ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ Vi Hồ Phong NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG VÀ VẬN HÀNH MÁY GIA TỐC 5SDH-2 PELLETRON Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học quy Ngành: Vật lý hạt nhân Cán hướng dẫn: Ths Nguyễn Thế Nghĩa Hà nội - 2011 MỤC LỤC PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ MÁY GIA TỐC 5SDH-2 PELLETRON Hệ máy gia tốc HUS 5SDH-2 Pelletron đặt trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội bao gồm thành phần sau đây: - Nguồn ion - Buồng gia tốc - Hệ chân không - Các phận hội tụ, điều chỉnh chùm tia - Kênh phân tích - Kênh cấy ghép Nguồn ion Với mục đích sử dụng chùm tia khác phân tích cấy ghép, hệ máy gia tốc HUS-5SDH có hai loại nguồn phát chùm tia với hai chế hoàn toàn khác nhau, nguồn RF nguồn SNICS II 1.1 Nguồn ion RF (Radio Frequency) Nguồn trao đổi Ion RF NEC lấy làm kiểu mẫu sau nguồn sử dụng H.T.Richards đại học Wisconsin - Madison từ năm 1976 Khi ứng dụng cho việc tạo nguồn He- đặt tên Alphtross Phiên gốc phát triển từ năm 1967 sau ứng dụng vào việc tạo nguồn ion sử dụng NEC Trong trình vận hành, chùm ion dương giải phóng từ trạng thái plasma tạo từ nguồn RF gia tốc vào ống trao đổi điện tích 6keV nơi mà tỉ lệ khoảng (1-2%) chùm tia chuyển đổi thành ion dương sau giải phóng gia tốc với lượng mong muốn Ống trao đổi điện tích dùng Rubidium có tiết diện tạo He - cao NEC Alphatross sử dụng bình ngưng tụ Rubidium để ngăn cản di chuyển Rubidium vào bình thạch anh plasma Một chắn đặt phía đầu chuyển đổi điện tích để cách li khí rubidium khỏi thấu kính, van 1.2 Nguồn ion SNICS II (Source of Negative Ions by Cesium Sputtering) Thiết kế: Thiết kế nguồn ion âm phún xạ Cesium (SNICS) phân phối NEC dựa luận văn J.H.Billen, H.T.Richards G.T.Caskey, đại học Wisconsin luận văn đọc lập khác R Middleton, đại học Pennsylvania SNICS II nguồn ion hệ thứ phát triển cải tiến nguồn SNICS việc vận chuyển cesium nguồn, độ tin cậy dễ dàng việc tiếp cận cathode Hình 1: Sơ đồ nguồn SNICS II Nguyên tắc hoạt động: Hơi Cs từ lò nung cesium vào buồng kín nằm cathode làm lạnh bề mặt ionzer bị nung nóng Một cesium ngưng tụ mặt trước cathode cesium bị ion hóa bề mặt ionzer nung nóng Các ion cesium gia tốc bay phía cathode, hạt phún xạ từ cathode qua lớp cesium bị ngưng tụ Một vài vật liệu cho ion phún xạ âm Các vật liệu khác 99.9%) biết với hàm lượng chúng Một ví dụ tiêu biểu phân tích hạt khoáng sunfua, Pyrite(FeS) chứa nguyên tố nhóm vàng, platinum Ở ma trận mẫu (ghóp vào hệ số M) tính phương pháp định lượng hóa học, số trường hợp tính toán phân tích RBS EPMA chí phép phân tích PIXE song song sử dụng detector thứ hai điều chỉnh để xác định hàm lượng nguyên tố Tích phân công thức 1.1 tính trực tiếp sử dụng sở liệu hàm lượng ma trận mẫu Phương trình rút gọn thành phương trình tuyến tính đơn giản sau: (1.3) Ở Y1 cường độ tia X đơn vị góc đặc detector, đơn vị hàm lượng, đơn vị điện tích chùm tia (beam charge) Ta kết hợp góc đặc detector tất hệ số hiệu chỉnh điện tích tổng cộng chùm tia tới Q thành số H Hằng số H tính cách sử dụng mẫu chuẩn, lợi ích phương pháp sử dụng H chỗ mẫu chuẩn không cần phải có ma trận mẫu giống với mẫu phân tích coi