BƯỚC đầu NGHIÊN cứu PHẢN ỨNG hạt NHÂN 10b(p,α) TRÊN máy GIA tốc 5SDH 2 tại TRƯỜNG đại học KHOA học tự NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Thế Anh BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 10B(p,α) TRÊN MÁY GIA TỐC 5SDH-2 TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thế Anh BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 10B(p,α) TRÊN MÁY GIA TỐC 5SDH-2 TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ HỒNG KHIÊM Hà Nội - 2013 Lời cảm ơn Tôi xin cảm ơn chân thành đến PGS.TS Lê Hồng Khiêm tận tình dẫn, giúp đỡ trình thực luận văn Xin cảm ơn GS KUBONO – đại học tổng hợp Tokyo, mang đến ý tưởng phản ứng hạt nhân thực máy gia tốc 5SHD-2 trường đại học Khoa học Tự nhiên, mẫu Boron nitride mà ông đưa từ Nhật sang Xin cám ơn đến đồng nghiệp Bộ môn Vật lý Hạt nhân, đặc biệt đồng nghiệp nhóm máy gia tốc dành nhiều thời gian vận hành máy, trao đổi, giúp đỡ để ghi nhận số liệu tốt; đồng nghiệp Lê Tuấn Anh có trao đổi, giúp đỡ trình xử lý số liệu thực nghiệm Xin cám ơn đến đồng nghiệp Trung tâm Vật lý hạt nhân, Viện vật lý có ý kiến quý báu thực thí nghiệm Mục lục Danh mục hình vẽ bảng biểu Mở đầu……………………………………………………………… Chương Một số đặc trưng phản ứng hạt nhân…………………………5 1.1 Tóm lược phản ứng hạt nhân………………………………………6 1.2 Phản ứng hạt nhân gây hạt tích điện nhẹ…………………15 1.3 Một vài điểm thiên văn học hạt nhân …………………….19 Chương Thiết bị thực nghiệm……………………………………………….23 2.1 Giới thiệu máy gia tốc thẳng 5SDH-2…………………………….23 2.2 Giới thiệu buồng phân tích……………………………………… 27 2.3 Các detector………………………………………………………… 29 Chương Thí nghiệm phân tích số liệu………………………………… 35 3.l Thí nghiệm xác định suất lượng phản ứng hạt nhân……………….…35 3.2 Xác định suất lượng phản ứng………………………………… 37 3.3 Ghi nhận phân tích phổ mẫu sau chiếu…………… 41 3.4 Một số hiệu chỉnh để nâng cao độ xác…………………………50 Kết luận………………………………………………………………………… 53 Tài liệu tham khảo……………………………………………………………….54 Danh mục hình vẽ, bảng biểu: Hình 1.1 Mối liên hệ Tb Ta phản ứng 3H(p,n)3He Hình 1.2 Thế tương tác Hình 1.3 Minh họa hố hạt tới phản ứng hạt nhân xảy với sóng s Hình 1.4 Đỉnh Gamow Hình 2.1 Sơ đồ khối máy gia tốc 5SDH-2 Hình 2.2 Hình ảnh thực tế máy gia tốc 5SHD-2 Hình 2.3 Sơ đồ buồng phân tích hệ máy gia tốc 5SHD-2 Hình 2.4 Hình ảnh thực tế buồng phân tích hệ máy gia tốc 5SHD-2 Hình 2.5 Hình ảnh detector bán dẫn siêu tinh khiết model BEGe 5030 với buồng phông thấp hệ điện tử phòng thí nghiệm Bộ môn Vật lý Hạt nhân, trường ĐH KHTN Hình 2.6 Đặc trưng đường chuẩn lượng đường cong độ phân giải phụ thuộc vào lượng hệ phổ kế gamma model BEGe 5030 Hình 2.7 Đường cong hiệu suất ghi hệ phổ kế model BEGe 5030 với khoảng cách khác Hình 2.8 Đường chuẩn lượng detector nhấp nháy NaI đặt buồng phân tích hệ máy gia tốc 5SDH-2 Hình 2.9 Đường đặt trưng hiệu suất ghi detector nhấp nháy NaI đặt buồng phân tích hệ máy gia tốc 5SHD-2 khoảng cách cm từ nguồn Hình 3.1 Sơ đồ mức lượng hạt nhân phản ứng 10B(p,α)7Be Hình 3.2 Mô chùm tia xuyên vào mẫu để xác định độ xuyên sâu Hình 3.3 Sơ đồ mô tả trình phần rã hạt nhân phóng xạ mẫu Hình 3.4 Hình ảnh phổ ghi nhận từ detector bán dẫn model BEGe 5030 mẫu sau chiếu buồng phông thấp Hình 3.5 Suất lượng tổng cộng tạo thành 7Be Hình 3.6 Hình ảnh phổ gamma tức thời ghi nhận detector NaI gắn buồng chiếu máy gia tốc 5SHD-2 Hình 3.7 Mô tả suất lượng tạo thành 7Be trạng thái kích thích phản ứng B(p,α)7Be Hình 3.8 Đồ thị mô tả đường làm khớp với