Xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt của phản ứng hạt nhân 181Ta(n,g)182Ta

Phổ gamma đặc trưng của mẫu Ta được kích hoạt bởi các nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi mẫu 2868phút, thời gian đo 240phút... Phổ gamma đặc trưng của mẫu Au[r]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN MINH CÔNG

XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG

HẠT NHÂN

181

Ta(n,



)

182

Ta

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGUYỄN MINH CÔNG

XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG

HẠT NHÂN

181

Ta(n,



)

182

Ta

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử

Mã số: 60440106

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Phạm Đức Khuê

LỜI CẢM ƠN

Trƣớc hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hƣớng dẫn TS Phạm Đức Khuê dạy chun mơn, giúp đỡ tận tình suốt trình học tập, làm việc thực luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên khoa Vật lý trƣờng ĐH KHTN – ĐHQG HN tận tình dạy suốt thời gian học tập trƣờng

Em xin chân thành cảm ơn cán bộ, giảng viên phòng sau đại học Trƣờng ĐHKHTN-ĐHQG HN, lãnh đạo Viện Vật lý, Trung tâm Vật lý Hạt nhân, cán lãnh đạo Đoàn 871 Cục CT –BTTM, cán lãnh đạo BTL Hóa học, Trƣờng sỹ quan Phịng Hóa tạo điều kiện thuận lợi đểhoàn thành luận văn

Cuối , em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình ngƣời thân động viên, ủng hộ tuyệt đối vật chất tinh thần để yên tâm học tập, làm việc hoàn thành luận văn

Em xin cảm ơn mong thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp đóng góp ý kiến bổ sung để luận văn ngày đƣợc hồn thiện có ý nghĩa thiết thực

Hà nội, Ngày……tháng ….năm 2014

Học viên

2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ TỪ KHÓA

Ee : Năng lƣợng electron

E: Năng lƣợng tia gamma

RF: Tần số radio (radio frequency)

I: Xác suất phát xạ hay cƣờng độ tia gamma

HPGe: Detector bán dẫn siêu tinh khiết Tiết diện: Cross section

Thơng lƣợng: Flux Suất lƣợng: Yield Lá dị: Foild

Hệ làm chậm nƣớc: Water moderator Khối ốp chì: Pb bricks

MCA: Bộ phân tích đa kênh (Multi Channel Analyzer)

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

3

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thông số va chạm số hạt nhân

Bảng 1.2: Các thông số số chất làm chậm

Bảng 2.1: Đặc trưng mẫu Ta, Au In

Bảng 2.2: Chế độ kích hoạt mẫu

Bảng 2.3: Giá trị hệ số làm khớp hàm Detector HPGe(ORTEC)

Bảng 3.1: Các thông số phản ứng 1Ta(n,)182Ta , 197Au(n,)198Au,

1 5

In(n,)1 mIn

Bảng 3.2: Các hệ số hiệu chỉnh sử dụng để xác định tiết diện

bắt nơtron nhiệt phản ứng 1Ta(n,)1 2Ta

Bảng 3.3: Hệ số tự hấp thụ tia gamma mẫu

Bảng 3.4: Hệ số hiệu chỉnh hiệu ứng cộng đỉnh vị trí cách detector cm

4

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ tán xạ đàn hồi notron lên hạt nhân hệ tọa độ phịng thí nghiệm (a) hệ tọa độ tâm qn tính (b)

Hình 1.2. Sơ đồ tính ζ

Hình 1.3. Sơ đồ phân rã hạt nhân phản ứng bắt nơtron nhiệt

Hình 1.4. Các mức lượng kích thích hạt nhân hợp phần

Hình 1.5. Tiết diện phản ứng1 1Ta(n,𝛾)1 2Ta theo lượng

Hình 2.1 Máy gia tốc electron tuyến tính 100 MeV Pohang,Hàn Quốc

Hình 2.2.Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy gia tốc tuyến tính 100 MeV

Hình 2.3.Cấu tạo bia Ta hệ làm chậm nơtron

Hình 2.4.Phân bố lượng nơtron bia Ta làm chậm nước, không làm chậm nước phân bố Maxwellian

Hình 2.5 Sơ đồ làm việc hệ phổ kế gamma với detector HPGe

Hình 2.6 Bớ trí thí nghiê ̣m kích ho ạt mẫu bề mặt h ệ làm chậm nơtron bằng nước

Hình 2.7 Giao diện phần mềm GammaVision

Hình 2.8 Đường cong hiệu suất ghi đỉnh quang điện Detector bán dấn HPGe(ORTEC) sử dụng nghiên cứu

Hình 2.9 Sự phụ thuộc hoạt độ phóng xạ vào thời gian kích hoạt (ti), thời gian phân rã (td) thời gian đo (tc).

