Chuẩn năng lượng cho máy gia tốc tandem pelltron dùng phản ứng 27 al p ƴ 28 si

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ -*** - NGUYỄN THỊ LÂN CHUẨN NĂNG LƯỢNG CHO MÁY GIA TỐC TANDEM PELLETRON DÙNG PHẢN ỨNG 27Al (p, γ) 28Si LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ Nguyễn Thị Lân CHUẨN NĂNG LƯỢNG CHO MÁY GIA TỐC TANDEM PELETRON DÙNG PHẢN ỨNG 27Al (p, γ) 28Si Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán hướng dẫn: PGS TS Lê Hồng Khiêm Hà Nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Luận văn kết trình hai năm học tập nghiên cứu em trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội với giúp đỡ, động viên thầy cô giáo, anh chị bạn học viên Cao Học ngành Vật Lý Nguyên Tử, Hạt Nhân Năng Lượng Cao khóa 2011 - 2013 Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn vô sâu sắc đến PGS.TS Lê Hồng Khiêm – Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên ngành những học thực nghiệm nghiên cứu khoa học vơ q báu để em hoàn thành luận văn Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Nguyễn Thế Nghĩa, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQGHN, nhiệt tình hướng dẫn bảo em kiến thức quan trọng vô hữu ích máy gia tốc thiết bị điện tử hạt nhân suốt q trình làm thí nghiệm hệ máy gia tốc Pelletron 5SDH-2 Nhờ mà em thực đề tài cách dễ dàng nhanh chóng Với tình cảm chân thành, em xin gửi cảm ơn tới thầy cô tham gia giảng dạy lớp Cao Học Vật Lý, khóa học 2011 – 2013, giảng dạy cho chúng em suốt quãng thời gian chúng em học tập Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè bên cạnh em, động viên, giúp em vượt qua khó khăn để hồn thành đề tài Mặc dù nỗ lực cố gắng, song, chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp, bổ sung thầy cơ, anh chị bạn Hà Nội, tháng 10 năm 2013 Học viên Nguyễn thị Lân MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương - GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC PHẢN ỨNG 27Al(p,γ)28Si 1.1 Sơ lược phản ứng hạt nhân 1.1.1 Phân loại phản ứng hạt nhân .4 1.1.2 Các định luật bảo toàn 1.1.3 Động học phản ứng hạt nhân .8 27 28 1.2 Vai trò phản ứng Al(p,γ) Si 12 1.3 Một số kết nghiên cứu có phản ứng Al27(p,γ)Si28 12 Chương - TỔNG QUAN VỀ HỆ MÁY GIA TỐC PELLETRON 5SDH-2 VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA NÓ 2.1 Giới thiệu sơ lược cấu tạo máy gia tốc Pelletron 5SDH-2… .17 2.1.1 Nguồn ion 17 2.1.2 Buồng gia tốc 20 2.1.3 Hệ chân không 20 2.1.4 Các phận hội tụ, điều chỉnh chùm tia 22 2.1.5 Các kênh máy gia tốc, điều chỉnh chùm tia .25 2.2 Nguyên lý hoạt động máy gia tốc Pelletron 5SDH-2 28 2.3 Cơ sở vật lý máy gia tốc Pelletron 5SDH-2 29 Chương - BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ DÙNG PHẢN ỨNG Al27(p,y)Si28 ĐỂ CHUẨN NĂNG LƯỢNG 3.1 Bia 32 3.2 Hệ phổ kế gamma thu nhận liệu 33 3.2.1 Hệ phổ kế… 33 3.3.2 Các phần mềm thu nhận liệu 35 3.3.3 Xây dựng đường cong chuẩn cho hệ phổ kế gamma… .35 3.3 Các bước tiến hành thực nghiệm 39 Chương – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Giản đồ lượng phản ứng hạt nhân