Luận văn nghiên cứu phản ứng hạt nhân 108pd(n,)109pd gây bởi nơtron nhiệt

Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ VĂN HẢI NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ VĂN HẢI NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: GS.TS NGUYỄN VĂN ĐỖ Hà Nội Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải LỜI CÁM ƠN Trong trình học tập làm việc để hoàn thành luận văn thạc sĩ ngành Vật lý hạt nhân Trung tâm Vật lý hạt nhân, Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam, em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Văn Đỗ Nhờ hướng dẫn, bảo tận tình Thầy mà em học hỏi nhiều kiến thức lý thuyết Vật lý hạt nhân Vật lý hạt nhân thực nghiệm Em xin gửi lời cám ơn đến TS Phạm Đức Khuê cán Trung tâm Vật lý hạt nhân tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em nhiều suốt trình học tập nghiên cứu để thực luận văn Em xin chân thành cám ơn đề tài nghiên cứu NAFOSTED, mã số 103.042012.21 GS.TS Nguyễn Văn Đỗ làm chủ nghiệm cho phép sử dụng số liệu thực nghiệm để thực luận văn Em xin cám ơn thầy cô thuộc môn Vật lý hạt nhân khoa Vật lý Trường ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội, dạỵ bảo em trình học tập trường Cuối em xin dành tất thành học tập dâng tặng người thân yêu gia đình, người bên cạnh động viên giúp đỡ em vượt qua khó khăn TÁC GIẢ LUẬN VĂN LÊ VĂN HẢI Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Bảng 1.1 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 3.1 TÊN BẢNG Các thông số số chất làm chậm Đặc trưng mẫu Pd, Au In Chế độ kích hoạt mẫu Giá trị hệ số làm khớp Detector HPGe (ORTEC) Giá trị thông lượng nơtron nhiệt hóa vị trí mẫu In hình 2.5 Các thông số phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd , 197Au(n,γ)198Au, 115In(n,γ)116mIn Bảng 3.4 Các hệ số hiệu chỉnh sử dụng để xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt Hệ số tự chắn nơ tron nhiệt hệ số tự hấp thụ tia gamma sử dụng để đo hoạt độ mẫu Pd Au Các nguồn sai số xác định tiết diện nơtron nhiệt Bảng 3.5 Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd Bảng 3.2 Bảng 3.3 TRANG 16 29 31 35 43 46 47 47 48 49 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải DANH MỤC HÌNH VẼ STT Hình 1.1 TÊN HÌNH Định luật bảo toàn xung lượng phản ứng a + A → b +B Hình 1.2 Các mức lượng kích thích hạt nhân hợp phần Hình 1.3 Sơ đồ tán xạ đàn hồi nơtron lên hạt nhân hệ tọa độ TRANG 11 13 Hình 1.4 phòng thí nghiệm (a) hệ tọa độ tâm quán tính (b) Sơ đồ tính ζ Hình 1.5 Sơ đồ phân rã hạt nhân phản ứng bắt nơtron 19 Hình 1.6 Sự phụ thuộc tiết diện bắt nơtron vào lượng 23 Hình 2.1 Máy gia tốc electron tuyến tính 100 MeV Pohang, Hàn Quốc 26 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy gia tốc tuyến tính 100 MeV 26 Hình 2.3 Cấu tạo bia Ta hệ làm chậm nơtron 27 15 Phân bố lượng nơtron bia Ta có không làm Hình 2.4 mát nước, so sánh với phân bố Maxwellian nhiệt độ 28 hạt nhân = 0.45 MeV Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Sơ đồ xếp vị trí mẫu 30 Bố trí thí nghiệm kích hoạt mẫu bề mặt hệ làm chậm nơtron nước Sơ đồ hệ phổ kế gamma Đường cong hiệu suất ghi đỉnh quang điện Detector bán dẫn HPGe (ORTEC) sử dụng nghiên cứu 30 31 36 Hình 2.9 Sự phụ thuộc hoạt độ phóng xạ vào thời gian kích hoạt (ti), thời gian phân rã (td) thời gian đo (tc) 38 Hình 3.1 Phổ gamma đặc trưng mẫu Pd kích hoạt nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 376 phút, thời gian đo 30 phút 44 Hình 3.2 Phổ gamma đặc trưng mẫu Au kích hoạt nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 330 phút, thời gian đo 10 phút 45 Hình 3.3 Phổ gamma đặc trưng mẫu In kích hoạt nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 344 phút, thời gian đo 200 