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

5

Hình 3.2. Phổ gamma đặc trưng mẫu Au kích hoạt nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi mẫu 8594 phút, thời gian đo 10 phút

Hình 3.3. Phổ gamma đặc trưng In kích hoạt nơtron nhiệt với thời gian kích hoạt 160 phút, thời gian phơi mẫu 344 phút, thời gian đo mẫu 200 giây

Hình 3.4. biểu diễn sơ đồ phân rã đơn giản đồng vị 2Ta

Hình 3.5. Sự phụ thuộc hệ số tự chắn nơtron nhiệt vào bề dày mẫu

6 MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG BẮT NƠTRONError! Bookmark not defined

1.1 Tƣơng tác nơtron với vật chất Error! Bookmark not defined.

1.2 Làm chậm nơtron Error! Bookmark not defined.

1.2.1 Nhiệt hóa nơtron Error! Bookmark not defined.

1.2.2 Cơ chế làm chậm nơtron Error! Bookmark not defined.

1.3 Hạt nhân hợp phần, hạt nhân kích thích Error! Bookmark not defined.

1.3.1 Các chế phản ứng hạt nhân Error! Bookmark not defined.

1.3.2 Phản ứngbắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined.

1.3.3 Trạng thái kích thích Error! Bookmark not defined.

1.4 Tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined.

1.4.1 Khái quát tiết diện phản ứng Error! Bookmark not defined.

1.4.2 Tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined.

1.5 Các nguồn nơtron Error! Bookmark not defined.

1.5.1 Nguồn nơtron đồng vị Error! Bookmark not defined.

1.5.2 Nguồn nơtron từ lò phản ứng Error! Bookmark not defined.

1.5.3 Nguồn nơtron từ máy gia tốc Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON

NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG 1Ta(n,)1 2Ta Error! Bookmark not defined

2.1 Thiết bị thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

2.1.1 Máy gia tốc thẳng nguồn nơtron xung máy gia tốc

electrontuyến tính lƣ ợng 100 MeV Error! Bookmark not defined.

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

7

2.2 Thí nghi ệm xác định tiết diện phản ứng 1Ta(n,)1 2Ta Error!

Bookmark not defined.

2.2.1 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu Error! Bookmark not defined.

2.2.2 Kích hoạt mẫu Error! Bookmark not defined.

2.2.3 Đo hoạt độ phóng xạ mẫu sau kích hoạt Error!

Bookmark not defined.

2.2.4 Phân tích phổ gamma Error! Bookmark not defined.

2.2.5 Xác định hiệu suất ghi đêtectơ Error! Bookmark not

defined.

2.3 Phƣơng pháp xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark

not defined.

2.3.1 Xác định tốc độ phản ứng hạt nhân Error! Bookmark not

defined.

2.3.2 Xác định ti ết diện bắt nơtron nhiệt Error! Bookmark not defined.

2.2.3 Một số hiệu chỉnh nâng cao độ xác kết Error!

Bookmark not defined.

CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNError! Bookmark not defined 3.1 Nhận diện đồng vị phóng xạ đặc trƣng phản ứng hạt

nhân Error! Bookmark not defined.

3.2 Một số kết hiệu chỉnh Error! Bookmark not defined.

3.3 Kết xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng

1

Ta(n,)1 2Ta Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU KHAM KHẢO 10

8

MỞ ĐẦU

Phản ứng hạt nhân hƣớng quan trọng lĩnh vực nghiên cứu hạt nhân Trải qua nhiều thập niên nghiên cứu, hiểu biết hạt nhân nguyên tử đƣợc mở rộng, nhiên nhiều vấn đề liên quan tới cấu trúc hạt nhân, tính chất hạt nhân chế phản ứng hạt nhân chƣa đƣợc làm sáng tỏ cần tiếp tục đƣợc nghiên cứu Bên cạnh việc đóng góp lĩnh vực nghiên cứu khoa học bản, phản ứng hạt nhân có vai trị quan trọng ứng dụng thực tiễn nhƣ lƣợng, y tế, công nghiệp, vũ trụ, an toàn xạ hạt nhân,…

