Khoa học và công nghệ hạt nhân đã được nghiên cứu phát triển và ứng dụng vào thực tiễn ở nhiều quốc gia trên thế giới từ những năm 1940 cho đến nay và đã đạt được nhiều thành tựu to lớn, đóng góp vào sự phát triển của nền kinh tế xã hội của quốc tế nói chung và đối với nhiều Quốc gia nói riêng như: Mỹ, Nhật Bản, Nga, Ấn Độ 11. Trong những năm gần đây, Việt Nam cũng đặc biệt quan tâm đến nghiên cứu về số liệu hạt nhân cơ bản và ứng dụng kĩ thuật hạt nhân trong công nghiệp và nông nghiệp và đã có nhiều tiến bộ quả nhất định.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN ĐỖ NGỌC MẾN XÁC ĐỊNH THỰC NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ CÁC TIA GAMMA TỨC THỜI TỪ PHẢN ỨNG BẮT NƠTRON NHIỆT 51V (n, γ) V52 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN LÂM ĐỒNG, 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN ĐỖ NGỌC MẾN – 1310542 XÁC ĐỊNH THỰC NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ CÁC TIA GAMMA TỨC THỜI TỪ PHẢN ỨNG BẮT NƠTRON NHIỆT 51V (n, γ) V52 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS PHẠM NGỌC SƠN KHÓA 2013 – 2018 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực khóa luận tốt nghiệp này, tơi nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình tâm huyết thầy Viện nghiên cứu Hạt nhân thầy cô Trường Đại học Đà Lạt Lời đầu tiền, xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc dành tình cảm q mến, kính trọng đến người thầy TS Phạm Ngọc Sơn hướng dẫn thực nội dung cơng việc khóa luận Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám Hiệu, quý Thầy Cô khoa Kỹ Thuật Hạt Nhân, Trường Đại học Đà Lạt truyền đạt cho kiến thức, đam mê học tập nghiên cứu trường Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn biết ơn đến Ban Lãnh đạo Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, Trung tâm Vật lý Điện tử hạt nhân tạo điều kiện thuận lợi cho q trình làm thực nghiệm khóa luận lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè người thân yêu bên cạnh ủng hộ, động viên, tin tưởng, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt năm học Đại học vừa qua Xin chân thành cảm ơn Đỗ Ngọc Mến i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi người hướng dẫn khoa học TS Phạm Ngọc Sơn công tác Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Các số liệu kết thực nghiệm đo khóa luận hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Ngồi ra, khóa luận khơng có chép đề tài, khóa luận nhờ người khác làm thay Các số liệu, công thức thơng tin sử dụng khóa luận có ghi nguồn trích dẫn từ tài liệu tham khảo Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung trình bày khóa luận Đà Lạt, ngày 19 tháng 12 năm 2017 Người cam đoan Đỗ Ngọc Mến ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .vii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Môt số đặc trưng nguyên tố Vanadium 1.2 Phương pháp kích hoạt nơtron đo gamma tức thời 1.3 Phương trình tốc độ phản ứng (n,γ ) .6 1.4 Hệ PGNAA số nước giới 1.4.1 Trên giới 1.4.2 Hệ thiết bị PGNAA lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 1.5 Kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 10 1.5.1 Giới thiệu kênh ngang số 10 1.5.2 Hệ phở kế gamma dùng đầu dò HPGe 14 1.6 Tổng kết chương 16 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 17 2.1 Hiệu chuẩn hệ phổ kế 17 2.1.1 Chuẩn lượng hệ phổ kế 17 2.1.2 Chuẩn hiệu suất ghi 18 2.2 Thực nghiệm xác định cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng