NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT (LUẬN VĂN THẠC SĨ)

NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT (LUẬN VĂN THẠC SĨ)NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT (LUẬN VĂN THẠC SĨ)NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT (LUẬN VĂN THẠC SĨ)NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT (LUẬN VĂN THẠC SĨ)NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT (LUẬN VĂN THẠC SĨ)NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT (LUẬN VĂN THẠC SĨ)NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT (LUẬN VĂN THẠC SĨ)NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 108Pd(n,γ)109Pd GÂY BỞI NƠTRON NHIỆT (LUẬN VĂN THẠC SĨ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG 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 – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG 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 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS NGUYỄN VĂN ĐỖ Hà Nội – 2015 LỜI CÁM ƠN Trong trình học tập làm việc để hoàn thành đƣợc 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 hƣớng dẫn, bảo tận tình Thầy mà em học hỏi đƣợc nhiều kiến thức lý thuyết Vật lý hạt nhân nhƣ 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 nhƣ khoa Vật lý Trƣờng ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội, dạỵ bảo em trình học tập trƣờng Cuối em xin đƣợc dành tất thành học tập dâng tặng ngƣời thân yêu gia đình, ngƣời bên cạnh động viên giúp đỡ em vƣợt qua khó khăn Hà Nội, tháng năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN 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 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 TÊN BẢNG TRANG 16 Các thông số số chất làm chậm Đặc trƣng mẫu Pd, Au In 29 Chế độ kích hoạt mẫu 31 Giá trị hệ số làm khớp Detector HPGe (ORTEC) 35 Giá trị thông lƣợng nơtron đƣợc nhiệt hóa vị trí mẫu In 43 hình 2.5 Các thông số phản ứng 115 In(n,γ)116mIn 108 Pd(n,γ)109Pd , 197 Au(n,γ)198Au, Các hệ số hiệu chỉnh đƣợc 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 46 47 47 48 49 DANH MỤC HÌNH VẼ STT TÊN HÌNH Hình 1.1 Định luật bảo toàn xung lƣợng phản ứng a + A → b +B Hình 1.2 Các mức lƣợng kích thích hạt nhân hợp phần Sơ đồ tán xạ đàn hồi nơtron lên hạt nhân hệ tọa độ Hình 1.3 phòng thí nghiệm (a) hệ tọa độ tâm quán tính (b) Hình 1.4 Sơ đồ tính δ TRANG 11 13 15 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 lƣợng 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 Phân bố lƣợng nơtron bia Ta có không đƣợc làm Hình 2.4 mát nƣớc, so sánh với phân bố Maxwellian nhiệt độ hạt nhân = 0.45 MeV 28 Hình 2.5 Sơ đồ xếp vị trí mẫu 30 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Bố trí thí nghiệm kích hoạt mẫu bề mặt hệ làm chậm nơtron nƣớc Sơ đồ hệ phổ kế gamma Đƣờng cong hiệu suất ghi đỉnh quang điện Detector bán dẫn HPGe (ORTEC) sử dụng nghiên cứu Sự phụ thuộc hoạt độ phóng xạ vào thời gian kích hoạt (ti), thời gian phân rã (td) thời gian đo (tc) Phổ gamma đặc trƣng mẫu Pd đƣợc kích hoạt nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 376 phút, thời gian đo 30 phút Phổ gamma đặc trƣng mẫu Au đƣợc kích hoạt nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 330 phút, thời gian đo 10 phút Phổ gamma đặc trƣng mẫu In đƣợc kích hoạt nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 344 phút, thời gian đo 200 giây Sơ đồ phân rã đơn giản 109Pd ( lƣợng: keV) Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd biểu diễn theo thang thời gian 30 31 36 38 44 45 45 46 50 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƢƠNG Error! Bookmark not defined TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG (n,γ) VÀ NHIỆT HÓA NƠTRON Error! Bookmark not defined 1.1 Phản ứng hạt nhân Error! Bookmark not defined 1.1.1 Khái niệm phản ứng