Khóa luận tốt nghiệp K37

 Sử dụng thành thạo hệ phổ kế gamma, chuẩn hóa hiệu suất ghi tuyệt đối của hệ phổ kế gamma chất lượng cao với đầu dò HPGe trong dải năng lượng 0-8MeV, đồng thời tiến hành đo thực n[r]

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

51

V (n, γ) V

52

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

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

51

V (n, γ) V

52

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS PHẠM NGỌC SƠN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

i

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt q q trình thực khóa luận tốt nghiệp này, nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình tâm huyết thầy cô 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 lịng 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 quá 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

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu 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 hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Ngồi ra, khóa luận khơng có chép bất kì đề tài, khóa luận nhờ người khác làm thay Các số liệu, công thức thông 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

iii

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,)

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 dị 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 nơtron nhiệt 59V(n,)60V 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

iv

3.3 Tổng kết chương 35

KẾT LUẬN 36

KIẾN NGHỊ 37

v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

HPGe High Purity Germanium Đầu dò bán dẫn Ge

siêu tinh khiết

IEA International Atomic

Energy Agency

Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế

PGNAA Prompt gamma nơtron

activation analysis

Phân tích kích hoạt nơtron đo

gamma tức thời

GELINA Geel Linear Accelerator Máy gia tốc điện tử tuyến tính Geel, Bỉ

CERN Conseil Européen pour la

Recherche Nucléaire

Tổ chức Nghiên cứu Nguyên tử Châu Âu

BNC Budapest Nơtron Centre Trung tâm nơtron Budapest

n-TOF Time of Flight Phương pháp thời gian bay

ILL International Laue

Langevin

Viện Laue Langevin Grenoble, Pháp

PTFE Polytetrafloetylen Vật liệu để làm hộp

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng Các đặc điểm số hệ phân tích PGNAA số nước

thế 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 dị 38.5 cm 21

Bảng Số liệu tính toán sai số hiệu suất ghi 24

Bảng Hiệu suất ghi tương ứng vơi các mức lượng hạt nhân 51V 33

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình Quá trình bắt nơtron hạt nhân bia kèm phát xạ gamma

Hình Mơ tả vị trí lắp đặt hệ thống dẫn dòng nơtron kín nước vào bên kênh ngang số 11

Hình Hệ thiết bị dòng nơtron phin lọc kênh ngang số 12

Hình Bản vẽ thiết kế hệ dẫn dòng nơtron bằng kĩ thuật phin lọc kênh số 13

Hình Sơ đồ khối hệ gamma chế độ đo đơn 15

Hình Hệ phở kế gamma dùng đầu dò HPGe các khối điện tử 15

Hình Đường chuẩn lượng đầu dị HPGe 18

Hình Đường cong hiệu suất ghi vị trí nguồn cách đầu dị 38.5 cm 23

Hình Lá dò V tinh khiết 99,99% 27

Hình 10 Thực nghiệm phổ gamma nguồn chuẩn 51V đo trực tiếp kênh ngang số 28

Hình 11 Phổ gamma nguồn chuẩn 51V đo trực tiếp kênh ngang số 28

Hình 12 Phổ gamma nguồn chuẩn 35Cl đo trực tiếp kênh ngang số 29

Hình 13 Phổ gamma tức thời mẫu Vanadium phổ phông gamma thu đo trực tiếp kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 31

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 Phở gamma tức thời mẫu Vanadi thu vùng lượng từ 80- 4000 keV 32

1

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học công nghệ hạt nhân nghiên cứu phát triển ứng dụng vào thực tiễn nhiều quốc gia giới từ năm 1940 đạt nhiều thành tựu to lớn, đóng góp vào phát triển kinh tế xã hội quốc tế nói chung nhiều Quốc gia nói riêng như: Mỹ, Nhật Bản, Nga, Ấn Độ [11] Trong năm gần đây, Việt Nam đặc biệt quan tâm đến nghiên cứu số liệu hạt nhân ứng dụng kĩ thuật hạt nhân công nghiệp nông nghiệp có nhiều tiến định

Tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, hướng nghiên cứu cấu trúc hạt nhân bằng thực nghiệm triển khai thu thành công định [1] Hiện tại, Trung tâm Vật lý điện tử hạt nhân đưa vào khai thác ba dòng nơtron cho thí nghiệm đo đạc phản ứng (n, γ) bao gồm kênh nganh số đo đạc tiết diện hạt nhân phân tích nguyên tố bằng phương pháp kích hoạt nơtron đo gamma tức thời, kênh nganh số bao gồm hệ phổ kế đo các mức lượng sơ đồ giải thích thích số hạt nhân Clo, Yb, Sm, … Và dòng nơtron kênh ngang số 4, phục vụ cho phép đo nơtron truyền qua, đo tiết diện toàn phần phản ứng (n, γ) Kĩ thuật để đạt dòng nơtron đơn sắc nơtron nhiệt bằng phương pháp sử dụng phin lọc nơtron Tại dòng nơtron kênh số 2, dòng nơtron nhiệt chế tạo thành công đưa vào khai thác đo đạc tiết diện nơtron nhiệt cho vài hạt nhân phân tích hàm lượng nguyên tố bằng phương pháp kích hoạt nơtron đo gamma tức thời Một hệ phổ kế triệt compton lắp đặt gồm đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe, độ phân giải 2.0 keV 12 đầu dò nhấp nháy loại BGO bao bọc xung quanh đầu dò bán dẫn [2]

Nguyên tố Vanadi các đồng vị nó sử dụng nhiều khoa học công nghệ hạt nhân, số liệu cường độ các tia gamma tức thời hạt nhân hợp phần 51V từ phản ứng (n,) thường sử dụng số liệu chuẩn các

2

Do vậy, tiến hành đo thực nghiệm cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng 51V(n,)52V Với mục tiêu đưa trên, chọn đề tài nghiên cứu

của khóa luận là: "Xác định thực nghiệm cường độ tia gamma tức thời từ

phản ứng bắt nơtron nhiệt 51V(n,)52V" dải lượng từ đến MeV, sử

dụng hệ phở kế gamma đầu dị bán dẫn HPGe dòng nơtron phin lọc kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

Ngoài phần mở đầu kết luận, bố cục khóa luận trình bày thành chương bao gồm:

Chương - Tổng quan: Trình bày tổng quan các khái niệm, phương pháp hệ thiết bị liên quan đến phương pháp kích hoạt nơtron đo gamma tức thời (PGNAA)

Chương - Thực nghiệm: Trình bày nội dung thực nghiệm xử lí số liệu để xác định cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt 51V(n,)52V