số liệu thực nghiệm suất lượng tổng cộng Hình 3.9 Đồ thị mô tả đường làm khớp với số liệu tính toán suất hãm từ phần mềm SRIM Hình 3.10 Đồ thị mô tả tiết diện phản ứng B(p,α) theo lượng Hình 3.11 Sơ đồ phân rã đơn giản Bảng 1.1 Một số loại tiết diện phản ứng hạt nhân Bảng 2.1 Thông số nguồn chuẩn sử dụng để chuẩn hiệu suất Bảng 3.1 Thông số lần chiếu mẫu Bảng 3.2 Bảng kết tính toán suất lượng tổng tạo 7Be Bảng 3.3 Kết tính toán suất lượng tạo 7Be trạng thái kích thích Bảng 3.4 Kết tính suất hãm dùng phần mềm SRIM Luận văn tốt nghiệp Mở đầu Một thách thức hiểu biết nguời giải thích nguồn gốc vũ trụ, hình thành, biến đổi có mặt trời nguồn lượng trái đất Để vượt qua thách thức này, nghành thiên văn học cần có giúp đỡ nhiều nghành khoa học khác vật lý hạt nhân đóng vai trò vô quan trọng [18] Mục tiêu thiên văn học hạt nhân tìm hiểu chế tạo thành lượng nguyên tố làm sáng tỏ trình biến đổi Phản ứng hạt nhân đóng vai trò trình Với giai đoạn ổn định (mặt trời chẳng hạn) tốc độ xảy phản ứng hạt nhân chậm nhiều so với tốc độ phân rã trung bình nhân phóng xạ tạo thành phản ứng hạt nhân Do nhân phóng xạ tạo thành có đủ thời gian để kịp phân rã tiếp trước chúng kịp tham gia vào phản ứng hạt nhân Hệ với giai đoạn ổn định phản ứng hạt nhân xảy đồng vị bền đóng vai trò quan trọng Kịch khác giai đoạn biến động mạnh Với giai đoạn này, khoảng thời gian trung bình phản ứng hạt nhân ngắn nhiều so với thời gian phân rã trung bình nhân phóng xạ tạo thành phản ứng hạt nhân Do vậy, hạt nhân phóng xạ không kịp phân rã trước chúng tham gia vào phản ứng hạt nhân Hệ phản ứng hạt nhân thời kỳ biến động mạnh chủ yếu phản ứng hạt nhân phóng xạ số hai hạt nhân tham gia vào phản ứng hạt nhân phóng xạ Hạt nhân thứ hai thường hạt nhẹ proton alpha Khi chế phản ứng xảy hạt nhân phóng xạ đóng vai trò vô quan trọng Để hiểu chế tạo lượng nguyên tố sao, cần hiểu chế phản ứng hạt nhân xảy nhân phóng xạ đo tiết diện phản ứng hạt nhân Nghiên cứu phản ứng hạt nhân cần cho thiên văn học lĩnh vực khó phương Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao Luận văn tốt nghiệp diện công nghệ đòi hỏi lượng đầu tư lớn Do tiết diện phản ứng loại nhỏ nên cần phải tạo chùm hạt nhân phóng xạ có cường độ đủ mạnh với độ tinh khiết cao Một khó khăn phản ứng hạt nhân cần cho thiên văn học lại xảy vùng lượng thấp nên việc tạo chùm hạt nhân phóng xạ có cường độ mạnh với lượng thấp toán khó [6] Có hai phương pháp đo tiết diện phản ứng hạt nhân trong hai hạt tham gia vào phản ứng phóng xạ hạt bền [2] Phương pháp thứ dùng bia chế tạo từ hạt nhân phóng xạ Khi người ta cấy đồng vị phóng xạ cần nghiên cứu lên giá dùng chùm hạt nhân bền để bắn phá bia Phương pháp bia phóng xạ thích hợp với nhân phóng xạ có thời gian sống tương đối dài Phương pháp thứ hai thường gọi phương pháp chùm hạt nhân phóng xạ Trong phương pháp này, người ta tạo chùm hạt nhân phóng xạ cần nghiên cứu phản ứng hạt nhân sơ cấp Các sản phẩm phản ứng sơ cấp có hạt nhân phóng xạ cần nghiên cứu lọc phổ kế từ để loại hạt nhân không quan tâm Sau chùm hạt bắn vào bia bền chứa hạt nhân thứ hai tham gia vào phản ứng cần đo Phương pháp thích hợp với hạt nhân có thời gian sống ngắn Đa số đồng vị phóng xạ tham gia vào phản ứng hạt nhân có thời gian sống ngắn nên việc tạo chùm hạt nhân phóng xạ điều kiện tiên để nghiên cứu phản ứng hạt nhân xảy [9] Do vai trò quan trọng vật lý hạt nhân thiên văn học, nước phát triển có trình độ khoa học cao