Bản luận văn “Nghiên cứu phản ứng hạt nhân 108Pd(n,y)109Pd gây bởi nơtron nhiệt” sẽ tập trung xác định bằng thực nghiệm tiết diện của phản ứng. Trong tự nhiên Palladium (Pd) là một kim loại hiếm có màu trắng bạc, bóng, mềm và dễ uốn, có khả năng hấp thụ Hydro tới 900 lần thể tích ở nhiệt độ phòng, chống xỉn màu, dẫn điện ổn định, chống ăn mòn hóa học cao cùng chịu nhiệt tốt.
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 – 2015 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 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Hà Nội – 2015 LỜI CÁM ƠN Trong q trình học tập và làm việc để hồn thành được bản luận văn thạc sĩ ngành Vật lý hạt nhân tại 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 sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của Thầy mà em đã học hỏi được nhiều kiến thức về lý thuyết Vật lý hạt nhân cũng như Vật lý hạt nhân thực nghiệm Em xin gửi lời cám ơn đến TS. Phạm Đức Khuê và các cán bộ của Trung tâm Vật lý hạt nhân đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để thực hiện luận văn này Em xin chân thành cám ơn đề tài nghiên cứu NAFOSTED, mã số 103.042012.21 do GS.TS. Nguyễn Văn Đỗ làm chủ nghiệm đã cho phép sử dụng các số liệu thực nghiệm để thực hiện luận văn Em xin cám ơn thầy cơ thuộc bộ mơn Vật lý hạt nhân cũng như khoa Vật lý Trường ĐHKHTN ĐHQG Hà Nội, đã dạỵ bảo em trong q trình học tập tại trường Cuối cùng. em xin được dành tất cả những thành quả trong học tập của mình dâng tặng những người thân u trong gia đình, những người ln bên cạnh động viên và giúp đỡ em vượt qua mọi khó khăn Hà Nội, tháng năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN LÊ VĂN HẢI Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải DANH MỤC BẢNG BIỂU STT TÊN BẢNG TRANG Bảng 1.1 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Các thơng số đối với một số chất làm chậm Đặc trưng của các mẫu Pd, Au và In Chế độ kích hoạt mẫu Giá trị các hệ số làm khớp đối với Detector HPGe (ORTEC) Giá trị thơng lượng nơtron được nhiệt hóa tại các vị trí của mẫu In trên hình 2.5 Các thơng số của phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd , 197Au(n,γ)198Au, và 115 In(n,γ)116mIn Các hệ số hiệu chỉnh chính được sử dụng để xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt Hệ số tự chắn đối với nơ tron nhiệt và hệ số tự hấp thụ của các tia gamma sử dụng để đo hoạt độ của các mẫu Pd và Au Các nguồn sai số trong xác định tiết diện nơtron nhiệt 16 29 31 35 Bảng 2.4 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng Tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd 3.5. 43 46 47 47 48 49 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải DANH MỤC HÌNH VẼ STT TÊN HÌNH Hình 1.1 Định luật bảo tồn xung lượng trong phản ứng a + A → b +B Hình 1.2 Các mức năng lượng kích thích của hạt nhân hợp phần Sơ đồ tán xạ đàn hồi của nơtron lên hạt nhân trong hệ tọa độ Hình 1.3 phòng thí nghiệm (a) và hệ tọa độ tâm qn tính (b) Hình 1.4 Sơ đồ tính ζ Hình 1.5 Sơ đồ phân rã hạt nhân của phản ứng bắt nơtron Hình 1.6 Sự phụ thuộc của tiết diện bắt nơtron vào năng lượng Hình 2.1 Máy gia tốc electron tuyến tính 100 MeV tại Pohang, Hàn Quốc Hình 2.2 Sơ đồ ngun lý cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính 100 MeV Hình 2.3 Cấu tạo của bia Ta và hệ làm chậm nơtron Phân bố năng lượng nơtron đối với bia Ta có và khơng được Hình 2.4 làm mát bằng