Nghiên cứu ghi nhận neutron bằng đầu dò nhấp nháy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Vũ Thị Minh Phương NGHIÊN CỨU GHI NHẬN NEUTRON BẰNG ĐẦU DÒ NHẤP NHÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Vũ Thị Minh Phương NGHIÊN CỨU GHI NHẬN NEUTRON BẰNG ĐẦU DỊ NHẤP NHÁY Chun ngành: Vật lí ngun tử Mã số : 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Võ Hồng Hải Thành phố Hồ Chí Minh - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với luận văn khác Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng phép cơng bố Tp.Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 09 năm 2016 Vũ Thị Minh Phương LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thực luận văn này, nhận nhiều giúp đỡ tận tình thầy cô, anh chị bạn bè Tôi xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến: TS Võ Hồng Hải, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp tài liệu truyền đạt kinh nghiệm quý báu nhất, người dành thời gian đọc góp ý chân thành cho luận văn Quý Thầy Cô giảng dạy lớp cao học khóa 25 trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh cung cấp cho tơi kiến thức bổ ích kinh nghiệm giảng dạy học sinh Quý Thầy Cô hội đồng khoa học dành thời gian đọc, nhận xét góp ý để luận văn hồn thiện Cuối cùng, tơi muốn nói lời cảm ơn đến cha mẹ, anh chị em gia đình động viên, an ủi tiếp thêm sức mạnh để em hoàn thành luận văn, cảm ơn bạn học viên lớp cao học khóa 25 chuyên ngành Vật lí nguyên tử trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh bạn nhóm nghiên cứu sát cánh bên đường tìm tri thức Tác giả Vũ Thị Minh Phương MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Chương TỔNG QUAN 1.1 Neutron tương tác với vật chất 1.1.1 Tương tác neutron với electron lớp vỏ nguyên tử 1.1.2 Tương tác neutron với hạt nhân nguyên tử 1.1.2.1 Tán xạ neutron 1.1.2.2 Hấp thụ neutron 1.1.3 Tiết diện tương tác neutron 11 1.2 Đầu dò ghi đo neutron 12 1.2.1 Đầu dò chứa khí 14 1.2.2 Đầu dò nhấp nháy 15 1.3 Giới thiệu phần mềm mô GEANT4 17 1.3.1 Cấu trúc chương trình GEANT4 17 1.3.2 Xây dựng chương trình 19 Chương MƠ HÌNH MƠ PHỎNG GEANT4 CHO VẬT LIỆU NHẤP NHÁY GHI NHẬN NEUTRON .20 2.1 Mơ hình mơ GEANT4 20 2.1.1 Vật liệu nhấp nháy 20 2.1.2 Hạt tới 20 2.2 Xây dựng chương trình 21 2.2.1 Xây dựng mơ hình đầu dị (DetectorConstruction) 21 2.2.2 Tương tác vật lý (PhysicsList) 22 2.2.3 Khởi tạo thông tin hạt tới (PrimaryGeneratorAction) 27 2.3 Số liệu ghi nhận vẽ phổ 28 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Phổ lượng neutron để lại vật liệu nhấp nháy 30 3.2 Đánh giá tỉ lệ phần trăm 6Li ghi nhận neutron 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Khai báo loại hạt tương tác vật lý mô hình “Hadron processes” 23 Bảng 2.2: Khai báo loại hạt tương tác vật lý mơ hình “Electromagnetic processes” .24 Bảng 3.1 Bảng số liệu ghi nhận số đếm vùng đỉnh 4780keV theo tỉ lệ pha tạp 6Li neutron tới có lượng En=1eV (Tổng số hạt neutron 10000000) .35 Bảng 3.2 Bảng số liệu ghi nhận số đếm vùng đỉnh 4780keV theo tỉ lệ pha tạp 6Li neutron tới có lượng En =1keV (Tổng