Luận văn thạc sĩ đo thực nghiệm năng lượng bị mất của hạt alpha có năng lượng từ 4 đến 6 mev trong không khí và trong khí isobutan

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu năng lượng mất của hạt alpha từ 4 đến 6 MeV trong không khí và khí isobutan, cung cấp thông tin chi tiết và phân tích sâu.

• Tác giả: Đặng Hồng Giang
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Hồng Khiêm
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao
• Đề tài: Đo Năng Lượng Hạt Alpha Trong Không Khí Và Isobutan
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TƯƠNG TÁC BỨC XẠ ALPHA VỚI VẬT CHẤT
• 1.1. Độ mất năng lượng riêng
• 1.2. Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất
• 2. CHƯƠNG 2: BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• 2.1. Bố trí thí nghiệm
• 2.2. Phương pháp phân tích
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SO VỚI TÍNH TOÁN
• 3.1. Giới thiệu phần mềm tính toán độ mất năng lượng riêng SRIM
• 3.2. Kết quả thí nghiệm
• 3.3. So sánh kết quả thực nghiệm với giá trị tính toán được bằng SRIM và ước lượng sai lệch
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về đo năng lượng hạt alpha trong không khí và isobutan

Đo năng lượng hạt alpha là một lĩnh vực quan trọng trong vật lý hạt nhân, đặc biệt trong nghiên cứu bức xạ và ứng dụng trong y học, công nghiệp. Hạt alpha, với năng lượng từ 4 đến 6 MeV, có khả năng tương tác mạnh với vật chất, dẫn đến việc mất năng lượng khi đi qua các môi trường khác nhau như không khí và isobutan. Việc đo lường độ mất năng lượng này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất của hạt alpha mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các ứng dụng thực tiễn.

1.1. Định nghĩa và vai trò của hạt alpha trong nghiên cứu

Hạt alpha là một loại bức xạ ion hóa, được phát ra từ các đồng vị phóng xạ. Chúng có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ nghiên cứu vật lý hạt nhân đến ứng dụng trong y học. Đặc biệt, việc đo năng lượng hạt alpha giúp xác định độ mất năng lượng riêng, một thông số quan trọng trong việc đánh giá khả năng ion hóa của chúng trong các môi trường khác nhau.

1.2. Tầm quan trọng của việc đo năng lượng hạt alpha

Việc đo năng lượng hạt alpha trong không khí và isobutan giúp xác định các thông số như độ mất năng lượng riêng và quãng chạy của hạt. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu lý thuyết mà còn trong các ứng dụng thực tiễn như bảo vệ bức xạ và phát triển công nghệ y tế.

II. Thách thức trong việc đo năng lượng hạt alpha

Mặc dù việc đo năng lượng hạt alpha mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải nhiều thách thức. Các yếu tố như độ chính xác của thiết bị đo, sự ảnh hưởng của môi trường và các tạp chất có thể làm sai lệch kết quả. Đặc biệt, việc đo trong không khí và isobutan có những khác biệt rõ rệt do tính chất vật lý của chúng.

2.1. Ảnh hưởng của môi trường đến kết quả đo

Môi trường xung quanh có thể ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của việc đo năng lượng hạt alpha. Trong không khí, hạt alpha có thể bị tán xạ và hấp thụ năng lượng, trong khi trong isobutan, các tương tác hóa học có thể làm thay đổi kết quả đo.

2.2. Độ chính xác của thiết bị đo

Để có được kết quả chính xác, thiết bị đo cần phải được hiệu chuẩn đúng cách. Các sai số trong quá trình đo có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả độ nhạy của detector và các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ và áp suất.

III. Phương pháp đo năng lượng hạt alpha hiệu quả

Để đo năng lượng hạt alpha, nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển. Các phương pháp này không chỉ giúp xác định độ mất năng lượng mà còn cho phép so sánh với các kết quả tính toán từ phần mềm như SRIM. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.

3.1. Phương pháp đo truyền qua

Phương pháp đo truyền qua là một trong những cách hiệu quả nhất để xác định độ mất năng lượng của hạt alpha. Bằng cách đo sự thay đổi năng lượng khi hạt alpha đi qua một lớp khí, có thể tính toán được độ mất năng lượng riêng.

3.2. Sử dụng phần mềm SRIM trong phân tích

Phần mềm SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter) là công cụ phổ biến được sử dụng để tính toán độ mất năng lượng của hạt alpha trong các môi trường khác nhau. Việc so sánh kết quả thực nghiệm với kết quả tính toán từ SRIM giúp xác nhận độ chính xác của các phép đo.

IV. Kết quả thực nghiệm và ứng dụng trong nghiên cứu

Kết quả từ các thí nghiệm đo năng lượng hạt alpha trong không khí và isobutan đã cho thấy những thông tin quý giá về độ mất năng lượng riêng. Những kết quả này không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu lý thuyết mà còn có thể được áp dụng trong thực tiễn, như trong lĩnh vực y tế và bảo vệ bức xạ.