nước, và so sánh với phân bố Maxwellian tại Hình 2.5 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 nhiệt độ hạt nhân = 0.45 MeV Sơ đồ sắp xếp vị trí mẫu Bơ tri thi nghiêm kích ho ́ ́ ́ ̣ ạt mâu trên bê măt h ̃ ̀ ̣ ệ làm chậm nơtron băng n ̀ ươć Sơ đô hê phô kê gamma ̀ ̣ ̉ ́ Đường cong hiệu suất ghi đỉnh quang điện của Detector bán dẫn HPGe (ORTEC) sử dụng trong nghiên cứu Sự phụ thuộc của hoạt độ phóng xạ vào thời gian kích hoạt (ti), thời gian phân rã (td) và thời gian đo (tc) Phổ gamma đặc trưng của mẫu Pd được kích hoạt bởi nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 376 phút, thời gian đo 30 phút Phổ gamma đặc trưng của mẫu Au được kích hoạt bởi nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 330 phút, thời gian đo 10 phút Phổ gamma đặc trưng của mẫu In 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 đã đơn giản của 109Pd ( năng lượng: keV) Tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng 108Pd(n,γ)109Pd biểu diễn theo thang thời gian TRANG 11 13 15 19 23 26 26 27 28 30 30 31 36 38 44 45 45 46 50 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải MỤC LỤC M Ở Đ Ầ U Phản ứng hạt nhân làm biến đổi sâu sắc hạt nhân nguyên tử và phát ra các loại hạt/bức xạ khác nhau, mang theo những thông tin liên quan tới các đặc trưng của hạt nhân cũng như q trình tương tác của nó với các hạt/bức xạ tới. Phân tích các thơng tin thu được từ phản ứng hạt nhân có thể nhận biết về cấu trúc và các tính chất của hạt nhân, về nguồn gốc của năng lượng hạt nhân và các đồng vị phóng xạ cũng như khả năng ứng dụng của chúng. Chính vì vậy mà từ lâu phản Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải ứng hạt nhân đã trở thành một trong những hướng nghiên cứu quan trọng được sử dụng để khám phá hạt nhân ngun tử Phản ứng hạt nhân xảy ra do tương tác của các loại hạt, bức xạ khác nhau alpha ( ), proton (p), nơtron (n), photon ( ) với hạt nhân ngun tử. Trong thực tế nghiên cứu và ứng dụng đến nay cho thấy phản ứng hạt nhân với nơtron là phổ biến nhất mà một trong những lý do quan trọng đó là nơtron trung hòa về điện tích nên có thể tương tác với các loại hạt nhân ngun tử có số khối từ nhỏ tới lớn mà khơng chịu tác dụng của lực đẩy culong. Ngồi ra, nguồn phát nơtron cũng phổ biến hơn nhiều so với những nguồn phát ra các loại hạt, bức xạ khác. Ngày nay nơtron khơng những chỉ được tạo ra từ các nguồn nơtron đồng vị, từ lò phản ứng hạt nhân mà còn từ nhiều loại máy gia tốc hạt khác nhau, có khả năng tạo ra nơtron trong giải năng lượng rộng, thơng lượng lớn, cho phép tiến hành nghiên cứu nhiều phản ứng hạt nhân với nơtron Trong luận văn này tác giả đã chọn phản ứng bắt nơtron (n, ) để nghiên cứu. Cho tới nay phản ứng hạt nhân (n, ) đã được nghiên cứu trên nhiều hạt nhân/đồng vị khác nhau. Các kết quả nghiên cứu đã giúp mở rộng sự hiểu biết về những bí mật của hạt nhân ngun tử cũng như về cơ chế của phản ứng, đồng thời đã cung cấp nhiều số liệu hạt nhân có giá trị phục vụ nghiên cứu cơ bản và các lĩnh vực ứng dụng có ý nghĩa khoa học và kinh tế như tính tốn thiết kế lò phản ứng hạt nhân, che chắn an tồn phóng xạ, chế tạo đồng vị phóng xạ, đánh giá sự phá hủy vật liệu do bức xạ, phân tích kích hoạt xác định hàm lượng các ngun tố,…Tuy nhiên, đối tượng nghiên cứu và nhu cầu hiểu biết về hạt nhân ngun tử, về cơ chế phản ứng cùng khả năng ứng dụng của phản ứng hạt nhân nói chung