Nghiên cứu khả năng ứng dụng của aasi (advanced alpha spectrometric simulation)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: SVTH: LÂM THU VĂN GVHD: ThS. LÊ CÔNG HẢO ------------------------------ TP.Hồ Chí Minh, 2010 Lời cảm ơn Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp, em giúp đỡ nhiều từ giáo viên môn bạn khóa học. Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến: Quý thầy cô khoa Vật lý, đặc biệt thầy cô Bộ Môn Vật Lý Hạt Nhân, tận tình giảng dạy truyền đạt cho em kiến thức chuyên ngành hữu ích. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Công Hảo – giảng viên trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình thầy phản biện dành thời gian quí báu đọc đóng góp ý kiến cho luận văn hoàn thành tốt hơn. Những người thân gia đình ủng hộ, động viên giúp đỡ em suốt trình học tập. Xin cảm ơn bạn lớp đồng hành với thời gian học tập trường trình làm luận văn. Ngoài ra, em xin cám ơn người góp sức xây dựng thành công chương trình AASI này. Sau cùng, em xin chúc sức khỏe, bình an may mắn đến tất quý thầy cô, gia đình bạn. Sinh viên thực Lời nói đầu Hiện nay, phương pháp Monte Carlo ứng dụng rộng rãi việc mô hình hóa thiết bị mô trình phức tạp hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Do đó, ngành vật lý hạt nhân không ngoại lệ, chứng minh công cụ thích hợp để mô tả vận chuyển hạt alpha, beta, trình tia gamma truyền vật chất, chí với dạng hình học phức tạp. Rất nhiều mã máy tính phát triển nhằm phục vụ cho công việc mô phổng ứng dụng phép đo đạc, ngành vật lý hạt lĩnh vực công nghiệp. Cấp độ tinh vi khác mã, kể mã đơn giản dựa tượng tán xạ Rutherford Compton, hấp thụ quang điện, chuyển động chậm dần hạt mang điện, kết thu chấp nhận. Phép đo đạc phổ alpha phương pháp phân tích sử dụng rộng rãi việc khảo sát hoạt độ phóng xạ môi trường. Hoạt độ mẫu thấp đòi hỏi thời gian đo dài khoảng cách nguồn mẫu (SDD) nhỏ. Tuy nhiên, SDD nhỏ gây tượng trùng phùng, tức phát hạt alpha với hạt phát từ hạt nhân cháu xảy gần đồng thời. Ngoài ra, công tác thiết kế kỹ thuật chuẩn bị mẫu cách cẩn thận điều cần thiết, hạt alpha dần lượng chúng truyền vật chất. Sự lượng dẫn đến suy giảm phẩm chất phổ thông qua mở rộng đỉnh. Do đó, hiệu ứng chồng chập phổ tăng SDD giảm. Việc mô phổng sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng tượng khác lên chất lượng phổ. Kết yếu tố quan trọng chọn thiết lập phép đo xem tối ưu. Không thế, tính chất chưa biết nguồn, chẳng hạn mật độ nguồn (hoặc bề dày nguồn), hay tính chất hạt phát từ nguồn, xác định được. Điều quan trọng mẫu xử lí phương pháp hóa phóng xạ. Có nhiều chương trình mô phổng Monte Carlo, chương trình TRIM, dãy phần mềm GEANT, hay MCNP, thích hợp việc mô phổng tính chất hạt alpha môi trường. Bộ mã Monte Carlo AASI (Advance Alpha-spectrometric Simulation), xây dựng để mô phổng phổ lượng hạt alpha. Đây chương trình mô phổng thiết kế toàn diện bao gồm tất trình chủ yếu ảnh hưởng lên phổ lượng. Các loại mẫu khác (hạt son khí, mẫu dày, mẫu không đồng nhất, …) mô phổng được. Hiện tượng trùng phùng tính toán cách sử dụng liệu phân rã hạt nhân lưu tệp hồ sơ chuẩn bị sẵn ngôn ngữ kí hiệu mở rộng, XML. Bộ mã không sử dụng việc mô phổng phổ lượng hạt alpha phát từ mẫu môi trường, mà sử dung nhiều ứng dụng khác. Thời gian chạy điển hình máy tính Pentium 1.6Ghz thay đổi từ vài giây tới phút, phụ thuộc vào mức độ phức tạp vấn đề mô phổng. Bộ mã chương trình viết theo ngôn ngữ lập trình Fortran 95. Tuy nhiên nước ta hiện, phần mềm chưa phổ biến. Vì luận văn này, em xin trình bày hai vấn đề, thứ giới thiệu cách sử dụng phần mềm AASI; thứ hai so sánh phổ thu từ mô phổng với phổ thu từ thực nghiệm đo đạc, kiểm tra xem hai kết khớp với mức độ nào, từ khai thác sử dụng mở rộng khả ứng dụng phần mềm mô phổng phổ alpha. Với điều nói trên, luận văn có nội dung sau:  Chương 1: Tổng quan hạt alpha  Chương 2: Giới thiệu