Mỹ, Canada, Châu Âu, Nhật Bản Trung Quốc, người ta đầu tư lượng tài đáng kể để xây dựng trung tâm gia tốc mạnh kèm theo phổ kế từ tạo chùm hạt nhân phóng xạ cần cho việc nghiên cứu thiên văn học hạt nhân [10] Các nguyên tố Li, Be B nguyên tố đóng vai trò quan trọng lĩnh vực thiên văn học Chúng đóng vai trò trình tổng hợp nguyên tố nặng sao, cho phép hiểu chế tạo thành biến đổi Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao Luận văn tốt nghiệp Gần đây, người ta đẩy mạnh nghiên cứu độ phổ biến nguyên tố Các phản ứng hạt nhân (α,p) xảy lượng nằm cửa sổ Gamow phản ứng làm giảm độ phổ biến đồng vị Vì để hiểu hình thành biến đổi sao, cần phải đo tiết diện phản ứng Trong số phản ứng hạt nhân gây biến đổi độ phổ biến đồng vị phản ứng hạt nhân 7Be(α,p)10B xem phản ứng quan trọng chu trình pp số chu trình Phản ứng xảy có nhiệt độ đủ cao Chỉ có số mức cộng hưởng hạt nhân hợp phần 11C nằm cửa sổ Gamow tham gia vào phản ứng hạt nhân 7Be(α,p)10B Việc nghiên cứu đặc trưng mức cộng hưởng cho phép tính tốc độ phản ứng 11 Hiện nay, thông tin mức kích thích hạt nhân C thiếu Các mức cộng hưởng nằm lượng kích thích Eex=9 MeV nghiên cứu thông qua phản ứng 10 B(p,α) số phản ứng hạt nhân khác, chẳng hạn 12C(p,d)11C Thông thường cộng hưởng có độ rộng cỡ 100 keV Tuy nhiên người ta chưa biết xác độ rộng kênh rã alpha Гα Thậm chí đặc trưng lượng tử số cộng hưởng nằm vùng spin chẵn lẻ JΠ chưa xác định Các mức cộng hưởng nằm thấp khoảng Eex = 8- MeV độ rộng nhỏ người ta xác định độ rộng hai cộng hưởng nằm Eex=8.11 MeV Eex=8.42 MeV Tham số cộng hưởng xác định trực tiếp phản ứng 7Be(α,γ)11C Tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân thuộc trường Đại học Tổng hợp Tokyo, người ta tiến hành thí nghiệm đo phản ứng tán xạ đàn hồi 7Li+α để nghiên cứu tham số mức cộng hưởng hạt nhân 11 B xác định độ rộng Гα Gần nhất, thí nghiệm khác nghiên cứu tán xạ đàn hồi 7Be+α phản ứng 7Be(α ,p)10B thực Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Đại học Tổng hợp Tokyo nhằm nghiên cứu cấu trúc hạt nhân 11C [19] Các Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao Luận văn tốt nghiệp phản ứng đo động học ngược dùng chùm hạt nhân phóng xạ 7Be tạo từ máy gia tốc cyclotron Viện Vật lý Hóa học RIKEN kết hợp với phổ kế từ CRIB Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Đại học Tổng hợp Tokyo Người ta đo đường cong kích thích 7Be(α,α0)7Be, 7Be(α,α1)7Be*, 7Be(α,p0)10B 7Be(α,p0)10B* Việc phân tích đường cong kích thích đo từ thực nghiệm lý thuyết R-matrix cho phép thu tham số cộng hưởng mức đóng vai trò quan trọng đến phản ứng Tại Khoa Vật Lý Đại học KHTN Hà Nội lắp đặt máy gia tốc Pelletron gia tốc chùm hạt tích điện vùng lượng thấp có chùm proton [12] Như nói phần trên, phản ứng hạt nhân Be(α,p)10B đóng vai trò quan trọng thiên văn học nên mong muốn nghiên cứu phản ứng máy Pelletron Có thể nghiên cứu phản ứng cách nghiên cứu phản ứng ngược 10 B(p, α)7Be kết hợp với nguyên lý cân chi tiết phản ứng hạt nhân Nguyên lý cho phép tính tiết diện trình biết tiết diện trình ngược lại lượng toàn phần hệ quy chiếu khối tâm Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao Luận văn tốt nghiệp Suất lượng suất lượng tổng cộng tạo thành 7Be theo hai nhánh phân rã alpha trạng thái trạng thái kích thích 7Be, ký hiệu 3.2.2 Xác định xuất lượng phân rã α trạng thái kích thích 7Be Theo sơ đồ phân rã hình 3.1 có hai nhánh phân rã alpha 7Be Nhánh phân rã trạng thái kích thích 7Be sau