sở liệu(database) thông số detector hoàn toàn xác Tất nhiên độ xác phương pháp kiểm chứng sử dụng mẫu chuẩn điều kiện phân tích có Khi xác định H mẫu chuẩn, thấy phụ thuộc nhỏ H vào lượng tia X, điều có khuynh hướng xảy lượng tia X cỡ keV(do hấp thụ bề mặt mẫu) 30 keV(Do độ dày danh định detector không xác nữa) 3.5.3 Mẫu trung bình (intermediate), biết ma trận mẫu Công thức cường độ tia X đặc trưng phần áp dụng trường hợp mẫu "gần mỏng" (nearly thin) Trong trường hợp tiến hành hiệu chỉnh thích hợp thông số liên quan đến độ dày mẫu Ở ma trận mẫu độ dày mẫu coi "priori" (hay thông số tính đến sau lượng hao phí) để phép xác định tích phân phương trình 1.1 giới hạn thích hợp lượng ion Trường hợp chiếm ưu mẫu sinh học mẫu môi trường mà làm thành lớp mỏng polymer mỏng 3.5.4 Mẫu trung bình , ma trận mẫu Khi có vài nguyên tố nhẹ mà tên nguyên tố hàm lượng chúng mẫu mẫu sinh học mà môi trường, phương pháp hệ số Q Grime(1996) đưa giải pháp tốt , bao gồm sử dụng song song hai phương pháp RBS PIXE, phổ RBS sử dụng để xác định thành phần hàm lượng nguyên tố mẫu, đồng thời xác định độ dày mẫu, sau thông số sử dụng chương trình phân tích PIXE để tính toán nguyên tố vết có mẫu Phương pháp sử dụng hiệu hệ thống để phân tích mẫu phức tạp(không đồng nhất), điểm phân tích cho ma trận mẫu tương ứng 3.5.5 Mẫu dày, hàm lượng ma trận mẫu Trong trường hợp này, tên nguyên tố có mẫu biết hàm lượng tương ứng chúng Vì cần xác định hàm lượng ma trận mẫu nguyên tố vết Với điều kiện phổ thu chứa đỉnh tia X đặc trưng nguyên tố ma trận, thành phần nguyên tố thực phương pháp lặp(interation) để giải phương trình (1.3) Chương trình PIXE tính diện tích đỉnh phổ ước lượng ban đầu hàm lượng nguyên tố mà bỏ qua hiệu ứng ma trận Các thông số hàm lượng sơ sau sử dụng để tính toán hiệu ứng ma trận mẫu lần lặp thứ hai, có fit(khớp) lại phổ Sự phối hợp lần lặp lồng tiếp tục đến giá trị hàm lượng không đổi 3.5.6 Mẫu lớp (Layered sample) Các phương pháp đề cập phần trước mở rộng để ứng dụng cho màng đế cho mẫu bao gồm nhiều lớp Có thể rút kết phân tích từ liệu thu vào kiện biết Tuy có vài hạn chế phân tích mà đòi hỏi có chương trình tính toán đủ linh hoạt trường hợp phân tích cụ thể Trường hợp ứng dụng phân tích các chất lẫn lớp bề mặt nằm ma trận mẫu đơn giản 3.6 Khớp phổ, tính toán hàm lượng dựa vào diện tích đỉnh phổ Trong tất trường hợp phần 5, phổ thu phải làm khớp (fit) mô hình để trích xuất thông tin cường độ đỉnh Đối với dạng mẫu mẫu mỏng ra, cường độ tương đối nguyên tố cho phải điều chỉnh mô hình để phản ánh hiệu ứng hấp thụ ma trận mẫu Phổ PIXE chương trình Gupix, sử dụng mẫu chuẩn viện vật lý (Đánh dấu số nguyên tố hàm lượng cao có mặt mẫu với đỉnh K, L nguyên tố đó) - Thử nghiệm hệ máy gia tốc HUS-5SDH Có nhiều loại chương trình tính toán PIXE sử dụng phương pháp khác để tách đỉnh phổ từ liên tục , sử dụng sở liệu Một số khớp đỉnh theo hàm Gauss, số lại sử dụng dạng hàm Voigtian khác Một số bỏ qua không đối xứng đỉnh phổ, xuất số hiệu ứng tán xạ compton vùng tia X lượng cao, hay dịch chuyển tái hợp ion vùng tia X lượng thấp số lại đưa phương pháp tính trung bình hiệu ứng kể Nền phổ liên tục quy hàm bán thực nghiệm gồm nhiều tham số, hàm