Chương - Kết thảo luận: Trình bày kết tính toán thảo luận Do cịn hạn chế thời gian đo thực nghiệm lần đầu làm thực nghiệm vật lý hạt nhân nên khóa luận sẽ khó tránh khỏi thiếu sót định nội dung hình thức trình bày Kính mong nhận ý kiến đóng góp Q Thầy/Cơ bạn giúp khóa luận hồn thiện

Đà Lạt, tháng 12/2017 Sinh viên thực hiện,

Đỗ Ngọc Mến

3

CHƯƠNG TỔNG QUAN

Chương trình bày tổng quan đặc trưng nguyên tố Vanadi, trình bày phương pháp kích hoạt nơtron đo gamma tức thời các khái niệm, phương pháp hệ thiết bị đo gamma tức thời kênh thí nghiệm nơtron số

1.1 Môt số đặc trưng nguyên tố Vanadium

Năm 1801, Andrés Manuel del Río tách nguyên tố từ mẫu quặng “chì đen” Mexicô phát nguyên tố gọi Vanadium [11] Vanadium kim loại hiếm, mềm dễ kéo thành sợi, thành phần tìm thấy nhiều khống chất, có khả chống ăn mòn tốt, bền với loại chất kiềm, axít sulfuric axít clohiđric Sau phát đến vanadium dùng để sản xuất số hợp kim, tự nhiên vanadium bao gồm các đồng vị phân bố từ 43V đến 61V đó đồng vị bền 51V nhiều chiếm tới 99.75% 51V có tiết diện bắt nơtron nhiệt 4.93 barn, có spin chẳn lẻ 7−

2 Đồng vị

52V

có thể tạo thành từ phản ứng 51V(d,p)52V 51V(n,γ)52V, hạt nhân không bền với chu kỳ bán hủy 𝑇1

2

= 3.75 phút, có spin chẳn lẻ trạng thái bền 3+ [11] Hạt nhân 52V có ba proton nơtron ngồi lõi lấp đầy, lõi có cấu

trúc hai lần magic hạt nhân 48Ca Trong phản ứng bắt nơtron nhiệt 51V(n,γ)52V, hạt nhân 52V trạng thái kích thích có khả liên kết neuton B-n=7311.24 keV, phát xạ gamma để chuyển trạng thái bản, dịch chuyển có thể trực tiếp từ lượng liên kết Bn qua mức trung gian khác như: 3733.13 keV, 2855.28 keV, 2479.59 keV, 2168 keV,…., 22.76 keV, 17.13 keV [16]

1.2 Phương pháp kích hoạt nơtron đo gamma tức thời

Để xem xét tương tác nơtron với vật chất, người ta chia nơtron theo lượng chúng, thành nơtron nhiệt (năng lượng nơtron En từ đến

0.5 eV), nơtron nhiệt (En từ 0.5 eV đến 10 keV), nơtron nhanh (En từ 10

keV đến 10MeV) nơtron nhanh (En lớn 10 MeV) Tương tác

4

hợp phần bằng tổng lượng liên kết nơtron với hạt nhân động hạt nơtron tham gia phản ứng Trạng thái kích thích hạt nhân hợp phần tồn khoảng thời gian sống ngắn 10-14 giây phân rã trạng thái cân bằng

hoặc trạng thái giả bền bằng cách phát các tia gamma tức thời đặc trưng Trong nhiều trường hợp, hạt nhân sản phẩm (có số khối bằng A+1) thường khơng bền có tính phóng xạ beta kèm theo xạ nhiều tia gamma trễ đặc trưng Các tia xạ gamma có thể đo bằng hệ phở kế đa kênh dùng đầu dị bán dẫn siêu tinh khiết HPGe có độ phân giải lượng cao [4]

Trạng thái kích thích hạt nhân hợp phần tạo thành quá trình phản ứng (n,) với thời gian sống khoảng 10-14 giây sẽ phân rã mức lượng

thấp phát phổ các tia gamma tức thời Với thời gian sống ngắn vậy, các phép đo cần phải tiến hành đồng thời với phép chiếu mẫu, kĩ thuật đo thực nghiệm gọi phương pháp kích hoạt nơtron đo gamma tức thời (PGNAA)

Hình Quá trình bắt nơtron hạt nhân bia kèm phát xạ gamma [6]

5

Phổ lượng các tia gamma tức thời từphản ứng bắt nơtron (n,) ứng dụng nghiên cứu vật lý hạt nhân (xác định tiết diện phản ứng, cường độ phát tia gamma, cấu trúc hạt nhân, hàm lực gamma, nguyên tử khối, v.v ), phương pháp phân tích kích hoạt PGNAA (phân tích thành phần các nguyên tố mẫu môi trường, sinh học, địa chất, v.v ), nghiên cứu ảnh hưởng xạ lên vật chất, v.v Trong khóa luận này, nghiên cứu xác định cường độ các tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt hạt nhân 51V bằng phương pháp thực

nghiệm đo phổ gamma tức thời (Neutron captured prompt gamma-rays) sử dụng hệ phổ kế PGNAA kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

Tùy theo lượng hạt nơtron tới, tính chất tương tác hạt nhân bia nơtron có thể mơ tả qua ba chế là: phản ứng hạt nhân hợp phần, phản ứng trực tiếp phản ứng tiền cân bằng Trong phạm vi khóa luận tập trung nghiên cứu nơtron nhiệt có lượng 0.0253 eV, đó phản ứng hạt nhân (n,) chủ yếu xảy theo chế hạt nhân hợp phần

Phản ứng hạt nhân hợp phần biểu diễn qua hai giai đoạn miêu tả sơ đồ sau [7]:

n + A  (A+1)*  (A+1) + -raysprompt

Trong đó:

 Hạt nhân bia có số khối A

 n hạt nơtron tới,

 (A+1)* hạt nhân hợp phần trạng thái kích thích,

 (A+1) hạt nhân sản phẩm,

 tia gamma tức thời

 Giai đoạn hình thành hạt nhân hợp phần: Hạt nhân bia hấp thụ hạt nơtron tới tạo thành hạt nhân hợp phần với số khối (A+1)* tồn trạng thái kích thích Mức lượng kích thích tương ứng với tởng lượng liên kết hạt nhân bia động hạt nơtron tới

6

gamma tức thời phụ thuộc mạnh vào các đặc trưng cấu trúc hạt nhân, lượng, momen động lượng, tính chẵn lẻ hạt nhân

Phản ứng bắt nơtron (n,) hạt nhân có thể mô tả sau:

A A A

ZX + n0 (Z X)* Z X

 

   