giây 45 Hình 3.4 Hình 3.5 Sơ đồ phân rã đơn giản 109Pd ( lượng: keV) Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd biểu diễn theo thang thời gian 46 50 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải MỤC LỤC MỞ ĐẦU .7 CHƯƠNG 10 TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG (n,γ) VÀ NHIỆT HÓA NƠTRON 10 1.1 Phản ứng hạt nhân 10 1.1.1 Khái niệm phản ứng hạt nhân 10 1.1.2 Các loại phản ứng hạt nhân .11 1.1.3 Các định luật bảo toàn phản ứng 12 1.1.4 Năng lượng phản ứng .13 1.1.5 Động học phản ứng 14 1.2 Hạt nhân hợp phần, hạt nhân kích thích .15 1.2.1 Phản ứng hạt nhân- Hạt nhân hợp phần 15 1.2.2 Trạng thái kích thích .16 1.3 Nhiệt hóa Nơtron 19 1.3.1 Nơtron 19 1.3.2 Đặc điểm nơtron nhiệt 19 1.3.3 Cơ chế làm chậm nơtron .20 1.3.4 Tương tác nơtron với vật chất 24 1.4 Tiết diện bắt nơtron nhiệt .25 1.4.1 Khái quát tiết diện phản ứng 25 1.4.2 Tiết diện bắt nơtron nhiệt 26 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG 108Pd(n,γ)109Pd .30 2.1 Nguồn nơtron xung máy gia tốc electron tuyến tính lượng 100 MeV 30 2.2 Thí nghiệm xác định tiết diện phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd 35 2.2.1 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu .35 2.2.2 Kích hoạt mẫu .36 2.2.3 Đo hoạt độ phóng xạ mẫu sau kích hoạt 37 2.2.4 Phân tích phổ gamma 39 2.2.5 Xác định hiệu suất ghi detector 40 2.3 Xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt .43 2.3.1 Xác định tốc độ phản ứng hạt nhân .43 2.3.2 Xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt 45 2.4 Một số hiệu chỉnh nâng cao độ xác kết 47 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải 2.4.1 Xác định hệ số suy giảm tia gamma, Fg .47 2.4.2 Hiệu chỉnh hiệu ứng tự che chắn nơtron nhiệt 47 2.4.3 Hiệu chỉnh hiệu ứng cộng đỉnh .48 2.4.4 Hiệu chỉnh thông lượng nơtron nhiệt 48 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 Nhận diện đồng vị phóng xạ đặc trưng phản ứng hạt nhân 50 3.2 Một số kết hiệu chỉnh 53 3.3 Kết xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd .53 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 MỞ ĐẦU Phản ứng hạt nhân làm biến đổi sâu sắc hạt nhân nguyên tử phát loại Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải hạt/bức xạ khác nhau, mang theo thông tin liên quan tới đặc trưng hạt nhân trình tương tác với hạt/bức xạ tới Phân tích thông tin thu từ phản ứng hạt nhân nhận biết cấu trúc tính chất hạt nhân, nguồn gốc lượng hạt nhân đồng vị phóng xạ khả ứng dụng chúng Chính mà từ lâu phản ứng hạt nhân trở thành hướng nghiên cứu quan trọng sử dụng để khám phá hạt nhân nguyên tử Phản ứng hạt nhân xảy tương tác loại hạt, xạ khác alpha (α), proton (p), nơtron (n), photon (γ) với hạt nhân nguyên tử Trong thực tế nghiên cứu ứng dụng đến cho thấy phản ứng hạt nhân với nơtron phổ biến mà lý quan trọng nơtron trung hòa điện tích nên tương tác với loại hạt nhân nguyên tử có số khối từ nhỏ tới lớn mà không chịu tác dụng lực đẩy culong Ngoài ra, nguồn phát nơtron phổ biến nhiều so với nguồn phát loại hạt, xạ khác Ngày nơtron tạo từ nguồn nơtron đồng vị, từ lò phản ứng hạt nhân mà từ nhiều loại máy gia tốc hạt khác nhau, có khả tạo nơtron giải lượng rộng, thông lượng lớn, cho phép tiến hành nghiên cứu nhiều phản ứng hạt nhân với nơtron Trong luận văn tác giả chọn phản ứng bắt nơtron (n,γ) để nghiên cứu Cho tới phản ứng hạt nhân (n,γ) nghiên cứu nhiều hạt nhân/đồng vị khác Các kết nghiên cứu giúp mở rộng hiểu biết bí mật hạt nhân nguyên tử chế phản ứng, đồng thời cung cấp nhiều số liệu hạt nhân có giá trị phục vụ nghiên cứu lĩnh vực ứng dụng có ý nghĩa khoa học kinh tế tính toán thiết kế lò phản ứng hạt nhân, che chắn an toàn phóng xạ, chế tạo đồng vị phóng