Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG BẮT NƠTRON 1.1 Tương tác nơtron với vật chất 1.2 Làm chậm nơtron 1.2.1 Nhiệt hóa nơtron 1.2.2 Cơ chế làm chậm nơtron 1.3 Hạt nhân hợp phần, hạt nhân kích thích 13 1.3.1 Các chế phản ứng hạt nhân 13 1.3.2 Phản ứngbắt nơtron nhiệt 15 1.3.3 Trạng thái kích thích 16 1.4 Tiết diện bắt nơtron nhiệt 18 1.4.1 Khái quát tiết diện phản ứng 18 1.4.2 Tiết diện bắt nơtron nhiệt 18 1.5 Các nguồn nơtron 22 1.5.1 Nguồn nơtron đồng vị 23 1.5.2 Nguồn nơtron từ lò phản ứng 24 1.5.3 Nguồn nơtron từ máy gia tốc 24 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG 181 Ta(n,) 182 Ta 26 2.1 Thiết bị thí nghiệm 26 2.1.1 Máy gia tốc thẳng nguồn nơtron xung máy gia tốc electron tuyến tính lượng 100 MeV 26 2.1.2 Hệ phổ kế gamma 33 2.2 Thí nghiệm xác định tiết diện phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta 35 2.2.1 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 35 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công 2.2.2 Kích hoạt mẫu 36 2.2.3 Đo hoạt độ phóng xạ mẫu sau kích hoạt 37 2.2.4 Phân tích phổ gamma 38 2.2.5 Xác định hiệu suất ghi đêtectơ 41 2.3 Phương pháp xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt 43 2.3.1 Xác định tốc độ phản ứng hạt nhân 43 2.3.2 Xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt 46 2.2.3 Một số hiệu chỉnh nâng cao độ xác kết 47 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1 Nhận diện đồng vị phóng xạ đặc trưng phản ứng hạt nhân 49 3.2 Một số kết hiệu chỉnh 53 3.3 Kết xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta 55 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU KHAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 63 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công MỞ ĐẦU Phản ứng hạt nhân hướng quan trọng lĩnh vực nghiên cứu hạt nhân Trải qua nhiều thập niên nghiên cứu, hiểu biết hạt nhân nguyên tử mở rộng, nhiên nhiều vấn đề liên quan tới cấu trúc hạt nhân, tính chất hạt nhân chế phản ứng hạt nhân chưa làm sáng tỏ cần tiếp tục nghiên cứu Bên cạnh việc đóng góp lĩnh vực nghiên cứu khoa học bản, phản ứng hạt nhân có vai trò quan trọng ứng dụng thực tiễn lượng, y tế, công nghiệp, vũ trụ, an toàn xạ hạt nhân,… Đặc trưng phản ứng phụ thuộc vào hạt nhân nguyên tử, vào loại hạt tới lượng chúng Các loại hạt/bức xạ quen thuộc nơtron (n), proton (p), alpha (), gamma (), Khi tương tác với hạt nhân diễn theo nhiều chế khác phụ thuộc vào lượng chúng tạo thành sản phẩm phản ứng khác Trong nghiên cứu phản ứng hạt nhân ứng dụng nơtron loại xạ sử dụng phổ biến Các phản ứng hạt nhân điển hình xảy tương tác nơtron (n,α), (n,p), (n,γ),…với xác suất khác đồng vị phụ thuộc vào lượng nơtron tới Một đại lượng đặc trưng quan trọng phản ứng hạt nhân tiết diện phản ứng Tiết diện phản ứng thước đo xác suất xảy phản ứng hạt nhân Tiết diện phản ứng nhân (n,) gây nơtron nhiệt loại số liệu hạt nhân quan trọng sử dụng nhiều nghiên cứu ứng dụng tính toán lò phản ứng hạt nhân, che chắn an toàn phóng xạ, đánh giá phá hủy vật liệu xạ,… Trước nghiên cứu phản ứng hạt nhân (n,) chủ yếu thực lò phản ứng nguồn nơtron đồng vị Ngày với phát triển kỹ thuật gia tốc tạo nguồn nơtron có thông Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công lượng lớn từ phản ứng hạt nhân (,xn), (p,xn), Các nguồn nơtron máy gia tốc thường phát theo chế độ xung, sử dụng kỹ thuật thực nghiệm khác kích hoạt phóng xạ đo thời gian bay Tantalum (Ta) nguyên tố kim loại có mầu xanh xám, dẻo, cứng khả chịu nhiệt chống ăn mòn cao sử dụng rộng rãi thành phần nhỏ hợp kim, tính trơ mặt hóa học Ta làm cho trở nên có giá trị cho thiết bị phòng thí nghiệm thay cho