Với A: số khối hạt nhân bia Z: số điện tích hạt nhân bia

Kí hiệu (*) biểu diễn cho hạt nhân hợp phần trạng thái kích thích [3]

1.3 Phương trình tốc độ phản ứng (n,)

Kết hợp việc kích hoạt sử dụng chùm nơtron từ kênh ngang lò phản ứng đồng thời đo phổ gamma tức thời từ phản ứng (n,) bằng hệ phở kế đa kênh dùng đầu dị bán dẫn HPGe, ta có mối quan hệ tốc độ phản ứng (R) hạt nhân bia số đếm ghi (Np) đỉnh gamma quan tâm sau [7]:

p m

γ p

N /t R=

I ε N

Trong đó: A

θ N= w N

M số hạt nhân bia tham gia phản ứng,

A

N số Avogadro, p

N diện tích đỉnh (số đếm),

m

t thời gian đo,

w khối lượng mẫu chiếu (g), θlà độ phổ cập đồng vị (%),

Mlà khối lượng nguyên tử nguyên tố bia (g/mol),

γ

I cường độ gamma tuyệt đối (xác suất phát gamma)

p

ε hiệu suất ghi đỉnh (%)

7 Thay N vào phương trình (1.1) ta có:

p m

A γ p

N /t R=

N θ.I ε w

/M

Khi đặt hạt nhân chùm nơtron đơn năngE , có thông lượngn n, tốc độ phản ứng tính cơng thức:

R   n (E )n (1.3)

Với (E) tiết diện phản ứng (n,) hạt nhân bia hạt nơtron tới có lượng nơtron E

Từ các phương trình kích hoạt trên, có thể xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt, cường độ phát tia gamma, độ phổ biến đồng vị, v.v

1.4 Hệ PGNAA số nước giới

Sự đời phát triển các phương pháp phân tích hạt nhân gắn liền với thành tựu vật lý kỹ thuật hạt nhân đại Phương pháp PGNAA có ưu điểm độ nhạy độ xác cao, tốc độ phân tích nhanh, mẫu phân tích khơng bị phá hủy có thể tiến hành phân tích đồng thời nhiều ngun tố Có thể tự động hóa toàn quy trình phân tích Do đó, hệ phân tích PGNAA ln quan tâm nâng cấp nhằm nâng cao độ nhạy độ xác hệ đo Dưới đặc điểm số hệ phân tích PGNAA giới nước

1.4.1 Trên giới

Một đặc trưng quan trọng hệ thiết bị PGNAA độ nhạy phân tích Đó kết tổng hợp các đặc trưng khác thông lượng nơtron, tỷ số cadmium, phông gamma hệ đo, hiệu suất ghi hệ đo, Bảng nêu các đặc điểm số hệ phân tích PGNAA số nước

8

Bảng Các đặc điểm số hệ phân tích PGNAA số nước

thế giới[12,13,14]

Hệ phân tích Đặc điểm

SNU – KAERI (Hàn Quốc)

- Nguồn nơtron nhiệt: graphite

- Thông lượng chùm nơtron: 8.2x107n.cm-2.s-1

- Kích thước chùm: 2x2 cm2

- Tỉ số cadmium R = 266 (đối với Au) - Độ nhạy Ti (1382 keV): 2020 c/s/g - Hệ phổ kế: hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe JEARI

(Nhật Bản)

- Nguồn nơtron nhiệt dẫn dòng bằng phản xạ gương Ni - Thông lượng chùm nơtron: 2.4x107 n.cm-2.s-1

- Kích thước chùm: 2x2 cm2

- Hệ phổ kế gamma sử dụng detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe 23.8%, độ phân giải (FWHM) 1.75 keV đỉnh 1332 keV 60Co

- Nguồn nơtron lạnh

- Thông lượng chùm nơtron: 1.1x108 n.cm-2.s-1

- Kích thước chùm: 2x2 cm2

- Hệ phổ kế gamma sử dụng detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe 23.8%, độ phân giải (FWHM) 1.75 keV đỉnh 1332 keV 60Co

NIST (Mỹ)

- Nguồn nơtron nhiệt: Phin lọc (sapphire) - Thông lượng chùm nơtron: 3.0x108 n.cm-2.s-1

- Kích thước chùm: cm nhỏ - Tỉ số cadmium R = 166 (đối với Au) - Độ nhạy Ti (1382 keV): 890 c/s/g

- Hệ phổ kế: Hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe hệ triệt Compton

9

- Thông lượng chùm nơtron: 9.5x108 n.cm-2.s-1

- Kích thước chùm: cm nhỏ - Độ nhạy Ti (1382 keV): 7700 c/s/g

- Hệ phổ kế: Hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe hệ triệt Compton

BARC (Ấn Độ)

- Nguồn nơtron nhiệt: phản xạ gương

- Thông lượng chùm nơtron: 1.4x107n.cm-2.s-1

- Kích thước chùm: 2.5x10 cm2

- Tỉ số cadmium R = 3.4x104 (đối với In)

- Hệ phổ kế: Hệ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe - Nguồn nơtron nhiệt: graphite

- Thơng lượng chùm nơtron: 1.6x106n.cm-2.s-1

- Kích thước chùm: 2.5x3.5 cm2

- Tỉ số cadmium R = 3.4x104 (đối với In) - Hệ phổ kế: Hệ bán

dẫn siêu tinh khiết HPGe

1.4.2 Hệ thiết bị PGNAA lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

10

Bảng Các đặc điểm hệ phân tích PGNAA Đà Lạt [1]

Hệ phân tích Đặc điểm

Kênh nơtron số

- Nguồn nơtron nhiệt: phin lọc 98 cm Si + 35g/cm2S + cm Ti

- Thông lượng chùm nơtron: 1.25x107 n.cm-2.s-1

- Đường kính chùm: cm - Tỉ số cadmium R = 112 (đối với Au) - Hệ phổ kế gamma sử dụng detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe 58%, độ phân giải (FWHM) 1.9 keV đỉnh 1332 keV 60Co

Kênh nơtron số

- Nguồn nơtron nhiệt: phin lọc 80cm Si + 6cm Bi - Thông lượng chùm nơtron: 1.03x106 n.cm-2.s-1

- Đường kính chùm: 3cm - Tỉ số cadmium R = 230 (đối với Au) - Hệ phổ kế gamma sử dụng detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe 70%, độ phân giải (FWHM) 2.0 keV đỉnh 1332 keV 60Co