bắt 59 60 nơtron nhiệt V(n,γ ) V 26 2.2.1 Chuẩn bị mẫu 26 2.2.2 Chiếu đo mẫu 27 2.3 Tổng kết chương 29 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Kết thực nghiệm 30 iii 3.3 Tổng kết chương 35 KẾT LUẬN 36 KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt HPGe Tiếng Anh High Purity Germanium Tiếng Việt Đầu dò bán dẫn Ge siêu tinh khiết IEA International Atomic Energy Agency PGNAA Prompt gamma nơtron activation analysis Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế Phân tích kích hoạt nơtron đo gamma tức thời GELINA Geel Linear Accelerator Máy gia tốc điện tử tuyến tính Geel, Bi CERN BNC Conseil Européen pour la Tổ chức Nghiên cứu Recherche Nucléaire Nguyên tử Châu Âu Budapest Nơtron Centre n-TOF Time of Flight ILL International Laue Phương pháp thời gian bay Langevin PTFE Trung tâm nơtron Budapest Viện Laue Langevin Grenoble, Pháp Polytetrafloetylen Vật liệu để làm hộp chiếu mẫu cho phương pháp PGNAA v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Các đặc điểm số hệ phân tích PGNAA số nước giới Bảng Các đặc điểm hệ phân tích PGNAA Đà Lạt .10 Bảng Số liệu hạt nhân số nguồn chuẩn 19 Bảng Số liệu hiệu suất ghi cho vị trí nguồn cách đầu dò 38.5 cm .21 Bảng Số liệu tính tốn sai số hiệu suất ghi 24 Bảng Hiệu suất ghi tương ứng vơi mức lượng hạt nhân 51 51 V .33 Bảng Cường độ tia gamma tức thời hạt nhân V đinh lượng khác 34 vi 26 Hình Lá dò V tinh khiết 99,99% 2.2.2 Chiếu đo mẫu Cấu hình thực nghiệm hệ PGNAA bố trí chùm nơtron phin lọc nhiệt, kênh ngang số Thông lượng nơtron nhiệt vị trí chiếu mẫu 1.6×10 n.cm − s−1 ti số Cd 420 Tại lối chùm nơtron, bố trí buồng đo bên lót Polyethylene mật độ cao (HDPE) có pha 5% Li để che chắn nơtron tán xạ Bên buồng đo giá đỡ mẫu làm bằng vật liệu PTFE có tác dụng cố định mẫu vị trí suốt q trình chiếu-đo Mẫu đặt góc 45 khoảng cách từ mẫu đến đầu dò 38.5 cm 51 Để xác định cường độ tia gamma tức thời mẫu V chiếu kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Các bước thực nghiệm + Xác định hiệu suất ghi tuyệt đối đầu dò từ đường cong hiệu suất, + Đo phổ phông gamma, + Chiếu mẫu đo phổ gamma tức thời từ phản ứng (n,γ ), + Xử lí số liệu thực nghiêm tính toán xác định cường độ tuyệt đối Iγ , + Tính tốn đánh giá sai số Kết đo phở gamma số nguồn chuẩn Hình 10, 11 12 đây: 27 51 Vvà 35 Cl mơ tả Hình 10 Thực nghiệm phở gamma nguồn chuẩn kênh ngang số Hình 11 Phở gamma nguồn chuẩn 51 28 51 V đo trực tiếp V đo trực tiếp kênh ngang số Hình 12 Phở gamma nguồn chuẩn 35 Cl đo trực tiếp kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 2.3 Tổng kết chương Chương mô tả chi tiết phương pháp thực nghiệm xác định cường độ tia gamma tức thời sử dụng khóa luận bao gồm: Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma bao gồm việc chuẩn lượng chuẩn hiệu suất ghi theo cấu hình đo thực tế Phương pháp đo phổ phát xạ gamma từ phản ứng bắt nơtron nhiệt từ xác định cường độ tuyệt đối tia gamma tức thời Đối tượng mẫu nghiên cứu khóa luận bao gồm V, Cl, cùng số nguồn chuẩn Thực nghiệm xác định cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt hạt nhân 51 V 29 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Nội dung chương xác định kết đại lượng cần đo, đánh giá sai số 3.1 Kết thực nghiệm Để xác định cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt 51 mẫu V, bước thực nghiệm tiến hành kênh ngang số Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Các