Mô phỏng hệ thống dẫn chùm positron chậm bằng phần mềm chuyên dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Bùi Xn Huy MƠ PHỎNG HỆ THỐNG DẪN CHÙM POSITRON CHẬM BẰNG PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Bùi Xuân Huy MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DẪN CHÙM POSITRON CHẬM BẰNG PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG Chuyên ngành: Mã số: Vật lí nguyên tử 844 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN QUỐC DŨNG Thành phố Hồ Chí Minh - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn với tên "Mô hệ thống dẫn chùm positron chậm phần mềm chuyên dụng" cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn PGS.TS Trần Quốc Dũng Các số liệu, kết nghiên cứu trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị khác Các thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng Tác giả Bùi Xuân Huy LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc nhất, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS TS Trần Quốc Dũng – người Thầy trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến q thầy khoa Vật lí Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP Hồ Chí Minh Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, người thầy người cô truyền đạt cho kiến thức quý báu giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình tơi học tập trường Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn đến cử nhân Cao Thanh Long nhóm nghiên cứu phịng Vật lí phân tích hạt nhân Trung tâm Hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh giúp đỡ hỗ trợ tận tình q trình tơi nghiên cứu Tơi gửi lời cảm ơn đến phòng Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh Trường THPT Nguyễn Huệ - Lagi – Bình Thuận tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành khóa học Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè ủng hộ, động viên giúp đỡ suốt thời gian qua Xin chúc quý thầy cô mạnh khỏe thành cơng nghiệp trồng người TP Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 09 năm 2018 Tác giả Bùi Xuân Huy MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt ký hiệu Danh mục bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DẪN CHÙM POSITRON CHẬM VÀ PHẦN MỀM SIMION 1.1 Positron 1.2 Hệ thống dẫn chùm positron chậm .7 1.2.1 Nguồn phát positron 1.2.2 Bộ làm chậm positron 1.2.3 Bộ lọc positron 11 1.2.4 Bộ vận chuyển chùm positron dùng điện từ trường 13 1.3 Tổng quan phần mềm mô SIMION 16 1.3.1 Phương pháp mô điện trường 17 1.3.2 Phương pháp mô từ trường 20 1.3.3 Phương pháp tính tốn quỹ đạo điện tích 21 1.3.4 Sử dụng ngôn ngữ LUA phần mềm SIMION 24 Chương MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DẪN CHÙM POSITRON CHẬM SỬ DỤNG PHẦN MỀM SIMION 29 2.1 Kiểm tra hiệu lực tính tốn mơ phần mềm SIMION 29 2.1.1 Mô thành phần tạo từ trường 29 2.1.2 Mô thành phần tạo điện trường 32 2.2 Mô hệ thống dẫn chùm positron chậm 35 2.2.1 Mô hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc ExB (PB – T0) 36 2.2.2 Mô hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc dùng từ trường uốn cong 500 (PB – S50) 38 2.2.3 Mô hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc dùng từ trường uốn cong 900 (PB – H90) 39 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Khảo sát mơ hình thiết kế PB – T0, PB – S50 PB – H90 41 3.1.1 Khảo sát với chùm positron đơn 41 3.1.2 Khảo sát với chùm positron có lượng liên tục 43 3.1.3 Khảo sát với trường hợp làm lệch cuộn solenoid 47 3.1.4 Nhận xét 49 3.2 Khảo sát cho thiết kế hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc dùng từ trường uốn cong nhóm PB – S 50 3.2.1 Khảo sát với nguồn phát positron đơn 50 3.2.2 Khảo sát với nguồn phát positron có lượng liên tục 53 3.2.3 Nhận xét 58 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU PAS Po Ph PALS Po Ph DBS Do Ph SPONSOR Slow Positron System Of Rossendorf Hệ LINAC Th M FWHM Fu Độ PB Po Hệ PB–T0 Hệ PB – S50 Hệ 50 