xạ, đánh giá phá hủy vật liệu xạ, phân tích kích hoạt xác định hàm lượng nguyên tố,…Tuy nhiên, đối tượng nghiên cứu nhu cầu hiểu biết hạt nhân nguyên tử, chế phản ứng khả ứng dụng phản ứng hạt nhân nói chung phản ứng bắt nơtron nói riêng giới hạn, độ xác số liệu hạt nhân đòi hỏi ngày cao Ngoài ra, phản ứng bắt nơtron kênh quan trọng tổng hợp hạt nhân từ sau nguyên tố sắt (Fe) niken (Ni) Chính mà phản ứng bắt nơtron thu hút quan tâm nghiên cứu nước Bản luận văn “Nghiên cứu phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd gây nơtron nhiệt” tập trung xác định thực nghiệm tiết diện phản ứng Trong Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải tự nhiên Palladium (Pd) kim loại có màu trắng bạc, bóng, mềm dễ uốn, có khả hấp thụ Hydro tới 900 lần thể tích nhiệt độ phòng, chống xỉn màu, dẫn điện ổn định, chống ăn mòn hóa học cao chịu nhiệt tốt Do tính chất đặc biệt Palladium (Pd) nên kim loại vật liệu quan trọng việc chế tạo chuyển đổi xúc tác để xử lý loại khí độc hại khói ô tô, sản xuất linh kiện điện tử, công nghệ sản xuất lưu trữ Hydro Ngoài Palladium sử dụng ngành nha khoa y học Đồng vị 109 Pd sinh từ phản ứng 108 Pd(n,γ)109Pd với chu kỳ bán dã 13.7 h có tiềm ứng dụng y học phóng xạ Cho tới có số tác giả xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108 Pd(n,γ)109Pd Tuy nhiên, số liệu công bố khác tương đối lớn, nằm khoảng từ 5.95±0.08 barn đến 14±2 barn, chênh lệch lên tới ∼ 135% Do đó, khó đánh giá tìm số liệu tốt để sử dụng Vì việc xác định thêm số liệu tiết diện để bổ xung vào thư viện số liệu hạt nhân phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd cần thiết Cho tới hầu hết nghiên cứu phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd sử dụng nơtron phát theo chế độ liên tục từ nguồn nơtron đồng vị lò phản ứng phân hạch Trong nghiên cứu sử dụng nơtron phát theo chế độ xung từ máy gia tốc electron tuyến tính, lượng cực đại 100 MeV Tiết diện phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd xác định phương pháp kích hoạt kết hợp với kỹ thuật phổ gamma Hoạt độ đồng vị phóng xạ 109 Pd đo phổ phổ kế gamma bán dẫn Gecmani siêu tinh khiết, HPGe Tiết diện phản ứng xác định phương pháp tương đối, nghĩa so sánh với tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 197Au(n,γ)198Au biết σo,Au = 98.65±0.09 barn Nhằm nâng cao độ xác kết nghiên cứu thực số hiệu nhằm giảm sai số gây hiệu ứng tự hấp thụ tia gamma, hiệu ứng cộng đỉnh tia gamma trùng phùng thác hiệu ứng tự chắn chùm nơtron nhiệt Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd thu luận văn 8.57±0.79 barn Kết phân tích đánh giá chương Bản luận văn gồm chương với phần mở đầu, kết luận phụ lục Chương trình bày tóm tắt phản ứng hạt nhân, nhiệt hóa nơtron tiết diện bắt nơtron nhiệt Trong phản ứng hạt nhân sâu vào phản ứng bắt nơtron với trình vật lý kèm Chương trình bày thí nghiệm phân tích số liệu nhằm xác định tiết Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải diện bắt nơtron phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd Chương trình bày kết thực nghiệm xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd với ý kiến đánh giá, bình luận kết Bản luận văn dài 59 trang, có 20 hình vẽ đồ thị, 10 bảng biểu 40 tài liệu tham khảo Bản luận văn hoàn thành Trung tâm Vật lý Hạt nhân, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG (n,γ) VÀ NHIỆT HÓA NƠTRON 1.1 Phản ứng hạt nhân 1.1.1 Khái niệm phản ứng hạt nhân Phản ứng hạt nhân nhân tạo tạo từ phòng thí nghiệm Rutherford năm 1919 bắn chùm hạt alpha (α) từ nguồn đồng vị vào hạt nhân Nitơ (N) tạo 17O Proton (p) α + 14N → 17O + p Ngày nay, gây nhiều loại phản ứng hạt nhân khác đa dạng 10 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Hình 