đại phổ model 501, ADC model 901, 8K MCA card Phổ gamma được ghi nhận và xử lý bằng phần mềm Gamma Vision

Mục đích chính của việc phân tích phổ gamma là xác định năng lượng và diện tích các đỉnh phổ làm cơ sở cho việc nhận diện nguyên tố và xác định hoạt độ phóng xạ Phổ gamma ghi nhận bao gồm một số đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch bức xạ gamma nằm trên một nền Compton liên tục Đỉnh này là kết quả tương tác của bức xạ gamma với vật liệu đêtectơ Kết quả của quá trình tương tác là toàn bộ năng lượng của bức xạ gamma được giải phóng trong thể tích của đêtectơ Hoạt độ phóng xạ được xác định dựa trên diện tích của các đỉnh đặc trưng của bức xạ gamma Diện tích đỉnh phổ gamma thường xác định bằng việc làm khớp các số liệu

đo được với một hàm giải tích thích hợp và tích phân hàm đó để tính diện tích đỉnh Hàm này sẽ chứa các tham số tự do và chúng được tìm bằng thuật toán làm khớp bình phương tối thiểu phi tuyến Thông thường chọn dạng hàm Gauss để mô tả đỉnh hấp thụ toàn phần

Với một phổ lý tưởng đỉnh hấp thụ toàn phần có thể được biểu diễn một cách chính xác bởi hàm Gauss[11]

2

2 / 2 ) (

)

trong đó Y là biên độ, X là vị trí tâm,  là nửa độ rộng đỉnh (FWHM =2,35)

Trong thực tế đỉnh có thể có đuôi chủ yếu ở phía năng lượng thấp của đỉnh, đặc biệt là khi tốc độ đếm lớn Do đó hầu hết các hàm đều bao gồm phần chính là Gauss cộng thêm số hạng hiệu chỉnh tính đến phần đuôi của đỉnh Người ta thường

sử dụng hàm e-mũ cho phần đuôi của đỉnh phổ Các hàm biểu diễn dạng của phông thường được xây dựng với hai phần, phần thứ nhất thường là một đa thức bậc thấp

mô tả phần phông bên trái năng lượng cao của đỉnh và nằm dưới toàn bộ vùng đỉnh, phần thứ hai là một hàm mô tả sự tăng dần xấp xỉ bước đối với bên năng lượng thấp của đỉnh Phông nằm dưới chân đỉnh thường được mô tả bằng một đa thức bậc hai

Đối với trường hợp cần phân tích các đỉnh chập nhau, người ta thường dùng hàm khớp là tổng của các hàm với các giá trị khác nhau của các tham số Ví dụ với trường hợp đỉnh chập đôi có dạng hai hàm Gauss đơn giản

2 2 2 2

2

2 2

/ ) ( 1

) ( x Y e x X  Y e x X 

Trong đó Y1, Y2 là biên độ, X1, X2 là vị trí tâm của hai đỉnh phổ

Hiện nay, việc phân tích phổ thường được thực hiện với sự trợ giúp của các chương trình máy tính Phân tích phổ sử dụng các chương trình máy tính có tốc độ

xử lý nhanh, có thể nhận biết và xử lý hầu hết các đỉnh với chất lượng tốt Các số liệu thu được cho biết đầy đủ các thông tin về phổ gamma bao gồm vị trí năng lượng, diện tích, độ phân giải của các đỉnh gamma, số đếm phông cùng với các sai

số phân tích, ngoài ra còn có các thông tin về thời gian đo, thời gian chết, các tham

số chuẩn năng lượng, chuẩn hiệu suất ghi, … Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, chúng ta vẫn cần thiết phải có những can thiệp trực tiếp như để phát hiện ra những bất thường của phổ, quyết định những phổ hoặc những đỉnh phổ cần xử lý, đối với các đỉnh chập cần phải có những xử lý đặc biệt

Trong khóa luận đã sử dụng phần mềm chuyên dụng Gamma Vision (Ortec, Mỹ) (Hình P3) Việc nghiên cứu và khai thác đầy đủ các tính năng của các phần

mềm này đã giúp cho việc bán tự động các quy trình đo đạc, xử lý số liệu và nâng cao độ chính xác của kết quả nghiên cứu

2.3.2 Chuẩn năng lượng

Trong phổ kế gamma, chiều cao của xung phải được chuẩn về năng lượng tuyệt đối của tia gamma, để từ đó nhận diện được các tia gamma ứng với đỉnh nào trong phổ Phương pháp chuẩn chính xác là dùng nguồn chuẩn đã biết chính xác năng lượng tia gamma Các nguồn được dùng là các nguồn đơn năng, nếu là các nguồn đa năng thì chọn các đỉnh có cường độ lớn và nằm xa các đỉnh khác Do mỗi

hệ phổ kế dù tốt đến mấy đều có độ phi tuyến tại một hoặc hai kênh, do đó nên chuẩn nhiều đỉnh, đối với các phép đo dài, có thể bị trôi kênh trong quá trình đo, nên cần tiến hành chuẩn lại Độ chính xác của việc xác định tâm đỉnh phụ thuộc vào