bạch kim, Ngày nay, Ta sử dụng y tế để làm đinh, nẹp chữa trị bệnh xương, Ta sử dụng để chế tạo thiết bị điện tử tụ điện,… 181 Ta đồng vị bền có độ phổ biến đồng vị tới 99,98% Cho tới có số kết nghiên cứu thực nghiệm xác định tiết diện phản ứng hạt nhân 181 Ta(n,) 182 Ta nhiên số liệu có sai khác đáng kể, việc nghiên cứu phản ứng tiếp tục nhiều phương pháp khác Bản luận văn với đề tài “Xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 181 Ta(n,) 182 Ta” nhằm mục đích nghiên cứu số đặc trưng phản ứng bắt nơtron xác định thực nghiệm tiết diện phản ứng bắt nơtron nhiệt 181 Ta(n,) 182 Ta với chùm nơtron xung nhiệt hóa máy gia tốc electron tuyến tính Mục tiêu nghiên cứu bên cạnh việc bổ sung số liệu hạt nhân, mở rộng hiểu biết chế phản ứng, nhằm tìm hiểu thêm phương pháp, nâng cao kỹ thực nghiệm phân tích số liệu Trong thực nghiệm sử dụng phương pháp kích hoạt phóng xạ, đo gamma trễ với hệ phổ kế gamma bán dẫn HPGe Tiết diện xác định thông qua việc đo tỷ số Cadmium sử dụng phản ứng 197 Au(n,) 198 Au làm phản ứng chuẩn Nhằm nâng cao độ xác kết thực nghiệm luận văn thực số hiệu chỉnh hiệu ứng gây ảnh hưởng tới độ xác kết như: phân bố thông lượng nơtron mẫu Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công kích hoạt, hiệu ứng tự hấp thụ tia gamma, hiệu ứng cộng đỉnh tia phân rã nối tầng, hiệu ứng tự chắn nơtron nhiệt… Một số bước quy trình thực nghiệm đề tài nghiên cứu kích hoạt mẫu đo hoạt độ phóng xạ thực máy gia tốc electron tuyến tính Trung tâm gia tốc Pohang, POSTECH, Hàn Quốc Các số liệu thực nghiệm gốc đề tài nghiên cứu thuộc Quỹ phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED), mã số 103.04- 2012.21 cung cấp Việc xử lý số liệu thực nghiệm, tính toán kết hiệu thực Trung tâm Vật lý hạt nhân, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Bố cục luận văn gồm chương với phần mở đầu, kết luận phụ lục Chương I phần tổng quan phản ứng bắt nơtron trình bày vắn tắt chế tương tác nơtron với vật chất, chế làm chậm nơtron, chế phản ứng hạt nhân, phản ứng bắt nơtron, tiết diện phản ứng bắt nơtron loại nguồn nơtron Chương II trình bày thiết bị thí nghiệm, thí nghiệm phân tích số liệu nhằm xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta Chương III kết thực nghiệm thu tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta Luận văn dài 62 trang có 20 hình vẽ đồ thị, 10 bảng biểu 36 tài liệu tham khảo Bản luận văn hoàn thành Trung tâm Vật lý Hạt nhân, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG BẮT NƠTRON 1.1 Tương tác nơtron với vật chất Do không mang điện tích nên vào môi trường vật chất nơtron tương tác yếu với electron Tương tác nơtron chủ yếu với hạt nhân Tương tác nơtron với vật chất thông qua trình tán xạ hấp thụ, bao gồm trình tán xạ đàn hồi, tán xạ không đàn hồi phản ứng hạt nhân Khi hạt nơtron chuyển động tới va chạm với hạt nhân bia có trao đổi động chúng tuân theo định luật bảo toàn lượng xung lượng Nếu hệ không thay đổi, động bảo toàn suốt trình va chạm Hiện tượng gọi tán xạ đàn hồi Tán xạ không đàn hồi số hạt trạng thái kích thích sau va chạm Trong suốt trình va chạm không đàn hồi với hạt nơtron bắn phá vào hạt nhân bia thể vài tượng sau [8,13]: Hạt nhân bia bị kích thích tới mức lượng cao Sau trở trạng thái việc phát hay nhiều photon Hạt nơtron tới bị bắt hình thành hạt nhân hợp phần Do khối lượng hạt nhân hợp phần nhỏ tổng khối lượng hạt nhân ban đầu hạt tới nên photon hay gọi tia gamma tức thời phát với lượng tổng lượng liên kết nơtron với động nơtron tới, tượng thường gọi tượng bắt phóng xạ hay phản ứng (n,), hạt nhân không bền thường phân rã β Đây tượng bắt nơtron Hạt tới bị bắt lượng kích thích