và phản ứng bắt nơtron nói riêng là khơng có giới hạn, độ chính xác của các số liệu hạt nhân đòi hỏi ngày càng cao. Ngồi ra, phản ứng bắt nơtron còn là một kênh quan trọng tổng hợp các hạt nhân từ sau các ngun tố sắt (Fe) và niken (Ni). Chính vì vậy mà phản ứng bắt nơtron vẫn ln thu hút sự quan tâm nghiên cứu cả ở trong và ngồi nước Bản luận văn “Nghiên cứu phản ứng hạt nhân 108Pd(n, )109Pd gây bởi nơtron nhiệt” sẽ tập trung xác định bằng thực nghiệm tiết diện của phản ứng. Trong tự nhiên Palladium (Pd) là một kim loại hiếm có màu trắng bạc, bóng, mềm và dễ Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải uốn, có khả năng hấp thụ Hydro tới 900 lần thể tích ở nhiệt độ phòng, chống xỉn màu, dẫn điện ổn định, chống ăn mòn hóa học cao cùng chịu nhiệt tốt. Do những tính chất đặc biệt của Palladium (Pd) nên kim loại này là vật liệu quan trọng trong việc chế tạo bộ chuyển đổi xúc tác để xử lý các loại khí độc hại trong khói của ơ tơ, sản xuất linh kiện điện tử, cơng nghệ sản xuất và lưu trữ Hydro Ngồi ra Palladium còn được sử dụng trong ngành nha khoa và y học. Đồng vị 109Pd được sinh ra từ phản ứng 108Pd(n, )109Pd với chu kỳ bán dã 13.7 h có tiềm năng ứng dụng trong y học phóng xạ. Cho tới nay đã có một số tác giả xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng 108Pd(n, )109Pd. Tuy nhiên, các số liệu đã cơng bố khác nhau tương đối lớn, nằm trong khoảng từ 5.95±0.08 barn đến 14±2 barn, chênh lệch lên tới 135%. Do đó, khó có thể đánh giá và tìm ra được một số liệu tốt nhất để sử dụng. Vì vậy việc xác định thêm những số liệu tiết diện mới để bổ xung vào thư viện số liệu hạt nhân đối với phản ứng hạt nhân 108Pd(n, )109Pd là rất cần thiết. Cho tới nay hầu hết các nghiên cứu về phản ứng hạt nhân 108Pd(n, )109Pd đều sử dụng nơtron phát ra theo chế độ liên tục từ các nguồn nơtron đồng vị hoặc lò phản ứng phân hạch. Trong nghiên cứu này sẽ sử dụng nơtron được phát ra theo chế độ xung từ máy gia tốc electron tuyến tính, năng lượng cực đại 100 MeV. Tiết diện của phản ứng hạt nhân 108Pd(n, )109Pd được xác định bằng phương pháp kích hoạt kết hợp với kỹ thuật năng phổ gamma. Hoạt độ của đồng vị phóng xạ 109Pd được đo bằng phổ phổ kế gamma bán dẫn Gecmani siêu tinh khiết, HPGe. Tiết diện phản ứng được xác định bằng phương pháp tương đối, nghĩa là so sánh với tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân 197Au(n, )198Au đã biết là o,Au = 98.65 0.09 barn. Nhằm nâng cao độ chính xác của kết quả nghiên cứu đã thực hiện một số hiệu chính nhằm giảm sai số gây bởi hiệu ứng tự hấp thụ của các tia gamma, hiệu ứng cộng đỉnh của các tia gamma trùng phùng thác và hiệu ứng tự chắn của chùm nơtron nhiệt. Tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân Pd(n,γ)109Pd thu được trong luận văn là 8.57±0.79 barn. Kết quả này sẽ được 108 phân tích và đánh giá trong chương 3 Bản luận văn gồm 3 chương cùng với phần mở đầu, kết luận và phụ lục Chương 1 trình bày tóm tắt về phản ứng hạt nhân, nhiệt hóa nơtron và tiết diện Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải bắt nơtron nhiệt. Trong phản ứng hạt nhân đi sâu vào phản ứng bắt nơtron cùng với các q trình vật lý đi kèm. Chương 2 trinh bay thi nghiêm va phân tich sơ liêu ̀ ̀ ́ ̣ ̀ ́ ́ ̣ nhăm xac đinh tiêt diên băt n ̀ ́ ̣ ́ ̣ ́ ơtron của phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd. Chương 3 trình bày kết quả thực nghiệm xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd cùng với các ý kiến đánh giá, bình luận về kết quả Bản luận văn dài 59 trang, có 20 hình vẽ và đồ thị, 10 bảng biểu và 40 tài liệu tham khảo. Bản luận văn được hồn thành tại Trung tâm Vật lý Hạt nhân, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam 10 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải n tron t ̀ ma ́y gia tơ ́c linac. Hình 3.2, hình 3.3 là ph ổ gamma đ ặ c tr ng c ủ a m ẫ u Au và In đã đ ượ c kích ho t. Hình 3.4 bi ể u di ễ n s đ phân rã đ n gi ả n c ủ a đ ng v ị 10 Pd Hình 3.2. Phổ gamma đặc trưng của mẫu Au được kích hoạt bởi nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 330 phút, thời gian đo 10 phút 53 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Hình 3.3. Phổ gamma đặc trưng của mẫu In được kích hoạt bởi nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi 344 phút, thời gian đo 200 giây Bảng 3.1. Các thơng số chính của phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ )109Pd , Au(n,γ )198Au, và 115In(n, )116mIn [40] 197 Phản ứng hạt nhân Pd(n, )109Pd 13.7012 h (24) Au(n, )198Au 2.69517 d (21) 108 197 Thời gian bán rã, T1/2 115 In(n, )116mIn 54.29 min (17) Các tia gamma Độ phổ cập đồng vị (%) Năng lượng Cường độ (keV) (%) 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) 26.46 (9) 100 95.7 (2) Hình 3.4. Sơ đồ phân rã đã được đơn giản hóa của 109Pd ( năng lượng: keV) 54 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Từ sơ đồ phân rã trên thấy rằng tia gamma với năng lượng 88.04 keV có cường 108 độ tương đối lớn được sử dung đê xac tơc đơ phan ̣ ̉ ́ ́ ̣ ̉ ưng hat nhân ́ ̣ Pd(n,γ )109Pd. Các tia gamma còn lại có cường độ rất thấp nên khơng được sử dụng 3.2. Mơt sơ k ̣ ́ ết quả hiệu chỉnh Trong q trình tính tốn đã sử dụng các hệ số hiệu chỉnh cadmium, FCd, lần lượt cho các phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ )109Pd và 197Au(n, )198Au từ tài liệu tham khảo [15] . Hệ số westcott, g, được lấy từ tài liệu tham khảo [5]. Giá trị của các hệ số hiệu chỉnh chính được sử dụng để xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của các phản ứng hạt nhân: 108Pd(n,γ )109Pd và 197Au(n, )198Au được liệt kê trong bảng 3.2. Các hệ số tự chắn đối với nơtron nhiêt, Gth, và hệ số tự hấp thụ của các tia gamma sử dụng để đo hoạt độ phóng xạ của các mẫu Pd và Au được tính và liệt kê trong bảng 3.3 Bảng 3.2. Các hệ số hiệu chỉnh chính được sử dụng để xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt Phản ứng hạt nhân FCd [15] g[5] Pd(n,γ )109Pd 1.00 1.0096 Au(n, )198Au 1.009 1.006 108 197 Bảng 3.3. Hệ số tự chắn đối với nơ tron nhiệt và hệ số tự hấp thụ của các tia gamma sử dụng để đo hoạt độ của các mẫu Pd và Au Phản ứng hạt nhân Hệ số tự chắn, Pd(n,γ )109Pd 197 Au(n, )198Au 108 Gth 0.9996 0.9902 Eγ (keV) Fg(%) 88.04 411.80 0.945 0.998 3.3. Kêt qua xac đinh ti ́ ̉ ́ ̣ ết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng 108Pd(n,γ )109Pd Tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng 108Pd(n,γ )109Pd được xác định theo cơng thức (2.20) và cho giá trị: 0, Pd = 8.57 ± 0.79 barn Các nguồn sai số chính đóng góp vào sai số xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt được liệt kê trong bảng 3.4. Hai nguồn sai số lớn nhất là sai số xác định 55 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải cường độ tia gamma và hiệu suất ghi. Các