số hạt neutron 500000) 36 Bảng 3.3 Bảng số liệu ghi nhận số đếm vùng đỉnh 4780keV theo tỉ lệ pha tạp 6Li neutron tới có lượng En=0,025eV (Tổng số hạt neutron 200000) 37 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc quark neutron Hinh 1.2 Giản đồ Feynman mơ tả q trình phân rã beta neutron Hình 1.3 Neutron tương tác với vật chất Hình 1.4 Neutron tán xạ đàn hồi Hình 1.5: Tiết diện tương tác neutron với He, 10B 6Li 11 Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo đầu dị chứa khí 15 Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo hoạt động đầu dò neutron nhấp nháy 16 Hình 2.1 Vật liệu nhấp nháy C H10 (Li) dùng làm đầu dị ghi nhận neutron 20 Hình 2.2 Mơ hình mơ đầu dị nhấp nháy ghi nhận neutron 21 Hình 2.3 Phổ lượng neutron tới 100keV để lại đầu dò nhấp nháy 29 Hình 3.1 Phổ lượng neutron để lại vật liệu nhấp nháy plastic 31 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn hiệu suất ghi nhận đầu dò neutron đỉnh lượng 4780keV theo tỉ lệ phần trăm 6Li .33 LỜI MỞ ĐẦU Neutron xạ hạt nhân khác, qua môi trường vật chất, chúng lượng trình tương tác với hạt nhân nguyên tử môi trường Neutron hạt không mang điện, nên chúng không tương tác với electron nguyên tử để ion hóa trực tiếp mơi trường đầu dị hạt xạ mang điện Vì vậy, chế ghi nhận neutron hồn toàn khác với gamma hay hạt mang điện Để ghi nhận neutron, thông thường nguyên tố B, 6Li hay 3He pha vào mơi trường đầu dị dựa vào 10 phản ứng hạt nhân neutron với nguyên tố 10B, 6Li hay 3He tạo hạt mang điện để từ ion hóa mơi trường đầu dò neutron ghi nhận Các đầu dò đo neutron có chức biến đổi lượng neutron thành xung điện xung điện ghi lại tín hiệu neutron [1], [2], [3] Các loại đầu dị đo neutron gồm có loại khác nhau: đầu dị chứa khí, đầu dị nhấp nháy Đối với môi trường nhấp nháy dùng làm đầu dị neutron, có nghiên cứu [4], [6], [9] sử dụng môi trường nhấp nháy pha tạp chất B hay 6Li việc phát triển đầu dị đo neutron Cơng ty Bicron, 10 Eljen phát triển vật liệu nhấp nháy pha tạp 10 B hay 6Li việc ghi nhận neutron [7] Luận văn thực “Nghiên cứu ghi nhận neutron đầu dò nhấp nháy” Vật liệu plastic C H10 (polyvinyltoluene) pha tạp 6Li, với kích thước dạng đĩa (đường kính 100mm; bề dày 10mm) Vùng neutron khảo sát từ neutron nhiệt với lượng 0,025eV (tương ứng với neutron nhiệt độ 300K) đến vùng neutron nhanh 2MeV Cụ thể, mức lượng khảo sát 0,025eV; 1eV, 10eV; 100eV; 1keV; 10keV; 100keV; 1MeV; 2MeV Để xây dựng mơ mơ hình đầu dị ghi nhận neutron, sử dụng phần mềm mô GEANT4 Dạng đáp ứng phổ neutron môi trường nhấp nháy plastic ghi nhận phân tích Cụ thể, cơng việc luận văn (1) tìm hiểu neutron phần mềm mô GEANT4, thực xây dựng mơ hình mơ GEANT4 việc ghi nhận neutron Kết tìm hiểu xây dựng mơ hình thực chương chương Với mơ hình mơ này, (2) chúng tơi thực khảo sát dạng đáp ứng phổ neutron với lượng tới khác cho vật liệu nhấp nháy plastic với pha tạp 6Li 10% (3) khảo sát hiệu suất ghi nhận neutron theo phần trăm pha tạp 6Li vật liệu nhấp nháy plastic với tỉ lệ 6Li pha tạp từ 1%÷30% Cấu trúc luận văn gồm có chương, phần mở đầu, kết luận