3.4 Sơ đồ phân rã đơn giản hóa 109Pd ( lượng: keV) Từ sơ đồ phân rã thấy tia gamma với lượng 88.04 keV có cường độ tương đối lớn sử dụng để xác tốc độ phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd Các tia gamma lại có cường độ thấp nên không sử dụng 3.2 Một số kết hiệu chỉnh Trong trình tính toán sử dụng hệ số hiệu chỉnh cadmium, FCd, cho phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd 197 Au(n,γ)198Au từ tài liệu tham khảo [15] Hệ số westcott, g, lấy từ tài liệu tham khảo [5] Giá trị hệ số hiệu chỉnh sử dụng để xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân: 108Pd(n,γ)109Pd 197Au(n,γ)198Au liệt kê bảng 3.2 Các hệ số tự chắn nơtron nhiêt, Gth, hệ số tự hấp thụ tia gamma sử dụng để đo hoạt độ phóng xạ mẫu Pd Au tính liệt kê bảng 3.3 Bảng 3.2 Các hệ số hiệu chỉnh sử dụng để xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt Phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd 197 Au(n,γ)198Au FCd [15] 1.00 1.009 g[5] 1.0096 1.006 Bảng 3.3 Hệ số tự chắn nơ tron nhiệt hệ số tự hấp thụ tia gamma sử dụng để đo hoạt độ mẫu Pd Au Phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd 197 Au(n,γ)198Au Hệ số tự chắn, Gth 0.9996 0.9902 Eγ (keV) 88.04 411.80 Fg(%) 0.945 0.998 3.3 Kết xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd xác định theo công thức (2.20) cho giá trị: σ0, Pd= 8.57 ± 0.79 barn Các nguồn sai số đóng góp vào sai số xác định tiết diện bắt nơtron kê bảng 3.4 Hai nguồn sai số lớn sai số xác định cường độ tia gamma hiệu suất ghi Các nguồn sai số khác sai số thống kê, sai số hình học đo, hệ số tự che chắn nơtron nhiệt…là tương đối nhỏ Sai số tổng cộng việc xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt 108Pd đánh giá luận văn 9.2 % 53 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Bảng 3.4 Các nguồn sai số xác định tiết diện nơtron nhiệt Sai số (%) Nguồn sai số 197Au 109Pd Tiết diện bắt nơtron nhiệt Sai số thống kê 0.32 1.52 Hình học 0.50 0.50 Hiệu suất detector 2.45 2.45 Khối lượng (của mẫu) 0.20 0.20 Thời gian sống 0.008 0.02 Cường độ tia Gamma - 8.33 Hệ số tự che chắn nơtron nhiệt 0.52 0.60 Hệ số g 0.11 0.20 Tiết diện nơtron nhiệt tham khảo 0.09 - Độ phổ cập đồng vị - 0.34 Sai số tổng cộng 2.58% 8.85% Bảng 3.5 liệt kê giá trị tiết diện luận văn với giá trị thực nghiệm giá trị đánh giá công bố Từ số liệu bảng 3.5 nhận thấy số liệu tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd xác định thực nghiệm có khác biệt tương đối lớn, giá trị nhỏ 5.95 barn [27] giá trị lớn 14 barn [26], chênh lệch ∼135% Do đó, việc có thêm số liệu thực nghiệm để so sánh cần thiết Giá trị tiết diện phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd với nơtron nhiệt xác định luận văn là: σ0, Pd= 8.57 ± 0.79 barn, phù hợp phạm vi sai số với kết thực nghiệm S.F Mughabghab [35], C.L Duncan et al.[12], S.F 54 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Mughabghab [34], E.Gryntakis et al [7], H Meister [17], L Seren at al [22] Kết luận văn lệch với kết thực nghiệm W.Slyon [37] 57,5% với kết M Sehgal et al [26] 63.4% Hai số liệu số liệu cũ, đo từ năm 1960 [37] 1959 [26] Kết luận văn phù hợp phạm vi sai số với tất số liệu đánh giá, trừ số liệu EAF-2010 [5] Giá trị tiết diện bắt nơtron nhiệt trung bình phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd bảng 3.5 8,9 barn Độ lệch kết luận văn giá trị trung bình 3,85% Những số liệu nói lên độ tin cậy kết luận văn Bảng 3.5 Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd Năm 2014 2008 2006 2005 2005 2003 1987 1960 1959 1958 1947 2014 2011 2011 2011 2010 2010 2010 2006 1992 Tác giả σ0(barn) Kết thực nghiệm Kết luận Văn 8.57 ± 0.79 M Krticka et al [25] 7.2±0.5 S.F Mughabghab [35] 8.48±0.5 C.L Duncan et al.