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

Luận văn thạc sỹ khoa học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đặng Thị Vui MÔ PHỎNG SUẤT LƢỢNG QUANG PHÂN HẠCH CỦA CÁC BIA 238U ĐẶT TRONG BUỒNG KHÍ GÂY BỞI CHÙM BỨC XẠ HÃM CÓ NĂNG LƢỢNG CỰC ĐẠI 50 MEV LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 Luận văn thạc sỹ khoa học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đặng Thị Vui MÔ PHỎNG SUẤT LƢỢNG QUANG PHÂN HẠCH CỦA CÁC BIA 238U ĐẶT TRONG BUỒNG KHÍ GÂY BỞI CHÙM BỨC XẠ HÃM CÓ NĂNG LƢỢNG CỰC ĐẠI 50 MEV Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHAN VIỆT CƢƠNG Hà Nội – 2013 Luận văn thạc sỹ khoa học MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HẠCH ĐỂ TẠO RA CHÙM ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ GIÀU NEUTRON DỰ ÁN ALTO 1.1 Giới thiệu 1.2 Kỹ thuật tách đồng vị online (ISOL techinique – Isotope separation online) 1.2.1 Nguồn ion hóa 1.2.2 Ion guide 1.3 Giới thiệu dự án ALTO 11 1.3.1 Quá trình tạo chùm đồng vị phóng xạ giàu notron phản ứng quang phân hạch 11 1.3.2 Tổ hợp thiết bị ALTO 14 CHƢƠNG BỨC XẠ HÃM 16 2.1 Phân bố electron bia 16 2.2 Tiết diện vi phân phát xạ hãm 17 2.3 Sự lƣợng electron 20 2.4 Các hiệu ứng khác 26 CHƢƠNG MƠ PHỎNG Q TRÌNH TẠO BỨC XẠ HÃM VÀ MÔ PHỎNG SUẤT LƢỢNG QUANG PHÂN HẠCH CỦA 238U GÂY BỞI CHÙM BỨC XẠ HÃM CÓ NĂNG LƢỢNG CỰC ĐẠI 50 MEV 27 3.1 Giới thiệu công cụ Geant4 27 3.2 Mô suất lƣợng quang phân hạch 238U buồng khí: Ionguide tƣơng lai dự án ALTO 28 3.2.1 Mô hình học 28 3.2.2 Mô phổ xạ hãm 31 3.2.3 Mô suất lƣợng quang phân hạch, quang nơtron 33 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ Danh mục bảng biểu Thứ tự Nội dung Trang Bảng 3.1 Suất lượng quang phân hạch 04 bia thẳng đứng 01 bia 35 nằm ngang với bia hãm có bề dày khác Danh mục hình vẽ Thứ tự Nội dung Hình 1.1 Sơ đồ kỹ thuật tách đồng vị online In-flight Hình 1.2 Các vùng hạt nhân tạo từ trình phân hạch Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý (1) nguồn ion hóa bề mặt, (2) Nguồn ion Trang hóa lazer, (3) Nguồn ion hóa plasma Hình 1.4 Thế ion hóa hàm số nguyên tử Z Hình 1.5 Các nguyên tố ion hóa sử dụng nguồn ion hóa laser Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý phương pháp ion-guide.Sản phầm phản 11 ứng hãm, nhiệt hóa buồng khí chuyền đến phân gia tốc hệ phổ kế từ luồng khí kết hợp với lực điện trường Hình 1.7 Phân bố mảnh phân hạch hàm lượng kích 12 thích 238U Hình 1.8 Hai cấu hình áp dụng cho dự án ALTO (a) Sử dụng 13 bia trung gian nhằm tạo chùm photon (bức xạ hãm) sau chùm photon gây phân hạch 238U (b) Chùm xạ hãm tạo bia gây phân hạch 238U Hình 1.9 Hình 1.9.