1.5 Kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 1.5.1 Giới thiệu kênh ngang số

Lị phản ứng hạt nhân Đà lạt có kênh nơtron phục vụ cho mục đích nghiên cứu với đường kính kênh 15.2 cm, đó có kênh xuyên tâm kênh tiếp tuyến Cho đến có kênh ngang đưa vào sử dụng kênh tiếp tuyến số 3, kênh xuyên tâm số Các dòng nơtron phin lọc từ kênh ngang số số đưa vào sử dụng từ năm 1990 phục vụ nghiên cứu ứng dụng Năm 1990 kỹ thuật phin lọc nơtron phát triển lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt cho phép nhận chùm nơtron chuẩn đơn với thông lượng từ 104-106 n/cm2/s thích hợp cho nghiên cứu số liệu phản ứng hạt nhân với nơtron [2]

Năm 2011, kênh nơtron số đưa vào khai thác Dòng nơtron nhiệt kênh ngang số tạo từ tổ hợp loại phin lọc nơtron bao gồm phin lọc đơn tinh thể Si có chiều dài 80cm đơn tinh thể Bismuth có chiều dài cm, thơng lượng nơtron nhiệt đạt 1.6×106

11

nơtron gamma giảm đáng kể Bên cạnh đó, hệ phở kế gamma với đầu dị HPGe có hiệu suất ghi tương đối 72% có chức triệt phơng Compton lắp đặt hồn chỉnh đưa vào ứng dụng để đo số liệu hạt nhân phân tích nguyên tố bằng phương pháp đo phở gamma tức thời [1]

Dịng nơtron phin lọc kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt: có dạng hình trụ, tởng chiều dài 153 cm, đường kính 9.4 cm Ống đựng

phin lọc ống làm bằng nhơm dài 141.8 cm, đường kính ngồi 9.0 cm, đường kính 8.4 cm Ống đựng phin lọc có tác dụng tạo liên kết đồng trục cho phin lọc nơtron cấu lắp tháo phin lọc hệ dẫn dòng cách dễ dàng, giảm thiểu tối đa thời gian thao tác kênh lắp thay đởi cấu hình phin lọc nơtron Chiều dài tổng cộng phin lọc có thể lắp 140cm ngồi ống đựng phin lọc sử dụng để lắp nút chắn nơtron gamma bảo đảm an toàn xạ thực thao tác kiểm tra bảo dưỡng [2]

1: Hệ dẫn dòng nơtron, 2: Các phin lọc nơtron, 3: Vỏ nhơm hệ dẫn dịng, 4: Khối cản chắn xạ thép, 5: Ống chuẩn trực nơtron gamma, 6: Các khối che chắn xạ gamma nơtron, 7: Hệ bảo đảm kín nước, 8: Khối cản xạ kênh ngang số 2, 9: Cửa sắt kênh ngang số 2, 10: Thành bê tơng lị phản ứng

Hình Mơ tả vị trí lắp đặt hệ thống dẫn dòng nơtron kín nước vào

12

Trong đo số liệu hạt nhân (tiết diện phản ứng, cường độ dịch chuyển, v.v ), mức độ đơn dòng nơtron yếu tố định đến độ xác kết nghiên cứu Các nguồn nơtron đơn vùng lượng từ vài keV đến vài MeV có thể thu từ lò phản ứng hạt nhân, máy gia tốc nguồn đồng vị Tuy nhiên, lò phản ứng hạt nhân nguồn nơtron quan trọng để tạo các dòng nơtron chuẩn đơn Từ phở nơtron ban đầu lị phản ứng, có thể sử dụng các kĩ thuật như: kĩ thuật nơtron phin lọc, kĩ thuật tán xạ tinh thể, phương pháp thời gian bay, v.v…để tạo các dòng nơtron chuẩn đơn Một kĩ thuật tạo dòng nơtron đơn hiệu chi phí thấp kĩ thuật nơtron phin lọc phát triển áp dụng nhiều nước giới Ukraina, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc Việt Nam Riêng Việt Nam, kĩ thuật nơtron phin lọc nghiên cứu phát triển ứng dụng, sở kênh ngang lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Hiện nay, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt tạo các dòng nơtron đơn như: 0.0253 eV, keV, 24 keV, 54 keV, 59 keV, 133 keV 148 keV [2] Các dòng nơtron ứng dụng để đo số liệu tiết diện bắt xạ nơtron, tiết diện hấp thụ nơtron toàn phần, nghiên cứu phản ứng (n,) phát triển phương pháp phân tích PGNAA Kĩ thuật phin lọc nơtron có ưu điểm cường độ mạnh, độ phân giải lượng cao phông gamma thấp [1]

13

Kĩ thuật phin lọc nơtron nhiệt: Cơ sở kĩ thuật phin lọc nơtron dựa

trên suy giảm cường độ chùm nơtron các lượng không mong muốn thu cường độ cao đỉnh lượng quan tâm, qua vật liệu làm phin lọc có bề dày d đủ lớn Vì vậy, chùm nơtron từ lị phản ứng có lượng phân bố từ nơtron nhiệt đến nơtron nhanh, truyền qua vật liệu có độ dày thích hợp sẽ tương tác với vật liệu giống lọc nơtron Các cực tiểu tiết diện nơtron toàn phần tạo tán xạ tán xạ cộng hưởng các song nơtron nên cực tiểu thường có giá trị nhỏ Vật liệu làm phin lọc bằng silicon, có độ dày đủ lơn (khoảng 60 cm đến 100 cm) sẽ cho chùm nơtron sau phin lọc tạo thành các chùm nơ tron chuẩn đơn có lượng tương ứng nơtron nhiệt 54 keV 148 keV [2] Do đó, đối tượng sử dụng nơtron nhiệt cần thiết bở sung phin lọc phụ bằng vật liệu như: Bismuth Titan lưu huỳnh để hạn chế các đỉnh nơtron lượng cao Ngược lại, đối tượng quan tâm các đỉnh lượng cao 54 keV 148 keV cần thiết sử dụng phin lọc phụ Boron (mật độ 0.2 g/cm2), Cadmi để giảm tối đa thành phần nơtron nhiệt

[2],[3]

Hình Bản vẽ thiết kế hệ dẫn dòng nơtron bằng kĩ thuật phin lọc kênh số [2]

Ưu điểm chùm nơtron phin lọc từ lị phản ứng: thơng lượng dòng nơtron cao (thông lượng nơtron cỡ 106108