hệ đo Alpha Analyst  Chương 3: Giới thiệu phần mềm mô phổng AASI  Chương 4: Các kết thực nghiệm mô phổng so sánh CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HẠT ALPHA [1], [2], [3], [4] 1.1 Khái niệm hạt alpha Hạt Alpha hay tia alpha dạng phóng xạ. Đó hạt ion hóa cao khả đâm xuyên thấp. Hạt alpha gồm hai proton hai neutron liên kết với thành hạt giống hệt hạt nhân nguyên tử hellium, đó, hạt alpha viết He2+. Hạt alpha xuất phân rã hạt nhân phóng xạ uranium, radium, … trình gọi phân rã alpha. Sự phân rã làm hạt nhân trạng thái kích thích trở trạng thái cách phát tia gamma. 1.2 Sự phân rã alpha Xảy hạt nhân phóng xạ có tỉ số A Z X chuyển thành hạt nhân N thấp. Khi phân rã alpha, hạt nhân ban đầu Z A Z 2 Y phát hạt alpha. A Z  X   A Z 2 Y  24 He (1.1) Về quan hệ khối lượng, phân rã alpha thỏa mãn điền kiện sau đây: M m  M c  m  2me  Q (1.2) M m , M c , m me tương ứng khối lượng nguyên tử mẹ, nguyên tử con, hạt nhân alpha hạt electron. Q khối lượng tương đương với lượng tổng cộng giải phóng phân rã, tổng động hạt nhân hạt alpha. Hai hạt electron quỹ đạo bị hạt nhân mẹ phân rã hạt nhân có số nguyên tử thấp hơn. Hạt alpha phát với lượng cố định suất cố định. Ví dụ trình phân rã 226 88  Ra   222 86 Rn  He , gồm hai nhánh phát alpha, nhánh thứ với hạt alpha lượng 4,602 MeV, suất 5,5% nhánh thứ hai với hạt alpha lượng 4,785 MeV, suất 94,4%. Hạt nhân 222 86 Rn sau phân rã theo nhánh thứ nằm trạng thái kích thích tiếp tục phân rã gamma để chuyển trạng thái bản. Hạt nhân 222 86 Rn sau phân rã theo nhánh thứ hai nằm trạng thái bản. Hình 1.1. Sơ đồ phân rã 226 88 Ra [9] Hiện người ta biết 200 hạt nhân phân rã alpha. Phân rã alpha chủ yếu xảy với hạt nhân nặng cuối bảng tuần hoàn Mendeleev với Z>83. Chẳng hạn thallium (Z=81) đồng vị phát alpha, chì (Z=82) có hai đồng vị phát alpha, polonium (Z=84) có không hai mươi mốt đồng vị phát alpha,… Ngoài có nhóm nhỏ hạt nhân vùng đất phân rã alpha với A=140 đến 160, hạt nhân nhẹ 142 58 Ce chứa 84 neutron. Một trường hợp đặc biệt hạt nhân nhẹ 48 Be phát alpha với thời gian bán rã 3.10-6s. 1.3 Các đặc trưng phân rã alpha Có ba đặc trưng thời gian bán rã T1/2 hạt nhân trước phân rã, động E quãng chạy R hạt alpha. Thời gian bán rã hạt nhân phân rã alpha thay đổi dãy rộng. Chẳng hạn 204 82 Pb có T1/2=1,4.10 năm, 215 86 -6 Rn có T1/2=10 s. Năng lượng hạt bay thay đổi dãy hẹp. Đối với hạt nhân nặng lượng hạt alpha thay đổi từ MeV đến MeV, nhóm đất từ MeV đến 4,5 MeV. Quãng chạy hạt alpha ngắn bị hấp thụ mạnh vật chất. 1.4 Sự liên hệ thời gian bán rã T1/2, động E quãng chạy R 1.4.1 Thời gian bán rã T1/2 động E Có phụ thuộc mạnh thời gian bán rã T1/2 vào động E hạt alpha, tính chất quan trọng hạt nhân phân rã alpha. Chẳng hạn giảm 1% lượng làm tăng thời gian bán rã lên bậc. Nếu giảm 10% lượng thời gian bán rã thay đổi từ hai đến ba bậc. Sự phụ thuộc tuân theo định luật Geiger-Nuttal sau: lg T1/2  C  D E (1.3) C D số không phụ thuộc vào số khối A mà phụ thuộc vào điện tích Z. Ví dụ E tính theo MeV thì: Với Z=84 ta có C=-50,15 D=128,8 Với Z=90 ta có C=-51,94 D=139,4 1.4.2 Quãng chạy R động lượng E Trong phép gần sử dụng công thức liên hệ quãng chạy hạt alpha không khí (tính theo cm) lượng (tính theo MeV) miền lượng 4-9 MeV hay quãng chạy không khí 3-7 cm sau: RKK  0,318E 3/2 Trong môi trường với khối lượng hạt nhân A quãng chạy hạt alpha (1.4) tính theo công thức: R  0,56 RKK A1/3 (1.5) Nhờ hai công thức tính quãng chạy đo lượng hay ngược lại hạt alpha. 