(a) Đường liền nét (xét theo trục tung bên trái) phổ xạ hãm tạo tương tác electron lượng khác với bia W dày mm Điểm thực nghiệm (xét theo trục tung bên phải) biểu diễn tiết diện quang phân hạch 238 U (b) Suất lượng quang phân hạch 238U tính cho 14 Luận văn thạc sỹ khoa học electron hàm lượng electron Hình 1.10 Tổ hợp thiết bị ALTO, Viện hạt nhân Orsay, Pháp Hình 2.1 Độ lượng khơng khí số hạt tích điện 15 21 khơng khí hàm lượng hạt tới Hình 2.2 So sánh cơng thức Bethe-Bloch với hiệu chỉnh hiệu ứng mật 23 độ khơng hiệu chỉnh hiệu ứng mật độ Hình 3.1 Hình học dự kiến buồng khí cho dự án ALTO 28 [CuongThesis] Hình 3.2 Suất lượng phân hạch bia thẳng đứng bia nằm ngang 29 đặt khoảng cách khác tính từ bia hãm hàm bán kính chùm electron Hình 3.3 Đa diện định nghĩa sở Geant4 30 Hình 3.4 Hình học buồng khí cho dự án ALTO mơ 31 Geant4 Hình 3.5 Phân bố góc lượng chùm xạ hãm phát 32 tương tác chùm electron 50 MeV từ máy gia tốc ALTO với bia hãm W dày mm Hình 3.6 Điểm tới chùm xạ hãm bia V1 33 Hình 3.7 Số liệu thực nghiệm, đường cong làm khớp cho tiết diện quang 34 phân hạch 238U Hình 3.8 Số liệu thực nghiệm đường cong làm khớp số liệu cho tiết 35 diện phản ứng quang hạt nhân 238U Hình 3.9 Suất lượng quang phân hạch buồng khí ALTO 36 Hình 3.10 Suất lượng phản ứng quang hạt nhân (, n) (, 2n) 36 Luận văn thạc sỹ khoa học 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, phịng 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 hịa 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 Ngồi 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 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, Luận văn thạc sỹ khoa học ion ngun tử khí trung hịa, q trình ion va chạm với thành buồng khí… Tuy nhiên, luận văn này, quan 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 Theo nghiên cứu trước phụ thuộc suất lượng quang phân hạch 238 U 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 công cụ mô 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 cơng cụ Geant4 để mơ tả mơ q trình quang phân hạch phản ứng quang hạt nhân bia 238U Bản luận văn dài 43 trang gồm 22 hình vẽ, bảng biểu 21 tài liệu tham khảo Ngoài phần mở đầu kết luận luận văn chia thành ba chương: Luận văn thạc sỹ khoa học 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: Mô trình tạo xạ hãm mơ suất lượng quang phân hạch 238U gây chùm xạ hãm có lượng cực đại 50 MeV Luận văn thạc sỹ khoa học CHƢƠNG QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HẠCH ĐỂ TẠO RA CHÙM ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ GIÀU NEUTRON DỰ ÁN ALTO 1.1 Giới thiệu Để nghiên cứu hạt nhân nằm xa đường bền, cần có chùm ion phóng xạ tách chọn lọc theo khối lượng có cường độ lớn khơng bị lẫn với hạt nhân đồng khối khác Để tạo chùm đồng vị phóng xạ thế, phịng thí nghiệm giới dùng hai phương pháp sau: (1) ISOL (Isotope separation online – tách đồng vị online) (2) In-flight sử dụng phản ứng phân mảnh Sơ đồ nguyên lý hai phương pháp mơ tả hình 1.1 1.2 Kỹ thuật tách đồng vị online (ISOL techinique – Isotope separation online) Kỹ thuật ISOL việc tạo chùm đồng vị phóng xạ lần sử dụng Copenhaghen cách 50 năm Sau đó, kỹ thuật nhanh chóng áp dụng cho nhiều dự án lớn nhiều phịng thí nghiệm giới dự án ALTO Viện hạt nhân Orsay, SPIRAL-2 GANIL, TRIUMP, LOUVAIN-la-NEUVE