kiến nghị: • Chương 1: Mơ tả tổng quan neutron phần mềm GEANT4 • Chương 2: Xây dựng chương trình mơ GEANT4 cho vật liệu nhấp nháy plastic nhận neutron • Chương 3: Trình bày kết thảo luận 26 { pmanager->AddDiscreteProcess(theElasticProcess); G4AntiNeutronInelasticProcess* theInelasticProcess = new G4AntiNeutronInelasticProcess("inelastic"); G4LEAntiNeutronInelastic* theLEInelasticModel = new G4LEAntiNeutronInelastic; theInelasticProcess->RegisterMe(theLEInelasticModel); G4HEAntiNeutronInelastic* theHEInelasticModel = new G4HEAntiNeutronInelastic; theInelasticProcess->RegisterMe(theHEInelasticModel); pmanager->AddDiscreteProcess(theInelasticProcess); } … } Mơ hình tương tác Electromagnetic processes void PhysicsList::ConstructEM() { if (particleName == "gamma") { // Standard classes pmanager->AddDiscreteProcess(new G4PhotoElectricEffect()); pmanager->AddDiscreteProcess(new G4ComptonScattering()); pmanager->AddDiscreteProcess(new G4RayleighScattering()); pmanager->AddDiscreteProcess(new G4GammaConversion()); } else if (particleName == "e-") { // Standard classes: pmanager->AddProcess(new G4eMultipleScattering(),-1, 1,1); pmanager->AddProcess(new G4eIonisation(), -1, 2,2); pmanager->AddProcess(new G4eBremsstrahlung(), -1,3,3); } else if (particleName == "e+") { // Standard classes: pmanager->AddProcess(new G4eMultipleScattering(),-1, 1,1); pmanager->AddProcess(new G4eIonisation(), -1, 2,2); pmanager->AddProcess(new G4eBremsstrahlung(), -1,3,3); pmanager->AddProcess(new G4eplusAnnihilation(), 0,-1,4); } else if( particleName == "mu+" || particleName == "mu-" ) { //muon pmanager->AddProcess(new G4eMultipleScattering, -1, 1, 1); pmanager->AddProcess(new G4MuIonisation(),-1, 2, 2); pmanager->AddProcess(new G4MuBremsstrahlung(),-1,-1, 3); pmanager->AddProcess(new G4MuPairProduction(),-1,-1, 4); if( particleName == "mu-" ) pmanager->AddProcess(new G4MuonMinusCaptureAtRest(), 0,-1,-1); } else if (particleName == "proton" || particleName == "pi+" || particleName == "pi-") { //multiple scattering pmanager->AddProcess(new G4hMultipleScattering, -1, 1, 1); 27 //ionisation G4hIonisation* hIonisation = new G4hIonisation(); hIonisation->SetStepFunction(0.2, 50*um); pmanager->AddProcess(hIonisation, -1, 2, 2); //bremmstrahlung pmanager->AddProcess(new G4hBremsstrahlung, -1,-3, 3); }else if(particleName == "alpha" || particleName == "deuteron" || particleName == "triton" || particleName == "He3") { //multiple scattering pmanager->AddProcess(new G4hMultipleScattering,-1,1,1); //ionisation G4ionIonisation* ionIoni = new G4ionIonisation(); ionIoni->SetStepFunction(0.1, 20*um); pmanager->AddProcess(ionIoni, -1, 2, 2); }else if (particleName == "GenericIon") { // OBJECT may be dynamically created as either a GenericIon or nucleus // G4Nucleus exists and therefore has particle type nucleus // genericIon: //multiple scattering pmanager->AddProcess(new G4hMultipleScattering,-1,1,1); //ionisation G4ionIonisation* ionIoni = new G4ionIonisation(); ionIoni->SetEmModel(new G4IonParametrisedLossModel()); ionIoni->SetStepFunction(0.1, 