độ phân giải của hệ phổ kế và độ ổn định trong suốt quá trình đo

2.3.3 Chuẩn hiệu suất ghi

Để đo hoạt độ của đồng vị phóng xạ, cần phải chuẩn hiệu suất ghi của hệ phổ

kế Hiệu suất ghi của hệ đo thường được chia làm hai loại: hiệu suất ghi tuyệt đối và hiệu suất ghi nội tại Hiệu suất ghi tuyệt đối được định nghĩa là:

Với Ω là góc đặc detector chắn so với nguồn

Đối với hệ phổ kế gamma, các loại hiệu suất ghi thường sử dụng bao gồm: hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần, hiệu suất ghi tổng cộng, hiệu suất tương đối so với đêtectơ nhấp nháy NaI(Tl)

Có thể xác định hiệu suất ghi của hệ phổ kế bằng tính toán lý thuyết hoặc đo đạc thực nghiệm Bằng phương pháp thực nghiệm, hiệu suất ghi tuyệt đối đỉnh hấp thụ toàn phần của hệ phổ kế được xác định theo biểu thức dưới đây [1]:

Iγ là cường độ tia gamma tính theo %

tref là thời gian phân rã Td là thời gian ghi phổ

Aref là hoạt độ của nguồn chuẩn theo ngày sản xuất

λ là hằng số phân rã

Mục đích của việc xác định hiệu suất ghi là thiết lập công thức tính bán thực nghiệm mô tả đường cong hiệu suất trên toàn bộ vùng năng lượng mà chúng ta quan tâm, bằng cách làm khớp các kết quả thực nghiệm với một hàm toán học thích hợp Với detector bán dẫn Gecmani siêu tinh khiết HPGe trong dải năng lượng ghi nhận từ

50 keV tới 2500 keV người ta thường sử dụng hàm khớp có dạng sau [16]:

E





trong đó ai là các hệ số làm khớp, E là năng lượng tia gamma, E0 =1keV

2.4 Một số hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác kết quả đo

2.4.1 Hiệu ứng thời gian chết và chồng chập xung

Hiệu ứng thời gian chết (dead time) và chồng chập xung (pile-up) gây nên sự mất số đếm trong ghi nhận phổ gamma Các hiệu ứng này đặc biệt quan trọng trong trường hợp tốc độ đếm lớn

Thời gian chết của hệ đo được định nghĩa là thời gian cách nhau tối thiểu của hai bức xạ đến đêtectơ sao cho đêtectơ có thể cho ở lối ra hai xung độc lập, thời gian chết chính là thời gian ADC bận xử lý xung và không thể tiếp nhận thêm một xung khác Do hiệu ứng thời gian chết nên sẽ tồn tại khả năng là bức xạ đã đến

được đêtectơ nhưng lại không được ghi nhận ADC thường có một thời gian chết trung bình đối với mỗi phép đo Hầu hết các máy phân tích biên độ nhiều kênh hiện đại thường có đồng hồ chỉ thị thời gian chết trong quá trình đo theo đơn vị là % Ngoài ra còn có đồng hồ để xác định thời gian đo theo hai chế độ khác nhau là thời gian theo đồng hồ và thời gian đo thực sự Với chế độ thời gian đo được xác định theo đồng hồ thì thời gian của phép đo sẽ được ấn định theo đồng hồ Còn với chế

độ thời gian đo thực sự thì thời gian cần đo sẽ được máy tự động hiệu chỉnh phần thời gian chết

Do phân giải thời gian của các hệ phổ kế có giới hạn, khi tốc độ đếm lớn hai xung liên tiếp có thể chồng chập lên nhau và tạo ra một xung bị biến dạng ở lối ra của khuyếch đại Hiện tượng này gọi là hiệu ứng chồng chập xung Các xung do chồng chập rộng hơn và có dạng khác các xung không bị chồng chập Do đó, khi tốc độ đếm cao, phổ gamma ghi nhận được thường bị biến dạng so với phổ thực

Có hai phương pháp để hiệu chỉnh thường được sử dụng đó là dùng máy phát xung chuẩn hoặc các giải pháp phần cứng như bộ loại trừ chồng chập xung Máy phát xung chuẩn có thể sử dụng để hiệu chỉnh đồng thời sự mất số đếm do thời gian chết và chồng chập xung Giả sử tỷ lệ số xung bị mất ở các đỉnh phổ và đỉnh xung chuẩn là như nhau, số đếm của các đỉnh phổ có thể được hiệu chỉnh bằng hệ số: k =