bước tiến hành sau: Chiếu đo mẫu 51 V thời gian 11688.23 giây Đo phổ phông thời gian 62466 giây Xác định hiệu suất ghi đầu dò đinh lượng gamma quan tâm sử dụng đường cong hiệu suất thiết lập chương sau: y = 0.06212 x -0.94525 x +5.77391 x -17.7538 x +26.80813 x –17.35874 Trong đó: y = logε hiệu suất ghi đầu dò x = logE lượng đinh gamma Trong phép đo xác định cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt việc xác định xác hiệu suất ghi tuyệt đối đầu dò quan trọng cần thiết Phổ gamma tức thời thu sau tiến hành thực nghiệm đo trực tiếp kênh ngang số Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt phân tích loại trừ ảnh hưởng từ phở phơng 30 Hình 13 Phở gamma tức thời mẫu Vanadium phổ phông gamma thu đo trực tiếp kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Hình 14 Phở gamma tức thời mẫu Vanadium phổ phông gamma thu đo trực tiếp kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 31 Hình 15 Phổ gamma tức thời mẫu Vanadi thu vùng lượng từ 80- 4000 keV Hình 16 Phổ gamma tức thời mẫu Vanadi thu khoảng lượng từ 4000-8000 keV 32 Kết thực nghiệm xác định cường độ tương đối tia gamma tức thời từ phản ứng (n,γ ) hạt nhân 51 V xác định bằng phương pháp thực nghiệm bước tính tốn mức lượng mô tả Bảng Bảng Bảng Hiệu suất ghi tương ứng vơi mức lượng hạt nhân Diện tích đinh Sai số Diện tích lượng E (keV) hạt nhân (số đếm) diện tích đinh % phơng (số đếm) 124.5 5406 125.03 Năng Sai số diện 51 V Diện tích Hiệu suất đinh thực (số đêm) ghi ε 8.10 5406 8.33E-04 39591 0.90 39591 8.33E-04 147.8 5339 4.70 5339 8.05E-04 436.61 5610 7.04 4656 4.86E-04 645.69 9358 3.00 9358 3.69E-04 823.19 3760 5.30 3760 3.06E-04 1558.79 3000 8.00 5167 21.00 2033 1.80E-04 1709.78 8134 5.60 37159 3.80 1181 1.66E-04 1777.91 12300 2.95 59060 1.00 1249 1.61E-04 1952.92 576 23.00 824 422 1.48E-04 2145.84 1369 11.50 3640 688 1.36E-04 5142.28 606 30.00 606 6.39E-05 5515.76 1694 13.67 833 6.03E-05 5752.03 710 20.90 710 5.82E-05 6464.84 798 13.00 798 5.29E-05 5098 4600 33 tích phơng % 1.40 25.00 11.70 6517.26 1501 7.10 1501 5.25E-05 6874.12 876 13.00 876 5.03E-05 7162.84 1008 10.00 1008 4.87E-05 7310.66 448 18 448 4.79E-05 Bảng Cường độ tia gamma tức thời hạt nhân lượng khác 51 V đinh Cường độ tức Cường độ Độ lệch độ phát % phát theo lý thuyết % thực nghiệm lý thuyết % 25.60 8.64 32.74 21.81 125.03 187.64 3.13 217.86 13.87 147.8 26.17 5.58 38.14 31.37 436.61 37.83 7.78 41.09 7.92 645.69 100.00 3.00 100.00 823.19 48.42 6.09 46.51 4.10 1558.79 44.52 22.53 51.94 14.28 1777.91 30.66 4.32 31.78 3.54 1952.92 11.23 23.19 10.85 3.52 2145.84 19.90 27.68 25.74 22.70 5142.28 37.40 30.15 29.92 24.99 5515.76 54.55 18.24 61.32 11.05 5752.03 48.13 21.11 58.22 17.33 Năng lượng thời (lấy đinh Sai số cường E (keV) 645.69 làm chuẩn 100%) 124.5 34 6464.84 59.57 13.34 69.46 14.24 6517.26 112.78 7.71 127.91 11.82 6874.12 68.74 13.34 80.62 14.74 7162.84 81.77 10.44 98.45 16.94 7310.66 36.95 18.64 38.91 5.06 Kết đo có sai số trung bình < 13% Nguồn đóng góp dẫn đến sai số phép đo bao gồm: sai số thống kê diện tích đinh trung bình (2-5%), sai số hiệu suất ghi tuyệt đối đầu dò (2.23%) sai số hằng số hạt nhân sử dụng tính tốn, thời gian đo phở Vanadi không đủ lớn nên số đinh Vanadi thu không nhiều dẫn đến sai số thống kê có thể lớn, đinh lượng có số đếm thống kê đủ lớn ghi nhận bảng Dựa vào liệu thư viện vật lý hạt nhân, kết cường độ phát gamma hạt nhân 51 V thực nghiệm lý thuyết có chênh lệch