đó, tức thời phát tia gamma 429 keV, suất lượng nhánh phân rã xác định thông qua việc ghi nhận số tia gamma tức thời phát trình chiếu mẫu Trong thực nghiệm dùng detector nhấp nháy NaI để ghi nhận phổ tia gamma tức thời Suất lượng tia gamma online xác định: (3.13) Trong đó: e: điện tích electron : cường độ dòng chùm proton tới : thời gian chiếu, : hiệu suất ghi đỉnh 429 keV dectector nhấp nháy NaI Ta ký hiệu suất lượng 3.3 Ghi nhận phân tích phổ mẫu sau chiếu 3.3.1 Xuất lượng tổng cộng phản ứng 10B(p,α)7Be Hình bên phổ ghi nhận từ detector bán dẫn siêu tinh khiết BEGe buồng phông thấp Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 41 Luận văn tốt nghiệp 477.595 keV Hình 3.4 Hình ảnh phổ ghi nhận từ detector bán dẫn model BEGe 5030 mẫu sau chiếu, buồng phông thấp Bảng thông số lần chiếu: Bảng 3.1 Thông số lần chiếu mẫu Năng lượng Cường độ Thời gian Thời gian đo Offline BEGe chùm tới dòng chùm tới chiếu (keV) (A) (s) 802 2.05E-08 4122.78 71998.32 1031 1.95E-08 9200.4 62406.02 40288.11 1497 2.11E-08 1081.28 40288.11 18135.44 2022 2.18E-08 949.96 68001.81 4070.53 2013 1.12E-08 2325.8 4070.53 11691.2 2519 5.22E-09 1959.76 11691.2 51233.63 Trước chiếu (s) Bảng kết tính toán xuất lượng tổng tạo 7Be: Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao Sau chiếu (s) 42 Luận văn tốt nghiệp Bảng 3.2 Bảng kết tính toán suất lượng tổng tạo 7Be Năng lượng Suất lượng chùm tia tới (keV) pronton 802 2.14525E-07 1031 7.4181E-07 1497 3.57815E-06 2022 7.78176E-06 2013 8.66938E-06 2519 6.9456E-06 1.0E+00 Suất lượng proton tới 1.0E-01 1.0E-02 1.0E-03 Thực nghiệm 1.0E-04 R.J Peterson 1.0E-05 1.0E-06 1.0E-07 500 1000 1500 2000 2500 3000 Năng lượng proton tới (keV) Hình 3.5 Suất lượng tổng cộng tạo thành 7Be Trong hình 3.5 mô tả suất lượng tổng cộng tạo thành 7Be đó, điểm bên điểm thực nghiệm tiến hành máy gia tốc 5SDH-2 Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 43 Luận văn tốt nghiệp trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà nội, điểm phía điểm thực nghiệm tác giả R.J.Peterson [17] Từ hình nhận thấy phân bố suất lượng theo theo lượng hai thí nghiệm gần tương tự nhau, suất lượng tăng lên lượng chùm tia tới tăng 3.3.2 Suất lượng phân rã α trạng thái kích thích 7Be Hình 3.6 bên hình ảnh phổ tia gamma tức thời, lượng 429 keV ghi nhận detector nhấp nháy NaI gắn với buồng chiếu mẫu máy gia tốc 5SĐH-2 Quá trình ghi nhận tia gamma diễn đồng thời với trình chiếu mẫu 429 keV Hình 3.6 Hình ảnh phổ gamma tức thời ghi nhận detector NaI gắn buồng chiếu máy gia tốc 5SHD-2 Bảng kết tính toán xuất lượng tạo 7Be trạng thái kích thích: Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 44 Luận văn tốt nghiệp Bảng 3.3 Kết tính toán suất lượng tạo 7Be trạng thái kích thích Năng lượng Suất lượng chùm tia tới (keV) pronton 802 3.8195E-09 1031 2.09085E-08 1497 7.07847E-07 2022 1.54622E-06 2013 2.48838E-06 2519 3.41646E-06 Hình 3.7 mô tả suất lượng tạo thành 7Be trạng thái kích thích Suất lượng Suất lượng tạo thành 7Be* tăng lượng chùm tia tăng Y-online 1.0E+00 1.0E-01 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 1.0E-07 1.0E-08 1.0E-09 Series1 1000 2000 3000 Năng lượng chùm proton tới (keV) Hình 3.7 Mô tả suất lượng tạo thành 7Be trạng thái kích thích phản ứng 10B(p,α)7Be Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 45 Luận văn tốt nghiệp 3.3.3 Tính tiết diện phản ứng: Từ công thức tính suất lượng tổng ∫ (3.14) Đạo hàm hai vế theo lượng ta