14

nền gamma thấp chuẩn trực tốt (đường kính dịng cỡ – 40 mm) Dịng nơtron truyền qua phin lọc có bề dày đủ lớn nên thành phần xạ gamma từ lò phản ứng hấp thụ đáng kể truyền qua phin lọc Thành phần đơn tinh thể Si có chức cho phép thành phần nơtron nhiệt truyền qua với tỉ số truyền qua cao phân bố lượng nơtron nhiệt bảo toàn theo phân bố Maxell Bên cạnh đó, phin lọc Si với tổng chiều dài tương đối lớn nên có tác dụng hạn chế đáng kể phông xạ gamma từ vùng hoạt lò phản ứng Phin lọc Bismuth có chức giảm thiểu thành phần xạ gamma từ vùng hoạt lò phản ứng phông gamma tương tác nơtron với các vật liệu cấu trúc kênh hệ dẫn dòng Ngoài ra, phin lọc Bismuth còn có tác dụng cắt các thành phần nơtron nhanh

Trong khóa luận này, sử dụng hệ phổ kế gamma dùng đầu dò HPGe dòng nơtron phin lọc kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt để đo thực nghiệm phổ phát xạ gamma tức thời, từ đó xác định cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt 51V(n,)52V

1.5.2 Hệ phở kế gamma dùng đầu dị HPGe

Trong vật lý hạt nhân vật lý hạt nhân ứng dụng thường sử dụng loại đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết, đầu dò HPGe trọng đầu dò dùng để ghi nhận gamma phổ biến có ưu điểm có độ phân giải cao, có khả phân tích các phở gamma phức tạp có nhiều đỉnh Trong khóa luận này, chúng tơi sử dụng hệ phổ kế gamma bao gồm đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe GR7023 đồng trục loại n hãng Canberra với hiệu suất ghi tương đối 72%, lượng tia gamma có thể ghi nhận với độ phân giải 0.1%, bao bọc buồng chì, phía trước mặt buồng chì lót lớp 6LiF

15

Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma: bao gồm việc chuẩn lượng tìm mối

quan hệ số kênh lượng, chuẩn độ phân giải FWHM theo lượng, chuẩn hiệu suất ghi tìm mối quan hệ tốc độ đếm mà hệ phổ kế ghi nhận được với tốc độ phát tia gamma từ nguồn chuẩn theo cấu hình đo thực tế

 Để xây dựng đường chuẩn lượng chuẩn độ phân giải hệ đo sử dụng nguồn chuẩn Cl Mục đích chuẩn lượng độ phân giải tìm mối

PC Genie 2000 Multiport II

ADC 16K MCA HPGe

GR7023

Amplifier 2026

HV 3106D 06kV

Hình Sơ đồ khối hệ gamma chế độ đo đơn

16

quan hệ vị trí đỉnh (số kênh) độ rộng chiều cao FWHM các đỉnh gamma tương ứng với lượng tia gamma [11]

 Hiệu suất hệ thống phổ kế đại lượng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hình học đo, góc khối đo, kích thước hình học mẫu, thời gian chồng chập xung hệ đo Khi có thay đởi hình học đo thì phải xác định lại hiệu suất ghi Ngoài ra, hiệu suất ghi phụ thuộc vào lượng xạ gamma Vì vậy, cần thiết xây dựng hàm tương quan lượng hiệu suất để có thể biết hiệu suất ghi hệ đo giá trị lượng tương ứng xạ gamma quan tâm

1.6 Tổng kết chương

17

CHƯƠNG THỰC NGHIỆM

Trong chương này, trình bày quá trình thực nghiệm sử dụng lá dò tinh khiết V 99.99% cùng hệ phở kế gamma với đầu dị HPGe hiệu suất ghi tương đối 72% dòng nơtron phin lọc kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt để tiến hành đo thực nghiệm phổ phát xạ gamma tức thời, từ đó xác định cường độ tuyệt đối các tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt 51V(n,)52V

dải lượng từ đến MeV

2.1 Hiệu chuẩn hệ phổ kế

2.1.1 Chuẩn lượng hệ phổ kế

Chuẩn lượng tiến hành bằng cách đo phổ gamma số nguyên tố phát gamma biết xác lượng sau đó thiết lập mối quan hệ lượng vị trí đỉnh

Việc chuẩn phở lượng tiến hành sau:

 Đo phổ gamma mẫu chuẩn từ đó có phổ gamma có các đỉnh lượng hạt nhân cần đo

 Định chuẩn lượng bằng phương pháp làm khớp hệ số a, b hàm biểu diễn phụ thuộc lượng theo kênh

Hàm bậc biểu diễn phụ thuộc lượng theo kênh thường có dạng: E (keV) = a.K+ b (2.1)

Trong đó:

a, b hệ số làm khớp,

K số kênh tương ứng với lượng E

Tiến hành đo phổ gamma với số số nguồn chuẩn (60Co, 54Mn, 137Cs, 133Ba, …) sẽ thu bảng số liệu thực nghiệm dạng số kênh K ứng với

năng lượng E

18

Thực tế, hệ phổ kế gamma cụ thể vạch lượng tia gamma cần quan tâm hiệu suất đầu dò phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: bề dày lớp chết đầu dò, dạng hình học nguồn, khoảng cách từ nguồn đến đầu dò,…Do đó, hiệu suất đầu dò thông số quan trọng dùng để nghiên cứu các đặc trưng đầu dò

2.1.2 Chuẩn hiệu suất ghi

Mẫu đo nhiều vị trí khác đầu dị, vị trí có đường cong hiệu suất khác nhau, đó ta phải tiến hành chuẩn hiệu suất đầu theo vị trí Có nhiều phương pháp để chuẩn hiệu suất, phương pháp thông thường dùng số nguồn chuẩn phát gamma đơn để tính toán hiệu suất đỉnh lượng toàn phần theo lượng Do đặc trưng phương pháp PGNAA đo các tia gamma tức thời lượng cao lên đến 8MeV cần thiết xác định thực

19

nghiệm đường chuẩn hiệu suất ghi toàn dải lượng từ đến 8MeV Trong thực nghiệm này, sử dụng các nguồn chuẩn như: 60Co, 133Ba, 137Cs, 152Eu, 241Am để xác định hiệu suất ghi tuyệt đối vùng lượng thấp

Bảng Số liệu hạt nhân số nguồn chuẩn

Đồng vị Năng lượng

E (keV)

Chu kì bán rã

1/

T (năm)

Xác suất phát I(%)

Hoạt độ ban đầu

0

A (Bq)