20*um); pmanager->AddProcess(ionIoni, -1, 2, 2); }else if ((!particle->IsShortLived()) && (charge != 0.0) && (particle->GetParticleName() != "chargedgeantino")) { //all others charged particles except geantino G4hMultipleScattering* aMultipleScattering = new G4hMultipleScattering(); G4hIonisation* ahadronIon = new G4hIonisation(); //multiple scattering pmanager->AddProcess(aMultipleScattering,-1,1,1); //ionisation pmanager->AddProcess(ahadronIon, -1,2,2); } } 2.2.3 Khởi tạo thông tin hạt tới (PrimaryGeneratorAction) Hạt tới neutron khai báo “PrimaryGeneratorAction.cc” để mô tả neutron tới bao gồm lượng hạt, hướng tới, vị trí Trong luận văn này, 28 mô tả hạt tới nguồn đểm phát 4π, lượng tới gián đoạn với lượng khảo sát từ neutron nhiệt đến vùng neutron nhanh Các thông số cụ thể khai báo sau: • Vị trí bắn: neutron tới nằm trục Oz cách tâm O 4cm • Hướng bắn: phương khơng gian với góc bắn 4π • Năng lượng neutron khảo sát dao động vùng lượng từ 0,025𝑒𝑒𝑒𝑒 ÷ 2𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 2.3 Số liệu ghi nhận vẽ phổ Dữ liệu ghi nhận giá trị lượng để lại neutron môi trường vật liệu nhấp nháy plastic Dạng liệu ghi nhận theo kiện Từ số liệu có từ mơ phỏng, phổ neutron để lại vật liệu nhấp nháy vẽ Hình 2.3 phổ lượng neutron để lại vật liệu nhấp nháy plastic pha tạp 10% 6Li , với lượng neutron tới 100keV mô cho 107 hạt tới Số đếm/10keV Năng lượng (keV) Số đếm/10keV Số đếm/10keV 29 Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) Hình 2.3 Phổ lượng neutron tới 100keV để lại đầu dị nhấp nháy Hình 2.3 trình bày kết phổ lượng để lại môi trường vật liệu đầu dò plastic với neutron tới 100keV Dựa vào dạng phổ, ta thấy có hai vùng lượng: vùng lượng thấp (dưới 100keV) vùng lượng cao (vùng đỉnh 4780keV) Vùng lượng thấp thể neutron bị tán xạ môi trường dần lượng; vùng lượng cao (đỉnh 4780keV) thể phản ứng hạt nhân neutron chậm 6Li, tạo hạt mang điện alpha 3H với lượng tổng 4780keV Kết phổ lượng neutron cho mức lượng khác trình bày chương 30 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Mơ hình đầu dị nhấp nháy pha tạp 6Li GEANT4 xây dựng chương Với mơ hình này, chúng tơi thực khảo sát dạng đáp ứng phổ neutron với lượng khác nhau; khảo sát hiệu suất ghi nhận neutron với tỉ lệ 6Li khác thực 3.1 Phổ lượng neutron để lại vật liệu nhấp nháy Việc khảo sát đáp ứng phổ lượng để lại neutron ghi nhận vật liệu nhấp nháy plastic pha 6Li 10% thực Q trình mơ sử dụng 107 hạt neutron, với neutron dạng nguồn điểm đặt gần bề mặt đầu dò, lượng từ neutron nhiệt (0,025eV) đến neutron nhanh (2MeV), cụ thể mức lượng khảo sát 0,025eV, 1eV, 100eV, 1keV, 10keV, 1MeV, 2MeV Hình 3.1 kết mơ phổ lượng neutron để lại vật liệu nhấp nháy plastic tương ứng với lượng neutron tới En=1eV Số đếm/10keV Số đếm/10keV Số đếm/10keV En=0,025eV Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) a) Năng lượng (keV) b) Số đếm/10keV Số đếm/10keV Số đếm/10keV 31 En=10eV En=100eV Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) d) Số đếm/10keV En=1keV En=10keV Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) f) Số