PB – H90 Hệ 90 lên DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Dữ liệu số đồng vị phóng xạ   thường dùng để tạo positron thiết bị dẫn chùm positron chậm Bảng 1.2 Một số biến sử dụng đoạn chương trình LUA .26 Bảng 3.1 Kết thống kê bia mẫu trường hợp khảo sát với chùm hạt positron đơn 41 Bảng 3.2 Kết thống kê bia mẫu trường hợp khảo sát chùm hạt positron có lượng phân bố liên tục 44 Bảng 3.3 Kết thống kê bia mẫu trường hợp khảo sát với chùm hạt positron đơn cho hệ thống dẫn chùm positron chậm nhóm PB – S 51 Bảng 3.4 Kết thống kê bia mẫu trường hợp khảo sát với chùm hạt positron liên tục cho hệ thống dẫn chùm positron chậm nhóm PB – S 56 Bảng 3.5 Thơng số thiết kế thành phần điện hệ thống dẫn chùm positron chậm theo mơ hình PB – S70 57 Bảng 3.6 Thông số thiết kế cho cuộn dây hệ thống dẫn chùm positron chậm theo mơ hình PB – S70 58 Bảng 3.7 Thông số thiết kế cho cuộn dây lái hệ thống dẫn chùm positron chậm theo mô hình PB – S70 59 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh quỹ đạo positron qua buồng mây Wilson Anderson công bố vào năm 1933 - chứng chứng tỏ tồn positron Hình 1.2 Dạng Makhovian độ sâu thâm nhập chùm positron silic đơn tinh thể Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống dẫn chùm positron chậm .7 Hình 1.4 Bản vẽ thiết kế hình ảnh thực tế nguồn 22Na iThemba LABS Hình 1.5 Hình ảnh thực tế làm chậm W(110) đơn tinh thể dạng lưới tháo rời khỏi nguồn Hình 1.6 Phân bố lượng positron từ nguồn 22Na sau qua làm chậm 10 Hình 1.7 Nguyên lý thiết kế hình ảnh thực tế lọc ExB 11 Hình 1.8 Quỹ đạo xoắn ốc positron từ trường B, với rc bán kính quỹ đạo lg chiều dài hồi chuyển 12 Hình 1.9 Bộ lọc positron (e+) sử dụng đoạn uốn cong kết hợp từ trường…… .….13 Hình 1.10 Cuộn solenoid (a) cặp cuộn Helmholtz (b) 13 Hình 1.11 Hình ảnh thực tế cuộn solenoid hệ thống dẫn chùm positron chậm 14 Hình 1.12 Hình ảnh thực tế cuộn dây lái 14 Hình 1.13 Nguyên lý thiết kế phận gia tốc hình ảnh thực tế gia tốc dạng phễu 15 Hình 1.14 Ma trận hai chiều SIMION Điện điểm thuộc điện cực (màu đen) người xác định điện điểm nằm điện cực (màu xanh) SIMION tính tốn 17 Hình 1.15 Giao diện Modify phần mềm SIMION 18 Hình 1.16 Dịng lệnh định nghĩa đoạn ống cong 900 GEM file 19 Hình 1.17 Giao diện Refine phần mềm SIMION 19 Hình 1.18 Đoạn chương trình định nghĩa cuộn solenoid phần mềm SIMION 20 Hình 1.19 Giao diện không gian làm việc SIMION 21 Hình 1.20 Giao diện Particles định nghĩa nguồn phát hạt không gian làm việc phần mềm SIMION 22 Hình 1.21 File ION định nghĩa nguồn phát gồm hạt tạo excel 22 Hình 1.22 Giao diện lựa chọn thơng số ghi lại thẻ Particles phần mềm SIMION 23 Hình 1.23 Kết mơ quỹ đạo chùm hạt thấu kính Einzel phần mềm SIMION với chế độ xem hai chiều (a), ba chiều (b) theo lượng (c) 24 Hình 2.1 Bố trí hình học cuộn dây điện hệ thống SPONSOR 29 Hình 2.2 Hình ảnh thực tế cuộn S1 (a), kết mô vec-tơ từ trường cuộn dây (b) hình ảnh cuộn dây vẽ phần mềm SIMION (c) 30 Hình 2.3 So sánh cảm ứng từ dọc trục cuộn H1 kết mô SIMION với kết đo đạc hệ thống SPONSOR 31 Hình 2.4 So sánh cảm ứng từ dọc trục cuộn S1 kết mô SIMION với kết đo đạc hệ thống SPONSOR 31 Hình 2.5 So sánh cảm ứng từ dọc trục cuộn S4 kết mô SIMION với kết đo đạc hệ thống SPONSOR 31 Hình 2.6 Thiết kế phận tiền gia tốc hệ thống SPONSOR 32 Hình 2.7 Thiết kế phận gia tốc hệ thống SPONSOR 32 PL9 S5r S6 S6l S6r S7 S7l S7r Phụ lục 5c Thông số thiết kế cho cuộn dây lái mơ hình sử dụng đoạn ống cong với góc cong 900 (PB – H90) Cuộn dây Trên Dưới Trái Phải Phụ lục 5d Cảm ứng từ dọc trục hệ thống dẫn chùm positron chậm theo mơ hình PB – H90 thu từ phần mềm SIMION Chiều dài (mm) 16 16 16 16 PL10 Phụ lục 6a Thông số thiết kế thành phần điện hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc dùng từ trường uốn cong 300 (PB – S30) Thành phần Nguồn phát positron Điện cực tiền gia tốc Ống chân không Bộ phận gia tốc Khẩu độ Bia mẫu Phụ lục 6b Thông số thiết kế cho