Al27(p,γ)Si28 Hình 2.1: Cấu tạo nguồn ion RF Hình 2.2: Cấu tạo nguồn SNICS II Hình 2.3: Sơ đồ thấu kính Einzel Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý nam châm tứ cực - ghép đơi Hình 2.5: Kênh phân tích máy gia tốc Pelletron 5SDH2 Hình 2.6: Kênh cấy ghép ion máy gia tốc Pelletron 5SDH2 Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo máy gia tốc Pelletron 5SDH2 Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ điện tử Hình 3.3: Đường cong hiệu suất ghi det NaI dùng thí nghiệm Hình 3.4: Đường cong chuẩn lượng hệ đo Hình 4.1: phổ gamma ứng với lượng proton 886keV Hình 4.2: phổ gamma ứng với lượng proton 987 keV Hình 4.3: phổ gamma ứng với lượng proton 988 keV Hình 4.4: phổ gamma ứng với proton lượng 989 keV Hình 4.5: phổ gamma ứng với proton lượng 990 keV Hình 4.6: phổ gamma ứng với proton lượng 991 keV Hình 4.7: phổ gamma ứng với proton lượng 992 keV Hình 4.8: phổ gamma ứng với proton lượng 993 keV Hình 4.9: đồ thị biểu thị mối tương quan lượng số đếm Hình 4.10: đường cong chuẩn lượng cho máy gia tốc DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tỉ số phân nhánh hiệu suất ghi phân rã hình Bảng 1.2: Cường độ cộng hưởng tạo thành phản ứng Al27(p,y)Si28 Bảng 4.1: Số liệu thực nghiệm thu Bảng 4.2: Năng lượng hiển thị lượng thực proton MỞ ĐẦU Máy gia tốc hạt tích điện lượng thấp có ứng dụng ngày nhiều nghiên cứu vật lý hạt nhân, vật lý nguyên tử nhiều lĩnh vực khoa học khác y tế, sinh học, khoa học vật liệu, môi trường, khảo cổ học Một tham số quan trọng cần phải biết xác lượng hạt sau khỏi buồng gia tốc vào đối tượng cần nghiên cứu độ tịe lượng Thơng thường, thơng tin lượng chùm hạt xác định qua đại lượng trung gian liên quan đến tham số máy gia tốc Tuy nhiên, giá trị lượng tính phương pháp cho độ xác không mong muốn, đặc biệt cho nghiên cứu đòi hỏi cần phải biết lượng chùm hạt với độ xác cao Chẳng hạn nghiên cứu phản ứng hạt nhân, lượng chùm hạt tới đập vào bia định toàn động học phản ứng hạt nhân Nếu lượng chùm hạt tới khơng biết với độ xác cao sai số đại lượng vật lý tính lớn Vì vậy, việc xác định xác lượng chùm hạt sau khỏi buồng gia tốc đóng vai trị vơ quan trọng điều kiện tiên Chuẩn lượng cho máy gia tốc việc xây dựng phụ thuộc lượng chùm hạt gia tốc vào tham số máy dùng để tính lượng chùm hạt, cụ thể hiệu điện buồng gia tốc dùng để gia tốc chùm hạt Thông thường mơ tả phụ thuộc đa thức Số điểm thực nghiệm dùng để xây dựng đa thức nhiều độ xác đường cong chuẩn lượng cao Năm 2011, trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội lắp đặt hệ máy gia tốc Pelletron 5SDH-2 nhằm mục đích phục vụ nghiên cứu giảng dạy lĩnh vực vật lý hạt nhân thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật hạt nhân Đây loại máy gia tốc tĩnh điện có điện áp 1.7 MV Một hướng nghiên cứu vật lý hạt nhân máy gia tốc nghiên cứu phản ứng cộng hưởng gây chùm hạt tích điện phục vụ cho lĩnh vực thiên văn học Như nói, để triển khai nghiên cứu phản ứng hạt nhân này, cần phải biết xác lượng chùm hạt chúng đập vào bia độ tòe lượng Về nguyên tắc, lượng đọc