1.5 Điều kiện lượng phân rã alpha  Xét trình phân rã: ZA X   AZ 42Y  24 He Điều kiện để xảy phân rã alpha là: E  Elk , A-4,Z -2  Elk , - Elk , A, Z  (1.6) Tức lượng liên kết hạt nhân mẹ Elk , A, Z phải nhỏ tổng lượng liên kết hạt nhân Elk , A4, Z 2 hạt alpha Elk , . Năng lượng liên kết hạt alpha 28 MeV nên lượng liên kết riêng nucleon MeV. Như vậy, để phân rã alpha xảy lượng liên kết riêng hạt nhân mẹ phải nhỏ MeV. Điều kiện không cho phép hạt nhân nhẹ phân rã alpha lượng liên kết riêng chúng vào cỡ MeV. Còn lượng liên kết riêng hạt nhân nặng giảm xuống lượng đẩy Coulomb proton. Năng lượng phân rã E phân bố cho động hạt nhân EA4,Z 2 động hạt alpha E : E  E A-4, Z -2  E (1.7) Gọi động lượng hạt nhân mẹ p A,Z , hạt nhân p A4, Z  hạt alpha p , giả thiết hạt nhân mẹ đứng yên phân rã p A, Z  , theo định luật bảo toàn động lượng ta có pA4, Z   p . Từ nhận được: m EA-4,Z -2  E mA-4, Z -2 (1.8) m mA4,Z 2 khối lượng hạt alpha hạt nhân con. Kết hợp hai biểu thức (1.7) (1.8) ta được: E  E mA-4,Z -2 mA-4, Z -2  m (1.9) Do khối lượng hạt nhân lớn so với khối lượng hạt alpha nên theo công thức (1.9), E  E , tức hạt alpha mang phần lớn lượng tỏa phân rã. Ví dụ, lượng phân rã alpha 212 83  '' Bi(ThC )   208 81TI (ThC )   E  6,203 MeV. Năng lượng phân bố cho hạt alpha theo công thức (1.9) E  6,086 MeV cho hạt nhân 208 81 TI (ThC " ) theo công thức (1.8) ETI  0.117 MeV. 1.6 Cơ chế phân rã alpha Trong chế phân rã alpha cần tính đến ba yếu tố trường Coulomb quanh hạt nhân, lực ly tâm cấu trúc hạt nhân. I.6.1 Trường Coulomb hiệu ứng đường ngầm Để giải thích phụ thuộc mạnh thời gian bán rã T1/2 hạt nhân vào lượng hạt alpha, người ta xem xét chế để hạt alpha thoát khỏi hạt nhân. Giả thuyết gần xem hạt alpha hình thành tồn hạt nhân trước thoát khỏi hạt nhân. Hạt alpha mang điện tích dương +2e nên lực tương tác hạt nhân, chịu tác dụng lực Coulomb. Để giải toán tương tác ta giả sử hạt alpha từ vào hạt nhân. Thế Coulomb hạt nhân tương tác lên tăng tỉ lệ nghịch với khoảng cách r theo biểu thức: U Coulomb  Hàm thể hình sau: 2Ze2 r (1.10) U(r) Urào Eα R r Hình 1.2. Thế tương tác hạt nhân Coulomb hạt alpha Thế tương tác tăng dần miền bán kính hạt nhân, lực hạt nhân không. Đến biên hạt nhân r  R lực hạt nhân đóng vai trò quan trọng đường biểu diễn giảm đột ngột theo đường thẳng đứng. dạng bên hạt nhân r  R chưa biết tường tận, giả thuyết có dạng hố chữ nhật với không đổi bên hạt nhân. Chiều cao bờ Coulomb r  R  10-12 cm với Z  100 là: U rào  2Ze  30 MeV r (1.11) Như trình bày đây, hạt alpha phân rã từ hạt nhân nặng có lượng từ MeV đến MeV, tức nhỏ chiều cao hàng rào thế. Theo học cổ điển hạt alpha vượt qua hàng rào để ngoài, tức xảy trình phân rã alpha. Tuy nhiên, giới vi mô, theo học lượng tử, hạt alpha xuyên qua hàng rào Coulomb theo chế đường ngầm. Để giải toán hiệu ứng đường ngầm hạt alpha, lần ta đơn giản hóa cách tính xác suất hạt alpha có lượng E vượt qua bờ hình chữ nhật có độ cao U độ rộng d. Trạng thái hạt alpha mô tả hàm  (r ) thỏa mãn phương trình SchrÖdinger:  2m    ( r )   E  U ( r )  ( r )   (1.12) đó:  2 2 2 : toán tử đạo hàm riêng bậc hai theo không gian   x y z m: khối lượng hạt alpha  : số Planck Giải phương trình SchrÖdinger với rào có dạng chữ nhật ta tìm hệ số truyền qua   2m D  exp    (U  E )dr     (1.13) Nếu hạt alpha hạt nhân có vận tốc v đến bờ trung bình v / R lần giây. Như vậy, số phân rã alpha bằng:    v v 2m D  exp    (U  E )dr  R R    (1.14) Vận tốc v xác định từ hệ thức bất định Heisenberg động lượng tọa độ, tức v  . Vậy: mR  Thời gian bán rã T1/2     2m exp    (U  E )dr  2 mR    0, 693  (1.15) , phụ thuộc mạnh vào bán kính hạt nhân R. Ta thử đánh giá bậc thời gian bán rã, với U  E  20 MeV, d  2.10-12 cm. Khi D  e 84  10 36 . Hệ số hàm D    1020 . Do đó: mR T1/2    1016 s  109 năm Thời gian hợp lí vào cỡ thời gian bán rã 238 92 U. I.6.2 Vai trò bờ li tâm Trong tính toán ta coi hạt alpha bay với momen quỹ đạo   . Nếu hạt alpha bay với   phải vượt qua bờ li tâm bổ sung Coulomb: U lt    (  1) 2mr Bờ li tâm không lớn giảm theo hàm theo hàm (1.16) lúc bờ Coulomb giảm chậm r2 , độ thay đổi chia cho số Planck hàm số mũ nên r làm tăng đáng kể thời gian bán rã hạt alpha. Bảng 1.1 dẫn hệ số K suy giảm số phân rã  với giá trị khác  trường hợp E  MeV R  9, 6.10 13 cm. Bảng 1.1. Hệ số