CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.4. Phân bố suất lƣợng của các phản ứng photospallation
Các số liệu thực nghiệm đƣợc mô tả bằng công thức bán thực nghiệm của Rudstam sau: ] exp[ ) 1 ( 79 . 1 2 / 3 2 3 / 2 TA SA Z R PA e P R k Y t PA (3.2) trong đó:
+ Z là điện tích của hạt nhân sản phẩm + A là số khối hạt nhân sản phẩm
+ At là số khối của hạt nhân bia (AZr = 91.224)
+Các hệ số k, P, R, S, T, là các hệ số bán thực nghiệm.
Giá trị của các hệ số trong công thức trên đã đƣợc xác định nhƣ sau: k =2,9410-18,(0,810,192lnEmax )A1t,13 = 113,54 45 , 0 8 , 11 At R =1,548; P7,12At0,89= 0,1282; S = 0,484; T = 0,00039; At = 91.224; Emax = 2500 MeV ;
Công thức Rudstam chỉ đúng đối với các phản ứng hạt nhân photospallation (,xnyp), nhƣng không phù hợp đối với các phản ứng hạt nhân chỉ sinh nơtron (,xn). Suất lƣợng của các phản ứng (,xn) đƣợc mô tả bằng công thức bán thực nghiệm dƣới đây[28]:
] ) 1 ( 37 exp[ ) , ( 0.684 0.893 5/4 x A A f xn Y t t (3.3)
trong đó: At là số khối của hạt nhân bia, x là số nơtron phát ra, f = 2,473 10-17 . Hình 3.1 là đồ thị biểu diễn phân bố của suất lƣợng của các phản ứng quang hạt nhân theo số khối của các đồng vị đƣợc tạo thành trên bia Zr gây bởi chùm bức xạ hãm 2,5 GeV.Trong các hình vẽ, các biểu tƣợng là các điểm đƣợc xác định bằng thực nghiệm, các đƣờng cong đƣợc tính theo cơng thức Rudstam (3.2) và công thức (3.3) mô tả phân bố suất lƣợng của các đồng vị sản phầm phản ứng.
Từ việc phân tích số liệu thu đƣơ ̣c đã nhận diện đƣợc 46 đồng vị phóng xạ. Suất lƣợng tạo thành đồng vị 95Zr là lớn nhất, suất lƣợng của 90Nb là nhỏ nhất. Ta có thể nhận thấy các đồng vị của một nguyên tố có số khối càng gần đồng vị bền của ngun tố đó thì suất lƣợng tạo thành càng lớn.
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 10-20 10-19 10-18 10-17 10-16 10-15 Nb Zr Y Sr Rb Kr Br Se As Ge Ga Zn Co
So khoi hat nhan san pham, A
natZr(,xn-) natZr(,xn) nat Zr(,xnyp) Ge Ga Zn Co Mn Nb cal. Zr Y Sr Rb Kr Br Se As S u a t lu o n g ( /s /a tom ) Mn
Hình 3.1. Phân bố suất lượng của các phản ứng quang hạt nhân trên bia natZr
Các kết quả thu đƣợc trên hình 3.1 cho thấy phân bố suất lƣợng của các đồng vị có dạng gần với phân bố Gauss, các số liệu thực nghiệm thu đƣợc phù hợp với đƣờng cong tính tốn theo công thức bán thực nghiệm của Rudstam. Điều này chứng tỏ có sự phù hợp giữa các kết quả thực nghiệm với các tiên đoán lý thuyết đối với phản ứng quang hạt nhân ở vùng năng lƣợng cao.
Trong thí nghiệm, mẫu Zr đƣợc kích hoạt trên chùm bức xạ hãm năng lƣợng cao 2,5 GeV do đó tạo ra rất nhiều đồng vị phóng xạ khác nhau và con cháu của chúng gây nhiều khó khăn trong phân tích số liệu. Việc loại trừ các can nhiễu, thực hiện các phép hiệu chính là rất cần thiết nhằm nâng cao độ chính xác của các kết quả thực nghiệm.
Sai số của các kết quả thực nghiệm đƣợc đánh giá từ 5% - 20%, chủ yếu do các nguồn sai số nhƣ sai số thống kê của số đếm các đỉnh gamma, sai số hiệu suất ghi của đêtectơ, sai số trong xử lý phổ gamma, do hiệu ứng cộng đỉnh, tự hấp thụ tia gamma trong mẫu, sai số từ số liệu hạt nhân nhƣ chu kỳ bán rã, xác xuất phát xạ, ...