cuộn dây hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc dùng từ trường uốn cong 300 (PB – S30) Cuộn dây H1 H2 Chiều dài (mm) 50 50 PL11 H3 H4 S1 S1l S1r Z1 Z1l Z1r S2 S2l S2r Z2 Z2l Z2r S3 S3l S3r S4 S4l S4l Z3 Z3l Z3r S5 S5l S5r 50 50 144 55 52 130 40 40 628 210 420 116 47 47 144 52 52 393 103 104 120 30 30 343 108 110 Phụ lục 6c Thông số thiết kế cho cuộn dây lái mơ hình sử dụng đoạn ống cong với góc cong 300 (PB – S30) Cuộn dây Trên Dưới Trái Phải Chiều dài (mm) 10 10 10 10 PL12 Phụ lục 6d Cảm ứng từ dọc trục hệ thống dẫn chùm positron chậm theo mơ hình PB – S30 thu từ phần mềm SIMION Phụ lục 7a Thông số thiết kế thành phần điện hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc dùng từ trường uốn cong 700 (PB – S70) Thành phần Nguồn phát positron Điện cực tiền gia tốc Ống chân không Bộ phận gia tốc PL13 Khẩu độ Bia mẫu Phụ lục 7b Thông số thiết kế cho cuộn dây hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc dùng từ trường uốn cong 700 (PB – S70) Cuộn dây H1 H2 H3 H4 S1 S1l S1r Z1 Z1l Z1r S2 S2l S2r Z2 Z2l Z2r S3 S3l Chiều dài (mm) 50 50 50 50 144 55 52 130 40 40 628 210 420 116 47 47 144 52 S3r S4 S4l S4l Z3 Z3l Z3r 52 393 103 104 120 30 30 PL14 S5 S5l S5r Phụ lục 7c Thông số thiết kế cho cuộn dây lái mơ hình sử dụng đoạn ống cong với góc cong 700 (PB – S70) Chiều Cuộn dài dây (mm) Trên Dưới Trái Phải 10 10 10 10 Phụ lục 7d Cảm ứng từ dọc trục hệ thống dẫn chùm positron chậm theo mơ hình PB – S70 thu từ phần mềm SIMION Phục lục 8a Thông số thiết kế thành phần điện hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc dùng từ trường uốn cong 90 (PB – S90) Thành phần Nguồn phát positron Điện cực tiền gia tốc Ống chân không PL15 Bộ phận gia tốc Khẩu độ Bia mẫu Phụ lục 8b Thông số thiết kế cho cuộn dây hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng lọc dùng từ trường uốn cong 900 (PB – S90) Cuộn dây Chiều dài (mm) H1 H2 H3 H4 S1 S1l S1r Z1 Z1l Z1r S2 50 50 50 50 144 55 52 130 40 40 628 PL16 S2l S2r Z2 Z2l Z2r S3 S3l S3r S4 S4l S4l Z3 Z3l Z3r S5 S5l S5r 210 420 116 47 47 144 52 52 393 103 104 120 30 30 343 108 110 Phụ lục 8c Thông số thiết kế cho cuộn dây lái mơ hình sử dụng đoạn ống cong với góc cong 900 (PB – S90) Cuộn dây Chiều dài (mm) Trên Dưới Trái Phải Phụ lục 8d Cảm ứng từ dọc trục hệ thống dẫn chùm positron chậm theo mơ hình PB – S90 thu từ phần mềm SIMION 10 10 10 10 PL17 Phụ lục Cấu trúc đoạn chương trình LUA mơ cuộn solenoid cuộn Helmholtz sử dụng phần mềm SIMION Trong đó: current: cường độ dịng điện chạy solenoid (A) first: vị trí điểm trục solenoid last: vị trí điểm cuối trục solenoid radius: bán kính cuộn solenoid nturns: số vòng dây cuộn solenoid Phụ lục 10 Đoạn chương trình mơ dạng hình học nguồn phát positron tiền gia tốc sử dụng phần mềm SIMION Phụ lục 11 Cấu trúc chương trình mơ dạng hình học ống chân khơng hình trụ dạng thẳng có bán kính ngồi r1 bán kính r2 với điện V sử dụng phần mềm SIMION Phụ lục 13 Cấu trúc chương trình mơ dạng hình học ống chân khơng hình trụ dạng uốn cong góc a có bán kính ngồi r1 bán kính r2 với điện V sử dụng phần mềm SIMION PL18 Phụ lục 12 Đoạn chương trình mơ dạng hình học gia tốc sử dụng phần mềm SIMION Phụ lục 14 Đoạn chương trình mơ lọc ExB hệ thống dẫn chùm positron chậm theo mơ hình PB – T0 sử dụng phần mềm SIMION ... thiết kế hệ thống dẫn chùm positron chậm Việc sử dụng phần mềm mô hệ thống cách tiếp cận hiệu kinh tế Vì vậy, tơi chọn đề tài “MƠ PHỎNG HỆ THỐNG DẪN CHÙM POSITRON CHẬM BẰNG PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG”... cho hệ thống dẫn chùm positron chậm Trong chương 1, “Tổng quan hệ thống dẫn chùm positron chậm phần mềm SIMION” , chúng tơi trình bày nguyên tắc số thành phần hệ thống dẫn chùm positron chậm. .. Trong chương 2, ? ?Mô hệ thống dẫn chùm positron chậm sử dụng phần mềm SIMION”, sử dụng phần mềm SIMION mô lại thành phần tạo điện trường từ trường hệ thống dẫn chùm positron chậm SPONSOR so sánh