hạt nhân Error! Bookmark not defined 1.1.2 Các loại phản ứng hạt nhân Error! Bookmark not defined 1.1.3 Các định luật bảo toàn phản ứng Error! Bookmark not defined 1.1.4 Năng lƣợng phản ứng Error! Bookmark not defined 1.1.5 Động học phản ứng Error! Bookmark not defined 1.2 Hạt nhân hợp phần, hạt nhân kích thích Error! Bookmark not defined 1.2.1 Phản ứng hạt nhân- Hạt nhân hợp phần Error! Bookmark not defined 1.2.2 Trạng thái kích thích Error! Bookmark not defined 1.3 Nhiệt hóa Nơtron Error! Bookmark not defined 1.3.1 Nơtron Error! Bookmark not defined 1.3.2 Đặc điểm nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined 1.3.3 Cơ chế làm chậm nơtron Error! Bookmark not defined 1.3.4 Tƣơng tác nơtron với vật chất Error! Bookmark not defined 1.4 Tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined 1.4.1 Khái quát tiết diện phản ứng Error! Bookmark not defined 1.4.2 Tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG 108Pd(n,)109Pd Error! Bookmark not defined 2.1 Nguồn nơtron xung máy gia tốc electron tuyến tính lƣợng 100 MeV Error! Bookmark not defined 2.2 Thí nghiệm xác định tiết diện phản ứng 108Pd(n,)109Pd Error! Bookmark not defined 2.2.1 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.2 Kích hoạt mẫu Error! Bookmark not defined 2.2.3 Đo hoạt độ phóng xạ mẫu sau kích hoạt Error! Bookmark not defined 2.2.4 Phân tích phổ gamma Error! Bookmark not defined 2.2.5 Xác định hiệu suất ghi detector Error! Bookmark not defined 2.3 Xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined 2.3.1 Xác định tốc độ phản ứng hạt nhân Error! Bookmark not defined 2.3.2 Xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined 2.4 Một số hiệu chỉnh nâng cao độ xác kết Error! Bookmark not defined 2.4.1 Xác định hệ số suy giảm tia gamma, Fg Error! Bookmark not defined 2.4.2 Hiệu chỉnh hiệu ứng tự che chắn nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined 2.4.3 Hiệu chỉnh hiệu ứng cộng đỉnh Error! Bookmark not defined 2.4.4 Hiệu chỉnh thông lƣợng nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Nhận diện đồng vị phóng xạ đặc trƣng phản ứng hạt nhân Error! Bookmark not defined 3.2 Một số kết hiệu chỉnh Error! Bookmark not defined 3.3 Kết xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108Pd(n,)109Pd Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Phản ứng hạt nhân làm biến đổi sâu sắc hạt nhân nguyên tử phát loại hạt/bức xạ khác nhau, mang theo thông tin liên quan tới đặc trƣng hạt nhân nhƣ trình tƣơng tác với hạt/bức xạ tới Phân tích thông tin thu đƣợc từ phản ứng hạt nhân nhận biết cấu trúc tính chất hạt nhân, nguồn gốc lƣợng hạt nhân đồng vị phóng xạ nhƣ khả ứng dụng chúng Chính mà từ lâu phản ứng hạt nhân trở thành hƣớng nghiên cứu quan trọng đƣợc sử dụng để khám phá hạt nhân nguyên tử Phản ứng hạt nhân xảy tƣơng tác loại hạt, xạ khác nhƣ alpha (), proton (p), nơtron (n), photon () 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 tƣơng 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 đƣợc 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 lƣợng rộng, thông lƣợng 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,) để nghiên cứu Cho tới phản ứng hạt nhân (n,) đƣợc nghiên cứu nhiều hạt nhân/đồng vị khác Các kết nghiên cứu giúp mở rộng hiểu biết bí mật hạt nhân nguyên tử nhƣ 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 nhƣ 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 lƣợng nguyên tố,…Tuy nhiên, đối tƣợng 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 nƣớc Bản luận văn “Nghiên cứu phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,)109Pd gây nơtron nhiệt” tập trung xác định thực nghiệm tiết diện phản ứng Trong 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 lƣu trữ Hydro Ngoài Palladium đƣợc sử dụng ngành nha khoa y học Đồng vị 108 