chứa hàm khớp tổng thể Ngoài việc sử dụng phương pháp toán học để loại bỏ liên tục đơn giản áp dụng thành công gói phần mềm GUPIX mà sử dụng hệ phân tích máy gia tốc HUS-5SDH 3.7 Nguyên tố invisible Khái niệm nguyên tố invisible xuất mẫu hàm lượng ma trận mẫu, bao gồm nguyên tố nhẹ có đóng ghóp vào hiệu ứng ma trận mẫu phổ tia X, lại không xuất phổ đo Trong phần mềm GUPIX, hàm lượng chúng tính toán thông qua nguyên tố visible (các nguyên tố xuất phổ) kèm với nguyên tố invisible Ví dụ xác định hàm lượng ôxi(nguyên tố invisible) mẫu quặng mà tất nguyên tố giả thiết tồn dạng ôxit Mặt khác GUPIX sử dụng giả thiết tổng hàm lượng nguyên tố biết mẫu 100%, trừ tổng hàm lượng nguyên tố visible, tính hàm lượng nguyên tố invisible 3.8 Detector tia X - Sillicon Drift Detector (SDD) Kênh phân tích hệ máy gia tốc HUS-5SDH sử dụng loại detector tia X cho phân tích PIXE Sillicon Drift Detector (SDD) hãng e2v, detector có ưu điểm có độ phân giải lượng cao nhiều so với detector tia X khác HpGe, Si(Li), tự làm lạnh chế Peltier, Sillicon có độ tinh khiết cao Sơ đồ minh họa chế SDD 3.9 Yêu cầu chùm tia phân tích PIXE - Việc phân tích mẫu mỏng có phân bố nguyên tố đồng (Ví dụ giọt chất lỏng sấy khô đế.) yêu cầu phải có chùm tia đồng cường độ toàn tiết diện cách sử dụng khuếch tán sử dụng cặp nam châm tứ cực Mật độ mặt cắt chùm tia xác định kích thước vết điểm chùm tia (kích thước đo cách chiếu chùm tia vào foi polycarbonate mỏng) Điện tích tổng cộng Q vào mẫu đo lồng Faraday - Trong phân tích mẫu dày, đồng việc sử dụng chùm tia đồng cường độ quan trọng hơn.Việc sử dụng suspressor để ngăn cản electron thứ cấp thoát khỏi mẫu cần thiết [...]... trước buồng gia tốc, gồm có: Bộ phận hội tụ và gia tốc ban đầu ở nguồn RF – Thấu kính khe kép, thấu kính Einzel, bộ phận lái chùm tia trục X-Y 4.1.1 Bộ phận hội tụ ban đầu ở nguồn RF Bộ phận hội tụ và gia tốc ban đầu ở nguồn RF - Thấu kính khe kép là một thiết bị có chức năng gia tốc và hội tụ ban đầu chùm ion âm sau khi đi ra khỏi Extractor Do tính năng đặc biệt này nên bộ phận hội tụ và gia tốc ban đầu... trữ giá trị của thông số Nhấn vào nút khôi phục (restore) sẽ gọi lại tất cả các giá trị đã lưu từ phiên trước 2.7 Quá trình khởi động hệ máy gia tốc Các lệnh của máy gia tốc được sắp xếp một cách có trật tự và thuận tiện nhất cho việc khởi động toàn hệ máy Với mục đích là khởi động hệ máy theo từng bước hay từng lớp Thứ tự tốt nhất để đưa ra các lệnh, lấy S2 (nguồn ion 2) và 1B (chùm tia 1) là ví dụ... Thiết bị không hoạt dộng (Tắt) Xanh lá cây Thiết bị đang hoạt động (Bật) Vàng Có nhiều ý nghĩa khác nhau phụ thuộc theo biểu tượng Lồng Faraday Lồng chặn đường đi của chùm tia Khe đôi Khe đang chuyển động Máy thăm dò TPS Corona Đầu dò đang chuyển động GVM và các biểu tượng trong buồng gia tốc Chỉ chế độ vận hành TPS (Transient Protection System - Hệ thống bảo vệ tạm thời), biểu tượng GVM màu vàng có nghĩa... khi tiến hành bảo trì 1.2.5 Các bức xạ ion hóa Một vài hệ gia tốc NEC có thể phát ra bức xạ ion hóa phụ thuộc vào điều kiện vận hành Bức xạ này chỉ xuất hiện ở khi vận hành những nguồn năng lượng cao, ở những khu vực như cao thế đỉnh, khung sườn phụ trợ Không có đồng vị phóng xạ nào