có: (3.15) Từ ta suy công thức tính xuất lượng sau: (3.16) Trong công thức khối lượng phân tử mẫu BN 24.82, : số Avogadro 6.023×1023 Ta cần xác định hai tỷ số lại - Để tính tỷ số từ đường cong thực nghiệm biểu diễn phụ thuộc vào ta làm khớp với hàm phù hợp dễ dàng thông qua hàm để tính tỷ số Suất lượng ptroton tới 1.0E+00 1.0E-01 Series1 1.0E-02 Poly (Series1) 1.0E-03 y = -4E-18x4 + 2E-14x3 - 3E-11x2 + 2E-08x - 6E-06 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 1.0E-07 500 1000 1500 2000 2500 3000 Năng lượng chùm proton tới Hình 3.8 Đồ thị mô tả đường làm khớp với số liệu thực nghiệm suất lượng tổng cộng Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 46 Luận văn tốt nghiệp - Để tính tỷ số suất hãm vật liệu chùm tia, sử dụng phần mềm SRIM để tính toán suất hãm mẫu BN lượng chùm tia từ 0.8 MeV đến 2.6 MeV ta có bảng kết sau: Bảng 3.4 Kết tính suất hãm dùng phần mềm SRIM Năng lượng Năng suất hãm chùm tia tới mẫu BN (MeV) (MeV/g/cm ) 0.8 2.43E+02 0.9 2.25E+02 2.10E+02 1.1 2.01E+02 1.2 1.92E+02 1.3 1.82E+02 1.4 1.74E+02 1.5 1.66E+02 1.6 1.59E+02 1.7 1.53E+02 1.8 1.47E+02 1.36E+02 2.25 1.25E+02 2.5 1.16E+02 2.6 1.13E+02 Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 47 Luận văn tốt nghiệp 3.0E+02 SRIM 2.5E+02 Năng suất hãm MeV/g/cm2 Poly (SRIM) 2.0E+02 1.5E+02 1.0E+02 y = -15.337x3 + 107.67x2 - 291.77x + 412.58 5.0E+01 0.0E+00 0.5 1.5 2.5 Năng lượng chùm proton tới Hình 3.9 Đồ thị mô tả đường làm khớp với số liệu tính toán suất hãm từ phần mềm SRIM Từ hàm làm khớp ta dễ dàng tính tỷ số ứng với lượng chùm tia tới từ tính tiết diện phản ứng Kết tính toán tiết diện phản ứng Tiết diên 1.4E-04 chùm tia σ (b) 1.2E-04 (MeV) 0.802 1.22E-04 1.031 9.75E-05 1.497 5.95E-05 2.022 3.64E-05 2.133 3.42E-05 2.519 3.38E-05 Tiết diện phản ứng (b) Năng lượng 1.0E-04 8.0E-05 6.0E-05 4.0E-05 2.0E-05 0.0E+00 Năng lượng chùm proton tới (MeV) Hình 3.10 Đồ thị mô tả tiết diện phản ứng B(p,α) theo lượng Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 48 Luận văn tốt nghiệp 3.3.4 Đánh giá sai số phép đo a Sai số phép tính hiệu suất ghi Từ công thức tính hiệu suất ghi: (3.17) Sử dụng hàm truyền sai số ta dễ dàng tính sai số tương đối hiệu suất ghi phụ thuộc vào sai số thống kế đỉnh hấp thụ toàn phần, hoạt độ nguồn, thời gian đo √( ) √ () ( ) (3.18) Sai số thời gian đo, sai số cường phát tia gamma thường nhỏ bỏ qua tính toán b Sai số phép tính suất lượng tia gamma tức thời Từ công thức tính suất lượng tia gamma tức thời: (3.19) Sử dụng hàm truyền sai số ta dễ dàng tính sai số tương đối suất lượng phụ thuộc vào sai số thống kê đỉnh hấp thụ toàn phần, sai số dòng tia tới, sai số thời gian chiếu sai số hiệu suất ghi √( ) √ ( ) (3.20) Đánh giá sai số: Thời gian phép chiếu thấp cỡ 1000s, thời gian chiếu phần mềm ghi nhận sai lệch nhỏ 0.1(s) Như < 0.01% bỏ qua c Sai số phép tính xuất lượng tổng tạo thành 7Be Từ công thức tinh xuất lượng tổng cộng Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 49 Luận văn tốt nghiệp ( ) (3.21) Áp dụng công thức sai số cho biên số thống kê [7] ∑ () (3.22) cho hàm tính xuất lượng Nhận thấy thời gian đo sai số nhỏ lên hệ số , , , ( ), coi gần số nên sai số tương đối suất lượng tổng cộng là: √( √ )( √ (3.23) ) 3.4 Các hiệu chỉnh để nâng cao độ xác a Hiệu tự hấp thụ mẫu Khi đo phổ gamma mẫu kích hoạt thường gặp sai số hiệu ứng tự hấp thụ tia gamma mẫu, đặc biệt tia gamma lượng thấp mẫu dày Đối với mẫu biết rõ thành phần hàm lượng