109 Pd đƣợc sinh từ phản ứng Pd(n,)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,)109Pd Tuy nhiên, số liệu công bố khác tƣơng 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 đƣợc số liệu tốt để sử dụng Vì việc xác định thêm số liệu tiết diện để bổ xung vào thƣ viện số liệu hạt nhân phản ứng hạt nhân 108Pd(n,)109Pd cần thiết Cho tới hầu hết nghiên cứu phản ứng hạt nhân 108Pd(n,)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 đƣợc phát theo chế độ xung từ máy gia tốc electron tuyến tính, lƣợng cực đại 100 MeV Tiết diện phản ứng hạt nhân 108Pd(n,)109Pd đƣợc xác định phƣơng pháp kích hoạt kết hợp với kỹ thuật phổ gamma Hoạt độ đồng vị phóng xạ 109Pd đƣợc đo phổ phổ kế gamma bán dẫn Gecmani siêu tinh khiết, HPGe Tiết diện phản ứng đƣợc xác định phƣơng pháp tƣơng đối, nghĩa so sánh với tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 197Au(n,)198Au biết o,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 đƣợc luận văn 8.57±0.79 barn Kết đƣợc phân tích đánh giá chƣơng Bản luận văn gồm chƣơng với phần mở đầu, kết luận phụ lục Chƣơng 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 k m Chƣơng trình bày thí nghiệm phân tích số liệu nhằm xác định tiết diện bắt nơtron phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,γ)109Pd Chƣơng trình bày kết thực nghiệm xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 108Pd(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 đƣợc hoàn thành Trung tâm Vật lý Hạt nhân, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 10 Au In đƣợc kích hoạt Hình 3.4 biểu diễn sơ đồ phân rã đơn giản đồng vị 109 Pd Hình 3.2 Ph 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 Hình 3.3 Ph 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 52 Pd(n,)109Pd , 108 Bảng 3.1 Các thông số phản ứng hạt nhân Au(n,)198Au, 197 Phản ứng hạt nhân Thời gian bán rã, T1/2 108 Pd(n,)109Pd 13.7012 h (24) Au(n,)198Au 2.69517 d (21) 197 115 In(n,)116mIn 54.29 (17) In(n,)116mIn [40] 115 Các tia gamma Năng lƣợng (keV) Cƣờng độ (%) 88.04 (5) 3.6 (3) 311.4 (1) 0.032 (3) 411.8 (17) 95.58 675.88 (7) 0.804 (3) 416.86 (3) 27.7 (12) 1097.326 (22) 56.2 (11) 1293.558 (15) 84.4 (17) Độ phổ cập đồng vị (%) 26.46 (9) 100 95.7 (2) Hình 3.4 Sơ đồ phân rã đơn giản hóa 109Pd ( lượng keV) Từ sơ đồ phân rã thấy tia gamma với lƣợng 88.04 keV có cƣờng độ tƣơng đối lớn đƣợc sử dụng để xác tốc độ phản ứng hạt nhân gamma lại có cƣờng độ thấp nên không đƣợc sử dụng 53 108 Pd(n,)109Pd Các tia 3.2 Một số kết hiệu chỉnh Trong trình tính toán sử dụng hệ số hiệu chỉnh cadmium, FCd, lần lƣợt 108 cho phản ứng hạt nhân Pd(n,)109Pd 197 Au(n,)198Au từ tài liệu tham khảo [15] Hệ số westcott, g, đƣợc lấy từ tài liệu tham khảo [5] Giá trị hệ số hiệu chỉnh đƣợc sử dụng để xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân: 108 Pd(n,)109Pd 197 Au(n,)198Au đƣợc 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 đƣợc 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 FCd [15] g[5] 108 Pd(n,)109Pd 1.00 1.0096 197 Au(n,)198Au 1.009 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 Hệ số tự chắn, Gth Eγ (keV) Fg(%) 108 Pd(n,)109Pd 0.9996 88.04 0.945 197 Au(n,)198Au 0.9902 411.80 0.998 3.3 Kết ác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108Pd(n,)109Pd Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 108 Pd(n,)109Pd đƣợc xác định theo công thức (2.20) cho giá trị: 0, Pd= 8.57 ± 0.79 barn Các nguồn sai số đóng góp vào sai số xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt đƣợc liệt kê bảng 3.4 Hai nguồn sai số lớn sai số xác định cƣờng độ tia gamma hiệu suất ghi Các nguồn sai số khác nhƣ sai số thống kê, sai số hình học đo, hệ số tự che chắn nơtron nhiệt…là tƣơng đối nhỏ Sai số tổng cộng việc xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt 108Pd đƣợc đánh giá luận