Xác suất xảy ra tương tác giữa một neutron với một hạt nhân bia được gọi là tiết diện neutron. Nếu một lượng lớn neutron có cùng năng lượng xuyên qua lớp mỏng vật liệu thì có một số neutron xuyên qua mà không tương tác với hạt nhân, một số neutron tương tác với hạt nhân nên bị đổi hướng và năng lượng, số còn lại bị hạt nhân bia hấp thụ vào trong mẫu. Khi đó, ta có xác suất của từng trường hợp này khác nhau. Giả sử mỗi hạt nhân trong bia được gắn với tiết diện S, gọi là tiết diện hiệu dụng theo hướng vuông góc với phương tới của neutron. Bia được xem là rất mỏng để cho toàn bộ hạt nhân trong bia không bị che chắn bởi các hạt nhân khác, và nếu neutron đi vào phần tiết diện S thì chắc chắn xảy ra tương tác với hạt nhân. Ngược lại, nếu neutron không đi qua phần tiết diện S thì không xảy ra tương tác.
Hình 1.5.Tương tác neutron với bia.
Với bia có diện tích là A, bề dày là dx và số hạt nhân bia trên đơn vị thể tích là n thì tiết diện hiệu dụng toàn phần là S.n.A.dx. Khi đó, tiết diện tương tác được tính bằng tỉ số của tiết diện hiệu dụng toàn phần của tất cả các hạt nhân bia và diện tích toàn phần của bia:
P = SnAdx A Trong đó: P: tiết diện tương tác,
S: tiết diện hiệu dụng của hạt nhân.
Ở cấp độ nguyên tử, tiết diện tương tác của neutron không đơn thuần là tiết diện theo cấu trúc hình học của bia mà ở cấp độ vi mô hơn nên S được thay bằng σ, khi đó:
P = nAdx A
σ
(1.9) Nếu chùm neutron tới có cường độ I0 có N hạt neutron tham gia phản ứng thì tiết diện tương tác cũng được tính bằng công thức:
P = 0 N I (1.10) Từ (1.9) và (1.10), ta có: A Neutron S dx
nAdx A σ = 0 N I ⇒ σ = 0 N I ndx (1.11)
Với σ: tiết diện phản ứng vi mô.
Trong tương tác của neutron với nguyên tử bia thì có khả năng xảy ra phản ứng tán xạ đàn hồi (n, n), không đàn hồi (n, n’), phát photon và các hạt mang điện (n, γ), (n, p), (n, α)... tương ứng có N1, N2, N3,... hạt neutron tham gia phản ứng. Khi đó, tiết diện tổng cộng được tính:
σt = 1 2 3 0 N N N ... I ndx + + + (1.12) Tương ứng với mỗi lần phản ứng đều có một xác suất và tiết diện riêng biệt và không phụ thuộc lẫn nhau. Vì thế, xác suất tổng bằng tổng các xác suất, tiết diện tổng bằng tổng các tiết diện riêng phần. Trong phản ứng của neutron với hạt nhân để hình thành nhân hợp phần xảy ra phản ứng tán xạ và hấp thụ nên tiết diện tổng được tính bằng công thức:
σt = σ + σr sc (1.13)
Trong đó: σr: tiết diện hấp thụ,
sc
σ : tiết diện tán xạ. Tiết diện thường có đơn vị là cm2
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NEUTRON
Năm 1936, phân tích kích hoạt ra đời và được Von Hevesy và Levi lần đầu tiên áp dụng, cho đến nay phân tích kích hoạt là một phương pháp phân tích hàm lượng nguyên tố trong mẫu chính xác nhất và tiện lợi nhất so với các phép phân tích khác. Từ 1938 đến 1940, người ta phân tích kích hoạt bằng các hạt mang điện như proton (p), alpha (α), deutron (d)... Với sự phát triển của lò phản ứng hạt nhân đã cho phép tạo ra những neutron có thông lượng lên đến 1012 – 1015 n.cm-2.s-1 thì khi đó phân tích kích hoạt bằng neutron được xem như là một kỹ thuật phân tích thông dụng nhất với độ tin cậy rất cao so với các phương pháp phân tích khác.