Đặc trƣng phản ứng phụ thuộc vào hạt nhân nguyên tử, vào loại hạt tới lƣợng chúng Các loại hạt/bức xạ quen

thuộc nhƣ nơtron (n), proton (p), alpha (), gamma (), Khi tƣơng tác

với hạt nhân diễn theo nhiều chế khác phụ thuộc vào lƣợng chúng tạo thành sản phẩm phản ứng khác

Trong nghiên cứu phản ứng hạt nhân ứng dụng nơtron loại xạ đƣợc sử dụng phổ biến Các phản ứng hạt nhân điển hình xảy tƣơng tác nơtron nhƣ (n,α), (n,p), (n,γ),…với xác suất khác đồng vị phụ thuộc vào lƣợng nơtron tới

Một đại lƣợng đặc trƣng quan trọng phản ứng hạt nhân tiết diện phản ứng Tiết diện phản ứng thƣớc đo xác suất xảy

phản ứng hạt nhân Tiết diện phản ứng nhân (n,) gây nơtron

nhiệt loại số liệu hạt nhân quan trọng đƣợc sử dụng nhiều nghiên cứu nhƣ ứng dụng tính tốn lị phản ứng hạt nhân, che chắn an tồn phóng xạ, đánh giá phá hủy vật liệu xạ,…

Trƣớc nghiên cứu phản ứng hạt nhân (n,) chủ yếu đƣợc

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

9

với phát triển kỹ thuật gia tốc tạo nguồn nơtron có

thơng lƣợng lớn từ phản ứng hạt nhân (,xn), (p,xn), Các nguồn

10

TÀI LIỆU KHAM KHẢO

Tài liệu tiếng việt:

[1] Nguyễn Văn Đỗ (2004), Các phương pháp phân tích hạt nhân, Nhà

xuất Đại học Quốc gia, Hà Nội

[2] Phạm Quốc Hùng, “ Lò phản ứng hạt nhân”. NXB ĐHQG HN

[3] Ngô Quang Huy (2002), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, NXB ĐHQG

HN

[4] Ngô Quang Huy (2006) Cơ sở vật lý hạt nhân NXB KH&KT

Tài liệu tiếng anh

[5] A Trkov, G.ˇ Zerovnik, L Snoj, M Ravnik ,“On the self-shielding

factors in neutron activation analysis”,Nuclear Instruments and

Methods in Physics Research A 610 (2009) 553 –565

[6] A.Sunyar,P.Axer,” decay of 16-minute ta182m”, pr,121,1158,1961

[7] B Pritychenko,S.F Mughabghab.National Nuclear Data Center,

Brookhaven National Labora tory, Upton, NY 11973-5000,

USA,“Neutron Thermal Cross Sections, Westcott Factors, Resonance Integrals, Maxwellian Averaged Cr oss Sections and Astrophysical Reaction Rates Calculated from the ENDF/B -VII.1, JEFF-3.1.2, JENDL-4.0, ROSFOND-2010, CENDL-3.1 and EAF-2010 Evaluated

Data Libraries”,aXiv:1208.2879v3[Astro-ph.SR] 11/9/2013.

[8] D De Soete, R Gijbels, J Hoste, Neutron Activation Analysis”,

John Wiley & Sons Ltd, 1972

[9] E.M.Gryntakis,Examination of the dependence of the effectivecross

section from the neutron temperature, measurements of the neutron temperature and etermination of some cross sections for neutron

capture and neutron fission

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

11

cross section ratios”,Journal of Radioanalytical and Nuclear

Chemistry,133(1989) 131-151

[11] F De Corte “The updated NAA nuclear data library derived from the

Y2K k0-database”,Journal of Radioanalytical and Nuclear

Chemistry, Vol 257, No (2003) 493-499

[12 ] G.Wolf,” the absolute calibration of desintegration rates throught the beta-gamma-coincidence method and it suse for measuring of the thermal activation cross sections of the nuclides na -23,sc-45,co-59

