DSpace at VNU: Mô phỏng suất lượng quang phân hạch của các bia 238U đặt trong buồng khí gây bởi chùm bức xạ hãm có năng lượng cực đại 50 MeV

Mô phỏng suấ t lươ ̣ng quang phân ̣ch của các bia 238U đă ̣t buồ ng khí gây bởi chùm bức xa ̣ ham ̃ có lươ ̣ng cực đa ̣i 50 MeV Đặng Thị Vui Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số 60 44 01 06 Người hướng dẫn: TS Phan Viê ̣t Cương Năm bảo vệ: 2013 Abstract Quá trình quang phân hạch để tạo chùm đồng vị phóng xạ giàu neutron dự án Alto Kỹ thuật tách đồng vị online (isol techinique – isotope separation online) Nguồn ion hóa Ion guide Giới thiệu dự án alto q trình tạo chùm đồng vị phóng xạ giàu notron phản ứng quang phân hạch tổ hợp thiết bị Alto xạ hãm Phân bố electron bi Tiết diện vi phân phát xạ hãm Sự lượng electron Các hiệu ứng khác Mơ q trình tạo xạ hãm mơ suất lượng quang phân hạch 238u gây chùm xạ hãm có lượng cực đại 50 mev Giới thiệu công cụ geant4.Mô suất lượng quang phân hạch 238u buồng khí: ion-guide tương lai dự án alto Keywords Vật lý nguyên tử; Chùm xạ; Quang phân hạch Content MỞ ĐẦU Trong cộng đồng vật lý hạt nhân ngày có quan tâm lớn đến hạt nhân nằm xa đường bền đặc biệt hạt nhân giàu nơtron Việc nghiên cứu hạt nhân giúp hiểu rõ vật chất hạt nhân thay đổi số magic hạt lạ Để nghiên cứu hạt nhân nằm xa đường bền, cần có chùm đồng vị phóng xạ cường độ lớn có tính chọn lọc cao Để tạo chùm đồng vị phóng xạ thế, phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân giới sử dụng hai phương pháp: Kỹ thuật tách đồng vị online – ISOL (Isotope Separation Online) phương pháp In Flight Đối với kỹ thuật ISOL nhằm tạo đồng vị phóng xạ giàu nơtron nằm xa đường bền, phân hạch hạt nhân actinide “công cụ mạnh” thường sử dụng Trong phương pháp ISOL, người ta thường sử dụng bia dày, sản phẩm phản ứng nhiệt hóa, trung hòa điện bia, khuếch tán nhiệt khỏi bia bay vào nguồn ion hóa để tái ion hóa Sau đó, đồng vị cần quan tâm nghiên cứu tách khỏi đồng vị khác nhờ khối phổ kế từ tiếp tục gia tốc Ưu điểm lớn bia dày số lượng nguyên tử hạt nhân bia lớn kéo theo suất lượng phản ứng tăng Nhưng bất lợi với phương pháp ISOL nói chung khó để đạt độ tinh khiết chùm đồng vị phóng xạ cao nhiều đồng vị sản xuất đồng thời bia Ngoài đề cập đồng vị phóng xạ tạo thành bị lượng va chạm với vật liệu bia dừng lại bia dẫn đến làm giảm hiệu suất khuếch tán sản phẩm phản ứng khỏi bia, đặc biệt nguyên tố có nhiệt độ nóng chảy cao Colbalt hay Niken…Vì thay cho bia dày, sử dụng bia mỏng đặt buồng khí (thường chứa khí hiếm, ví dụ He hay Ar) để hãm nhiệt hóa sản phẩm phản ứng tạo giật lùi khỏi bia chuyển chúng đến phần gia tốc phổ kế từ luồng khí tạo hệ thống bơm, kỹ thuật thường gọi kỹ thuật IGISOL (Ion guide Isotope Separation Online) Có nhiều q trình khác xảy ion chuyển động buồng khí như: làm thay đổi trạng thái điện tích ion va chạm trao đổi điện tích, q trình tái kết hợp với tham gia electron, ion ngun tử khí trung hòa, q trình ion va chạm với thành buồng khí… Tuy nhiên, luận văn này, chúng tơi quan tâm đến việc tính toán suất lượng quang phân hạch 238 U đặt buồng khí Ar gây chùm xạ hãm có lượng cực đại 50 MeV Suất lượng phản ứng số phản ứng hạt nhân xảy bia gây chùm hạt tới đơn vị thời gian Theo nghiên cứu trước phụ thuộc suất lượng quang phân hạch 238U hàm lượng electron suất lượng tăng nhanh theo lượng electron 30 MeV sau tăng chậm bắt đầu đạt giá trị bão hòa 45 MeV Chính vậy, chùm electron có lượng 50 MeV xem lượng tối ưu Dự án máy gia tốc ALTO xây dựng sở thành cơng thí nghiệm quang phân hạch CERN (European Organization for Nuclear Research) Máy gia tốc ALTO sử dụng LPI (linear pre-injector) cũ LEP CERN gia tốc chùm electron lên đến 50 MeV cho phép