241Am 59.5 432.17 36.00 417.0

133Ba 81.0 10.50 34.11 285.6

152Eu 121.8 13.50 28.37 304.1

152Eu 244.7 13.50 7.53 304.1

133Ba 276.4 10.50 7.15 285.6

133Ba 302.9 10.50 18.30 285.6

152Eu 344.3 13.50 26.57 304.1

133Ba 356.0 10.50 61.90 285.6

133Ba 383.9 10.50 8.91 285.6

152Eu 411.1 13.50 2.24 304.1

152Eu 444.0 13.50 3.13 304.1

137Cs 661.8 30.20 85.10 259.0

152Eu 778.9 13.50 12.97 304.1

152Eu 867.4 13.50 4.21 304.1

152Eu 964.1 13.50 14.63 304.1

152Eu 1085.8 13.50 10.13 304.1

152Eu 1112.1 13.50 13.54 304.1

60Co 1173.2 5.27 99.90 367.0

152Eu 1213.0 13.50 1.41 304.1

20

60Co 1332.5 5.27 99.90 367.0

152Eu 1408.0 13.50 20.85 304.1

Quy trình chuẩn hiệu suất ghi tuyệt đối sau [5], [11]:

 Chọn vị trí khảo sát (vị trí xác lập dựa khoảng cách từ nguồn phóng xạ đến mặt đầu dò)

 Sử dụng nguồn chuẩn Bảng để đo phở gamma vị trí khảo sát

 Xác định hiệu suất ghi  các đỉnh lượng E theo biểu thức sau:

0

t

e C

.100% A I  

  (2.2)

Trong đó: p m N C t

 tốc độ đếm đỉnh  quan tâm (số đếm/s)

p

N diện tích đỉnh (đã trừ phơng) xạ gamma lượng E

m

t thời gian đo (s)

0

A hoạt độ ban đầu (Bq)

I xác suất phát tia gamma lượng E (%)

 hằng số phân rã (s1)

t thời gian từ lúc chế tạo mẫu tới lúc đo (s)

 Sau thu số liệu thực nghiệm E , bằng phép bình phương tối thiểu sẽ lập đường chuẩn hiệu suất theo dạng sau:

21  Xác định sai số hiệu suất ghi

Sai số hiệu suất ghi xác định theo công thức truyền sai số [9]:

δε

= √(

𝜕𝐴𝜕𝜀

0

)

2

𝜕

𝐴0

2

+ (

𝜕𝜀 𝜕𝑁

)

2

𝜕

𝑁2

+ (

𝜕𝜀 𝜕𝑡𝑐

)

2

𝜕

𝑡𝑐

2

+ (

𝜕𝜀 𝜕𝐼𝛾

)

2

𝜕

𝐼𝛾

2

+ (

𝜕𝜀 𝜕𝜆

)

2

𝜕

𝜆2

(2.4) Hay:

δε= 𝜀 √(

𝜕𝐴0 𝐴0

)

2

+ (

𝜕𝑁 𝑁

)

2

+ (

𝜕𝑡𝑐

𝑡𝑐

)

2

+ (

𝜕𝐼𝛾

𝐼𝛾

)

2

+ (

𝜕𝜆 𝜆

)

2

(2.5)

Trong đó:

∂A0: sai số hoạt độ ban đầu (được cung cấp nhà cung cấp)

∂N: sai số diện tích đỉnh ∂Iγ: sai số cường độ

∂λ: sai số bước song ∂tc: sai số thời gian đo

Sai số toàn phần xác định công thức:

u

ε

=

√

∑ 𝛿𝜂2+∑ (𝜀𝑖 𝑖−𝜀̅)

𝑛(𝑛−1)

(2.6) Dựa vào cơng thức (2.6) để tính sai số hiệu suất ghi ∂A0=5% giá

trị ∂Iγ, ∂λ, ∂tc xem nhỏ có thể bỏ qua Việc làm khớp đường cong hiệu

suất tính tốn sai số hiệu suất thực bằng chương trình Excel

Bảng Số liệu hiệu suất ghi cho vị trí nguồn cách đầu dò 38.5 cm

Đồng vị Năng lượng E

(keV)

logE(keV) Hiệu suất  log 

241Am 59.5 1.775 0.01953 -1.709

133Ba 81.0 1.909 0.02024 -1.694

152Eu 121.8 2.086 0.01958 -1.708

22

133Ba 276.4 2.442 0.01212 -1.916

133Ba 302.9 2.481 0.01126 -1.949

48Ti 341.7 2.534 0.01127 -1.948

152Eu 344.3 2.537 0.01093 -1.962

133Ba 356.0 2.552 0.01034 -1.986

133Ba 383.9 2.584 0.01149 -1.940

152Eu 411.1 2.614 0.01038 -1.984

152Eu 444.0 2.647 0.00866 -2.062

35Cl 516.7 2.713 0.00827 -2.082

137Cs 661.8 2.821 0.00671 -2.173

152Eu 778.9 2.892 0.00429 -2.367

152Eu 867.4 2.938 0.00498 -2.303

152Eu 964.1 2.984 0.00625 -2.204

152Eu 1085.8 3.036 0.00522 -2.283

152Eu 1112.1 3.046 0.00447 -2.350

60Co 1173.2 3.069 0.00458 -2.339

152Eu 1213.0 3.084 0.00570 -2.244

152Eu 1299.2 3.114 0.00432 -2.365

60Co 1332.5 3.125 0.00433 -2.364

48Ti 1381.7 3.140 0.00397 -2.401

152Eu 1408.0 3.149 0.00369 -2.433

48Ti 1498.7 3.176 0.00374 -2.427

48Ti 1585.9 3.200 0.00358 -2.446

23

48Ti 1762.0 3.246 0.00331 -2.480

35Cl 1950.9 3.290 0.00307 -2.513

35Cl 1959.1 3.292 0.00306 -2.514

35Cl 2676.0 3.428 0.00242 -2.615

35Cl 2863.9 3.457 0.00230 -2.637

35Cl 3061.7 3.486 0.00219 -2.659

35Cl 5715.3 3.757 0.00138 -2.861

48Ti 6418.6 3.807 0.00126 -2.899

35Cl 6977.7 3.844 0.00119 -2.926

35Cl 7790.2 3.892 0.00109 -2.962

24

Bảng Số liệu tính toán sai số hiệu suất ghi

Đồng vị

Năng lượng E

(keV)