văn 9.2 % 54 Bảng 3.4 Các nguồn sai số xác định tiết diện nơtron nhiệt Sai số (%) Nguồn sai số 197 Au 109 Pd 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 lƣợng (của mẫu) 0.20 0.20 Thời gian sống 0.008 0.02 Cƣờng 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 đƣợc 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 tƣơng 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 đƣợc luận văn là: 0, 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 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 55 M Sehgal et al [26] 63.4% Hai số liệu số liệu cũ, đƣợc đo từ năm 1960 [37] 1959 [26] Kết luận văn phù hợp phạm vi sai số với tất số liệu đƣợc 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,)109Pd Năm 2014 2008 2006 2005 2005 2003 1987 1960 1959 1958 1947 2014 2011 2011 2011 2010 2010 2010 2006 1992 σ0(barn) Tác giả 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 - ế ế ả ô ố ) ả 56 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 Kết luận văn kết khác đƣợc đo đánh giá cho phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd thời gian từ 1947 tới đƣợc biểu diễn hình 3.5 để minh họa tiện so sánh 20 Tiet dien bat notron nhiet (barn) R.B Firestone et al.[27] Nudat2 [39] CENDL 3.1 [35] JENDL 4.0 [5] ENDF/B-VII.1 [5] BROND-2.2 [38] ROSFOND-2010 [5] H Meister [17] L Seren et al [22] W SLYON [37] M Krticka et al [25] S.F Mughabghab [35] M Sehgal et al [26] C.L Duncan et al.[12] 18 16 JEFF-3.1.2 [5] E Gryntakis et al [7] S.F Mughabghab [34] EAF-2010 [5] Atlat [5] Luan Van 14 12 10 108 Pd(n,109Pd 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Hình 3.5 Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd biểu diễn theo thang thời gian 57 KẾT LUẬN Bản luận văn trình bày kết xác định thực nghiệm tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,)109Pd gây nơtron xung máy gia tốc electron tuyến tính có lƣợng cực đại 100 MeV Tiết diện phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,)109Pd đƣợc xác định phƣơng pháp tƣơng đối, sở so sánh với tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 197 Au(n,)198Au có giá trị 98,65±0,09 barn Tiết diện phản ứng hạt nhân 108Pd(n,)109Pd với nơtron nhiệt thu đƣợc 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 thu đƣợc luận văn nhƣ hợp lý phƣơng 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 đƣợc củng cố bổ xung số kiến thức phản ứng hạt nhân nói chung phản ứng bắt nơtron nói riêng, đồng thời tiếp thu đƣợc số kiến thức kinh nghiệm liên quan tới phƣơng pháp kỹ thuật nghiên cứu vật lý hạt nhân thực nghiệm Tác giả luận văn hoàn thành đƣợc nội dung đặt cho luận văn xác định tiết diện phản ứng hạt nhân 108 Pd(n,)109Pd Sau nghiên cứu, xác định thành công tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân (n,) đồng vị 108 Pd tác giả luận văn nhận thấy tiếp tục nghiên cứu để xác định tiết diện tích phân cộng hƣởng phản ứng hạt nhân 108Pd(n,)109Pd Hy vọng thời gian tới tác giả luận văn có điều kiện để tiếp tục thực nội dung nghiên cứu 58 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 Li raries”, 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, “Hand ook 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 & Sons Ltd, 1972 14 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 59 15 F De Corte, A Simonits, A De Wispelaere, “ Comparative study of measured and critically evaluated resonace integral to thermal cross section ratios”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 133(1989) 131-151 16 F Jallu et al, “Photoneutron production in Tungsten, Praseodymin, copper and and eryllium y using high energy electron linear accelerator”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 155(1999) 373- 381 17 H.Meister, ''The activation cross sections of Mn-55, Cu-63, Pd-108, and In-115 for thermal