nguồn sai số khác như sai số thống kê, sai số do hình học đo, hệ số tự che chắn nơtron nhiệt…là tương đối nhỏ. Sai số tổng cộng trong việc xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của 108Pd được đánh giá trong luận văn là 9.2 % Bảng 3.4. Các nguồn sai số trong xác định tiết diện nơtron nhiệt Sai số (%) Nguồn sai số Au 109Pd 197 56 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 tông công ̉ ̣ 2.58% 8.85% Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Bảng 3.5 liệt kê giá trị tiết diện của luận văn cùng với các giá trị thực nghiệm và các giá trị đánh giá đã được cơng bố cho đến nay. Từ các số liệu trong bảng 3.5 có thể nhận thấy các số liệu tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân Pd(n,γ)109Pd xác định bằng thực nghiệm có sự khác biệt tương đối lớn, giá trị 108 nhỏ nhất là 5.95 barn [27] và giá trị lớn nhất là 14 barn [26], chênh lệch 135%. Do đó, việc có thêm các số liệu thực nghiệm để so sánh là hết sức cần thiết. Giá trị tiết diện của phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd với nơtron nhiệt xác định được trong luận văn này là: 0, Pd= 8.57 ± 0.79 barn, phù hợp trong phạm vi sai số với các kết quả thực nghiệm của S.F. Mughabghab [35], C.L Duncan et al.[12], S.F. Mughabghab [34], E.Gryntakis et al [7], H. Meister [17], và L. Seren at al. [22]. Kết quả của luận văn lệch với kết quả thực nghiệm của W.Slyon [37] là 57,5% và với kết quả của M. Sehgal et al. [26] là 63.4%. Hai số liệu này đều là những số liệu cũ, được đo từ những năm 1960 [37] và 1959 [26] Kết quả của luận văn cũng phù hợp trong phạm vi sai số với tất cả các số liệu được đánh giá, trừ số liệu của EAF2010 [5] Giá trị tiết diện bắt nơtron nhiệt trung bình phản ứng hạt nhân Pd(n,γ)109Pd trong bảng 3.5 là 8,9 barn. Độ lệch giữa kết quả của luận văn và giá 108 trị trung bình là 3,85%. Những số liệu này nói lên độ tin cậy của kết quả luận văn Bảng 3.5. Tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng 108Pd(n,γ )109Pd Năm 2014 2008 2006 2005 2005 2003 1987 1960 1959 1958 1947 2014 57 Tác giả σ0(barn) Kết quả thực nghiệm Kết quả 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 quả đánh giá Nudat2 [39] 8.48 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 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải 2011 2011 2011 2010 2010 2010 2006 1992 ENDF/BVII.1 [5] JEFF3.1.2 [5] Atlat [5] JENDL 4.0 [5] ROSFOND2010 [5] EAF2010 [5] CENDL 3.1 [35] BROND2.2 [38] Giá trị trung bình (kết quả thực nghiệm và đánh giá) 8.48 8.48 8.48±0.5 8.04 8.48 7.36 8.47 8.25 1.1 1.1 1.1 6.2 1.1 14.1 1.2 3.7 8.9 3.85 * Độ lệch: (%)=100% × (1 ) Kết quả của luận văn và các kết quả khác được đo và đánh giá cho phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd trong thời gian từ 1947 tới nay cũng được biểu diễn trên hình 3.5 để minh họa và tiện so sánh Hình 3.5. Tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân 108Pd(n,γ)109Pd biểu diễn theo thang thời gian K Ế T LU Ậ N Bản luận văn trình bày kết quả xác định bằng thực nghiệm tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân 108Pd(n, )109Pd gây bởi nơtron xung trên máy gia tốc electron tuyến tính có năng lượng cực đại 100 MeV. Tiết diện phản ứng 58 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải hạt nhân 108Pd(n, )109Pd được xác định bằng phương pháp tương đối, trên cơ sở so sánh với tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân 197Au(n, )198Au có giá trị là 98,65±0,09 barn. Tiết diện của phản ứng hạt nhân 108Pd(n, )109Pd với nơtron nhiệt thu được trong luận văn này là 8.57 ± 0.79 barn. Giá trị này sai khác với giá trị trung bình của các giá trị thực nghiệm và đánh giá hiện có 3.85%. Điều này khẳng định độ tin cậy của kết quả thu được trong luận văn cũng như sự hợp lý của phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm, đặc biệt là việc thực hiện các hiệu chỉnh cần thiết trong q trình xử lý số liệu thực nghiệm. Thơng qua thực hiện luận văn, học viên đã được củng cố và bổ xung một số kiến thức về phản ứng hạt nhân nói chung và phản ứng bắt nơtron nói riêng, đồng thời cũng tiếp thu được một số kiến thức và kinh nghiệm liên quan tới phương pháp và kỹ thuật nghiên cứu vật lý hạt nhân thực nghiệm Tác giả của luận văn đã hồn thành được những nội dung đặt ra cho bản luận văn là xác định tiết diện của phản ứng hạt nhân 108Pd(n, )109Pd. Sau khi nghiên cứu, xác định thành cơng tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân (n, ) trên đồng vị 108Pd tác giả luận văn nhận thấy có thể tiếp tục nghiên cứu để xác định tiết diện tích phân cộng hưởng đối với phản ứng hạt nhân 108Pd(n, )109Pd. Hy vọng rằng trong thời gian tới tác giả của luận văn sẽ có điều kiện để tiếp tục thực hiện nội dung nghiên cứu này. 59 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O Nguyễn Văn Đỗ, “Các phương pháp phân tích hạt nhân”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia, Hà Nội – 2004 Ngơ Quang Huy, ''Cở sở Vật lý hạt nhân'', Nhà xuất bản Khoa học và giáo dục, Hà Nội 2006 Ngơ Quang Huy, ''Vật lý Lò phản ứng hạt nhân'', Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội 2004 Lê Hồng Khiêm, ''Phân tích số liệu trong ghi nhận bức xạ'', Nhà xuất bản 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, Sb121, Sb123 and La139”, 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”, 10 Progress report EANDC (OR) 68 (1968) 10 R. Van Der Linden, F. De Corte, J. Hoste, “ A complilation of infinite dilution 11 resonace integrals”, Journal of Nuclear Energy 20, 695, 1974 A Alian, H._J Born, J I Kim, “Thermal and epithermal neutron activation 12 analysis the monostandard method”, Journal of Nuclear Energy,15 (1973) 535 C.L Duncan, K.S Krane, ''Neutron capture cross section of Pd'', Journal of 13 Nuclear Energy 71 (2005) 054322 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 15 Isotopes. 58 (2003) 371 375 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) 131151 60 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải 16 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 Mn55, Cu63, Pd108, and In115 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. ArrudaNeto, 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: "JENDL4.0: A New Library for Nuclear Science and 22 Engineering", Journal of Nuclear Science and Technology, 48(1), 130 (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 186W(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 27 isomers'', Journal of Nuclear Energy 12 (1959) 261 R.B Firestone, M Krticka, D.P Mcnabb, B Sleaford, U Agvaanluvsan, T. 28 Belgya, Z.S. Revay, Symp.on Capt. Gamma Ray Spectroscopy, Notre Dame 2005 N. E. Holden, “Temperature dependence of the Westcott g factor for Neutron reactions in Activation Analysis”, Pure and Applied Chemistry, 