logE(keV) log TN log fit fit TN

TN   



241Am 59.5 1.775 -1.709 -1.714 0.00967

133Ba 81.0 1.909 -1.694 -1.684 0.02196

152Eu 121.8 2.086 -1.708 -1.716 0.01684

152Eu 244.7 2.389 -1.887 -1.870 0.03853

133Ba 276.4 2.442 -1.916 -1.904 0.02850

133Ba 302.9 2.481 -1.949 -1.930 0.04281

48Ti 341.7 2.534 -1.948 -1.965 0.03888

152Eu 344.3 2.537 -1.962 -1.968 0.01393

133Ba 356.0 2.552 -1.986 -1.978 0.01868

133Ba 383.9 2.584 -1.940 -2.000 0.12957

152Eu 411.1 2.614 -1.984 -2.020 0.08106

152Eu 444.0 2.647 -2.062 -2.044 0.04450

35Cl 516.7 2.713 -2.082 -2.090 0.01682

137Cs 661.8 2.821 -2.173 -2.166 0.01751

152Eu 867.4 2.938 -2.303 -2.249 0.13219

152Eu 964.1 2.984 -2.204 -2.282 0.16432

152Eu 1085.8 3.036 -2.283 -2.319 0.08096

152Eu 1112.1 3.046 -2.350 -2.327 0.05379

60Co 1173.2 3.069 -2.339 -2.344 0.00972

152Eu 1299.2 3.114 -2.365 -2.376 0.02537

60Co 1332.5 3.125 -2.364 -2.384 0.04497

48Ti 1381.7 3.140 -2.401 -2.396 0.01291

25

48Ti 1498.7 3.176 -2.427 -2.422 0.01383

48Ti 1585.9 3.200 -2.446 -2.440 0.01426

35Cl 1600.8 3.204 -2.449 -2.443 0.01432

48Ti 1762.0 3.246 -2.480 -2.474 0.01462

35Cl 1950.9 3.290 -2.513 -2.507 0.01438

35Cl 1959.1 3.292 -2.514 -2.508 0.01436

35Cl 2676.0 3.428 -2.615 -2.611 0.01008

35Cl 2863.9 3.457 -2.637 -2.634 0.00855

35Cl 3061.7 3.486 -2.659 -2.656 0.00690

35Cl 5715.3 3.757 -2.861 -2.864 0.00554

48Ti 6418.6 3.807 -2.899 -2.901 0.00395

35Cl 6977.7 3.844 -2.926 -2.927 0.00110

35Cl 7790.2 3.892 -2.962 -2.959 0.00547

Dựa vào Bảng ta thấy rằng số liệu hiệu suất ghi có xu hướng giảm dần theo lượng Nguyên nhân lượng lớn thì xác suất tia gamma thoát khỏi vùng nhạy đầu dò cao, nghĩa xác suất ghi nhận đầu dò thấp làm cho hiệu suất ghi giảm lượng tăng

Với đường cong hiệu suất xây dựng, hiệu suất ghi cho các giá trị lượng khác thực nghiệm đo phổ 59Co 51V có thể tính [8]

 Sai số hiệu suất ghi: 2 p2

eff  A N

      

 Sai số độ lệch TN fit:

k fit TN n TN n(n 1)              



= 1.58% (2.7)

26

2 2 2

A Am 241 Ba 133 Eu 152 Cs 137 Co 60

1

n

    

 



 

 

 

 

% 48

1     



(2.8)

 Sai số thống kê (diện tích đỉnh) [9]:

p p k 2 N n N n(n 1)    



=0.27% (2.9) Vậy sai số hiệu suất ghi đầu dò:

p

2 2

eff  A N

       = 2

27 48 58

1   = 2.23% (2.10)

2.2 Thực nghiệm xác định cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt 59V(n,)60V

2.2.1 Chuẩn bị mẫu

Đối với hạt nhân 35Cl: Trong phương pháp phân tích kích hoạt nơtron gamma

tức thời (PGNAA), tia gamma tức thời có lượng cao từ phản ứng

35Cl(n,)36Cl sử dụng chuẩn thứ cấp để chuẩn lượng hiệu suất

ghi cho hệ phở kế gamma Quy trình chuẩn bị mẫu:

 Vanadium lá dò kim loại độ tinh khiết 99,99% đường kính 12,7 mm, bề dày(lá) 0,05 mm, khối lượng 0,0925 g

 Chlorine hợp chất NH Cl4 dạng bột có độ tinh khiết 99,9% nén lại

27

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 1.6×106

2

n.cm s  tỉ 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 các nơtron tán xạ Bên buồng đo giá đỡ mẫu làm bằng vật liệu PTFE có tác dụng cố định mẫu vị trí suốt quá trình chiếu-đo Mẫu đặt góc 450 khoảng cách từ mẫu đến đầu dò 38.5 cm

Để xác định cường độ tia gamma tức thời mẫu 51V 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,),

+ Xử lí số liệu thực nghiêm tính toán xác định cường độ tuyệt đối I, + Tính toán đánh giá sai số

Kết đo phổ gamma số nguồn chuẩn 51Vvà 35Cl mô tả

28

Hình 10 Thực nghiệm phổ gamma nguồn chuẩn 51V đo trực tiếp kênh

ngang số

29

Hình 12 Phở gamma nguồn chuẩn 35Cl 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 đó xác định cường độ tuyệt đối tia gamma tức thời

30

CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Nội dung chương xác định kết các 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 mẫu 51V, các bước thực nghiệm tiến hành kênh ngang số Lò phản

ứng hạt nhân Đà Lạt Các bước tiến hành sau:

 Chiếu đo mẫu 51V thời gian 11688.23 giây

 Đo phổ phông thời gian 62466 giây

 Xác định hiệu suất ghi đầu dò các đỉnh lượng gamma quan tâm sử dụng đường cong hiệu suất thiết lập chương sau:

y = 0.06212x5-0.94525x4+5.77391x3-17.7538x2+26.80813x–17.35874 Trong đó:

y = log hiệu suất ghi đầu dò x = logE lượng đỉnh 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

31

Hình 14 Phở gamma tức thời mẫu Vanadium phổ phông gamma thu

khi đo trực tiếp kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

Hình 13 Phở gamma tức thời mẫu Vanadium phổ phông gamma thu

32

Hình 15 Phở gamma tức thời mẫu Vanadi thu vùng lượng từ

80- 4000 keV

Hình 16 Phở gamma tức thời mẫu Vanadi thu khoảng lượng

33

Kết thực nghiệm xác định cường độ tương đối tia gamma tức thời từ phản ứng (n,) hạt nhân 51V xác định bằng phương pháp thực

nghiệm các bước tính toán các mức lượng mô tả Bảng Bảng

Bảng Hiệu suất ghi tương ứng vơi các mức lượng hạt nhân 51V

Năng lượng E (keV) Diện tích đỉnh hạt nhân (số đếm) Sai số diện tích đỉnh % Diện tích phơng (số đếm) Sai số diện tích phơng % Diện tích đỉnh thực (số đêm) Hiệu suất ghi 

124.5 5406 8.10 5406 8.33E-04

125.03 39591 0.90 39591 8.33E-04

147.8 5339 4.70 5339 8.05E-04

436.61 5610 7.04 5098 1.40 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 25.00 688 1.36E-04