nguyên tố ta hoàn toàn tính hệ số tự hấp thụ theo công thức sau : (3.24) đó, µ hệ số hấp thụ tuyến tính phụ thuộc vào lượng tia gamma thành phần chất hấp thụ, d bề dày mẫu kích hoạt Từ số liệu tính toán ta nhận thấy rằng, với mẫu BN sử dụng có bề dày 0.1 mm hệ số tự hấp thụ nhỏ (~ 0.01%) vùng lượng từ 50 keV đến 2000 keV Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 50 Luận văn tốt nghiệp b Hiệu chỉnh hiệu ứng cộng đỉnh Hiệu ứng cộng đỉnh (summing effect) xuất đêtectơ không phân biệt (về mặt thời gian) hai tia gamma độc lập hai tia gamma nối tầng (cascade) Đỉnh tổng có lượng tổng lượng hai tia gamma thành phần Hiệu ứng cộng đỉnh làm giảm số xung đỉnh thành phần phụ thuộc vào cường độ xạ góc khối tạo mẫu – đêtectơ Việc hiệu chỉnh hiệu ứng tương đối khó khăn, phụ thuộc vào nguồn gamma cụ thể vào hình học đo, vào sơ đồ phân rã…[5] Hình 3.11 Sơ đồ phân rã đơn giản Xét sơ đồ phân rã đơn giản hình 4.4 Có ba dịch chuyển gamma kèm theo phân rã beta Gọi A (Bq) hoạt độ nguồn, cộng xung, tốc độ đếm đỉnh phổ gamma thứ là: n1 = Ap1ε1 (3.25) p1 ε1 xác suất phát xạ tia γ1 hiệu suất ghi quang điện lượng γ1 Do có cộng xung, nên tốc độ đếm đỉnh γ1 bị cộng với tia γ2 Tốc độ đếm thực đỉnh γ1 có cộng xung là: ' n1 = Ap1ε1 − Ap1ε1ε t (3.26) : εt2 hiệu suất ghi tổng cộng γ2 Khi ta có hệ số hiệu chỉnh cho tia γ1 : Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 51 Luận văn tốt nghiệp C1 = n1 / n'1 = 1/ (1− ε t ) (3.27) Với trường hợp γ2 tất tia gamma phát từ trạng thái trung gian nối tiếp trình dịch chuyển từ trạng thái cao Một vài trường hợp phân rã tức thời phân rã β- nên không gây cộng xung Tốc độ đếm đỉnh phổ gamma thứ hai là: n2 = Ap2ε (3.28) p2 ε2 xác suất phát xạ tia γ2 hiệu suất ghi quang điện lượng γ2 Tốc độ đếm thực đỉnh γ2 có cộng xung là: n2' = Ap2ε − Ap1ε1ε t1 (3.29) đó: εt1 hiệu suất ghi tổng cộng γ1 Do hệ số hiệu chỉnh cho tia γ2 : C2 = (3.30) p1 −   εt2 p2 Đối với tia γ3, số đếm ghi nhận có đóng góp cộng xung (hai tia γ1+ γ2) Phân tích tương tự, ta có hệ số hiệu chỉnh cộng xung cho tia γ3 là: Ta tìm được: C3 = 1 + 1p2 ε (3.31) p3 Phương pháp đơn giản giảm bớt hiệu ứng đo mẫu có hoạt độ lớn khoảng cách xa đêtectơ Trong thực tế đồng vị phóng xạ thường phát nhiều tia gamma khác nên để tránh hiệu ứng cộng đỉnh, ta nên sử dụng tia gamma không bị số đếm hiệu ứng cộng đỉnh gây Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 52 Luận văn tốt nghiệp Kết luận Bản luận văn trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm bước đầu nhằm xác định suất lượng, tiết diện phản ứng 10B(p,α)7Be gây chùm proton có mức lượng khác từ 0.8 MeV tới 2.5 MeV hệ máy giá tốc thẳng 5SDH-2 trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội Các số liệu thực nghiệm phù hợp với thí nghiệm tiến hành trước Cho đến nay, tiến hành làm thực nghiệm phản ứng hạt nhân gây chùm proton việt nam gần lần đầu tiên, kết luận văn tính việc nghiên cứu phản ứng hạt nhân 10 B(p,α)7Be phương pháp kích hoạt, đo tia gamma tức thời tia gamma bán rã để tính suất lượng tiết diện phản ứng Đồng thời, mở đường cho nghiên cứu sâu phản ứng cách thay đổi bước lượng chiếu nhỏ cỡ từ 30÷100 keV để xây dựng hàm kích thích phản ứng 10B(p,α)7Be, đóng góp số liệu vào nghiên cứu vật lý thiên văn cần thiết mà phòng thí nghiệm giới tiến hành Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 53 Luận văn tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Ajzenberg F Selove (1990), “Energy