[12] 8.5±0.9 R.B Firestone et al [27] 5.95±0.08 S.F Mughabghab [34] 8.3±0.5 E.Gryntakis et al [7] 8.483±0.501 W Slyon [37] 13.5 M Sehgal et al [26] 14±2 H Meister [17] 9.3±0.7 L Seren et al [22] 11.2±2.0 Kết đánh giá Nudat2 [39] 8.48 ENDF/B-VII.1 [5] 8.48 JEFF-3.1.2 [5] 8.48 Atlat [5] 8.48±0.5 JENDL 4.0 [5] 8.04 ROSFOND-2010 [5] 8.48 EAF-2010 [5] 7.36 CENDL 3.1 [35] 8.47 BROND-2.2 [38] 8.25 Giá trị trung bình (kết thực 8.9 nghiệm đánh giá) * Độ lệch: (%)=100% × (1 - ) 55 Độ lệch (%)* Monitor 16.0 1.1 0.8 30.6 3.2 1.0 -57.5 -63.4 -8.5 -28.4 Au Co Au Au - 1.1 1.1 1.1 1.1 6.2 1.1 14.1 1.2 3.7 - 3.85 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Kết luận văn kết khác đo đánh giá cho phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd thời gian từ 1947 tới biểu diễn hình 3.5 để minh họa tiện so sánh Hình 3.5 Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109P d biểu diễn theo thang thời gian KẾT LUẬN Bản luận văn trình bày kết xác định thực nghiệm tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd gây nơtron xung máy gia tốc electron tuyến tính có lượng cực đại 100 MeV Tiết diện phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd xác định phương pháp tương đối, sở so sánh với tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân barn Tiết diện phản ứng hạt nhân 108 197 Au(n,γ)198Au có giá trị 98,65±0,09 Pd(n,γ)109Pd với nơtron nhiệt thu luận văn 8.57 ± 0.79 barn Giá trị sai khác với giá trị trung bình giá trị thực nghiệm đánh giá có ∼ 3.85% Điều khẳng định độ tin cậy kết 56 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải thu luận văn hợp lý phương pháp kỹ thuật thực nghiệm, đặc biệt việc thực hiệu chỉnh cần thiết trình xử lý số liệu thực nghiệm Thông qua thực luận văn, học viên củng cố bổ xung số kiến thức phản ứng hạt nhân nói chung phản ứng bắt nơtron nói riêng, đồng thời tiếp thu số kiến thức kinh nghiệm liên quan tới phương pháp kỹ thuật nghiên cứu vật lý hạt nhân thực nghiệm Tác giả luận văn hoàn thành nội dung đặt cho luận văn xác định tiết diện phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd Sau nghiên cứu, xác định thành công tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân (n,γ) đồng vị 108 Pd tác giả luận văn nhận thấy tiếp tục nghiên cứu để xác định tiết diện tích phân cộng hưởng phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd Hy vọng thời gian tới tác giả luận văn có điều kiện để tiếp tục thực nội dung nghiên cứu 57 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Đỗ, “Các phương pháp phân tích hạt nhân”, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Hà Nội – 2004 Ngô Quang Huy, ''Cở sở Vật lý hạt nhân'', Nhà xuất Khoa học giáo dục, Hà Nội - 2006 Ngô Quang Huy, ''Vật lý Lò phản ứng hạt nhân'', Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội - 2004 Lê Hồng Khiêm, ''Phân tích số liệu ghi nhận xạ'', Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội - 2008 B Pritychenko, S F Mughabghab, “ Neutron thermal cross sections, Westcott Factors, Resonance Integrals, Maxwellian Averaged Cross Sections and Astrophysical Reation Rates Calculated from Major Evaluated Data Libraries”, Nuclear Data Sheets 113, 3120 (2012) E Orvint, “ Determination of the neutron capture resonace integrals of Mn- 55, In- 115, Sb-121, Sb-123 and La-139”, Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 30 (1968) 1355 E.Gryntakis, D.E Cullen, G.Mundy, “Handbook on Nuclear Activation Data”, IAEA Technical Reports Series No 273, Viena 1987 (tr 220) K Debertin and R G Heimer, “Gamma and X- ray spectrometry and semiconductor detectors”, North- Holland Elseiver, New York, 1988 L Breitenhuber, M.Pinter, “Activation