đạt điều kiện tối ưu cho phản ứng phân hạch Trong trình quang phân hạch, chùm electron nhanh từ máy gia tốc tương tác với bia nặng (ví dụ W, Pb…) hay với bia phân hạch tạo chùm photon có lượng liên tục Chùm photon sau gây phân hạch bia Bản luận văn “ Mô suất lượng quang phân hạch U238 gây chùm electron có lượng cực đại 50 Mev” sử dụng chương trình mơ GEANT4 (Geometry And Tracking) Geant4 cơng cụ mơ q trình tương tác xạ với vật chất, có mã nguồn mở, độ tin cậy cao nghiên cứu phát triển đội ngũ nhà khoa học CERN Trong luận văn này, phát triển code riêng sở thừa kế lớp có sẵn công cụ Geant4 để mô tả mô trình quang phân hạch phản ứng quang hạt nhân bia 238U Bản luận văn dài 43 trang gờ m 22 hình vẽ, bảng biểu 21 tài liệu tham khảo Ngoài phần mở đầu kết luận luận văn chia thành ba chương: Chương 1: Quá trình quang phân hạch để tạo chùm đồng vị phóng xạ giàu neutron Dự án ALTO Chương 2: Bức xạ hãm Chương 3: Mơ q trình tạo xạ hãm mô suất lượng quang phân hạch 238U gây chùm xạ hãm có lượng cực đại 50 MeV Reference TÀI LIỆU THAM KHẢO M Lindroos Review of ISOL – type radioactive beam facilities.Proceeding of EPAC 2004, Lucerne, Switzerland K Perajarvi, U C Bergmann, V N Fedoseyev, A Joinet, U Koster, C Lau, J Lettry, H Rawn and M Santana-Leitner, Nucl Inst And Meth In Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 204, 272-277 (2003) Phan Viet Cuong Development of a new surface ion-source and ion guide in the ALTO project.PHD thesis, CNRS-UNIVERSITÉ Paris-Sud 2009 Tetsu Sonoda, Masahiro Fujita, Akiyoshi Yamazaki, et al Development of the RF-IGISOL at CYRIC.Nucl.Inst.And Meth In Physics Research Section B 254 (2007) 295-299 Yu Kudryavsev, B Bruyneel, M Huyse, J Gentens, P Van den Bergh, P Van Duppen, L Vermeeren A gas cell for thermalizing, storing and transporting radioactive ions and atoms Part I: Off-line studies with a laser ion source Nucl.Inst.And Meth In Physics Research Section B 179 (2001) 412-435 Kalorina Kolos Probing the nuclear structure in the vicinity of 78 spectroscopy of 84Ga PHD thesis, CNRS-UNIVERSITÉ Paris-Sud 2012 W Diamond, Nucl Inst and Meth.A 432, 471 (1999) Y Oganessian, Nuclear Physics A 701, 87-95 (2002) Ni via beta decay F Ibrahim, Eur Phys J A 15, 357 (2002) 10.M Mirea, O Bajeat et al Exploratory analysis of a neutron-rich nuclei source based on photo-fission Nucl.Inst and Meth.B 201 (2003) 433-448 11 W R Leo Techniques for nuclear and particle physics experiment.Springer-Verlag public house, December 1993 12 W A McKinley Jr., H Feshback, Phys Rev 74 (1948) 13 W T Scott, Rev Mod Phys 35 (1963) 231 14 H W Koch, J W Motz, Rev Mod Phys 31 (1950) 920 15 M J Berger, S M Seltzer, Phys Rev C2 (1970) 621 16 G Knop et al Alpha, beta and gamma-ray spectroscopy, North Holland Publishers Amsterdam, 1968, Chapter 1, p.1 17 S P Ahlen, Rev Mod Phys 52 (1980) 121 18 T Tabata, R Ito, Nucl Instr and Meth 158 (1979) 521 19 Geant4 collaborators Geant4 Application Developer Guide 20 S Franchoo Cahier des charges aligre, Private Communication 21 J T Caldwell et al, Phys Rev C 21 (1980) 1215  ... ứng phân hạch Trong trình quang phân hạch, chùm electron nhanh từ máy gia tốc tương tác với bia nặng (ví dụ W, Pb…) hay với bia phân hạch tạo chùm photon có lượng liên tục Chùm photon sau gây phân. .. tâm đến việc tính tốn suất lượng quang phân hạch 238 U đặt buồng khí Ar gây chùm xạ hãm có lượng cực đại 50 MeV Suất lượng phản ứng số phản ứng hạt nhân xảy bia gây chùm hạt tới đơn vị thời gian... đội ngũ nhà khoa học CERN Trong luận văn này, phát triển code riêng sở thừa kế lớp có sẵn công cụ Geant4 để mô tả mô trình quang phân hạch phản ứng quang hạt nhân bia 238U Bản luận văn dài 43