đủ lớn hạt sơ cấp khác phát p, α, n với lượng nhỏ hơn…, phản ứng (n,p), (n,α), (n,n’), (n,2n)… Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công 1.2 Làm chậm nơtron 1.2.1 Nhiệt hóa nơtron Nơtron có lượng 0.1 eV gọi nơtron nhiệt - Đặc điểm nơtron nhiệt: Các nơtron nhiệt chuyển động trạng thái cân nhiệt với phân tử môi trường Mật độ nơtron nhiệt phụ thuộc vào lượng nơtron theo quy luật Maxwell-Boltzmann: n(E) = 2N E −E √ e kT √π kT kT (1.1) ∞ đó, N= ∫0 n(E)dE; k=8,61×10 -5 eV/K số Boltmann T nhiệt độ môi trường Do lượng E vận tốc nơtron liên hệ với theo biểu thức E=mv /2 nên biểu thức (1.1) viết lại sau: n(v)= 4N √π 2kT Với n(v)=dN/dv; v T =√ m 𝑣 (𝑣𝑇 )3/2 (1.2) vận tốc có xác xuất lớn Theo phân bố (1.2), lượng có xác suất lớn 3kT e v ) vT −( kT lượng trung bình Tuy nhiên người ta coi lượng nhiệt lượng ứng với vận tốc có xác suất lớn theo biểu thức (1.1) Năng lượng kT coi thông số phân bố Maxwell theo lượng Ở nhiệt độ phòng thí nghiệm T = 293 K v T = 2200m/sec lượng nơtron nhiệt E T = 0.025eV [3] Tuy nhiên, thực tế lượng trung bình nơtron nhiệt lớn so với lượng trung bình chuyển động nhiệt phân tử môi trường Điều có nghĩa nơtron thực tế không đạt cân nhiệt với môi trường Đó hấp thụ liên tục nơtron môi trường, hấp thụ mạnh vận tốc thấp Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công 1.2.2 Cơ chế làm chậm nơtron Khi tán xạ đàn hồi lên hạt nhân chất làm chậm, nơtron truyền phần lượng cho hạt nhân dần vận tốc, nghĩa làm chậm Quá trình làm chậm nơtron đóng vai trò quan trọng độ dày chất làm chậm sử dụng thí nghiệm [2,3] Xét trình tán xạ đàn hồi nơtron khối lượng 1, vận tốc v lên hạt nhân đứng yên có khối lượng A Sau va chạm nơtron có vận tốc v' hạt nhân có vận tốc V' Trong hệ tâm quán tính (hình 1.1), nơtron hạt nhân có vận tốc trước va chạm v V , sau va chạm v ' V ' Hình 1.1 Sơ đồ tán xạ đàn hồi nơtron lên hạt nhân hệ tọa độ phòng thí nghiệm (a) hệ tọa độ tâm quán tính (b) Vận tốc tâm quán tính V c = 𝑣 𝐴+1 , vận tốc nơtron trước va chạm hệ tâm quán tính là: v = v - Vc = 𝐴 𝐴+1 v Do tổng động lượng hệ tâm quán tính nên: v = AV , từ V = 𝐴+1 v Từ biểu thức bảo toàn lượng hệ tâm quán tính: Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công 𝑣1′ 2 Ta có, v '= 𝐴 𝑣12 2 + 𝑉1′ = 𝐴 𝐴+1 𝐴 + 𝑉12 v '=AV ' v V 1' = 𝐴+1 v Các vận tốc nơtron hệ tọa độ phòng thí nghiệm hệ tọa độ tâm quán tính liên hệ với theo biểu thức: 𝑣⃗′ = ⃗⃗⃗⃗ 𝑉𝑐 + 𝑣 ⃗⃗⃗⃗′ hay: v' =𝑉𝑐2 + 𝑣1′2 + 2V c v' cosθ θ góc bay nơtron hệ tâm quán tính 𝑣 ′2 𝑣2 = (𝐴2 + 2𝐴𝑐𝑜𝑠𝜃1 + 1) (𝐴 + 1)2 Từ ta có tỷ số động nơtron sau va chạm so với trước va chạm sau: 𝐸′ 𝑣 ′2 𝐴2 + 2𝐴𝑐𝑜𝑠𝜃1 + = = 𝐸 𝑣 (𝐴 + 1)2 hay 𝐸′ 𝐸 = 1+𝜀 + 1−𝜀 cosθ (1.3) ε =( Khi θ =0, cosθ = 𝐸′ 𝐸 𝐴−1 ) 𝐴+1 (1.4) = 1, tức nơtron không thay đổi lượng va chạm Hay độ lượng nơtron Khi θ = π, cosθ = -1 𝐸′ 𝐸 = ε, tức nơtron thay đổi lượng va chạm từ E sang E'= εE Độ lượng nơtron đạt cực đại E-E' = (1-ε) E Như vậy, sau va chạm đàn hồi, nơtron có lượng E' thỏa mãn điều kiện: ε E ≤ E' ≤ E Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công * Tham số va chạm ζ Để biểu diễn độ lượng va chạm đàn hồi, người ta dùng tham số va chạm hay độ lượng logarit trung bình va chạm: E ̅̅̅̅̅ ζ=ln (1.5) E′ Ở đây, phần gạch ngang ký hiệu việc lấy trung bình theo số nơtron tham gia tán xạ Giả sử có N nơtron tán xạ tai điểm P hệ tâm quán tính tán xạ đẳng hướng (hình 1.2) Hình 1.2 Sơ đồ tính ζ Khi số nơtron tán xạ khoảng góc θ đến θ là: dN=2πN sinθ dθ (1.6) Theo định nghĩa ζ ta có: ζ= 𝜋 4𝜋𝑁 𝜀 𝐸 𝐸′ 1−𝜀 ∫0 ln dN = ∫0 lnx dx, với x= đó: ζ = + 𝐸′ 𝐸 𝜀 𝑙𝑛𝜀 1−𝜀 Với A >>1 công thức (1.6) có dạng gần sau: ζ= (1.7) 1+1.5𝐴 ζ -1 = 𝐴 + 10 + 18𝐴 (1.8) Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công  = 1121.3 34.9 C1 1.02  = 100.106 14.1 C2 1.01  = 67.75 41.2 C1 1.00  = 1221.407 26.98 C2 1.01  = 152.43 6.93 C1 1.00  = 1221.407 26.98 C2 1.01 3.3 Kết xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 81 Ta(n,) 182 Ta xác định thông qua việc đo tốc độ phản ứng phản ứng bắt nơtron 181 Ta(n,) 182 Ta 19 Au(n,) 198 Au sử dụng biểu thức (2.18) Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng tham chiếu 197 Au(n,) 198 Au  0(Au) =98.650.09 barn Kết tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta xác định bằng: σ 0,Ta = 20.20.3 barn Giá trị tiết diện so sánh với kết công bố nhiều tác giả khác bảng 3.5 Bảng 3.5 Số liệu tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,  ) 182 Ta công bố Năm σ(bar) Monitor 2014 Luận văn 20.2 ± 0.8 Au 2013 Atlas [7] 20.5 ± 0.5 - Tác giả 55 Sai khác% 1.5 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công 2011 ENDF/B [7] 21.13 - -4.6 2011 JEFF [7] 20.68 - -2.38 2011 CENDL [7] 20.68 - -2.38 2010 JENDL [7] 20.68 - -2.38 2010 EAF[7] 21.14 - -4.65 2007 ROSFOND [7] 20.68 - -2.38 2006 S.F.Mughabghab [28] 20.5 - -1.5 19.1 ± - 5.4 1978 M.Takiue and H.Ishikawa [19] 19.8 ± 0.5 Co-59 1.9 1976 E.M.Gryntakis [9] 21.5 ± 1.38 Au-197 -11 1971 V.Markovic and A.Kocic[32] 24.7 ± 0.2 Au-197 -22 1970 S.S.Malik et al [28] 21.2 ± Au -5 1961 A.Sunyya and P.Axel [6] 21 ± 0.23 - -3.9 28 Co59 -38 21 ± 0.7 Au-197 -3.9 20.6 ± 0.2 - -1.9 1984 R.E.Heft [25] 1960 W.S.Lyon [33] 1960 G.Wolf [12] 1947 L.Seren et al [16] Sai số kết đánh giá 4%, bao gồm nguồn sai số sai số hiệu suất ghi đêtectơ, sai số thống kê, sai số tính diện tích đỉnh phổ, sai số hình học chiếu, hệ số tự chắn nơtron nhiệt, tự hấp thụ gamma mẫu, sai số số liệu hạt nhân, Đồ thị hình 3.6 biểu diễn tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta luận văn số tác giả khác 56 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công Tiet dien bat notron nhiet (barn) 50 45 40 S.S.Malik et al L.Seren et al W.S.Lyon A.Sunyar and P.Axer R.E.Heft 35 ENDF/B JEFF JENDL ROSFOND CENDL EAF luan van E.M.Gryntakis M.Takiue and H.Ishikawa G.Wolf V.Markovic and A.Kocic S.F.Mughabghab 30 25 20 15 10 181 1940 1950 1960 1970 1980 1990 182 Ta(n,) Ta 2000 2010 2020 Nam Hình 3.6 tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,  ) 182 Ta Từ bảng ta thấy tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta có giá trị thay đổi khoảng từ 19.1  28 barn Sự chênh lệch lớn chúng xấp xỉ 46.6% Giá trị tiết diện phản ứng thu luận văn σ 0,Ta = 20.20.8 barn, phù hợp với giá trị trung bình kết liệt kê bảng 3.5 Với giá trị tính toán từ ENDF/B(Mỹ), JEFF(Châu Âu), JENDL(Nhật Bản), ROSFOND(Nga), CENDL(Trung Quốc) EAF(Hàn Quốc)…được công bố từ trung tâm liệu hạt nhân, phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ Brookhaven 11/10/2013 (National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory, Upton, NY 11973-5000, USA), cho kết gần với kết xác định từ luận văn, chênh lệch từ 1,5 4.6% 57 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công KẾT LUẬN Bản luận văn trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 81 Ta(n,) 182 Ta gây chùm nơtron xung máy gia tốc electron tuyến tính Các kết thu gồm: Đã tìm hiểu chế tương tác nơtron với vật chất chế làm chậm nơtron Tìm hiểu số khái niệm phản ứng hạt nhân nói chung phản ứng bắt nơtron nhiệt nói riêng Tìm hiểu loại nguồn nơtron thí nghiệm nghiên cứu phản ứng bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta sử dụng nguồn nơtron xung tạo từ máy gia tốc electron tuyến tính kỹ thuật phân tích xử lý số liệu thực nghiệm Xác 181 định tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng Ta(n,) 182 Ta Tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng hạt nhân 181 Ta(n,) 82 Ta xác định phương pháp kích hoạt với nguồn nơtron tạo từ máy gia tốc electron tuyến tính 100MeV Pohang Hàn Quốc sử dụng phản ứng hạt nhân 197 Au(n, ) 198 Au làm phản ứng chuẩn Để nâng cao độ xác kết quả, số hiệu chỉnh hiệu chỉnh hệ số tự che chắn nơtron nhiệt, hiệu chỉnh hệ số Cadmium, hệ số Westcott, hệ số suy giảm gamma mẫu… quan tâm thực Giá trị tiết diện bắt nơtron nhiệt phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta xác định σ 0,Ta = 20.20.8 barn Kết so với kết thực nghiệm đánh giá nhiều tác giả khác phù hợp Sự sai khác tiết diện bắt nơtron nhiệt thu với giá trị Atlas (20.50.5 barn) 1.5% 58 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công TÀI LIỆU KHAM KHẢO Tài liệu tiếng việt: [1] Nguyễn Văn Đỗ (2004), Các phương pháp phân tích hạt nhân, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Hà Nội [2] Phạm Quốc Hùng, “ Lò phản ứng hạt nhân” NXB ĐHQG HN [3] Ngô Quang Huy (2002), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, NXB ĐHQG HN [4] Ngô Quang Huy (2006) Cơ sở vật lý hạt nhân NXB KH&KT Tài liệu tiếng anh [5] A Trkov, G.ˇ Zerovnik, L Snoj, M Ravnik, “On the self-shielding factors in neutron activation analysis” , Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 610 (2009) 553–565 [6] A.Sunyar,P.Axer,” decay of 16-minute ta182m”, pr,121,1158,1961 [7] B Pritychenko,S.F Mughabghab.National Nuclear Dat a Center, Brookhaven National Laboratory, Upton, NY 11973-5000, USA, “Neutron Thermal Cross Sections, Westcott Factors, Resonance Integrals, Maxwellian Averaged Cross Sections and Astrophysical Reaction Rates Calculated from the ENDF/B -VII.1, JEFF-3.1.2, JENDL-4.0, ROSFOND-2010, CENDL-3.1 and EAF-2010 Evaluated Data Libraries”, aXiv:1208.2879v3[Astro-ph.SR] 11/9/2013 [8] D De Soete, R Gijbels, J Hoste, Neutron Activation Analysis”, John Wiley & Sons Ltd, 1972 [9] E.M.Gryntakis, Examination of the dependence of the effectivecross section from the neutron temperature, measurements of the neutron temperature and etermination of some cross sections for neutron capture and neutron fission [10] F De Corte, A Simonits, A De Wispelaere, “ Comparative study of measured and critically evaluated resonace integral to thermal cross 59 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công section ratios”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 133(1989) 131-151 [11] F De Corte “The updated NAA nuclear data library derived from the Y2K k0-database”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol 257, No (2003) 493-499 [12 ] G.Wolf,” the absolute calibration of desintegration rates throught the beta-gamma-coincidence method and it suse for measuring of the thermal activation cross sections of the nuclides na-23,sc-45,co-59 end ta-181 (in german)”, j,nuk,2,255,60 [13] Harald A Enge, Introduction to nuclear physics, Addition- Wiley publishing company, 1983 [14] H Hubbell and S M Seltzer, Tables of X-Ray Mass Attenuation Coefficients and Mass Energy-Absorption Coefficients, 1996 [15] Landolt-Börnstein, Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology, New Series/ Editor in Chief: W Martienssen [16] L.Seren, H.N.Friedlander, S.H.Turkel, “Thermal Neutron Activation Cross Sections”, J,PR,72,888,1947 [17] M Blaauw, “The confusing issue of the neutron capture cross - section to use in thermal neutron self- shielding computations”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 356(1995) 403 [18] M Karadag, H Yucel, “Measurement of thermal neutron cross section and resonace integral