đếm/10keV e) Năng lượng (keV) En=100keV Số đếm/10keV Số đếm/10keV Số đếm/10keV Số đếm/10keV c) Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) g) 32 En=2MeV Số đếm/10keV Số đếm/10keV Số đếm/10keV En=1MeV Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) h) Năng lượng (keV) Năng lượng (keV) k) Hình 3.1 Phổ lượng neutron để lại vật liệu nhấp nháy plastic Đối với dạng phổ hình 3.1a, hình 3.1b, hình 3.1c, hình 3.1d, hình 3.1e, hình 3.1f tương ứng với neutron tới 0,025eV, 1eV, 10eV, 100eV, 1keV, 10keV ta thấy phổ có đỉnh 4780keV với số đếm cao phổ liên tục từ đến lân cận đỉnh 4780keV Điều xảy vì: • Đối với đỉnh 4780keV, phù hợp với phản ứng (1.17) Những hạt neutron tương tác với môi trường plastic để lại hoàn toàn lượng vật liệu plastic Tức là, đỉnh 4780keV tương ứng với lượng tổng hạt triton alpha sinh sau phản ứng (1.17) • Đối với phổ liên tục, phần lượng hạt mang điện để lại vật liệu plastic Do đó, dạng phổ thể dạng phổ liên tục Tuy nhiên xác suất đỉnh 4780keV giảm lượng neutron tới tăng Trong hình 3.1a đến hình 3.1f xác suất đỉnh 4780keV neutron tới có lượng En =0,025eV lớn giảm En tăng Dạng phổ hình 2.3 hình 3.1g, ứng với neutron tới 100keV giải thích Xác suất đỉnh 4780keV thấp trường hợp 33 neutron tới với lượng nhỏ 100keV xét Ngồi ra, phổ ghi nhận cịn xuất thêm vùng phổ lượng tán xạ; vùng phổ tán xạ gồm có phổ đỉnh lượng 22keV phổ đỉnh lượng 100keV Đối với đỉnh lượng 22keV, neutron vào môi trường vật liệu nhấp nháy tương tác tán xạ với hạt nhân 12C để lại lượng đầu dị Cịn neutron vào mơi trường vật liệu nhấp nháy tương tác tán xạ với hạt nhân 1H để lại lượng đầu dị đỉnh lượng 100keV Đối với dạng phổ hình 3.1h hình 3.1k ứng với lượng neutron tới 1MeV 2MeV dạng phổ để lại giải thích dạng phổ hình 2.3 hình 3.1g Trên phổ lúc vùng phổ thể đỉnh lượng 4780keV bị triệt tiêu Xác suất xảy tán xạ neutron 1MeV lớn so với neutron 100keV Xác suất xảy tán xạ neutron 2MeV lớn so với neutron 1MeV 3.2 Đánh giá tỉ lệ phần trăm 6Li ghi nhận neutron Trong phần này, khảo sát số đếm vùng đỉnh 4780keV cho neutron tới với lượng 0,025eV, 1eV 1keV theo thành phần phần trăm pha tạp 6Li Nguồn phát neutron nguồn điểm đặt gần bề mặt vật liệu plastic Nguồn phát 4π với neutron có lượng 0,025eV; 1eV 1keV Thành phần pha tạp 6Li khảo sát từ 1% đến 30% Hình 3.2 kết biểu diễn hiệu suất ghi nhận (số đếm đỉnh/số đếm tổng – p/T) theo thành phần % pha tạp 6Li với neutron tới có lượng 0,025eV; 1eV 1keV Hiệu suất đỉnh/tổng số hạt tới (%) 34 Tỉ lệ phần trăm 6Li (%) Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn hiệu suất ghi nhận đầu dò neutron đỉnh lượng 4780keV theo tỉ lệ phần trăm 6Li Từ kết hình 3.2, neutron tới neutron nhiệt (En =0,025eV En =1eV) ta thấy pha nhiều 6Li hiệu suất ghi nhận đỉnh 4780keV cao Trong khoảng nhỏ 10% hiệu suất ghi nhận tăng nhanh Khi pha tạp lớn 10%, hiệu suất ghi nhận tăng chậm theo tỉ lệ pha tạp Với neutron tới có lượng cao En =1keV đồ thị cho thấy hiệu suất ghi nhận đỉnh 4780keV thấp (nhỏ 1%) Hiện nay, đầu dò plastic tỉ lệ pha tạp khoảng 5÷10% Li, xét