suy giảm số phân rã  với giá trị    trường hợp E  MeV R  9, 6.10 13 cm  K 1,0 0,85 0,60 0,35 0,18 0,08 Phổ mẫu (Am-241, Pu-239) 1800 1600 Số đếm 1400 1200 1000 800 600 400 200 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 Năng lượng (MeV) 5.5 5.6 Hình 4.28. Phổ mẫu (Am-241, Pu-239) thu từ phần mềm Excel 4.3.3.2 Số liệu mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) Hình 4.29. Phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) thu từ phần mềm AASI Bảng 4.11. Bảng số liệu thu sau mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) Cho số phân rã Hiệu suất ghi (%) Am-241 Pu-239 31000 1125 29,017 Tổng số đếm (hạt) 9332 Tốc độ đếm (hạt/s) 119,78 Thời gian đo (s) 78 Phổ mô phổng (Am-241, Pu-239) 1800 1600 1400 Số đếm 1200 1000 800 600 400 200 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 Năng lượng (MeV) 5.5 5.6 Hình 4.30. Phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) thu từ phần mềm Excel 4.3.3.3 So sánh phổ mẫu (Am-241, Pu-239) phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu239) Số đếm So sánh phổ mẫu (Am-241, Pu-239) với phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 Năng lượng (MeV) Phổ mẫu (Am-241, Pu-239) Phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) Hình 4.31. Biểu đồ so sánh phổ mẫu (Am-241, Pu-239)với phổ mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) thu từ phần mềm Excel Bảng 4.12. Bảng số liệu so sánh thực nghiệm mô phổng mẫu chuẩn, mẫu Uranium mẫu (Am-241, Pu-239) Chuẩn Mẫu Uranium (Am-241, Pu-239) Thực Mô Thực Mô Thực Mô nghiệm phổng nghiệm phổng nghiệm phổng 20 20,393 33 35,616 27 29,017 Tổng số đếm (hạt) 24192 15721 2068 1210 14327 9332 Tốc độ đếm (hạt/s) 1,5549 1,4592 1,3787 1,3348 119,34 119,78 Thời gian đo 15559 10774 1500 906 120 78 Hiệu suất (%) 4.4 Kết luận Từ bảng 4.12, kết luận sau:  Hiệu suất mô phổng so với thực nghiệm có sai lệch nhỏ, khoảng 0,3% đến 2%, từ hình 4.21, 4.26, 4.31 cho thấy có tương thích phổ mô phổng với phổ thực nghiệm.  Tốc độ đếm mô phổng thực nghiệm chênh lệch ít, thời gian đo ứng với tổng số đếm tính hợp lí, độ tin cậy phần mềm coi cao. Những kết thu cho thấy phần mềm AASI cho kết tương đối phù hợp công tác mô phổng dự đoán phổ hạt alpha nghiên cứu. Thời gian chạy mô phổng nhanh, thông tin chất phát nguồn tần số phát hạt theo chiều sâu, vị trí chất phát, hiển thị chi tiết bật cửa sổ thông tin mô phổng lên. Tuy nhiên, phần mềm có mặt hạn chế nó, là:  Trong thẻ Source, phần Source type, chọn nút Radioactive particles hay nút Radioactive particles in a homogeneous source matrix, phần mềm đòi hỏi cung cấp thông tin hình dạng hạt nguồn: hình cầu, hình elip hay hình cầu nằm lớp bề mặt nguồn, mức độ đồng hạt: tất hạt có kích thước hay kích thước hạt phân bố theo lo-ga-rít thông thường, nguồn thực tế không lí tưởng vậy, hay nói khác khẳng định nguồn có tính chất vậy. Do đó, kết mô phổng đo đạc thực nghiệm có sai khác đôi chút.  Trong thẻ Coincidences & Backscattering, cửa sổ Coincedence data browser, chức nút Browse coincidence data for nuclides in the simulation khó sử dụng, đòi hỏi phải tự đưa liệu hạt nhân chọn cho trình mô phổng, phần mềm không cung cấp sẵn. Do chức dành cho anh chị có mong muốn đóng góp xây dựng cho chương trình ngày hoàn thiện hơn. 4.5 Hướng phát triển [6] Thật vậy, phần mềm mô phổng phổ alpha AASI có nhiều ứng dụng hiệu như:  Các phép trắc phổ trực tiếp mẫu khí vùng có độ phóng xạ cao (do tai nạn lò phản ứng hạt nhân), thường làm phức tạp phổ alpha thu được, chí phổ bị nhòe đi. Phần mềm AASI cho hình ảnh phổ tương đối rõ ràng.  Nghiên cứu hiệu ứng trùng phùng, giúp tìm hình dạng đỉnh alpha thực sự, cụ thể đỉnh hai đồng vị Pu-239 Pu-240.  