5142.28 606 30.00 606 6.39E-05

5515.76 1694 13.67 4600 11.70 833 6.03E-05

5752.03 710 20.90 710 5.82E-05

34

Bảng Cường độ tia gamma tức thời hạt nhân 51V các đỉnh lượng

khác

Năng lượng E (keV)

Cường độ tức thời (lấy đỉnh 645.69 làm chuẩn 100%)

Sai số cường độ phát %

Cường độ phát theo lý

thuyết %

Độ lệch thực nghiệm lý thuyết %

124.5 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

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

35

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 đỉnh trung bình (2-5%), sai số hiệu suất ghi tuyệt đối đầu dò (2.23%) sai số các hằng số hạt nhân sử dụng tính toán, thời gian đo phở Vanadi khơng đủ lớn nên số đỉnh Vanadi thu không nhiều dẫn đến sai số thống kê có thể lớn, đỉnh 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 51V thực nghiệm lý thuyết có chênh lệch <10%

Tại các đỉnh lượng 124.5 keV, 147.8 keV, 2145.84 keV, 5142.28 keV có độ sai số thực nghiệm lý thuyết cao so với các đỉnh lại có chập các đỉnh, phở phơng cao, sai số q trình xử lí số liệu

Thực nghiệm cường độ các tia gamma tức thời chùm nơtron nhiệt kênh ngang số hạt nhân 51V với hầu hết các kết sai số < 13%

thực hệ phổ kế gamma chất lượng cao sử dụng đầu dò HPGe Tuy nhiên sai số thực nghiệm phương pháp PGNAA lò Đà Lạt từ 3-13%, chủ yếu sai số diện tích đỉnh các tia gamma tức thời sai số hiệu suất ghi đầu dò.Vì để giảm các sai số kể bằng cách nâng cao độ nhạy phân tích các hạt nhân quan tâm tăng khối lượng mẫu tăng thời gian đo

3.3 Tổng kết chương

Trong chương 3, trình bày chi tiết kết thu từ thực nghiệm cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt

51V(n,γ)V52 , trình bày phổ lượng nguyên tố Vanadi, phổ phông có

36

KẾT LUẬN

Khóa luận thực hồn thành nội dung, mục tiêu nghiên cứu đề bảng đề cương khóa luận Các kết thu khóa luận có thể tóm tắt lại sau:

Nghiên cứu, tìm hiểu tổng quan lý thuyết nguyên tố Vanadi, phản ứng bắt xạ nơtron (n,) phương pháp thực nghiệm xác định cường độ phát các tia gamma tức thời

Tìm hiểu ý nghĩa thực tiễn nghiên cứu thực nghiệm phản ứng bắt xạ nơtron (n,) các ứng dụng như: tính toán thiết kế lò phản ứng, nghiên cứu cấu trúc hạt nhân ứng dụng phân tích nguyên tố (PGNAA)

Tìm hiểu tổng quan hệ thiết bị PGNAA các nước giới Việt Nam, đồng thờ khóa luận tìm hiểu tởng quan kĩ thuật phin lọc nơtron số dòng phin lọc nơtron lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

Sử dụng thành thạo hệ phổ kế gamma, chuẩn hóa hiệu suất ghi tuyệt đối hệ phổ kế gamma chất lượng cao với đầu dò HPGe dải lượng 0-8MeV, đồng thời tiến hành đo thực nghiệm xác định cường độ phát các tia gamma tức thời 51V kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

Tiến hành phân thu thập, phân tích xử lí số liệu để thu kết cách xác

37

KIẾN NGHỊ

 Do thời gian làm khóa luận cịn hạn chế lần đầu làm thực nghiệm vật lý hạt nhân nên kết đạt chỉ bước đầu Để có kết xác hơn, xác định đầy đủ cường độ tia gamma tức thời từ phản ứng bắt nơtron nhiệt hạt nhân 51V(n,)V52 cần phải nâng cao độ nhạy

phân tích hạt nhân quan tâm tăng cường giảm phông bằng cách:

 Tăng thời gian đo tăng khối lượng mẫu

38

TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT

[1] Phạm Ngọc Sơn (2011), Phát triển dòng nơtron phin lọc kênh ngang số Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Báo cáo Tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp năm 2011

[2] Phạm Ngọc Sơn (2014), Nghiên cứu xác định số liệu tiết diện bắt xạ nơtron kĩ thuật phin lọc nơtron, Luận án Tiến sĩ, Hà Nội

[3] Huỳnh Trúc Phương (2001), Phân tích kích hoạt nơtron, Giáo trình lưu hành nội bộ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM

[4] Trần Tuấn Anh (2014), Nghiên cứu phát triển ứng dụng chùm nơtron phin lọc ở Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Luận án Tiến sĩ, Đà Lạt

[5] Vương Hữu Tấn, Trần Tuấn Anh, Nguyễn Cảnh Hải, Phạm Ngọc Sơn, Nguyễn Xuân Hải, Hồ Hữu Thắng, Đặng Lành (2005), Xác định cường độ tương đối tia gamma tức thời từ phản ứng 35Cl(n,)36Cl 48Ti(n,)49Ti dòng

nơtron nhiệt, Báo cáo Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Hạt nhân tồn quốc lần thứ VI, Đà Lạt

[6] Ngô Quang Huy (2002), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội

[7] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật

[8] Nguyễn Văn Đỗ (2004), Các phương pháp phân tích hạt nhân, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội

[9] Mai Xuân Trung (2013), Giáo trình xử lý số liệu thực nghiệm, Khoa Kỹ thuật Hạt Nhân, Trường Đại học Đà Lạt

TIẾNG ANH

[10] K Sudarshan, A G C Nair, R N Acharya, Y M Scindia, A V R Reddy, S B Manohar, A Goswami (2001), “Capture -rays from Co60 as multi  -ray efficiency standard for prompt -ray nơtron activation analysis”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, pp 180-186

39

Database of prompt gamma rays from slow nơtron capture for elemental analysis, International Atomic Energy Agency, ISBN:92-0-101306-X

[12] K Sudarrsan, R N Acharya, A G C Nair, Y M Scindia, Agoswami A V R Reddy and S B Manohar (2006), Determination of prompt k0 factors in PGNAA, IAEA, Vienna

[13] Huu Tan, Nguyen Canh Hai, Tran Tuan Anh, Le Ngoc Chung (2000), Measurement of K0 – factors for some elements in Prompt Gamma Nơtron

Activation Analysis, IAEA in Australia

[14] Database of prompt gamma rays from slow nơtron capture for elemental analysis, Final report of a coordianted research project, International atomic energy (IAEA), Vienna, 2006

WEBSITES

[15] https://vi.wikipedia.org/wiki/Vanadium