được sử dụng trên hệ máy gia tốc NEC, vì vậy phóng xạ chỉ có thể phát ra khi hệ thống được cấp điện Người điều hành hệ... người vận hành vẫn cần phải có những chú ý an toàn khi vận hành hệ thống chân không này 4 Các bộ phận hội tụ, điều chỉnh chùm tia Các bộ phân hội tụ điều chỉnh chùm tia trong hệ máy gia tốc HUS- 5-SDH có thể chia thành ba thành phần: Phần hội tụ, điều chỉnh chùm tia năng lượng thấp, chủ yếu bằng điện trường Phần hội tụ, điều chỉnh chùm tia năng lượng cao, chủ yếu bằng từ trường Nam châm phun và nam... phun và nam châm chuyển kênh Nam châm phun và nam châm chuyển kênh đều có cùng một nguyên tắc hoạt động, đó là lái chùm tia theo những góc nhất định bằng từ trường hướng từ trên xuống dưới Nam châm phun điều chỉnh hướng chùm tia từ một trong hai nguồn RF và SNICS đi vào vùng chùm tia năng lượng thấp Nam châm chuyển kênh điều chỉnh hướng chùm tia đi từ vùng chùm tia năng lượng cao sau buồng gia tốc ra... Các chất khí có áp suất cao - Các kim loại kiềm hoạt động mạnh - Các bộ phận quay và các bộ phận dẫn động - Độ ồn của máy móc - Các bề mặt nóng - Các bức xạ do ion hóa Trong quá trình vận hành và bảo trì bảo dưỡng cần chú ý những điểm sau: 1.2.1 Đề phòng nguy hiểm trên các thiết bị điện - Đối với các lồng bảo vệ: + Đối những bộ phận của hệ thống vận hành ở điện thế nguy hiểm được bao bởi lồng bảo vệ,... cho kênh ra ở phiên trước, kích vào cửa số lệnh, chuyển đến thư mục thích hợp và đánh lệnh: "send ??sav" ( chỗ "??" là tên của chùm tia thích hợp), lệnh này sẽ đặt cho các thành phần gia tốc cuối các giá trị đã được lưu lại từ phiên trước 9) Mở van bộ khí tước(stripper gas) một cách TỪ TỪ tới khi áp suất mong muốn đạt được các máy đo chân không ở đầu vào và đầu ra ống gia tốc Nhớ rằng sự có mặt của chùm... lượng lớn kim loại kiềm này vào trong nước có thể gây nổ - Trong quá trình vận hành, cần chú ý đến những điểm sau: + Dưới những điều kiện vận hành bình thường, các kim loại kiềm được chứa toàn bộ trong buồng kín được hút chân không + Không bao giờ vận hành khối thiết bị này theo cách mà không được chỉ dẫn trong tài liệu hướng dẫn + Luôn tuân thủ các giá trị của bộ gia nhiệt và các nhiệt độ được chỉ dẫn... kích đúp vào biểu tượng "AccelNET" trên màn hình desktop 2) Kích vào mục có tên "AccelNET" 3) Kích vào mục con trong đó có tên "Start Services" 4) Một cửa sổ sẽ xuất hiện hỏi người vận hành có muốn xóa cơ sở dữ liệu hiện hành hay không Lựa chọn 'Yes' hoặc 'No' Nếu mọi thứ đã hoạt động, một cửa sổ sẽ xuất hiện và báo các ứng dụng đã được khởi động Trái lại, một cửa sổ sẽ xuất kiện với một thông báo lỗi ... lớn, ống gia tốc hút chân không đường chùm tia Ở buồng gia tốc điện đỉnh lớn (TV) hai bên ống gia tốc lượng thấp ống gia tốc lượng cao Nguyên lý hoạt động: Chùm ion âm sinh nguồn ion âm gia tốc trước... VỀ HỆ MÁY GIA TỐC 5SDH-2 PELLETRON Hệ máy gia tốc HUS 5SDH-2 Pelletron đặt trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội bao gồm thành phần sau đây: - Nguồn ion - Buồng gia tốc -... nhiều electron biến thành ion dương Khi ion dương khỏi tước trôi tầng gia tốc thứ hai buồng gia tốc (vùng lượng cao) cao dương điểm tác động lực đẩy vào gia tốc lần Cấu trúc gia tốc kép cho phép