resonace integral measurements”, Progress report EANDC (OR)- 68 (1968) 10 10 R Van Der Linden, F De Corte, J Hoste, “ A complilation of infinite dilution resonace integrals”, Journal of Nuclear Energy 20, 695, 1974 11 A Alian, H._J Born, J I Kim, “Thermal and epithermal neutron activation analysis the monostandard method”, Journal of Nuclear Energy,15 (1973) 535 12 C.L Duncan, K.S Krane, ''Neutron capture cross section of Pd'', Journal of Nuclear Energy 71 (2005) 054322 13 D De Soete, R Gijbels, J Hoste, “Neutron Activation Analysis”, John Wiley & 14 Sons Ltd, 1972 E Martinho, I F Goncalves, J Salgado, “Universal curve of epithermal neutron resonace self- shielding factors in foils, wires and spheres”, Applied Radiation and Isotopes 58 (2003) 371- 375 58 Luận văn Thạc sĩ 15 Lê Văn Hải F De Corte, A Simonits, A De Wispelaere, “ Comparative study of measured and critically evaluated resonace integral to thermal cross section ratios”, Journal 16 of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 133(1989) 131-151 F Jallu et al, “Photoneutron production in Tungsten, Praseodymin, copper and and beryllium by using high energy electron linear accelerator”, Nuclear 17 Instruments and Methods in Physics Research B 155(1999) 373- 381 H.Meister, ''The activation cross sections of Mn-55, Cu-63, Pd-108, and In-115 for 18 thermal neutrons'', Journal of Nuclear Energy 13 (1958) 820 Harald A Enge, “Introduction to nuclear physics”, Addition- Wiley publishing 19 company, 1983 J D T Arruda-Neto, M Filadelto, “Feasibility study for the implementation of an intense linac- based neutron source facility in Sao Paulo”, Applied Radiation and 20 Isotopes, 50(1999) 491- 495 K Devan et al, “Photo- Neutrons produced at the Pohang Neutron Facility based on an Electron Linac”, Journal of the Korean Physical Society, Vol 49, No 1, 21 Journal of the Korean Physical Society, Vol 49, No 1, July 2006, pp 89- 96 K Shibata et al: "JENDL-4.0: A New Library for Nuclear Science and 22 Engineering", Journal of Nuclear Science and Technology, 48(1), 1-30 (2011) L Seren, H N Friedlander, S H Turkel, “Thermal neutron activation cross 23 section”, Physical Review, 72 (1947) 888 M Blaauw, “The confusing issue of the neutron capture cross- section to use in thermal neutron self- shielding computations”, Nuclear Instruments and Methods 24 in Physics Research, A 356(1995) 403 M Karadag, H Yucel, “Measurement of thermal neutron cross section and resonace integral for 186 W(n,γ)187W reaction by activation method using a single 25 monitor”, Annals of nuclear energy vol.31(2004) 1285- 1297 M Krticka et al: ''Thermal neutron capture cross section of palladium isotopes'', 26 Journal of Nuclear Energy 77 (2008) 054615 M Sehgal, H Hans, P Gill, ''Thermal neutron cross sections for producing some isomers'', Journal of Nuclear Energy 12 (1959) 261 27 R.B Firestone, M Krticka, D.P Mcnabb, B Sleaford, U Agvaanluvsan, T Belgya, Z.S Revay, Symp.on Capt Gamma Ray Spectroscopy, Notre Dame 2005 28 N E Holden, “Temperature dependence of the Westcott g- factor for Neutron reactions in Activation Analysis”, Pure and Applied Chemistry, 71(1999) 23092315 59 Luận văn Thạc sĩ 29 Lê Văn Hải Nguyen Van Do and Pham Duc Khue, “Neutron yields from thick Ta target bombarded by 65 MeV electron beam”, Communications in Physics, Vol.14, 30 No.4(2004), pp 209- 214 Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Nguyen Thi Hien, ''Measurement of thermal neutron cross section and resonance integral for the 170 Er(n,γ)171Er reaction by using a gold monitor'', Journal of Nuclear Energy B 310 32 (2013) 10-17 Paul Reuss, “Neutron physics”, EDP Sciences (August 