Các đặc trưng nguồn có ảnh hưởng đáng kể lên phổ lượng hạt alpha, mật độ chất nguồn. Thế việc kiểm tra thực nghiệm tính chất nhiệm vụ nặng nề đòi hỏi kĩ thuật đặc biệt. Với phần mềm AASI, ảnh hưởng tính chất khác nguồn lên phổ alpha, bề dày độ mấp mô, thành phần nguyên tố, … kiểm tra. Một trường hợp đặc biệt tính chất đặc thù hạt phóng xạ kiểm tra. Thậm chí ảnh hưởng nguồn không đồng lên chất lượng phổ biết. Trong tương lai, hy vọng phần mềm mô phổng phổ alpha AASI khai thác sử dụng phổ biến nước ta khả đáp ứng xác nó. Tài liệu tham khảo Tiếng việt [1]. Châu Văn Tạo (2004), An toàn xạ, NXB ĐHQG TP.Hồ Chí Minh. [2]. PGS-TS Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa Hoc Kỹ Thuật. [3]. PGS-TS Nguyễn Minh Cảo (2003), Giáo trình detector bản, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.Hồ Chí Minh. [4]. Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005), Phương pháp ghi nhận xạ ion hóa, NXB ĐHQG TP.Hồ Chí Minh. [5]. Đoàn Thị Hiền (2008), Nghiên cứu chế tạo mẫu chuẩn U-234, U-238 dùng phân tích mẫu môi trường phương pháp mạ điện phân kết tủa, Khóa luận tốt nghiệp đại học, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên. Tiếng anh [6]. Teemu Siiskonen, Roy PÖllänen, Tero Karhunen (2008), “A Versatile Simulation Code For Alpha Spectrometry: Development of the Graphical User Interface and Applications”, Esarda Bulletin, No.40, pp. 26-30. [7]. http://www.stuk.fi/tutkimus/programs/aasi/en_GB/aasi/ [8]. http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3705050240/ Phụ lục Phụ luc 1: Số liệu mẫu chuẩn Kênh 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 484 485 486 487 Kênh -> Năng lượng (MeV) 3,806540 3,813404 3,820268 3,827132 3,833996 3,840860 3,847724 3,854588 3,861452 3,868316 3,875180 3,882044 3,888908 3,895772 3,902636 3,909500 3,916364 3,923228 3,930092 3,936956 3,943820 3,950684 3,957548 3,964412 3,971276 3,978140 3,985004 3,991868 3,998732 4,005596 4,012460 4,019324 4,026188 4,033052 4,039916 4,046780 4,053644 4,060508 4,314476 4,321340 4,328204 4,335068 Số đếm Kênh 5 3 2 5 3 6 2 10 10 15 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 447 526 527 528 529 Kênh -> Năng lượng (MeV) 4,060508 4,067372 4,074236 4,081100 4,087964 4,094828 4,101692 4,108556 4,115420 4,122284 4,129148 4,136012 4,142876 4,149740 4,156604 4,163468 4,170332 4,177196 4,184060 4,190924 4,197788 4,204652 4,211516 4,218380 4,225244 4,232108 4,238972 4,245836 4,252700 4,259564 4,266428 4,273292 4,280156 4,287020 4,293884 4,300748 4,307612 4,060508 4,602764 4,609628 4,616492 4,623356 Số đếm 10 13 19 18 39 47 76 91 155 195 214 238 311 380 549 689 728 732 486 276 103 29 10 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 4,341932 4,348796 4,355660 4,362524 4,369388 4,376252 4,383116 4,389980 4,396844 4,403708 4,410572 4,417436 4,424300 4,431164 4,438028 4,444892 4,451756 4,458620 4,465484 4,472348 4,479212 4,486076 4,492940 4,499804 4,506668 4,513532 4,520396 4,527260 4,534124 4,540988 4,547852 4,554716 4,561580 4,568444 4,575308 4,582172 4,589036 4,595900 4,891052 4,897916 4,904780 4,911644 4,918508 4,925372 4,932236 4,939100 4,945964 4,952828 20 13 21 25 22 18 20 14 11 10 5 5 2 8 10 1 4 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 4,630220 4,637084 4,643948 4,650812 4,657676 4,664540 4,671404 4,678268 4,685132 4,691996 4,698860 4,705724 4,712588 4,719452 4,726316 4,733180 4,740044 4,746908 4,753772 4,760636 4,767500 4,774364 4,781228 4,788092 4,794956 4,801820 4,808684 4,815548 4,822412 4,829276 4,836140 4,843004 4,849868 4,856732 4,863596 4,870460 4,877324 4,884188 5,179340 5,186204 5,193068 5,199932 5,206796 5,213660 5,220524 5,227388 5,234252 5,241116 12 15 28 22 46 54 91 117 167 206 247 246 266 324 481 633 721 737 581 330 152 48 1 3 3 2 6 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 667 4,959692 4,966556 4,973420 4,980284 4,987148 4,994012 5,000876 5,007740 5,014604 5,021468 5,028332 5,035196 5,042060 5,048924 5,055788 5,062652 5,069516 5,076380 5,083244 5,090108 5,096972 5,103836 5,110700 5,117564 5,124428 5,131292 5,138156 5,145020 