Np / N0p, trong đó Np, N0p là số đếm của đỉnh xung chuẩn khi có và không có mẫu Trên phổ gamma đỉnh xung chuẩn thường có dạng hẹp hơn các đỉnh gamma do đó khi phân tích phổ cần chú ý đến việc tính diện tích đỉnh xung chuẩn Ngoài ra cũng

có thể sử dụng nguồn phóng xạ gamma đơn năng để hiệu chỉnh sự mất số đếm và sự chồng chập xung [5]

2.4.2.Hiệu ứng tự hấp thụ tia gamma trong mẫu

Mẫu dùng trong phương pháp kích hoạt thường có một thể tích nhất định, nếu sử dụng các mẫu dày và đo các tia gamma năng lượng thấp sẽ làm kết quả phân tích không chính xác do mắc phải sai số do hiệu ứng tự hấp thụ Hệ số tự hấp thụ F

có thể xác định được từ biểu thức sau:

t

e F

trong đó  là hệ số hấp thụ tuyến tính phụ thuộc vào năng lượng tia gamma

và thành phần chất hấp thụ, t bề dày mẫu kích hoạt

Đối với các mẫu biết rõ thành phần và hàm lượng của các nguyên tố hoàn toàn có thể tính được hệ số tự hấp thụ Mặt khác hệ số tự hấp thụ cũng có thể xác định bằng thực nghiệm sử dụng phương pháp đo bức xạ gamma truyền qua [1]

)/ln(

)/(1

0

0

I I

I I

xạ và góc khối tạo bởi mẫu và đêtectơ Việc hiệu chỉnh hiệu ứng này tương đối khó khăn, phụ thuộc vào từng nguồn gamma cụ thể, vào hình học đo, và sơ đồ phân rã,

…

Việc hiệu chỉnh hiệu ứng này tương đối khó khăn, phụ thuộc vào từng nguồn gamma cụ thể vào hình học đo, vào sơ đồ phân rã…[14]

Giả sử với một sơ đồ phân rã đơn giản chỉ có hai tia gamma nối tầng 1, 2

với năng lượng E1 và E2 phát ra trong thời gian phân giải của phổ kế Hệ số hiệu chỉnh hiệu ứng cộng đỉnh được tính như sau [10]:

Hình 2.4: Sơ đồ phân rã đơn giản

Đối với tia 1:

2 1

)/(1

1

t p p

Phương pháp đơn giản có thể giảm bớt hiệu ứng này là đo các mẫu có hoạt

độ lớn ở khoảng cách xa đêtectơ Trong thực tế, một đồng vị phóng xạ thường phát nhiều tia gamma khác nhau với xác suất phát xạ lớn nên ta có thể sử dụng những tia gamma không bị mất số đếm do hiệu ứng cộng đỉnh gây ra

2.4.4.Hiệu chỉnh can nhiễu phóng xạ

Can nhiễu phóng xạ là một vấn đề phức tạp vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác của các kết quả thực nghiệm

Trong nghiên cứu phản ứng quang hạt nhân trên bia đã quan tâm tới các loại can nhiễu phóng xạ chủ yếu sau:

- Can nhiễu do quá trình phân rã của các đồng vị đồng vị phóng xạ, ví dụ:

Molypden tự nhiên bao gồm các đồng vị như Mo-92 ( 14.84% ); Mo-94( 9.25% ); Mo-95( 15.92% ); Mo-96 ( 16.68% ); Mo-97( 9.55% ); Mo-98( 24.13% ); Mo-100 ( 9.63%, 1.2E19 Y )

Hình 2.5: quá trình gây ra can nhiễu do sự phân rã của các đồng vị phóng xạ

Công thức tính hiệu chính suất lượng tạo thành hạt nhân b ( Yb) như sau:



I C B A

S Y

a a a

a

b b b b b b a a a a b a b

a a b

b

C B A C B A C

B A Y

p I

Ya là suất lượng tạo thành hạt nhân a,

Sa, Sb là diện tích đỉnh phổ gamma của hạt nhân a và b,

pa là tỷ số rẽ nhánh trong phân rã phóng xạ từ hạt nhân a xuống hạt nhân b,

 là hiệu suất ghi đỉnh gamma,

I là cường độ tia gamma,

A, B, C là các tham số liên quan tới thời gian chiếu (ti), phơi (td), đo (tm)

a

t a

i a

e A

i b

e A

Việc hiệu chỉnh các can nhiễu trên có thể dựa vào phương pháp tỷ số diện tích đỉnh, áp dụng quy luật phân rã phóng xạ theo hàm e-mũ hoặc sử dụng các phản ứng hạt nhân khác làm đối sánh