15, 2008) R Terlizze, U Abbondano, “ The La-139 cross sections: Key for the onset of the 33 34 s- process”, Physical Review, C75, 03 (2007) 58 Richard B Firestone et al, ''Table of Isotopes'', Version 1.0 (4-1996) S.F Mughabghab, “Thermal neutron capture cross section, resonance integrals 31 and g factor”, Progress report on Research INDC(NDS)-440, Distr PG+ R, IAEA 35 2003 S.F Mughabghab, ''Atlas of neutron resonances parameters and thermal cross sections Z=1-100'', NEUT.RES (2006) 36 Van Do Nguyen and Duc Khue Pham, “Measurements of neutron and Photon distributions by using an Activation Technique at the Pohang Neutron Facility”, Journal of the Korean Physical Society, Vol 48, No 3, March 2006, pp 382- 389 37 W.S Lyon, ''Reactor neutron activation cross sections for a number of elements'', 38 Journal of Nuclear Energy (1960) 378 BROND-2.2,Web: 39 NUDAT-2, Web: 40 Table of Isotopes, Web:< http://ie.lbl.gov/toi.html> 60 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải PHỤ LỤC Hình P.1 Trung tâm gia tốc Pohang, Hàn Quốc Hình P.2 Detector HPGe (ORTEC) 61 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Hình P.3 Hệ điện tử máy tính kết nối ghi nhân phổ gamma Hình P.4 Giao diện phần mềm ghi nhận xử lý phổ GammaVision 62 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải 63 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải 64 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải HÖ sè tù ch¾n ®èi víi n¬tron nhiÖt Hình P.5 Sự phụ thuộc hệ số tự chắn nơtron nhiệt vào bề dày Pd 1.2 Au In 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 BÒ dµy mÉu (mm) Hình P.6 Sự phụ thuộc hệ số tự chắn nơtron nhiệt vào bề dày mẫu AuIn Một số ví dụ tính toán dựa phần mềm Mathematica 5.2 a Tính toán tốc độ phản ứng vàng Ig=95.62/100 0.9562 e=1.78/100 0.0178 ti=9600 9600 tw=697262 65 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải 697262 tc=600 600 r=2.0*10^(-6) lamda=0.693/(2.6952*24*3600) tcp=1/15 n0=0.1653*6.022*10^23/196.97 Nobs=(20779-249) 20530 TS=Nobs*lamda*(1-Exp[-lamda*tcp]) 10 2.97597 10 15 1020 5.05375 1.21215 10 3.75308 10 11 MS=n0*e*Ig*(1-Exp[-lamda*r])*(1-Exp[lamda*ti])*Exp[-lamda*tw]*(1-Exp[-lamda*tc]) 322.973 R=TS/MS b Tốc độ phản ứng Pd eff=1.50/100 0.015 i=3.6/100 0.036 ti=9600 9600 tw=6*3600+47*60 24420 tc=1800 1800 r=2.0*10^(-6) lamda=0.693/(13.7012*3600) 0.0000140499 n0=0.1653*6.022*10^23*0.2646/107.9 S=(2877-568)*1.11/0.945 2712.16 tcp=1/15 10 2.44108 1020 Exp[-lamda*r])*(1-Exp[-lamda*ti])*Exp[15 4.3097 10 12 R=(S*lamda*(1-Exp[-lamda*tcp]))/(n0*eff*i*(1lamda*tw]*(1-Exp[-lamda*tc])) c Tính toán hệ số tự che chắn nơtron nhiệt (của Au) RSigAu=98.65*10^(-24) DAu=19.28 19.28 MAu=196.97 196.97 NoAu=(6.022*10^23*DAu)/MAu MSigAu=RSigAu*NoAu 5.81493 Si=2/(Sqrt[3.14])*MSigAu*0.003 0.0196893 Gth=(1-Exp[-Si])/Si 0.99022 9.865 10 23 5.89451 1022 d Tính toán thiết diện phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd 66 Luận văn Thạc sĩ RPd=4.3*10^(-12) RCdPd=2.55*10^(-12) RAu=3.75*10^(-11) RCdAu=1.73*10^(-11) xichmaAu=98.65*10^(-24) Lê Văn Hải 4.3 10 12 2.55 10 12 3.75 10 11 1.73 10 11 9.865 10 23 FcdAu=1.009 1.009 FcdPd=1.0 gAu=1.006 1.006 gPd=1.0096 1.0096 GthPd=0.998 0.998 GthAu=0.99 0.99 xichmaPd=xichmaAu*((RPd-FcdPd*RCdPd)/(RAu-FcdAu*RCdAu))*(gAu/gPd)*(GthAu/GthPd)  24 8.51329 10 67 [...]... 63Zn + n Trong thực tế có nhiều loại phản ứng biến đổi hạt nhân như: phản ứng với hạt tích điện, phản ứng với ion nặng, phản ứng bắt nơtron, phản ứng chuyển đổi, phản ứng quang hạt nhân, Bởi vậy tên gọi phản ứng hạt nhân dành cho cả quá trình tán xạ đàn hồi, tán xạ không đàn hồi và quá trình phản ứng thực sự 1.1.3 Các định luật bảo toàn trong phản ứng Phản ứng hạt nhân a+A → b + B tuân thủ các định.. .Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải các chùm hạt/ bức xạ tới được tạo ra từ lò phản ứng và các máy gia tốc khác nhau Một phản ứng hạt nhân thường được viết như sau: a+A→B+b (1.1) Trong đó a là hạt/ bức xạ tới, A là hạt nhân bia tham gia phản ứng, B và b là các sản phẩm của phản ứng Sau phản ứng hạt nhân cũng có thể xuất hiện nhiều hơn 2 hạt và bay ra theo các phương khác nhau [2] Phản ứng hạt nhân xảy... + M a MA 1.2 Hạt nhân hợp phần, hạt nhân kích thích 1.2.1 Phản ứng hạt nhân- Hạt nhân hợp phần * Cơ chế phản ứng hạt nhân hợp phần Đối với cơ chế phản ứng hạt nhân hợp phần, các hạt tham gia tương tác (a và A) tạo nên hạt nhân hợp phần C và sau đó hạt nhân hợp phần này phân rã thành các hạt thứ cấp ( b và B ) a + A → C và C → b + B (1.21) N Bohr giả thuyết rằng, 2 giai đoạn tạo nên hạt nhân hợp phần... (hay khối 13 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải lượng của các hạt) cũng như tổng động năng trước và sau phản ứng được bảo toàn 1.1.5 Động học của phản ứng Xét phản ứng (1.1) trong hệ tọa độ phòng thí nghiệm Hạt nhân bia (hạt nhân A) coi như ứng yên (năng lượng chuyển động nhiệt rất nhỏ so với các năng lượng khác trong phản ứng hạt nhân) Gọi mặt phẳng phản ứng là mặt phẳng tạo bởi đường đi của hạt tới và của... có nhiệt độ nóng chảy cao để tạo ra bức xạ hãm Sau khi được sinh ra, bức xạ hãm gây phản ứng quang hạt nhân (γ,xn) với chính các hạt nhân bia để phát ra nơtron Các phản ứng quang hạt nhân là phản ứng ngưỡng, vì vậy chỉ những photon có năng lượng lớn hơn hơn ngưỡng mới có thể gây ra phản ứng Đối với các hạt nhân nặng, phản ứng (γ,n) đóng vai trò chính trong vùng cộng hưởng khổng lồ Phần lớn các nơtron. .. phân rã hạt nhân này là độc lập với nhau Khả năng phân rã hạt nhân hợp phần không phụ thuộc vào cách tạo nên hạt nhân hợp phần mà chỉ phụ thuộc vào năng lượng, mômen động 15 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải lượng và tính chẵn lẻ của hạt nhân này Điều này có thể minh họa bằng thời gian xảy ra phản ứng hạt nhân qua giai đoạn hạt nhân hợp phần Nếu hạt nhân có kích thước cỡ 10-12 cm và hạt vào bay qua hạt nhân. .. ứng biến đổi hạt nhân Phản ứng biến đổi hạt nhân hay còn gọi là phản ứng hạt nhân thực sự là quá trình tương tác tạo ra các hạt ở kênh ra khác các hạt ở kênh vào, nghĩa là các hạt sau phản ứng b và B khác các hạt trước phản ứng a và A: a+A → b + B hay A(a,b)B (1.4) Nhiều trường hợp cùng một kênh vào có các kênh ra phản ứng khác nhau hoặc kênh vào khác nhau nhưng có cùng sản phẩm phản ứng Ví dụ: p... 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 Hạt hoặc bức xạ kích thích hạt nhân (hạt/ bức xạ tới) gây ra phản ứng có thể là alpha (α), proton (p), nơtron (n), bức xạ gamma (γ),… Trong quá trình xảy ra phản ứng hạt nhân thì trạng thái tương tác... phần có thể trở thành hạt nhân bền hoặc hạt nhân phóng xạ tiếp tục phân rã beta và phát ra các tia gamma trễ với chu kì bán rã xác định được Trong nhiều trường hợp phương pháp kích hoạt thường đo các tia gamma trễ Hình 1.5 Sơ đồ phân rã hạt nhân của phản ứng bắt nơtron 1.4 Tiết diện bắt nơtron nhiệt 1.4.1 Khái quát về tiết diện phản ứng Nếu hạt nhân bia A có N hạt nhân/ cm3, mỗi hạt có diện tích hiệu... Phân bố năng lượng nơtron đối với bia Ta có và không đượclàm mát bằng nước, và so sánh với phân bố Maxwellian tại nhiệt độ hạt nhân = 0.45 MeV 2.2 Thí nghiệm xác định tiết diện phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd 2.2.1 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu Để tiến hành nghiên cứu thực hiện xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd cần sử dụng 3 loại mẫu, bao gồm: mẫu nghiên cứu (Pd), mẫu chuẩn