Nội dung phương pháp mơ tả sau: chùm hạt gia tốc từ máy gia tốc bắn vào bia dày để gây phản ứng hạt nhân, sản phẩm phản ứng bị hãm, nhiệt hóa, trung hịa điện bia Sau đó, sản phẩm khuếch tán nhiệt khỏi bia bay vào nguồn ion hóa để tái ion hóa chọn lọc phân tách khỏi đồng vị khác sử dụng khối phổ kế từ tiếp tục gia tốc Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 1.1: Sơ đồ kỹ thuật tách đồng vị online In-flight [1] Trong kỹ thuật này, trình phân hạch hạt nhân actinide gây nơtron nhiệt, nơtron nhanh, proton hay photon hay phản ứng vỡ vụn (spallation) bia dày thường sử dụng (xem hình 1.2).Cường độ chùm đồng vị phóng xạ mà sau phân tách phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nó mơ tả cơng thức sau: I  ..N t arg et source separ det (1.1) Trong đó,  thơng lượng chùm hạt tới gây phản ứng,  tiết diện phản ứng, N mật độ hạt nhân bia, target, source, separ, det hiệu suất liên quan đến bia, nguồn ion hóa, phổ kế từ hệ đo Có thể nhận thấy rằng, ưu điểm việc sử dụng bia dày số hạt nhân bia lớn, kéo theo cường độ chùm đồng vị phóng xạ tạo thành lớn bia mỏng sử dụng Tuy nhiên, bia dày sử dụng nên kỹ thuật này, gặp khó khăn việc thu nhận chùm đồng vị phóng xạ có nhiều hạt nhân đồng khối tạo đồng thời bia Ngoài ra, cần phải kể đến việc đồng vị sống ngắn tạo cần phải khuếch tán khỏi bia dày cách nhanh với hiệu suất cao Thêm vào đó, trình khuếch tán bia, đồng vị phóng xạ tạo thành bị trung hịa điện, vậy, để phân tách chúng khỏi Luận văn thạc sỹ khoa học CHƢƠNG MƠ PHỎNG Q TRÌNH TẠO BỨC XẠ HÃM VÀ MÔ PHỎNG SUẤT LƢỢNG QUANG PHÂN HẠCH CỦA 238U GÂY BỞI CHÙM BỨC XẠ HÃM CÓ NĂNG LƢỢNG CỰC ĐẠI 50 MEV 3.1 Giới thiệu công cụ Geant4 Geant4 cơng cụ mơ q trình tương tác xạ với vật chất.Geant4 lần phát triển cách độc lập hai nhóm CERN, Thụy sỹ KEK, Nhật vào năm 1993.Lĩnh vực ứng dụng Geant4 bao gồm, vật lý lượng cao, vật lý hạt nhân, vật lý máy gia tốc, y học hạt nhân công nghệ vũ trụ Trong công cụ này, tất phương diện liên quan đến q trình mơ xây dựng, cụ thể là:  Hình học hệ vật lý khác nhau,  Vật liệu,  Các hạt vật lý hạt nhân vật lý lượng cao,  Việc tạo kiên sơ cấp,  “Theo dõi” hạt qua vật chất trường điện từ  Các trình vật lý chi phối tương tác hạt với vật chất,  Sự hưởng ứng detector,  Dựng hình ảnh detector quỹ đạo hạt  … Phần cốt lõi công cụ Geant4 tập hợp mơ hình lý thuyết mơ tả hầu hết q trình vật lý xảy xạ tương tác với vật chất, là:  Q trình điện từ chuẩn,  Quá trình điện từ lượng thấp,  Quá trình hadronic,  Quá trình phân rã  … Ngoài ra, sở thừa kế lớp có sẵn Geant4, người dùng phát triển ứng dụng phù hợp với tốn khác Geant4 viết ngơn ngữ C++ khai thác kỹ thuật lập trình tiên tiến-kỹ thuật lập trình hướng đối tượng 27 Luận văn thạc sỹ khoa học 3.2 Mô suất lƣợng quang phân hạch 238 U buồng khí: Ion- guide tƣơng lai dự án ALTO Như đề cập chương 1, để tạo chùm đồng vị phóng xạ có nhiệt độ nóng chảy cao, kỹ thuật ISOL với bia dày khơng cịn phù hợp hạn chế hiệu suất