thiết kế mơ hình mơ hiệu suất ghi nhận khoảng 30% ứng với neutron có lượng En =0,025eV, khoảng 10% với En =1eV khoảng 0,4% với neutron có lượng En =1keV Kết số liệu hình 3.2 thể chi tiết bảng 3.1, bảng 3.2 bảng 3.3 35 Bảng 3.1 Bảng số liệu ghi nhận số đếm vùng đỉnh 4780keV theo tỉ lệ pha tạp Li neutron tới có lượng En=1eV (Tổng số hạt neutron 10000000) % 6Li 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Số đếm đỉnh 4780keV 69252 131344 187618 239353 287686 335086 372238 410933 450301 480990 511290 545881 571806 601550 588121 649990 681152 701168 722392 747737 767111 789023 809771 828144 1143445 2284278 2326882 1800658 1828910 1861914 Hiệu suất(%) 0,69 1,31 1,88 2,39 2,88 3,35 3,72 4,11 4,50 4,81 5,12 5,46 5,72 6,02 5,88 6,50 6,81 7,01 7,22 7,48 7,67 7,89 8,10 8,28 11,43 22,84 23,27 18,01 18,29 18,62 36 Bảng 3.2 Bảng số liệu ghi nhận số đếm vùng đỉnh 4780keV theo tỉ lệ pha tạp Li neutron tới có lượng En=1keV (Tổng số hạt neutron 500000) % 6Li 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Số đếm đỉnh 4780keV 247 468 693 885 1087 1272 1469 1627 1777 1855 1973 2097 2217 2382 3662 3927 4159 4469 2762 3002 2912 3038 3301 3248 3309 3390 3408 3508 3658 3618 Hiệu suất (%) 0,05 0,09 0,14 0,18 0,22 0,25 0,29 0,33 0,36 0,37 0,39 0,42 0,44 0,48 0,73 0,79 0,83 0,89 0,55 0,60 0,58 0,61 0,66 0,65 0,66 0,68 0,68 0,70 0,73 0,72 37 Bảng 3.3 Bảng số liệu ghi nhận số đếm vùng đỉnh 4780keV theo tỉ lệ pha tạp Li neutron tới có lượng En=0,025eV (Tổng số hạt neutron 200000) % 6Li 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Số đếm đỉnh 4780keV 15653 26990 35720 42341 48306 52164 54784 58763 61355 65383 67024 68146 69241 70610 71348 72115 71640 73625 74590 72750 70748 70758 72044 72430 74096 74296 74618 72232 76078 76846 Hiệu suất (%) 7,83 13,50 17,86 21,17 24,15 26,08 27,39 29,38 30,68 32,69 33,51 34,07 34,62 35,31 35,67 36,06 35,82 36,81 37,30 36,38 35,37 35,38 36,02 36,21 37,05 37,15 37,31 36,12 38,04 38,42 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Chúng thực “Nghiên cứu ghi nhận neutron đầu dò nhấp nháp plastic” Phương pháp nghiên cứu sử dụng phần mềm mô GEANT4 Vật liệu plastic C H10 (polyvinyltoluene) pha tạp 6Li, với kích thước dạng đĩa (đường kính 100mm; bề dày 10mm) Vùng neutron khảo sát từ neutron nhiệt với lượng 0,025eV (tương ứng với neutron nhiệt độ 300K) đến vùng neutron nhanh 2MeV Cụ thể kết đạt được: (1) Xây dựng mơ hình đầu dị nhấp nháy ghi đo neutron dựa chương trình mơ GEANT4 (2) Khảo sát phổ lượng neutron để lại sau qua đầu dò nhấp nháy với dải lượng khác từ neutron nhiệt đến neutron nhanh, cụ thể, mức lượng khảo sát 0,025eV; 1eV; 100eV; 1keV; 10keV; 100keV; 1MeV; 2MeV Kết cho thấy:  Đối với neutron tới có lượng 0,025eV; 1eV; 100eV; 1keV, phổ xuất đỉnh 4780keV phổ liên tục từ đến lân cận đỉnh 4780keV Đỉnh 4780keV neutron tới tương tác với 6Li tạo hạt mang điện triton alpha với lượng tổng 4780keV Xác suất đỉnh 4780keV giảm dần lượng neutron tới tăng  Đối với neutron lượng 10keV; 100keV, ta thấy phổ ghi nhận vật liệu nhấp nháy xuất đỉnh 4780keV Bên cạnh