3.l Thí nghiệm xác định suất lượng phản ứng hạt nhân
3.2. Xác định suất lượng của phản ứng
3.2.1 Xác định suất lượng tổng của phản ứng 10B(p,α)7 Be
Trong thí nghiệm sử dụng mẫu dày và một mẫu sử dụng lại nhiều lần. Theo sơ đồ phần rã 7Be → 7
Li phát ra tia gamma 477.595 keV [20] có chu kỳ phân rã 53.12 ngày, chính vì vậy hoạt độ của mẫu trước khi chiếu vẫn còn dư lại của lần chiếu trước đó. Do đó, trước khi chiếu mẫu cần phải xác định hoạt độ còn lại trong mẫu.
Cụ thể các bước tiến hành đối với một lần chiếu như sau:
- Sử dụng phổ kế HPGe xác định hoạt độ của mẫu trước khi chiếu mẫu
- Chiếu mẫu, sử dụng phổ kế nhấp nháy NaI để đo tia gamma online phát ra từ phản ứng hạt nhân
Trong đó:
ti: Thời gian chiếu.
tc1: Thời gian phổ offline để xác định hoạt của mẫu trước khi chiếu. tc2: Thời gian phổ offline để xác định hoạt của mẫu sau khi chiếu. td1: Thời gian phơi mẫu trước khi chiếu.
td2: Thời gian phơi mẫu sau khi chiếu.
C1: Số đếm diện tích đỉnh quang trước khi chiếu. C2: Số đếm diện tích đỉnh quang sau khi chiếu.
No2: Hoạt độ của mẫu tại lúc bắt đầu phép đo để xác định hoạt độ còn lại trong mẫu.
No1: Hoạt độ của mẫu lúc bắt đầu chiếu. No3: Hoạt độ của mẫu khi dừng chiếu.
No4: Hoạt độ của mẫu lúc bắt đầu phép đo để xác định hoạt độ trong mẫu sau khi chiếu.
Nst: Hoạt độ tỏng mẫu khi kết thúc phép đo để xác định hoạt độ trong mẫu sau khi chiếu.
a. Trước khi chiếu, đo mẫu để xác định hoạt độ còn lại trong mẫu:
C1 Hoạt độ trong khi chiếu No3 Hoạt độ sau khi chiếu td2 td1 tc2 ti tc1 Hoạt độ trước khi chiếu No1 No2 No4 Nst C2
Hoạt độ lúc bắt đầu chiếu được xác định theo công thức:
(3.2) Trong thời gian đo mẫu tiếp tục phân rã theo hàm
(3.3)
b. Chiếu mẫu
Khi bắt đầu chiếu hoạt độ còn lại trong mẫu là
(3.4) Trong khi chiếu biến thiên số hạt nhân phóng xạ trong mẫu do hai nguyên nhân:
- Số hạt nhân tạo thành trong đó là số hạt nhân trong mẫu; là thông lượng chùm proton tới; là tiết diện phản ứng.
- Số hạt nhân phân rã: trong đó là số hạt nhân phóng xạ trong mẫu trong khi chiếu.
Ta có phương trình:
(3.5) Giải phương trình (4) được nghiệm tổng quát:
(3.6) Phương trình (5) mơ tả sự biến thiên số hạt phóng xạ trong mẫu trong thời gian chiếu.
Tại thời điểm bắt đầu chiếu thay vào phương trình (5) tính được :
Thay vào phương trình (5) ta có:
Khi dừng chiếu số hạt nhân phóng xạ trong mẫu sẽ là:
(3.8) Từ thời điểm dừng chiếu này số hạt nhân phóng xạ trong mẫu phân rã biến thiên theo hàm:
(3.9)
c. Đo hoạt độ của mẫu sau khi chiếu:
Theo hình 3.3 Số hạt nhân phóng xạ trong mẫu phát ra trong quá trình đo sẽ bằng số hạt nhân phóng xạ cịn lại khi bắt đầu phép đo trừ đi số hạt nhân phóng xạ cịn lại trong mẫu khi dừng phép đo:
(3.10) Số đếm ghi nhận được trên detector sẽ là:
(3.11) Từ các phương trình (3.2), (3.3), (3.8), (10) ta thu được cơng thức tính suất lượng:
(
) (3.12)
Cơng thức tính xuất lượng theo phương trình trên, và là diện tính đỉnh hấp thụ toàn phần thu được từ phép đo phổ, các khoảng thời gian , , , , hoàn toàn biết được. Như vậy ta dễ dàng tính được suất lượng tạo thành khi chiếu mẫu. Suất lượng trên có thứ nguyên là phản ứng/s. Ta có thể quy đổi suất lượng này về thứ nguyên suất lượng/proton tới bằng công thức:
Suất lượng này chính là suất lượng tổng cộng tạo thành 7Be theo cả hai nhánh phân rã alpha về trạng thái cơ bản và về trạng thái kích thích của 7Be, ký hiệu là
3.2.2 Xác định xuất lượng phân rã α về trạng thái kích thích của 7Be
Theo sơ đồ phân rã trên hình 3.1 có hai nhánh phân rã alpha về 7
Be . Nhánh phân rã về trạng thái kích thích của 7Be sau đó, tức thời phát ra tia gamma 429 keV, suất lượng của nhánh phân rã này được xác định thông qua việc ghi nhận số tia gamma tức thời phát ra trong quá trình chiếu mẫu. Trong thực nghiệm dùng detector nhấp nháy NaI để ghi nhận phổ tia gamma tức thời này. Suất lượng tia gamma online được xác định:
(3.13) Trong đó:
e: là điện tích electron
: là cường độ dòng chùm proton tới : là thời gian chiếu,
: là hiệu suất ghi đỉnh 429 keV của dectector nhấp nháy NaI. Ta ký hiệu suất lượng này là
3.3 Ghi nhận và phân tích phổ của các mẫu sau khi chiếu 3.3.1 Xuất lượng tổng cộng của phản ứng 10B(p,α)7