5,151884 5,158748 5,165612 5,172476 5,467628 5,474492 5,481356 5,488220 5,495084 5,501948 5,508812 5,515676 5,522540 5,529404 5,536268 5,543132 5,549996 5,556860 5,563724 5,570588 2 5 7 10 24 11 27 45 63 84 124 179 171 288 375 489 729 829 780 604 373 194 45 17 799 702 590 376 266 203 136 91 66 47 17 11 0 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690 691 692 5,247980 5,254844 5,261708 5,268572 5,275436 5,282300 5,289164 5,296028 5,302892 5,309756 5,316620 5,323484 5,330348 5,337212 5,344076 5,350940 5,357804 5,364668 5,371532 5,378396 5,385260 5,392124 5,398988 5,405852 5,412716 5,419580 5,426444 5,433308 5,440172 5,447036 5,453900 5,460764 5,639228 5,646092 5,652956 5,659820 5,666684 5,673548 5,680412 5,687276 5,694140 5,701004 5,707868 5,714732 5,721596 5,728460 5,735324 5,742188 10 12 7 11 16 10 12 18 16 27 20 29 35 49 95 97 128 148 222 265 372 477 695 0 1 0 0 0 0 668 669 670 671 672 673 674 675 676 5,577452 5,584316 5,591180 5,598044 5,604908 5,611772 5,618636 5,625500 5,632364 0 0 0 0 693 694 695 696 697 698 699 700 5,749052 5,755916 5,762780 5,769644 5,776508 5,783372 5,790236 5,797100 0 0 1 Phụ luc 2: Số liệu mô phổng mẫu chuẩn Năng lượng (MeV) 4,0113 4,0219 4,0326 4,0538 4,0644 4,0750 4,0856 4,0962 4,1068 4,1175 4,1281 4,1387 4,1493 4,1599 4,1705 4,1811 4,1917 4,2024 4,2130 4,2236 4,2342 4,2448 4,5525 4,5632 4,5738 4,5844 4,5950 4,6056 4,6162 4,6374 4,6481 4,6587 4,6693 Số đếm 0 28 89 164 208 259 331 451 677 738 570 265 96 20 0 0 15 48 Năng lượng (MeV) 4,6799 4,6905 4,7011 4,7117 4,7223 4,7330 4,7436 4,7542 4,7648 4,7754 4,7860 4,7966 4,8072 4,8178 4,8285 4,8391 4,9876 4,9983 5,0089 5,0195 5,0301 5,0407 5,0513 5,0619 5,0725 5,0831 5,0938 5,1044 5,1150 5,1256 5,1362 5,1468 5,1574 Số đếm 95 170 251 277 252 339 571 681 662 372 170 41 0 3 19 30 108 129 162 275 386 697 829 669 382 Năng lượng (MeV) 5,1680 5,1787 5,1893 5,1999 5,2105 5,2211 5,2317 5,2848 5,2954 5,3060 5,3166 5,3272 5,3378 5,3484 5,3591 5,3697 5,3803 5,3909 5,4015 5,4121 5,4227 5,4333 5,4440 5,4546 5,4652 5,4758 5,4864 5,4970 5,5076 5,5182 5,5289 5,5395 5,5501 Số đếm 141 48 0 0 0 13 22 19 21 61 109 155 219 396 650 813 743 463 179 53 11 Phụ luc 3: Số liệu mẫu Uranium Kênh 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 484 485 486 487 488 489 490 Kênh -> Năng lượng (MeV) 3,803600 3,810425 3,817250 3,824075 3,830900 3,837725 3,844550 3,851375 3,858200 3,865025 3,871850 3,878675 3,885500 3,892325 3,899150 3,905975 3,912800 3,919625 3,926450 3,933275 3,940100 3,946925 3,953750 3,960575 3,967400 3,974225 3,981050 3,987875 3,994700 4,001525 4,008350 4,015175 4,022000 4,028825 4,035650 4,042475 4,049300 4,056125 4,322300 4,329125 4,335950 4,342775 4,349600 4,356425 4,363250 Số đếm Kênh 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 526 527 528 529 530 531 532 Kênh -> Năng lượng (MeV) 4,062950 4,069775 4,076600 4,083425 4,090250 4,097075 4,103900 4,110725 4,117550 4,124375 4,131200 4,138025 4,144850 4,151675 4,158500 4,165325 4,172150 4,178975 4,185800 4,192625 4,199450 4,206275 4,213100 4,219925 4,226750 4,233575 4,240400 4,247225 4,254050 4,260875 4,267700 4,274525 4,281350 4,288175 4,295000 4,301825 4,308650 4,315475 4,608950 4,615775 4,622600 4,629425 4,636250 4,643075 4,649900 Số đếm 5 10 11 17 15 14 36 38 50 55 64 73 98 105 108 64 45 27 0 0 0 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 568 569 570 571 572 573 574 575 4,370075 4,376900 4,383725 4,390550 4,397375 4,404200 4,411025 4,417850 4,424675 4,431500 4,438325 4,445150 4,451975 4,458800 4,465625 4,472450 4,479275 4,486100 4,492925 4,499750 4,506575 4,513400 4,520225 4,527050 4,533875 4,540700 4,547525 4,554350 4,561175 4,568000 4,574825 4,581650 4,588475 4,595300 4,602125 4,895600 4,902425 4,909250 4,916075 4,922900 4,929725 4,936550 4,943375 2 1 0 1 0 0 1 1 2 0 0 0 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 