method using a for single 186 W(n,γ) 87 W reaction by activation monitor”, Annals of nuclear energy vol.31(2004) 1285- 1297 [19] M.Takiue,H.Ishikawa,” Thermal neutron reaction cross section measurements for fourteen nuclides ith a liquid scintillation spectrometer”, J,NIM,148,(1),157,7801 [20] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Le Truong Son, Guinyun Kim,Young Seok Lee, Youngdo Oh, Hee-Seok Lee, Moo- 60 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công Hyun Cho,In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal neutron cross-section 186 and resonance integral of the W(n,) 187 W reaction”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 266 (2008) 863 –871 [21] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Bui Van Loat, Md.S Rahman, Kyung Sook Kim,Guinyun Kim, Youngdo Oh, HeeSeok Lee, Moo-Hyun Cho, In Soo Ko, Won Namkung, ” Thermal neutron cross-section and resonance integral of the 98 Mo(n,) 99 Mo reaction”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 267 (2009) 462–468 [22] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Nguyen Thi Hien, Guinyun Kim, Sungchul Yang, Kyung Sook Kim, Sung Gyun Shin, Moo-Hyun Cho, Man Woo Lee, ” Measurement of thermal neutron cross section and resonance integral for the 170Er(n, )171Er reaction by using a gold monitor”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 310 (2013) 10–17 [23] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh, Guinyun Kim,Young Seok Lee, Youngdo Oh, Hee-Seok Lee, Moo-Hyun Cho,In Soo Ko, Won Namkung,” Thermal neutron cross-section and resonance integral of the 165 Ho(n,) 166g Mo reaction”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 269 (2011) 159–166 [24] Paul Reuss, Neutron physics, EDP Sciences (August 15, 2008) [25] R.E.Heft, A consistent set of nuclear-parameter valuesfor absolute instrumental neutron activation analysis C,78MAYAG,,495,197805 [26] Richard B Firestone “Table Of Isotope” , 3/1996 [27] S.E Agbemava, B.J.B Nyarko, J.J Fletcher, R.B.M Sogbadji, E Mensimah, M Asamoah, “Measurement of thermal neutron and resonance integral cross sections of the reaction 51 V(n,) 52 V using a 20 Ci Am–Be isotopic neutron source”, Annals of Nuclear Energy 38 (2011) 1616–1622 61 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công [28] S.F.Mughabghab, Atlas of neutron resonances resonance parameters and thermal Cross Sections Z=1-100, B,NEUT.RES,,2006 [29] S.S.Malik,G.Brunhart,F.J.Shore,V.L.Sailor,” Factors in the precision of slow neutron capture cross section measurements using a simple Moxon-Rae detector”, J,NIM,86,83,1970 [20] Van Do Nguyen and Duc Khue Pham, “Measurements of neutron and Photon distributions by using an Activation Technique at the Pohang Neutron Facility”, Journal of the Korean Physical Society,Vol 48,No 3,March 2006,pp 382- 389 [31] Van Do Nguyen and Duc Khue Pham, “ Neutron yields from thick Ta target bombarded by 65 MeV electron beam”, Communications in Physics, Vol.14, No.4(2004), pp 209-214 [32] V.Markovic,A.Kocic,” Measurement of the thermal effective cross section and the effective resonance integral of copper and tantalum using the pile scillator method”, J,BKN,22,(1),1,1971 [33] W.S.Lyson,,” reactor neutron activation cross sections fora number of elements”, j, nse,8,378,60 [34] http://www.nist.gov/pml/data/xraycoef/ [35] http://en.wikipedia.org/wiki/Tantalum [36] http://ie.lbl.gov/toi/ 62 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công PHỤ LỤC Hình P.1 Đêtectơ HPGe (ORTEC) Hình P.2 Hệ điện tử máy tính kết nối ghi nhân phổ gamma 63 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công