levels of light nuclei A=11-12”, Nuclear Physics A506 1-158, North-Holland Bardayan, D.W (2004), “Studies in Nuclear Astrophysics Using Radioactive Beams at the HRIBF”, Brazilian Journal of Physics Vol.34, No.3A,745 Debertin K and Heimer R.G (1988), "Gamma and X ray spectrometry with semiconductor detectors", North-Holland Elsevier, New-York Elmarghraby E.K, Hassan K.F, H Omara, Z.A Seleh (2010), “Production of the mercury 197 through proton reaction on gold”, Applied Radiation and Isotope 68 1694-1698 Gilmore G.R (2008), “Practical Gamma-ray Spectrometry - 2nd Edition”, John Wiley & Sons Galindo A -Uribarri et.al (2000), “Study of Resonant Reactions with Radioactive Ion Beams”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B172 647-654 Glenn F Knoll (1988), “Radiation detection and measurement”, John Wiley & Sons Kenneth S.Krane (1998), “Introduction to nuclear physics”, John Wiley & Sons, Inc, America Kahn I.S (2004), “Experiments for Explosive Nuclear Reactions in Stellar Environments”, Journal of the Korean Physical Society, Vol.45 S132-S135 10 Le Hong Khiem (2009), “Experimental Nuclear Physics Studies with Radioactive Ion Beams in Vietnam using the International Accelerators”, Communications in Physics : Special Issue, Vol.19 207-213 11 Mukhin K.N (1987), ”Experimental nuclear physics”, Mir Publisher 12 Nguyen The Nghia, Le Hong Khiem, Bui Van Loat (2011), “Possibility of analysis using RBS, PIXE and nuclear reaction on the electrostatic peletron accelerator 5SDH-2”, Proceedings of the Topical Conference on Nuclear Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 54 Luận văn tốt nghiệp Physics, High Energy Physics and Astrophysics (NPHEAP-2010), Science and Technics Publishing House, p.210-215 13 National Electrostatics Corp (2010), “5SDH-2 Pelletron Accelerator Manual”, Middleton, WI, USA 14 National Electrostatics Corp (2010), “RF Change Exchange Ion Source”, Middleton, WI, USA 15 National Electrostatics Corp (2010), “SNICS II Ion Source”, Middleton, WI, USA 16 National Electrostatics Corp (2010), “NEC RC43 Anatical Software”, Middleton, WI, USA 17 R J Peterson, C S Zaidins, M J Fritts, N A Roughton, C J Hansen (1975), “Radioactive products from Boron CTR Reaction”, Annals of nuclear energy, Vol.2, pp 503 to 506 Pergamon Press 18 Rolfs C.E and Rodney W.S (1988), “Cauldrons in the Cosmos”, The University of Chicago Press 19 H.Yamaguchi, D.Kahl, Y.Wakabayashi, S.Kubono, T.Hasimoto, S.Hayakawa, T.Kawabata, N.Iwasa, T.Teranishi, Y.K.Kwon, D.N.Binh, L.H.Khiem, N.G.Duy: Alpha-resonance structure in 11C studied via resonant scattering of 7Be+alpha and 7Be(alpha,p) reaction Physical Review C (in press) 20 http://ie.lbl.gov/toi/ 21 www.srim.org Vật lý hạt nhân, nguyên tử lượng cao 55 [...]... của máy gia tốc [13] Hình 2. 1 là sơ đồ khối của máy gia tốc 5SDH- 2 tại trường đại học Khoa học Tự nhiên Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao 23 Luận văn tốt nghiệp Hình 2. 1 Sơ đồ khối máy gia tốc 5SDH- 2 Hình 2. 2 Hình ảnh thực tế máy gia tốc 5SHD -2 Các thành phần chính của máy gia tốc 5SDH- 2: Trên hình 2. 2 là hình ảnh thực tế máy gia tốc 5SHD -2 tại phòng máy gia tốc trường Đại học Khoa học tự nhiên, ... vị 10n K Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao 22 Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG II: THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 2. 