KẾT LUẬN
Bản luận văn trình bày các kết quả nghiên cứu phân bố suất lƣợng của các đồng vị phóng xạ đƣợc sinh ra từ các phản ứng quang hạt nhân trên bia Zr gây bởi chùm bức xạ hãm năng lƣợng cực đại 2,5 GeV trên máy gia tốc electron tuyến tính.
Kỹ thuật kích hoạt phóng xạ và đo phổ gamma đƣợc sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm. Các đồng vị phóng xạ tạo thành sau phản ứng quang hạt nhân đƣợc nhận diện căn cứ vào năng lƣợng các tia gamma và chu kỳ bán rã. Suất lƣợng phản ứng đƣợc xác định dựa trên việc đo hoạt độ phóng xạ của các hạt nhân sản phẩm sử dụng đêtectơ bán dẫn gecmani siêu tinh khiết (HPGe) có độ phân giải năng lƣợng cao, sử dụng các phần mềm Genie 2000, Gamma Vision và Fitpeak để ghi nhận và phân tích phổ gamma; các phần mềm Mathematica và Origin để tính tốn phân tích số liệu.
Các kết quả thực nghiệm chính thu đƣợc bao gồm:
1. Nhận diện đƣợc 46 đồng vị phóng xạ, trong đó 04 đồng vị tạo thành từ các phản ứng sinh nhiều nơtron natZr(,xn), 40 đồng vị từ các phản ứng photospallation natZr(,xnyp), và 02 đồng vị từ phản ứng quang hạt nhân tạo pion natZr(,xn-
).
2. Xác định suất lƣợng tạo thành 46 hạt nhân sản phẩm từ các phản ứng quang hạt nhân trên bia Zr.
3. Xác định đƣợc phân bố của suất lƣợng phản ứng theo số khối của hạt nhân sản phẩm trên cơ sở tính tốn bán thực nghiệm sử dụng công thức của Rudstam.
Các kết quả nhận đƣợc cho thấy suất lƣợng tạo thành đồng vị của các đồng vị phóng xạ có phân bố gần nhƣ đối xứng theo số khối. Các số liệu thực nghiệm phù hợp với các tính tốn theo cơng thức bán thực nghiệm của Rudstam.
Cho đến nay phần lớn các nghiên cứu liên quan tới phản ứng quang hạt nhân đều tập trung ở vùng năng lƣợng cộng hƣởng khổng lồ (≤ 30 MeV). Cơ chế phản ứng đƣợc giải thích một cách khá đầy đủ đối với các phản ứng năng lƣợng thấp, tuy
nhiên ở vùng năng lƣợng cao hơn, các thơng tin cịn bị hạn chế. Các số liệu thực nghiệm chƣa đủ nhiều để có thể phản ánh đƣợc bức tranh đầy đủ về cơ chế của phản ứng quang hạt nhân ở vùng năng lƣợng cao. Các số liệu thực nghiệm về suất lƣợng phản ứng bên cạnh việc bổ sung các số liệu hạt nhân cịn góp phần làm sáng tỏ cơ chế của phản ứng hạt nhân ở vùng năng lƣợng cao. Về mặt ứng dụng có thể sử dụng trong việc chế tạo đồng vị phóng xạ, trong các tính tốn che chắn an tồn bức xạ cho các máy gia tốc, trong phân tích kích hoạt…
Qua viê ̣c thực hiện bản luận văn , học viên đã trau dồi thêm đƣợc những kiến thức cơ bản vầ vật lý hạt nhân, làm quen với các kỹ năng tính tốn,thực nghiệm và xử lý số liệu, đặc biệt là khai thác và sử dụng đƣợc một số phần mềm chuyên dụng trong phân tích số liệu hạt nhân thực nghiệm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng việt
1. Nguyễn Văn Đỗ (2004), "Các phương pháp phân tích hạt nhân", NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
2. Lê Hồng Khiêm (2008), "Phân tích số liệu trong ghi nhận bức xạ", NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
3. Phạm Đức Khuê (2013), Tập bài giảng “Phản ứng hạt nhân”, Hà Nội 2013. 4. Đặng Huy Uyên (2005), “Vật lý hạt nhân đại cương”, NXB Đại học quốc
gia Hà Nội, Hà Nội.
Tài liệu tiếng anh
5. A. S. Danagulyan, S. Demekhina and G. A. Vartapetyan (1977), "Photonuclear reactions in medium weight nuclei 51V, 55Mn and Cu", Nucl.
Phys. A 285, 482.
6. D. J. S. Findlay (1990), “Applications of photonuclear reactions”, Nucl. Instr. and Meth. B 50, 314.
7. G.J. Kumbartzki, Ung Kim and Ch. K. Kwan (1991), “ Photonspallation of medium – heavy elements with bremsstrahlung of maximum energiesbetween 0.8 and 2.1 GeV”, Nucl. Phys. A 160, 237.