khuếch tán sản phẩm khỏi bia Thay vào đó, người ta đề xuất sử dụng bia mỏng đặt buồng khí Mục đích việc sử dụng buồng khí “nhiệt hóa” sản phẩm phản ứng… Trong chương này, chúng tơi trình bày q trình mơ (sử dụng cơng cụ Geant4) suất lượng quang phân hạch 238 U phục vụ cho việc thiết kế “Ion- guide” tương lai dự án ALTO, Viện hạt nhân Orsay, Pháp Các kết mô lưu file định dạng root phù hợp với việc dựng histogram phân tích số liệu sử dụng phần mềm ROOT 3.2.1 Mơ hình học Trên sở buồng khí thiết kế sử dụng Louvain-la-Neuve, Bỉ, dự kiến chế tạo buồng khí với kích thước, cụ thể kích thước phần thân buồng khí 25 x 40 x 40 mm3 Trong buồng khí này, chúng tơi dự kiến đặt 05 uranium tự nhiên, trình quang phân hạch gây chùm xạ hãm tạo tương tác electron 50 MeV với bia W đặt phía trước (xem hình 3.1) Hình 3.1 Hình học dự kiến buồng khí cho dựán ALTO [3] 28 Luận văn thạc sỹ khoa học Số lượng vị trí bia lựa chọn dựa tính toán tối ưu O Bejeat Viện Vật lý hạt nhân Orsay [20] Tính tốn suất lượng phân hạch lớn đặt bia phân hạch sát với bia hãm bán kính chùm electron tới nhỏ Hình 3.2 biểu diễn suất lượng phân hạch cho bia đặt vng góc với chùm electron bia đặt song song với chùm tia khoảng cách 5, 15, 25 tính từ bia hãm hàm bán kính chùm electron (trong trường hợp bia hãm có bề dày mm để đảm bảo toàn electron bị hãm bia) [20] Hình 3.2 Suất lượng phân hạch bia thẳng đứng bia nằm ngang đặt khoảng cách khác tính từ bia hãm hàm bán kính chùm electron [3] Tuy nhiên, đặt bia phân hạch gần bia hãm mảnh phân hạch giật lùi vào bia hãm bị Chính vậy, chúng tơi đề xuất khoảng cách tối thiểu bia hãm bia phân hạch mm Bia vuông góc gọi bia V1, bia gọi V2, V3… tương ứng Trong thiết kế chúng tôi, dự kiến đặt 04 bia thẳng đứng đặt cách 10 mm Điều có nghĩa bia phân hạch cuối đặt cách bia hãm 35 mm 29 Luận văn thạc sỹ khoa học Đối với chùm photon với góc mở 150 bán kính chùm electron 2mm, diện tích phần bia cuối bị chiếu chùm xạ hãm hình trịn có đường kính cỡ 23 mm Chính thế, chúng tơi lựa chọn kích thước bia 25 x 25 mm2 Do chùm electron có bán kính tương đối nhỏ, vậy, có bia nằm ngang đặt trục chùm bia cho suất lượng phân hạch lớn Chúng dự kiến sử dụng bia nằm ngang với kích thước 25 x 40 mm2 Bề dày bia thằng đứng nằm ngang 15 mg/cm2 Chất khí sử dụng khí argon với áp suất 500 mb Để mơ tồn q trình vật lý xảy với hệ nói trên, trước hết, chúng tơi xây dựng hình học hệ Mỗi hình học Geant4 cấu thành từ “thể tích” khác Thể tích lớn gọi “World”, thể tích chứa tồn thể tích Trong Geant4, định nghĩa thể tích với nhiều hình dạng khác từ đơn giản: hình hộp, hình trụ, hình thang… hình học phức tạp khối đa diện, hình trụ dạng hyperbolic… Hình 3.3.Hình đa diện định nghĩa sở Geant4 [19] 30 Luận văn thạc sỹ khoa học Để xây dựng hình học phù hợp với tốn, cần viết lớp thừa kế từ lớp G4VuserDetectorConstruction định nghĩa “thể tích”, xếp thể tích vật liệu tương ứng với phần hình học mà quan tâm Trong mơ chúng tôi, xây dựng class