neutrons'', Journal of Nuclear Energy 13 (1958) 820 18 Harald A Enge, “Introduction to nuclear physics”, Addition- Wiley publishing company, 1983 19 J D T Arruda-Neto, M Filadelto, “Feasi ility study for the implementation of an intense linac- ased neutron source facility in Sao Paulo”, Applied Radiation and Isotopes, 50(1999) 491- 495 20 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, Journal of the Korean Physical Society, Vol 49, No 1, July 2006, pp 89- 96 21 K Shibata et al: "JENDL-4.0: A New Library for Nuclear Science and Engineering", Journal of Nuclear Science and Technology, 48(1), 1-30 (2011) 22 L Seren, H N Friedlander, S H Turkel, “Thermal neutron activation cross section”, Physical Review, 72 (1947) 888 23 M Blaauw, “The confusing issue of the neutron capture cross- section to use in thermal neutron self- shielding computations”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 356(1995) 403 24 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 monitor”, Annals of nuclear energy vol.31(2004) 1285- 1297 25 M Krticka et al: ''Thermal neutron capture cross section of palladium isotopes'', Journal of Nuclear Energy 77 (2008) 054615 26 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) 230960 2315 29 Nguyen Van Do and Pham Duc Khue, “Neutron yields from thick Ta target om arded y 65 MeV electron eam”, Communications in Physics, Vol.14, No.4(2004), pp 209- 214 30 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 (2013) 10-17 31 Paul Reuss, “Neutron physics”, EDP Sciences (August 15, 2008) 32 R Terlizze, U Abbondano, “ The La-139 cross sections: Key for the onset of the s- process”, Physical Review, C75, 03 (2007) 58 33 Richard B Firestone et al, ''Table of Isotopes'', Version 1.0 (4-1996) 34 S.F Mughabghab, “Thermal neutron capture cross section, resonance integrals and g factor”, Progress report on Research INDC(NDS)-440, Distr PG+ R, IAEA 2003 35 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'', Journal of Nuclear Energy (1960) 378 38 BROND-2.2,Web: 39 NUDAT-2, Web: 40 Table of Isotopes, Web:< http://ie.lbl.gov/toi.html> 61 PHỤ LỤC Hình P.1 Trung tâm gia tốc Pohang, Hàn Quốc Hình P.2 Detector HPGe (ORTEC) 62 Hình P.3 Hệ điện tử máy tính kết nối ghi nhân ph gamma Hình P.4 Giao diện phần m m ghi nhận xử l ph GammaVision 63 He so tu chan doi voi notron nhiet 1.2 Pd 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 Be day mau (mm) Hình P.5 Sự phụ thuộc hệ số tự chắn nơtron nhiệt vào b dày Pd HÖ sè tù ch¾n ®èi víi n¬tron nhiÖt 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 b dày mẫu Au- In 64 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 697262 tc=600 600 r=2.0*10^(-6) 10 lamda=0.693/(2.6952*24*3600) 2.97597 10 tcp=1/15 15 n0=0.1653*6.022*10^23/196.97 20 5.05375 10 Nobs=(20779-249) 20530 TS=Nobs*lamda*(1-Exp[-lamda*tcp]) 1.21215 10 MS=n0*e*Ig*(1-Exp[-lamda*r])*(1-Exp[-lamda*ti])*Exp[-lamda*tw]*(1-Exp[-lamda*tc]) 322.973 R=TS/MS 11 3.75308 10 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) 10 lamda=0.693/(13.7012*3600) 0.0000140499 n0=0.1653*6.022*10^23*0.2646/107.9 20 2.44108 10 S=(2877-568)*1.11/0.945 2712.16 tcp=1/15 65 15 R=(S*lamda*(1-Exp[-lamda*tcp]))/(n0*eff*i*(1-Exp[-lamda*r])*(1-Exp[-lamda*ti])*Exp[lamda*tw]*(1-Exp[-lamda*tc])) 12 4.3097 10 c Tính toán hệ số tự che chắn nơtron nhiệt (của Au) RSigAu=98.65*10^(-24) 23 9.865 10 DAu=19.28 19.28 MAu=196.97 196.97 NoAu=(6.022*10^23*DAu)/MAu 22 5.89451 10 MSigAu=RSigAu*NoAu 5.81493 Si=2/(Sqrt[3.14])*MSigAu*0.003 0.0196893 Gth=(1-Exp[-Si])/Si 0.99022 d Tính toán thiết diện phản ứng 108Pd(n,)109Pd RPd=4.3*10^(-12) 12 4.3 10 RCdPd=2.55*10^(-12) 12 2.55 10 RAu=3.75*10^(-11) 11 3.75 10 RCdAu=1.73*10^(-11) 11 1.73 10 xichmaAu=98.65*10^(-24) 23 9.865 10 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)/(RAuFcdAu*RCdAu))*(gAu/gPd)*(GthAu/GthPd) 24 8.51329 10 66 [...]