end ta-181 (in german)”,j,nuk,2,255,60

[13] Harald A Enge, Introduction to nuclear physics, Addition- Wiley

publishing company, 1983

[14] H Hubbell and S M Seltzer, Tables of X-Ray Mass Attenuation

Coefficients and Mass Energy-Absorption Coefficients, 1996

[15] Landolt-Börnstein,Numerical Data and Functional Relationships in

Science and Technology, New Series/ Editor in Chief: W

Martienssen

[16] L.Seren, H.N.Friedlander, S.H.Turkel , “Thermal Neutron Activation

Cross Sections”, J,PR,72,888,1947

[17] M Blaauw, “The confusing issue of the neutron capture cross -

section to use in thermal neutron self - shielding

computations”,Nuclear Instruments and Methods in Physics

Research, A 356(1995) 403

[18] M Karadag, H Yucel, “Measurement of thermal neutron cross

section and resonace integral for 6W(n,γ)1 7W reaction by

activation method using a single monitor”,Annals of nuclear energy

vol.31(2004) 1285- 1297.

[19] M.Takiue,H.Ishikawa,” Thermal neutron reaction cross section measurements for fourteen nuclides ith a liquid scintillation

12

[20] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Le Truong Son, Guinyun Kim,Young Seok Lee, Youngdo Oh, Hee -Seok Lee, Moo-Hyun Cho,In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal neutron

cross-section and resonance integral of the 6W(n,)1 7W

reaction”,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B

266 (2008) 863–871

[21] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Bui Van Loat, Md.S Rahman, Kyung Sook Kim,Guinyun Kim, Youngdo Oh, Hee -Seok Lee, Moo-Hyun Cho, In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal

neutron cross-section and resonance integral of the 8Mo(n,)9 9Mo

reaction”,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B

267 (2009) 462–468.

[22] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Nguyen Thi Hien, Guinyun Kim, Sungchul Yang, Kyung Sook Kim, Sung Gyun Shin, Moo-Hyun Cho, Man Woo Lee, ” Measurement of thermal

neutron cross section and resonance integral for the 170Er(n,)171Er

reaction by using a gold monitor”,Nuclear Instruments and Methods

in Physics Research B 310 (2013) 10 –17.

[23] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Guinyun Kim,Young Seok Lee, Youngdo Oh, Hee-Seok Lee, Moo-Hyun Cho,In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal neutron cross-section and

resonance integral of the 5Ho(n,)1 6 gMo reaction”,Nuclear

Instruments and Methods in Physics Research B 269 (2011) 159–

166

[24] Paul Reuss, Neutron physics, EDP Sciences (August 15, 2008)

[25] R.E.Heft, A consistent set of nuclear -parameter valuesfor absolute

instrumental neutron activation analysis C,78MAYAG,,495,197805

Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công

13

[27] S.E Agbemava, B.J.B Nyarko, J.J Fletcher, R.B.M Sogbadji, E Mensimah, M Asamoah,“Measurement of thermal neutron and

resonance integral cross sections of the reaction 1V(n,)5 2V using a

20 Ci Am–Be isotopic neutron source”,Annals of Nuclear Energy 38

(2011) 1616–1622

[28] S.F.Mughabghab,Atlas of neutron resonances resonance parameters

and thermal Cross Sections Z=1 -100, B,NEUT.RES,,2006

[29] S.S.Malik,G.Brunhart,F.J.Shore,V.L.Sailor ,” Factors in the precision of slow neutron capture cross section measurements using a simple

Moxon-Rae detector”,J,NIM,86,83,1970

[20] Van Do Nguyen and Duc Khue Pham, “Measurements of neutron and

Photon distributions by using an Activation Technique at the Pohang

Neutron Facility”, Journal of the Korean Physical Society,Vol

48,No 3,March 2006,pp 382- 389

[31] Van DoNguyen and Duc Khue Pham, “ Neutron yields from thick Ta

target bombarded by 65 MeV electron beam”, Communications in

Physics, Vol.14, No.4(2004), pp 209-214

[32] V.Markovic,A.Kocic,” Measurement of the thermal effective cross section and the effective resonance integral of copper and tantalum

using the pile scillator method”,J,BKN,22,(1),1,1971.

[33] W.S.Lyson,,” reactor neutron activation cross sections fora number

of elements”,j, nse,8,378,60