576 577 578 579 580 581 582 583 4,656725 4,663550 4,670375 4,677200 4,684025 4,690850 4,697675 4,704500 4,711325 4,718150 4,724975 4,731800 4,738625 4,745450 4,752275 4,759100 4,765925 4,772750 4,779575 4,786400 4,793225 4,800050 4,806875 4,813700 4,820525 4,827350 4,834175 4,841000 4,847825 4,854650 4,861475 4,868300 4,875125 4,881950 4,888775 4,950200 4,957025 4,963850 4,970675 4,977500 4,984325 4,991150 4,997975 11 11 17 35 29 50 49 49 50 73 86 123 110 94 79 38 22 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Phụ lục 4: Số liệu mô phổng mẫu chuẩn Năng lượng Số đếm (MeV) 3.8734 3.8840 3.8946 4.0113 4.0219 4.0326 4.0432 4.0538 4.0644 4.0750 4.0856 4.0962 4.1068 4.1175 4.1281 4.1387 0 0 1 14 25 37 44 Năng lượng (MeV) 4.1493 4.1599 4.1705 4.1811 4.1917 4.2024 4.2130 4.2236 4.2342 4.5632 4.5738 4.5844 4.5950 4.6268 4.6374 4.6587 Năng Số đếm lượng Số đếm (MeV) 39 87 103 99 77 42 17 0 1 0 1 4.6693 4.6799 4.6905 4.7011 4.7117 4.7223 4.7330 4.7436 4.7542 4.7648 4.7754 4.7860 4.7966 4.8072 4.8178 10 25 34 30 41 36 59 97 119 80 48 21 Phụ lục 5: Số liệu mẫu (Am-241, Pu-239) Kênh 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 Kênh -> Năng lượng (MeV) 5,002026 5,008867 5,015708 5,022549 5,029390 5,036231 5,043072 5,049913 5,056754 5,063595 5,070436 5,077277 5,084118 5,090959 5,097800 5,104641 5,111482 5,118323 5,125164 5,132005 5,138846 5,145687 5,152528 5,159369 5,166210 5,173051 5,179892 5,186733 5,193574 5,200415 5,207256 5,214097 5,220938 5,227779 5,234620 5,241461 5,248302 5,255143 5,261984 5,268825 5,275666 5,282507 5,289348 5,296189 Số đếm Kênh 4 3 5 16 18 15 25 31 23 27 45 44 51 59 42 36 29 14 3 4 8 13 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 667 668 669 670 671 672 673 Kênh -> Năng lượng (MeV) 5,303030 5,309871 5,316712 5,323553 5,330394 5,337235 5,344076 5,350917 5,357758 5,364599 5,371440 5,378281 5,385122 5,391963 5,398804 5,405645 5,412486 5,419327 5,426168 5,433009 5,439850 5,446691 5,453532 5,460373 5,467214 5,474055 5,480896 5,487737 5,494578 5,501419 5,508260 5,515101 5,521942 5,528783 5,535624 5,542465 5,549306 5,556147 5,562988 5,569829 5,576670 5,583511 5,590352 5,597193 Số đếm 15 14 25 17 36 34 42 57 76 117 108 123 164 185 262 353 451 514 676 713 910 1041 1357 1627 1652 1345 888 482 175 91 47 22 17 16 14 0 0 0 Phụ lục 6: Số liệu mô phổng mẫu (Am-241, Pu-239) Năng lượng (MeV) 4,8072 4,8178 4,8285 4,9240 4,9346 4,9452 4,9558 4,9664 4,9770 5,0089 5,0195 5,0301 5,0407 5,0513 5,0619 5,0725 5,0831 5,0938 5,1044 5,1150 5,1256 Số đếm 0 2 0 11 18 18 24 47 53 Năng lượng (MeV) 5,1362 5,1468 5,1574 5,1680 5,1787 5,1893 5,1999 5,2105 5,2211 5,2317 5,2423 5,2529 5,2636 5,2742 5,2848 5,2954 5,3060 5,3166 5,3272 5,3378 5,3484 Số đếm 59 40 25 3 12 12 17 24 29 38 Năng lượng (MeV) 5,3591 5,3697 5,3803 5,3909 5,4015 5,4121 5,4227 5,4333 5,4440 5,4546 5,4652 5,4758 5,4864 5,4970 5,5076 5,5182 5,5289 5,5395 5,5501 5,5607 5,5713 Số đếm 61 63 80 143 241 351 509 764 1163 1574 1643 1255 667 220 64 17 3 [...]... hạt alpha trên 1cm đường đi của nó trong môi trường vật chất được gọi là mật độ ion hóa Số cặp ion tạo nên do hạt alpha tương ứng với năng lượng toàn phần của nó bị mất do sự ion hóa sẽ bằng J  Mật độ ion hóa của hạt alpha cũng biến đổi theo năng lượng J giống như sự biến đổi của độ mất mát năng lượng Trong khí có mật độ nguyên tử và phân tử nhỏ, các nguyên tử và phân tử khí tương tác với hạt alpha. .. 