Các chương trình sử dụng phần mềm Mathermatiaca để tính toán tiết diện phản ứng hạt nhân 181 Ta(n,  ) 182 Ta Chương trình tính hệ số tự chắn nơtron nhiệt G th : - Của Au: sigAu=98.65*10^(-24) 9.865×10-23 DAu=19.3 19.3 N0Au=(6.022*10^(23)*DAu)/196.97 5.90062×1022 Si=2/(Sqrt[3.14])*N0Au*sigAu*0.003 0.0197098 GthAu=(1-Exp[-Si])/Si 0.99021 - Của Ta: sigTa=20.5*10^(-24) 2.05×10-23 DTa=16.650 16.65 NoTa=(6.022*10^(23)*DTa)/181.85 5.51368×1022 Si=2/(Sqrt[3.14])*NoTa*sigTa*0.005 0.00637868 GthTa=(1-Exp[-Si])/Si 0.996817 64 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công Chương trình tính tốc độ phản ứng: - Tính tốc độ phản ứng Au1:( E = 411.8 keV): Ig=96/100 24/25 e=0.855 0.855 ti=9600 9600 tw=5*3600+30*60+19 19819 tc=600 600 to=2.0*10^(-6) 2.×10-6 lamda=0.693/(2.6952*24*3600) 2.97597×10-6 tcp=1/15 1/15 n0=0.0704*0.9995*6.022*10^23/196.97 2.15128×1020 Nobs=(28640-240)*1 28400 TS=Nobs*lamda*(1-Exp[-lamda*tcp]) 1.67681×10-8 MS=n0*e*Ig*(1-Exp[-lamda*to])*(1-Exp[-lamda*ti])*Exp[-lamda*tw]*(1-Exp[lamda*tc]) 49782.6 R=TS/MS 3.36827×10-13 65 Luận văn Thạc sĩ - Nguyễn Minh Công Tốc độ phản ứng Au2 (E = 411.8 keV) Ig=96/100 24/25 e=0.855 0.855 ti=9600 9600 tw=5*3600+19*60+30 19170 tc=600 600 to=2.0*10^(-6) 2.×10-6 lamda=0.693/(2.6952*24*3600) 2.97597×10-6 tcp=1/15 1/15 n0=0.0692*0.9995*6.022*10^23/196.97 2.11461×1020 Nobs=(11138-140)*1.1 12097.8 TS=Nobs*lamda*(1-Exp[-lamda*tcp]) 7.14286×10-9 MS=n0*e*Ig*(1-Exp[-lamda*to])*(1-Exp[-lamda*ti])*Exp[-lamda*tw]*(1-Exp[lamda*tc]) 49028.6 R=TS/MS 1.45688×10-13 66 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công - Tốc độ phản ứng Ta1 (E=1189.05 keV ) Ig=16.23/100 0.1623 e=0.26 0.26 ti=9600 9600 tw=3*3600+17*60+27 11847 tc=3600 3600 to=2.0*10^(-6) 2.×10-6 lamda=0.693/(114.43*24*3600) 7.00938×10-8 tcp=1/15 1/15 n0=0.1138*0.999*6.022*10^23/181.95 3.76267×1020 Nobs=(202-37) 165 TS=Nobs*lamda*(1-Exp[-lamda*tcp]) 5.40445×10-14 MS=n0*e*Ig*(1-Exp[-lamda*to])*(1-Exp[-lamda*ti])*Exp[-lamda*tw]*(1-Exp[lamda*tc]) 0.377549 R=TS/MS 1.43146×10-13 67 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công - Tốc độ phản ứng Ta2(E=1189.05 keV ) Ig=16.23/100 0.1623 e=0.26 0.26 ti=9600 9600 tw=3600+14*60+36 4476 tc=1800 1800 to=2.0*10^(-6) 2.×10-6 lamda=0.693/(114.43*24*3600) 7.00938×10-8 tcp=1/15 1/15 n0=0.1139*0.999*6.022*10^23/181.95 3.76598×1020 Nobs=(51-16) 35 TS=Nobs*lamda*(1-Exp[-lamda*tcp]) 1.1464×10-14 MS=n0*e*Ig*(1-Exp[-lamda*to])*(1-Exp[-lamda*ti])*Exp[-lamda*tw]*(1-Exp[lamda*tc]) 0.18905 R=TS/MS 6.064×10-14 68 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Minh Công Chương trình tính tiét diện phản ứng hạt nhân 181Ta(n,)182Ta sigAu=98.65*10^(-24) 9.865×10-23 FCdAu=1.009 FCdTa=1 1.009 gcAu=1.006 gcTa=1.0041 1.006 1.0041 RAu1=3.3856028048484974`*^-13*1 3.3856×10-13 RAu2=1.5258450633769767`*^-13*1.05 1.60214×10-13 RTa1=1.4916540267627225`*^-13 1.49165×10-13 RTa2=1.0754828182303976`*^-13*1.05 1.12926×10-13 GthAu=0.9902095445205094` 0.99021 GthTa=0.996817431152511` 0.996817 SigTa=sigAu*((RTa1-(FCdTa*RTa2))/(RAu1(FCdAu*RAu2)))*(GthAu/GthTa)*(gcAu/gcTa) 2.01129×10-23 69 [...]... THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN BẮT NƠTRON NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG 181 Ta(n,) 182 Ta Quá trình bắt nơtron đã đẩy các hạt nhân từ trạng thái bền lên trạng thái kích thích và sau đó trở thành hạt nhân phóng xạ, đồng thời phát ra các tia gamma Dựa trên năng lượng của bức xạ gamma và xác định hoạt độ phóng xạ của các hạt nhân sản phẩm là căn cứ để xác định tiết diện phản ứng hạt nhân nghiên cứu Nghiên cứu phản. .. Công Thực nghiệm cho thấy, đối với Z < 88 thì tất cả các phản ứng xảy ra với tiết diện  (n , ) (trừ các trường hợp đã được định trước) Tốc độ phản ứng với thông lượng nhiệt nhất định có thể được rút ra từ tiết diện  0 tương ứng với vận tốc  0 trong điều kiện  ( ) 1 / Một số tác giả khác định nghĩa tiết diện phản ứng là tổng của tất cả các tiết diện của các tương tác, trừ tán xạ đàn hồi [8] Tiết. .. tích phân cộng hưởng Tiết diện bắt nơtron thường được chia làm 3 vùng (hình 1.5): Vùng năng lượng thấp, đối với hầu hết các hạt nhân, tiết diện bắt phát xạ phụ thuộc vào 1/√𝐸𝑛 Do tốc độ của nơtron tỷ lệ với √𝐸𝑛 , có thể rút ra tiết diện bắt nơtron nhiệt phụ thuộc vào 1/  trong đó  là vận tốc của nơtron tới Tiết diện phản ứng bắt nơtron tại năng lượng nhiệt (0.025 eV) có xác xuất lớn nhất Vùng năng... là tiết diện của phản ứng hạt nhân Từ đây suy ra:  col (cm2 )  sova cham(cm3.s 1) )  (cm2 s 1 ).N (cm3 ) (1.22) Tiết diện phản ứng hạt nhân có đơn vị là diện tích ( cm 2 ), đơn vị thường sử dụng là barn (b), 1b  1024 cm 2 1.4.2 Tiết diện bắt nơtron nhiệt Nơtron nhiệt là các nơtron có vận tốc v0 trong phân bố Maxwellian tại 20 0 C là 2200 m/s hay có năng lượng là 0.025 eV a Tiết diện phản ứng. .. tiết diện bắt nơtron giảm rất nhanh theo năng lượng của nơtron Hình 1.5 biểu diễn tiết diện bắt nơtron như là một hàm của năng lượng Hình vẽ có thể chia làm 3 vùng tương ứng với dải năng lượng của nơtron nhiệt, nơtron trên nhiệt và nơtron nhanh Hình 1.5 Tiết diện của phản ứng 181 Ta(n, 𝛾 ) 182 Ta theo năng lượng 1.5 Các nguồn nơtron chính Các nguồn nơtron được tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau... tại các nơtron năng lượng cao hơn Về mặt vật lý, có thể chia ra làm một số loại tán xạ, tương ứng với tiết diện: tiết diện tán xạ liên kết (  coh ), tiết diện nguyên tử tự do (  fa ), tiết diện tán xạ trung bình (  s ), tiết diện tán xạ vi phân ( d / d  ) đối với tán xạ ở 1 góc khối cho trước ( , ) [8] c Tiết diện toàn phần  T Tiết diện toàn phần bao gồm cả tiết diện tán xạ và tiết diện hấp... đỉnh 1332 keV của 0 Co 2.2 Thí nghiệm xác định tiết diện phản ứng 181 Ta(n,) 182 Ta 2.2.1 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu Để thực hiên nghiên cứu này cần sử dụng 3 loại mẫu: Mẫu nghiên cứu (Ta), mẫu chuẩn (Au) và mẫu (In) dùng để hiệu chỉnh sự thay đổi thông lượng của nơtron nhiệt (monitor) Trong nghiên cứu phản ứng hạt nhân sử dụng phương pháp kích hoạt phóng xạ thì chất lượng của các mẫu thực nghiệm rất quan... ứng che chắn nơtron Tiết diện kích hoạt  act , chủ yếu đối với nơtron nhiệt là  (n,  ) , hoặc ) là  (n , p ), (n , ), (n ,f …được xác định thông qua hoạt độ của hạt nhân sản phẩm Trong phương pháp kích hoạt, từ giá trị của  act có thể tính toán được hoạt độ tạo ra bởi các phản ứng hạt nhân cho trước b Tiết diện tán xạ Tiết diện tán xạ thường là không thay đổi trong vùng năng lượng nhiệt Chúng... với  là độ phổ cập đồng vị Nếu nơtron bị bắt bởi các đồng vị bền thì  act  abs Nơtron nhiệt bị hấp thụ gần như hoàn toàn bởi 113 Cd , hình thành trơ từ phản ứng ( n , ) Vì thế mà  act  abs d Tiết diện vĩ mô (1.26) 114 Cd (1.27)  Tất cả các tiết diện được định nghĩa ở trên gọi là các tiết diện vi mô khi ta đề cập tới các hạt nhân riêng lẻ Tiết diện vĩ mô được định nghĩa như sau [8,13,24] :... được nơtron đơn năng Nơtron được tạo ra theo các phản ứng sau: 2 H(d, n) 3 He ; Q=3.268 MeV 3 H(d, n) 4 He ;Q=17.588 MeV Phản ứng 3 H(d, n) 4 He có tiết diện rất lớn, tại đỉnh cộng hưởng có thể lên tới 5 barn, do đó tạo ra chùm nơtron nhanh với suất lượng lớn Trong phản ứng 2 H(d,n) 3 He cho nơtron năng lượng thấp (2-4 MeV), còn phản ứng 3 H(d,n) 4 He cho năng lượng cao (13-15 MeV) Suất lượng nơtron