8. G. Kumbartzki and U. Kim (1971), "High – energy photonuclear reactions
in vanadium and ion", Nucl. Phys. A 176, 23.
9. G. Rudstam (1969), "The evaporation step in spallation reactions", Nucl. Phys. A 126, 401.
10. Hiroshi Matsumura, Takahiro Aze, Yasuji Oura, Hidetoshi Kikunaga, Akihiko Yokoyama, Koichi Takamiya, Seiichi Shibata, Tsutomu Otsuki, Hideyuki Yuki, Koh Sakamoto, Hiromitsu Haba, Koshin Washiyama, Hisao Nagai, Hiroyuki Matsuzaki (2004), "Yield measurements for 7Be and 10Be
productions from natCu, natAg and 197Au by bremsstrahlung irradation", Nucl.
11. J. R. Wu and C. C. Chang (1977), "Pre-equilibrium particle decay in the
photonuclear reactions", Phys. Rev. C 46,1812.
12. K. Debertin and R.G.Heimer (1988), "Gamma and X – ray spectrometry with
semiconductor detectors", North – Holland Elseiver, New York.
13. K. Lindgren and G. G. Jonsson (1972), "Photon – Induced Nuclear Reaction Above1 GeV", Nucl. Phys. A 197, 71.
14. K. N. Mukhin (1987), "Experimental Nuclear Physics", Mir Publisher, 1987. 15. Koh Sakamoto (2003), "Radiochemical Study on Photonuclear Reactions of
complex nuclei at intermediate energies", J. Nucl. Radiochem. Sci 4, 9.
16. M. L. Terranova and O. A. P. Tavares (1994), "Total Nuclear Photoabsorption Cross Section in the Range 0.2 – 1.0 GeV for Nuclei Throughout the Periodic Table", Phys. Scri. 49, 267.
17. Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh and Nguyen Thi Thanh Van (2009), "High energy photon induced nuclear reactions in natural copper", Communications in Physics, 19, 177.
18. N. M. Bachschi, P. David, J. Debrus, F. Lubke, H. Mommsen and R. Schoenmackers (1976), "Photonuclear reactions in 45Sc and natCu induced
by 2GeV bremsstrahlung", Nucl. Phys. A 264, 493.
19. Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh and Nguyen Van Do (2010), "Study of
photonuclear reactions 103Rh( , xnyp) induced by 2.5 GeV bremsstrahlung ",
Proceedings of the topical conference on nuclear physics, high energy physics and astrophysics (NPHEAP-2010).
20. Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh and Nguyen Van Do (2010), " Isomeric yield ratios of the natMo( , 1 ) xn p 95 ,m gNb photonuclear reaction induced by 50- , 60-, 70- MeV and 2.5 GeV bremsstrahlung", Proceedings of the topical
conference on nuclear physics, high energy physics and astrophysics (NPHEAP-2010).
21. Richard B. Fiestone (1996), “Table of Isotopes”, CD ROM Edition, Wiley- Interscience.
23. Sakamoto (2003), “Radionchemical Study on Photonuclear Reactions of Complex Nuclei at Intremediate Energies”, J.Nucl.Radiochem.Sci, Vol.4, No.2.
24. Toyoaki Kato and Hui-Tuh Tsai (1974),"The yield distribution of radioactive
nuclides produced by photospallation reactions in 133Cs and 139La with 250 MeV bremsstrahlung " , J. inorg. nucl. Chem, Vol. 36.
25. Tran Duc Thiep, Phan Viet Cuong, Truong Thi An, Nguyen The Vinh, Nguyen Tuan Khai (2010), "Determination of the total bremsstrahlung photon flux from electron accelerators by activation method ", Proceedings of the topical conference on nuclear physics, high energy physics and astrophysics (NPHEAP-2010).
26. V.di Napoli, F. Salvetti and M. L. Terranova (1978), "Photodisintegration of
light and medium – weight nuclei at intermediate energies – III, Spalltion of Vandium, Manganese, Iron and Cobalt", J. Inorg. Nucl. Chem. 40, 175.
27. V. S. Barashenkov, F. G. Gereshi, A. S. Iljnov, G. G. Jonsson and V. D. Toneev (1974), "A cascade- evaporation model for photonuclear reactions ", Nuclear Physics A 231, 462-476.
28. W. R. Leo (1993), "Techniques for nuclear and particle physics experiment", Spinger Verlarg Berlin Heidelberg.
Các website tham khảo:
29. http://atom.kaeri.re.kr/ 30. http://cdfe.sinp.msu.ru/ 31. http://ie.lbl.gov/toi/
32. http://nucleardata.nuclear.lu.se/nucleardata/toi/