trực tiếp bàn điều khiển máy Phần mềm tính lượng hãng cung cấp lượng chùm hạt tính qua gia tốc số tham số đặc trưng khác máy Tuy nhiên, máy thiết kế chủ yếu cho mục đích phân tích (RBS, PIXE, NRA…) nên độ xác cách chuẩn lượng chắn khơng thỏa mãn địi hỏi nghiêm nghặt nghiên cứu phản ứng hạt nhân Chính vậy, cần phải xây dựng phương pháp chuẩn lượng độc lập, mặt để khẳng định mức độ xác phương pháp chuẩn hãng chế tạo máy đưa ra, mặt khác giảm ảnh hưởng tối đa sai số độ bất định chùm hạt tới gây phân tích số liệu phản ứng hạt nhân Trong nghiên cứu vật lý hạt nhân thực nghiệm dùng chùm hạt tích điện từ máy gia tốc, thông thường lượng chuẩn thông qua phản ứng hạt nhân biết, mức lượng hạt nhân hợp phần nghiên cứu kỹ đưa với độ xác đủ cao Một vài phản ứng số phản ứng cộng hưởng 19F(p,α)16O, 19F(p,α)16O, 27Al(p,γ)28Si, 13C(p, γ)14N Với điều kiện thực tế phịng thí nghiệm lợi bia có sẵn phản ứng 27 28 Al(p,γ) Si lựa chọn tối ưu Mặt khác, phản ứng hay sử dụng nhất, độ rộng cộng hưởng vùng lượng mà quan tâm cỡ vài chục eV Chẳng hạn cộng hưởng tương ứng với lượng chùm proton đến 991.9 keV (trong hệ LAB) có độ rộng 80 eV Trong hạt nhân hợp phần, 28Si tạo thành 27Al bắt proton lượng thấp có hàng loạt cộng hưởng, lượng mức cộng hưởng biết xác Do vậy, định chọn phản ứng hạt nhân để chuẩn lượng cho máy gia tốc Ngoài ý nghĩa thực tế này, luận văn xem bước tập dượt để nghiên cứu phản ứng hạt nhân cộng hưởng máy gia tốc nhỏ Đề tài luận văn chọn là: Chuẩn lượng cho máy gia tốc Pelletron 5SDH-2 dùng phản 27 28 ứng Al(p,γ) Si Luận văn gồm phần mở đầu, phần kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục bốn chương, cụ thể là: Chương I: Giới thiệu sơ lược phản ứng 27 28 Al (p,γ) Si Chương I dành riêng để giới thiệu sơ lược lí thuyết phản ứng hạt nhân số nét phản ứng 27 28 Al (p,γ) Si, phản ứng chọn cho mục đích luận văn Chương II: Tổng quan hệ máy gia tốc Pelletron 5SDH-2 khả ứng dụng Thí nghiệm thực trực tiếp hệ máy gia tốc Do đó, cần phải có hiểu biết tổng quát số phận quan trọng hệ máy, yếu tố góp phần làm cho kết thực nghiệm xác Chương III: Bố trí thí nghiệm Chương giới thiệu cách chi tiết thiết bị chương trình cần thiết sử dụng thí nghiệm, q trình bố trí thí nghiệm thực thí nghiệm làm rõ Chương IV: Kết thảo luận Trình bày thảo luận kết thực nghiệm thu Đánh giá đưa đề xuất làm tăng độ xác thí nghiệm Luận văn dài 52 trang bao gồm bảng biểu, 22 hình vẽ tài liệu tham khảo ... liệu phản ứng hạt nhân gây proton Proton gây phản ứng sau: (p, α), (p, n), (p, p), (p, γ) (p, d) (rất hiếm) Chúng ta xem xét đặc trưng phản ứng Phản ứng (p, α): phản ứng phản ứng tỏa nhiệt Động phản ứng. .. hưởng phản ứng 27 28 Al( p, γ) Si dải lượng proton tới Ep từ 0.8 MeV đến 2.0 MeV 1.3 Một số kết nghiên cứu có phản ứng 2 7Al( p, γ)2 8Si Phản ứng thực cách dùng chùm proton gia tốc máy gia tốc Pelletron... ứng (p, n) Trong vùng lượng th? ?p hơn, phản ứng (p, p) dùng trường h? ?p phản ứng (p, n) không xảy Phản ứng (p, γ): Do xác suất phát hạt từ hạt nhân h? ?p phần cao xác suất phát lượng tử γ, nên phản ứng