1.3 Năng lượng cần thiết để tạo một cặp electron – lỗ trống của một số chất Tinh thể Kim cương AgCl AgBr Si Ge ω, eV 10 7,6 5,8 3,5 2,8 1.7.2 Sự mất năng lượng của hạt alpha do quá trình ion hóa Để nghiên cứu sự mất năng lượng, chúng ta khảo sát sự tương tác của hạt alpha với một electron và sau đó là với tất cả các electron Trong sự gần đúng cổ điển tiến hành bởi Bohr cho phép xác định sự mất năng. .. electron có năng lương lớn như vậy thường được gọi là các delta-electron (δ-electron), chúng có khả năng ion hóa (hoặc kích thích) các nguyên tử khác của môi trường và tạo nên sự ion hóa cấp hai (ion hóa thứ cấp) Xác suất va chạm của hạt alpha với nguyên tử của môi trường có khả năng tạo nên δ-electron với động năng từ J e đến ( J e  J e ) tỷ lệ thuận với v Z 2 J e x , ở đây Z là điện tích của hạt,... và hạt alpha là p  (1.18) 2e 2 , nên: b2 4e2 bv (1.19) Động năng của electron nhận được tương ứng với độ biến thiên động lượng này là: T  p 2 8e4  2me me v 2 b 2 (1.20) Đây cũng là năng lượng mất đi của hạt alpha Để khảo sát ảnh hưởng của tất cả electron theo tham số tương tác b, chúng ta tính số electron trong lớp hình trụ bán kính b bề dày db và chiều cao dx Hình 1.4 Tán xạ của hạt alpha lên... đến hiệu ứng mật độ và năng lượng liên kết của các electron lớp K và L Hình 1.5 Đường cong Bragg đối với độ ion hóa riêng của hạt alpha Hạt alpha có điện tích +2e và khối lượng rất lớn, dẫn tới vận tốc của nó tương đối thấp, nên độ ion hóa riêng của nó rất cao, vào khoảng hàng chục nghìn cặp ion trên 1cm trong không khí Dọc theo đường đi của mình trong vật chất, do năng lượng bị mất dần nên hạt alpha. .. phổ kế Alpha Analyst Hình 2.3 Bơm hút chân không Hình 2.4 Máy tính tính toán và hiển thị phổ CHƯƠNG 3 : GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM AASI [7] AASI là một chương trình dùng mô phổng phổ năng lượng của hạt alpha Nó sử dụng mật mã Monte Carlo tiên tiến để đưa ra các phổ alpha, thuận tiện cho việc nghiên cứu các hiện tượng cũng như các yếu tố khác nhau có ảnh hưởng đến chất lượng phổ Hình 3.1 Cửa sổ chính của chương... properties: tính chất của tạp chất trong nguồn, tương tự như phần Source type của Homogeneous source (xem hình 3.11) 3.3.2 Radionuclides in the source: - Nút The source emites alpha particles of energy: xác định năng lượng của hạt alpha được phát ra và số phân rã để tiến hành mô phỏng (xem hình 3.12) Hình 3.10 Cửa sổ của nút The source emites alpha particles of energy  Vùng năng lượng của hạt alpha được phát... R đo trong đơn vị mg/cm2, Rkk là quãng chạy của hạt alpha với cùng năng lượng trong không khí, đơn vị đo cm Hình 1.7 Sự phụ thuộc quãng chạy – năng lượng của hạt alpha trong không khí CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU HỆ ĐO ALPHA ANALYST [5] 2.1 Tiện ích Theo lí thuyết, alpha là hạt mang điện nặng, có quãng chạy trong không khí rất ngắn nên việc khảo sát các vấn đề về alpha rất khó khăn, đòi hỏi kỹ thuật cao về... nước ta, ứng dụng phổ kế alpha còn ít vì chưa có nhiều thiết bị đo và xử lí mẫu còn gặp nhiều khó khăn Hệ đo Alpha Analyst là thiết bị đo hiện đại hiện nay do hãng Canberra sản xuất, giúp ta dễ dàng khảo sát các mẫu phóng xạ alpha tiết kiệm thời gian mà cho kết quả chính xác Tính chất hệ Alpha Analyst dùng đo hạt alpha trong miền năng lượng thấp nên nó phù hợp với các mẫu môi trường phát hạt alpha Khi... vật chất là mất năng lượng để ion hóa và kích thích các nguyên tử vật chất 1.7.1 Hiệu ứng ion hóa Khi va chạm không đàn hồi với nguyên tử của môi trường vật chất, hạt alpha có năng lượng lớn hơn năng lượng ion hóa nguyên tử Ii có thể làm bức các electron từ các lớp điện tử của nguyên tử (hiện tượng ion hóa) hoặc chuyển một electron nào đó từ một mức năng lượng thấp hơn lên một mức năng lượng cao hơn . phổng tính chất của hạt alpha trong môi trường. Bộ mã Monte Carlo mới hiện nay là AASI (Advance Alpha- spectrometric Simulation), được xây dựng để mô phổng phổ năng lượng của hạt alpha. Đây là. có khả năng ion hóa (hoặc kích thích) các nguyên tử khác của môi trường và tạo nên sự ion hóa cấp hai (ion hóa thứ cấp). Xác suất va chạm của hạt alpha với nguyên tử của môi trường có khả năng. trống của một số chất Tinh thể Kim cương AgCl AgBr Si Ge ω, eV 10 7,6 5,8 3,5 2,8 1.7.2 Sự mất năng lượng của hạt alpha do quá trình ion hóa Để nghiên cứu sự mất năng lượng, chúng ta khảo