1 Giới thiệu về máy gia tốc thẳng 5SHD -2 Hệ máy gia tốc kiểu 5SDH- 2 Pelletron do hãng National Electrostatics sản xuất, được đặt tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội, là loại máy gia tốc thẳng tĩnh điện 1.7 triệu vôn, có khả năng gia tốc nhiều loại hạt ion khác nhau... CỦA PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1.1 Tóm lược về phản ứng hạt nhân 1.1.1 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 Có nhiều cách phân loại phản ứng hạt nhân, có thể phân loại theo hạt tới, hạt sản phẩm hay theo cơ chế phản. .. ứng nhiệt hạch là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ Thang thời gian của phản ứng hạt nhân cỡ 10 -22 s, thời gian phản ứng trực tiếp có bậc độ lớn là 10 -22 (s), còn thời gian phản ứng hạt nhân hợp phần vào cỡ 1016 -10-15 s với chùm năng lượng thấp và khoảng 10 -21 -10 -20 s với chùm năng lượng cao Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao 6 Luận văn tốt nghiệp Có rất nhiều mẫu hạt nhân đã được đưa ra để... chuyển động qua bia; phản ứng đoạt hạt (pickup reaction), hạt tới đoạt một nucleon của hạt nhân bia; ngoài ra còn có các phản ứng trao đổi điện tích (charge exchange) và phản ứng knock-out Dựa trên cơ chế phản ứng ta có thể phân chia phản ứng hạt nhân thành các loại sau: Phản ứng hạt nhân hợp phần: có hai quá trình liên tiếp xảy ra Hạt nhân bia bắt hạt đạn, hình thành nên hạt nhân hợp phần ở trạng... phản ứng hạt nhân thường có hai hoặc ba hạt tạo thành Nếu rất nhiều hạt tạo thành ta có phản ứng vỡ vụn (spallation) Khi hạt nhân bia bắt nơtron, hạt nhân hợp phần tách ra thành các hạt có số khối tương đương nhau, ta có phản ứng phân hạch Xác suất xảy ra phản ứng phân hạch tỉ lệ với Z2/A Phản ứng phân hạch cùng với phản ứng nhiệt hạch là những phản ứng tỏa ra năng lượng lớn Phản ứng nhiệt hạch là phản. .. năng lượng truyền trong phản ứng lớn hơn năng lượng tách các mảnh hạt nhân (như nuclôn, đơtơri ), hạt nhân sẽ phát ra một hạt Hạt tới bị mất năng lượng ở trạng thái cuối Phản ứng biến đổi X(a,b)Y: là phản ứng mà hạt đạn và hạt nhân dư khác nhau số khối A Trong phản ứng này cần kể đến phản ứng tước hạt (stripping reaction), một nucleon của hạt tới bị hấp thụ bởi hạt nhân bia, phần hạt còn lại tiếp tục... hạt đến được truyền cho một nhóm các nuclôn trong hạt nhân bia Các nuclôn này khởi xướng cho một loạt các phản ứng nối tầng, tại một tầng nào đó một hạt sẽ được phát ra (trước khi hạt nhân hợp phần đạt trạng thái cân bằng thống kê) Phản ứng hạt nhân không phải hoàn toàn là tương tác mạnh, nó tùy thuộc vào hạt tới Phản ứng hạt nhân là tương tác mạnh nếu hạt đến là proton, nơtron, ions Phản ứng hạt nhân. .. (1.18) Tốc độ phản ứng dR thực chất là số phản ứng xảy ra trên một hạt nhân trong một đơn vị thời gian do các hạt tới có năng lượng từ E đến E+dE gây ra Tích phân hai vế của phương trình (1.18), ta có: ∞ R= ∫ σ (E).φ (E)dE (1.19) 0 Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao 12 Luận văn tốt nghiệp trong đó R chính là tốc độ phản ứng hay số phản ứng xảy ra trên một hạt nhân bia trong một đơn vị thời gian... Vật lý hạt nhân, nguyên tử và năng lượng cao 5 Luận văn tốt nghiệp lượng kích thích được phân bố lại cho các nuclôn Sau đó một hoặc một nhóm nuclôn có thể nhận được đủ năng lượng bay ra khỏi hạt nhân hợp phần Phản ứng hạt nhân trực tiếp: là phản ứng mà giữa kênh vào và kênh ra không tồn tại trạng thái trung gian Phản ứng hạt nhân tiền cân bằng là phản ứng nằm giữa phản ứng trực tiếp và phản ứng hợp