DetectorConstruction nhằm định nghĩa toàn yếu tố liên quan đến tốn với thơng số đề cập (xem phụ lục 1) Hình học buồng khí dự án ALTO xây dựng cơng cụ Geant4 trình bày hình 3.4 Hình 3.4 Hình học buồng khí cho dự án ALTO mơ Geant4 3.2.2 Mô phổ xạ hãm Để mô suất lượng quang phân hạch, trước hết, cần mơ phân bố góc lượng xạ hãm phát trình tương tác chùm electron 50 MeV với bia hãm W dày mm Để mơ q trình này, xây dựng lớp PhysicsList thừa kế từ lớp sở G4VModularPhysicsList Geant4[19], đó, chúng tơi định nghĩa toàn loại hạt electron ban đầu xạ thứ cấp sinh trình phản ứng gamma, positron, nơtron, ion nặng (ví dụ: mảnh phân hạch)… Q trình vật lý tương ứng với trình tạo xạ hãm trình tương tác điện từ chuẩn Trong đó, electron, q trình tương tác xem xét 31 Luận văn thạc sỹ khoa học trình tán xạ nhiều lần (G4eMultipleScattering), trình ion hóa (G4eIonisation) q trình phát xạ hãm (G4eBremsstrahlung) Các trình tương ứng với nội dung vật lý trình bày Chương Đối với tia gamma, trình tương ứng hiệu ứng quang điện (G4PhotoElectricEffect), tán xạ Compton (G4ComptonScattering) hiệu ứng tạo cặp (G4GammaConversion) Các trình vật lý cho loại hạt khác sinh q trình mơ xem xét [3] Trong mô này, bán kính chùm electron mm Trên hình 3.5, biểu diễn kết mô cho phân bố góc lượng xạ hãm Hình 3.5 Phân bố góc lượng chùm xạ hãm phát tương tác chùm electron 50 MeV từ máy gia tốc ALTO với bia hãm W dày mm Có thể nhận thấy rằng, xạ hãm với lượng nằm vùng cộng hưởng lưỡng cực khổng lồ 238 U (~15 MeV) chủ yếu phát góc bé Độ rộng nửa chiều cao phân bố góc cỡ~ 40 Vị trí chiếu tới chùm xạ hãm bia phân hạch đầu tiên, bia V1 biểu diễn hình 3.6 32 Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 3.6 Điểm tới chùm xạ hãm bia V1 3.2.3 Mô suất lượng quang phân hạch, quang nơtron Trong cơng cụ Geant4, q trình quang phân hạch chưa xây dựng Vì vậy, đóng góp quan trọng nghiên cứu xây dựng bổ sung thêm lớp nhằm mơ q trình quang phân hạch nói riêng phản ứng quang hạt nhân nói chung Theo đó, lớp G4PhotoFission xây dựng thêm sở kế lớp sở G4HadronInelasticProcess Tập hợp số liệu liên quan đến q trình vật lý nói xây dựng bổ sung vào công cụ Geant4 thông qua lớp G4CrossSectionDataStore Số liệu tiết diện quang phân hạch lấy từ tài liệu tham khảo [21] tham số hóa theo hàm tổng hàm Lorentz       m (i) ( , F)     i 1   E 2  E 2m (i)   1   E 2  (i)   33 (3.1) Luận văn thạc sỹ khoa học Tập hợp số liệu, đường cong làm khớp tham số biểu diễn hình 3.7 Hình 3.7.Số liệu thực nghiệm, đường cong làm khớp cho tiết diện quang phân hạch 238 U Tương tự, phản ứng quang hạt nhân (, n) (, 2n), xây dựng thêm lớp tương ứng để mơ q trình q trình vật lý Đường cong làm khớp cho số liệu cho tiết diện phản ứng quang hạt nhân 238U trình bày hình 3.8 [21] 34 Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 3.8.Số liệu thực nghiệm đường cong làm khớp số liệu cho tiết diện phản ứng quang hạt nhân 238U Để mô phỏng, tính tốn (RUN) tiến hành với triệu kiện (EVENTS) Suất lượng quang phân hạch 04 bia thẳng đứng bia nằm ngang tương ứng với bia hãm có bề dày khác trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Suất lượng quang phân hạch 04 bia thẳng đứng 01 bia nằm ngang với bia hãm có bề dày khác 35 Luận văn thạc sỹ khoa học Trên hình 3.9, biểu diễn tiết diện phân hạch tổng cộng (tính cho 05 bia) hàm bề dày bia hãm Từ hình này, thấy suất lượng quang phân hạch đạt cực đại bề dày bia hãm mm Tuy nhiên, kỹ thuật ion-guide, mức độ ion hóa buồng khí hạt tích điện yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất tạo chùm ion phóng xạ Vì vậy, ngồi việc tối ưu hóa suất lượng quang phân hạch, cần quan tâm đến tốc độ ion hóa Vấn đề tiếp tục xem xét nghiên cứu Suất lượng quang nơtron tạo từ phản ứng (, n) (, 2n) trình bày hình 3.10 Hình 3.9.Suất lượng quang phân hạch buồng khí ALTO 36 Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 3.10.Suất lượng phản ứng quang hạt nhân (, n) (, 2n) 37 Luận văn thạc sỹ khoa học KẾT LUẬN Luận văn đạt mục tiêu nhiệm vụ đề ra: Về mặt lí thuyết tìm hiểu về: - Các kỹ thuật tạo chùm đồng vị phóng xạ khơng bền ISOL IGISOL - Tìm hiểu phản ứng quang phân hạch tạo chùm đồng vị phóng xạ giàu neutron - Lí thuyết bước để mơ phát xạ xạ hãm trình tương tác electron với vật chất - Công cụ mô trình tương tác xạ với vật chất, Geant4 Về mặt mô cho kết quả: - Mơ hình học dự kiến buồng khí cho dự án ALTO Kích thước phần thân buồng khí 25 x 40 x 40 mm3 - Mô suất lượng phân hạch cho bia đặt vuông góc với chùm electron bia đặt song song với chùm tia khoảng cách 5, 15, 25 tính từ bia hãm (trong trường hợp bia hãm có bề dày mm để đảm bảo toàn electron bị hãm bia) - Mô phân bố góc lượng chùm xạ hãm phát tương tác chùm electron 50 MeV từ máy gia tốc ALTO với bia hãm W dày mm Bức xạ hãm với lượng nằm vùng cộng hưởng lưỡng cực khổng lồ 238U (~15 MeV) chủ yếu phát góc bé Độ rộng nửa chiều cao phân bố góc cỡ~ 40 - Xây dựng bổ sung thêm lớp nhằm mơ q trình quang phân hạch nói riêng phản ứng quang hạt nhân nói chung Lớp G4PhotoFission xây dựng thêm sở kế lớp sở G4HadronInelasticProcess Tập hợp số liệu liên quan đến q trình vật lý nói xây dựng bổ sung vào công cụ Geant4 thông qua lớp G4CrossSectionDataStore - Mô số liệu thựcnghiệm, đường cong làm khớp cho tiết diện quang phân hạch 238U 38 Luận văn thạc sỹ khoa học - Suất lượng quang phân hạch 04 bia thẳng đứng bia nằm ngang tương ứng với bia hãm có bề dày khác Suất lượng quang phân hạch đạt cực đại bề dày bia hãm mm - Và cuối mô suất lượng quang phân hạch buồng khí ALTO suất lượng phản ứng quang hạt nhân (, n) (, 2n) 39 Luận văn thạc sỹ khoa học 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 Ni via beta decay 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) 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.SpringerVerlag 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 40 Luận văn thạc sỹ khoa học 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 41