71(1999) 2309 29 2315 Nguyen Van Do and Pham Duc Khue, “Neutron yields from thick Ta target bombarded by 65 MeV electron beam”, Communications in Physics, Vol.14, No.4(2004), pp. 209 214 61 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải 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) 1017 31 32 Paul Reuss, “Neutron physics”, EDP Sciences (August 15, 2008) R. Terlizze, U. Abbondano, “ The La139 cross sections: Key for the onset of the s process”, Physical Review, C75, 03 (2007) 58 33 34 Richard B. Firestone et al, ''Table of Isotopes'', Version 1.0 (41996) S.F. Mughabghab, “Thermal neutron capture cross section, resonance integrals 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 36 sections Z=1100'', NEUT.RES (2006) Van Do Nguyen and Duc Khue Pham, “Measurements of neutron and Photon distributions by using an Activation Technique at the Pohang Neutron Facility”, 62 37 Journal of the Korean Physical Society, Vol. 48, No. 3, March 2006, pp. 382 389 W.S. Lyon, ''Reactor neutron activation cross sections for a number of elements'', 38 Journal of Nuclear Energy 8 (1960) 378 BROND2.2,Web: 39 NUDAT2, Web: 40 Table of Isotopes, Web: 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) 63 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Hình P.3. Hệ điên t ̣ ử và may tinh kêt nơi ghi nhân ph ́ ́ ́ ́ ổ gamma Hình P.4. Giao diện phần mềm ghi nhân va x ̣ ̀ ử lý phơ GammaVision ̉ Hình P.5. Sự phụ thuộc hệ số tự chắn đối với nơtron nhiệt vào bề dày các Pd Hình P.6. Sự phụ thuộc hệ số tự chắn đối với nơtron nhiệt vào bề dày các mẫu Au In 64 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải Một số ví dụ tính tốn dựa trên phần mềm Mathematica 5.2 a. Tính tốn tốc độ phản ứng của 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) 6 2. 10 lamda=0.693/(2.6952*24*3600) 6 2.97597 10 tcp=1/15 15 n0=0.1653*6.022*10^23/196.97 20 5.05375 10 Nobs=(20779249) 20530 TS=Nobs*lamda*(1Exp[lamda*tcp]) 8 1.21215 10 MS=n0*e*Ig*(1Exp[lamda*r])*(1Exp[lamda*ti])*Exp[lamda*tw]*(1Exp[lamda*tc]) 322.973 R=TS/MS 11 3.75308 10 b. Tốc độ phản ứng của Pd eff=1.50/100 0.015 i=3.6/100 0.036 ti=9600 9600 tw=6*3600+47*60 24420 tc=1800 65 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải 1800 r=2.0*10^(6) 6 2. 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=(2877568)*1.11/0.945 2712.16 tcp=1/15 15 R=(S*lamda*(1Exp[lamda*tcp]))/(n0*eff*i*(1Exp[lamda*r])*(1Exp[lamda*ti])*Exp[ lamda*tw]*(1Exp[lamda*tc])) 12 4.3097 10 c. Tính tốn 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=(1Exp[Si])/Si 0.99022 d. Tính tốn thiết diện của 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 66 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải 1 gAu=1.006 1.006 gPd=1.0096 1.0096 GthPd=0.998 0.998 GthAu=0.99 0.99 xichmaPd=xichmaAu*((RPdFcdPd*RCdPd)/(RAu FcdAu*RCdAu))*(gAu/gPd)*(GthAu/GthPd) 24 8.51329 10 67 ... 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 chuy ển đổi, phản ứng quang hạt nhân, Bởi vậy tên gọi phản ứng hạt nhân dành cho cả q... nơtron trong giải năng lượng rộng, thơng lượng lớn, cho phép tiến hành nghiên cứu nhiều phản ứng hạt nhân với nơtron Trong luận văn này tác giả đã chọn phản ứng bắt nơtron (n, ) để nghiên cứu. Cho tới nay phản ứng hạt nhân (n, ) đã được nghiên cứu trên nhiều hạt ... 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 Luận văn Thạc sĩ Lê Văn Hải