... 63Zn + n Trong thực tế có nhiều loại phản ứng biến đổi hạt nhân nhƣ: 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... QUAN VỀ PHẢN ỨNG (n,γ) VÀ NHIỆT HÓA NƠTRON 1.1 Phản ứng hạt nhân 1.1.1 Khái niệm về phản ứng hạt nhân Phản ứng hạt nhân nhân tạo đầu tiên đƣợc tạo ra từ phòng thí nghiệm của Rutherford năm 1919 khi bắn chùm hạt alpha () từ nguồn đồng vị vào hạt nhân Nitơ (N) tạo ra 17O và Proton (p)  + 14N → 17O + p Ngày nay, có thể gây ra rất nhiều loại phản ứng hạt nhân khác nhau do sự đa dạng của các chùm hạt/ bức... tạo ra từ lò phản ứng và các máy gia tốc khác nhau Một phản ứng hạt nhân thƣờng đƣợc viết nhƣ 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 phƣơng khác nhau [2] Phản ứng hạt nhân xảy ra khi một chùm hạt hoặc bức xạ tƣơng tác với hạt nhân ở khoảng... có nhiệt độ nóng chảy cao để tạo ra bức xạ hãm Sau khi đƣợc sinh ra, bức xạ hãm gây phản ứng quang hạt nhân (,xn) với chính các hạt nhân bia để phát ra nơtron Các phản ứng quang hạt nhân là phản ứng ngƣỡng, vì vậy chỉ những photon có năng lƣợng lớn hơn hơn ngƣỡng mới có thể gây ra phản ứng Đối với các hạt nhân nặng, phản ứng (,n) đóng vai trò chính trong vùng cộng hƣởng khổng lồ Phần lớn các nơtron. .. ứng biến đổi hạt nhân Phản ứng biến đổi hạt nhân hay còn gọi là phản ứng hạt nhân thực sự là quá trình tƣơng 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 trƣớc phản ứng a và A: a+A  b + B hay A(a,b)B (1.4) Nhiều trƣờng hợp cùng một kênh vào có các kênh ra phản ứng khác nhau hoặc kênh vào khác nhau nhƣng có cùng sản phẩm phản ứng Ví dụ: p +... diện phản ứng 108Pd(n,)109Pd 2.2.1 Chuẩn bị mẫu nghi n cứu Để tiến hành nghiên cứu thực hiện xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân 108Pd(n,)109Pd cần sử dụng 3 loại mẫu, bao gồm: mẫu nghiên cứu (Pd), mẫu chuẩn (Au), và mẫu dùng để xác định thông lƣợng của nơtron tại các vị trí chiếu mẫu và mẫu chuẩn hay còn gọi là monito thông lƣợng nơtron (In) Trong nghiên cứu phản ứng 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 tƣơng 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 C và phân rã hạt nhân này là độc lập với nhau Khả năng phân rã hạt nhân hợp phần không... thời, hạt nhân hợp 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 25 kì bán rã xác định đƣợc Trong nhiều trƣờng hợp phƣơng pháp kích hoạt thƣờng 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. .. sau phản ứng hạt nhân có sự phân bố lại năng 11 lƣợng, xung lƣợng 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 (), proton (p), nơtron (n), bức xạ gamma (),… Trong quá trình xảy ra phản ứng hạt nhân thì trạng thái tƣơng tác ban đầu a + A còn đƣợc gọi là kênh lối vào và trạng thái cuối b + B còn gọi là kênh lối ra Một phản ứng. .. của nơtron với động năng của nơtron tới Đây chính là hiện tƣợng bắt nơtron 3 Nơtron tới bị bắt và các hạt sơ cấp khác đƣợc phát ra…đó là các phản ứng nhƣ (n,p), (n,α), (n,n’), (n,2n)… Phản ứng bắt nơtron Khi hạt nhân hấp thụ (bắt) nơtron nhiệt (năng lƣợng 0.025 eV) sẽ tạo thành hạt nhân hợp phần ở trạng thái kích thích Năng lƣợng kích thích bằng tổng năng lƣợng liên kết của nơtron và động năng của nơtron ... tiến hành nghiên cứu nhiều phản ứng hạt nhân với nơtron Trong luận văn tác giả chọn phản ứng bắt nơtron (n,) để nghiên cứu Cho tới phản ứng hạt nhân (n,) đƣợc nghiên cứu nhiều hạt nhân/ đồng... hãm gây phản ứng quang hạt nhân (,xn) với hạt nhân bia để phát nơtron Các phản ứng quang hạt nhân phản ứng ngƣỡng, photon có lƣợng lớn hơn ngƣỡng gây phản ứng Đối với hạt nhân nặng, phản ứng. .. 208Pb(12C,12C*)208Pb* c Phản ứng biến đổi hạt nhân Phản ứng biến đổi hạt nhân hay gọi phản ứng hạt nhân thực trình tƣơng tác tạo hạt kênh khác hạt kênh vào, nghĩa hạt sau phản ứng b B khác hạt trƣớc phản ứng a