vùng lượng thấp, ta thấy có vùng phổ tán xạ neutron với mơi trường vật liệu nhấp nháy với bờ tán xạ thay đổi tương ứng lượng neutron tới thay đổi 39  Đối với neutron lượng tới 1MeV 2MeV, đỉnh 4780keV bị triệt tiêu, hiệu ứng tán xạ neutron với môi trường plastic chiếm ưu (3) Đánh giá tỉ lệ phần trăm 6Li ghi nhận neutron Kết cho thấy, neutron nhiệt hiệu suất ghi nhận đỉnh 4780keV tăng lên tăng tỉ lệ pha 6Li đầu dò Khi tỉ lệ 6Li nhỏ 10% hiệu suất ghi nhận tăng nhanh Khi pha tạp lớn 10%, hiệu suất ghi nhận tăng chậm theo tỉ lệ pha tạp Khi neutron tới có lượng cao hiệu suất ghi nhận đỉnh 4780keV đầu dò thấp (nhỏ 1%) thay vào hiệu ứng tán xạ neutron với vật liệu nhấp nháy chiếm ưu Hiệu suất cao mà mơ hình đầu dị luận văn ghi nhận khoảng 30% KIẾN NGHỊ Luận văn bước đầu xây dựng mơ hình mơ GEANT4 việc khảo sát dạng phổ đáp ứng neutron mô trường plastic pha tạp 6Li hiệu suất ghi nhận đầu dò thay đổi tỉ lệ pha tạp 6Li vật liệu nhấp nháy Để thực tiễn xây dựng thực nghiệm đầu dò nhấp nháy plastic ghi nhận neutron, cần xét thêm yếu tố ảnh hưởng gamma môi trường xung quanh, đánh giá khả phân biệt vùng neutron gamma 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2015), Phương pháp ghi xạ ion hóa, Nxb Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh Huỳnh Trúc Phương (2005), Giáo trình vật lý lị phản ứng hạt nhân, lưu hành nội bộ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh Châu Văn Tạo (2013), Giáo trình vật lý hạt nhân đại cương, Nxb Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh Tiếng Anh Aspects of GEANT4 Monte-Carlo calculations of the BC501A neutron detector N Patronis, M Kokkoris, D Giantsoudi, G Perdikakis, C.T Papadopoulos, R Vlastou Physics Department, National Technical University of Athens, Greece Horst Klein “Physikalisch - Technische Bundesanstalt (PTB)” (2006), Neutrons Scintillation detectors for fast, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany, Frank D Brooks Department of Physics University of Cape Town Rondebosch 7700, South Africa Mohamed Luis El-Sheikh (2009), Design and Simulation of Neutron detectors, A Thesis Submitted for the Degree of Master of Science Oganic Scintillation Matterials, Saint-Gobain Crystals P.Rinard, Neutron Interactions with Matter T.E Mason Experimental Facilities Division Spallation Neutron Source Acknowledgements: Kent Crawford & Ron Cooper, Neutron detectors for Materials Research 10 T W Crane and M P Baker, Neutron detectors ... nhấp nháy 16 Hình 2.1 Vật liệu nhấp nháy C H10 (Li) dùng làm đầu dị ghi nhận neutron 20 Hình 2.2 Mơ hình mơ đầu dò nhấp nháy ghi nhận neutron 21 Hình 2.3 Phổ lượng neutron tới 100keV để lại đầu. .. lại tín hiệu neutron [1], [2], [3] Các loại đầu dò đo neutron gồm có loại khác nhau: đầu dị chứa khí, đầu dị nhấp nháy Đối với mơi trường nhấp nháy dùng làm đầu dò neutron, có nghiên cứu [4], [6],... CHO VẬT LIỆU NHẤP NHÁY GHI NHẬN NEUTRON 2.1 Mơ hình mô GEANT4 2.1.1 Vật liệu nhấp nháy 10mm neutron C9H10(Li) 100mm Hình 2.1 Vật liêu nhấp nháy C9H10 (Li) dùng làm đầu dò ghi nhận neutron Trong