4.1. Kết quả đo năng lượng hạt alpha trong không khí

Các thí nghiệm cho thấy độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong không khí có sự khác biệt rõ rệt so với trong isobutan. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn môi trường khi thực hiện các phép đo.

4.2. Ứng dụng trong lĩnh vực y tế và bảo vệ bức xạ

Kết quả từ việc đo năng lượng hạt alpha có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong y tế, nơi mà việc bảo vệ bức xạ là rất quan trọng. Các thông số này giúp cải thiện các phương pháp điều trị và bảo vệ sức khỏe con người.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong nghiên cứu

Việc đo năng lượng hạt alpha trong không khí và isobutan không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất của hạt alpha mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới. Các kết quả thu được từ các thí nghiệm này có thể dẫn đến những cải tiến trong công nghệ và ứng dụng thực tiễn.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ mất năng lượng riêng của hạt alpha có sự khác biệt rõ rệt giữa không khí và isobutan. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến độ mất năng lượng.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp đo mới, cải thiện độ chính xác của thiết bị và mở rộng ứng dụng của hạt alpha trong các lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong các môi trường vật chất là một thông số quan trọng trong vật lý hạt nhân, ứng dụng phòng chống bức xạ và sinh học bức xạ. Hạt alpha có năng lượng từ 4 đến 6 MeV khi đi qua không khí và khí Isobutan sẽ mất năng lượng do tương tác với các electron trong môi trường. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đo thực nghiệm độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong không khí và khí Isobutan, đồng thời so sánh với kết quả tính toán bằng phần mềm SRIM – một công cụ phổ biến trong tính toán độ mất năng lượng của các hạt tích điện trong vật chất. Thí nghiệm được thực hiện tại Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, trong điều kiện nhiệt độ 22°C và áp suất thay đổi trong buồng chân không. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc xác nhận độ chính xác của các mô hình tính toán, hỗ trợ thiết kế thí nghiệm hạt nhân và ứng dụng trong các lĩnh vực liên quan đến bức xạ. Qua đó, giúp nâng cao độ tin cậy của các giá trị độ mất năng lượng riêng được sử dụng trong thực tế, đặc biệt trong dải năng lượng từ 4 đến 6 MeV.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về tương tác bức xạ alpha với vật chất, trong đó:

• Độ mất năng lượng riêng (dE/dx): Mô tả năng lượng hạt alpha mất trên một đơn vị đường đi do tương tác tĩnh điện với electron trong nguyên tử môi trường. Công thức Bethe được sử dụng để tính toán độ mất năng lượng riêng, bao gồm các hiệu chỉnh về hiệu ứng mật độ và năng lượng liên kết electron.

• Quãng chạy của hạt alpha: Là tổng quãng đường hạt alpha đi được trong môi trường trước khi mất hết năng lượng. Quãng chạy được tính bằng tích phân độ mất năng lượng riêng theo năng lượng hạt alpha.

• Mô hình SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter): Phần mềm tính toán độ mất năng lượng riêng và quãng chạy của ion trong vật chất dựa trên cơ học lượng tử và mô hình Monte Carlo, bao gồm các hiệu ứng va chạm ion-nguyên tử và tương tác điện tử.

Các khái niệm chính bao gồm: mật độ electron trong môi trường, tham số ngắm va chạm, hiệu ứng ion hóa, delta electron, và hiệu chỉnh mật độ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các phép đo thực nghiệm được thực hiện trong buồng chân không với nguồn alpha hỗn hợp gồm các đồng vị Gd148, Am241 và Cm244, có hoạt độ 9372 Bq. Detector Si hàng rào của hãng Hamamatsu được sử dụng để ghi nhận phổ năng lượng hạt alpha sau khi đi qua lớp khí không khí hoặc Isobutan với độ tinh khiết 99.99%. Khoảng cách cố định giữa nguồn và detector là 31.7 mm, áp suất khí được thay đổi để điều chỉnh độ dày lớp khí hấp thụ.

Phương pháp phân tích dựa trên đo sự thay đổi năng lượng ΔE của hạt alpha khi đi qua lớp khí có độ dày Δx, từ đó tính toán độ mất năng lượng riêng theo công thức ΔE/Δx. Phần mềm Kspect được sử dụng để thu nhận và phân tích phổ năng lượng, chuẩn năng lượng và áp suất. Dữ liệu được xử lý bằng chương trình Matlab để xác định các giá trị ΔE, Δx và sai số đi kèm. Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả tính toán bằng phần mềm SRIM-2013.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2014, tại phòng thí nghiệm của Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định độ mất năng lượng riêng trong không khí: Độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong không khí ở dải năng lượng 4-6 MeV được đo với sai số khoảng 2.5%. Kết quả thực nghiệm thấp hơn so với kết quả tính toán bằng SRIM, do không khí thực tế có thành phần phức tạp hơn mô hình lý thuyết (bụi, hơi nước, tỷ lệ thành phần thay đổi theo vùng miền).

2. Đo độ mất năng lượng riêng trong khí Isobutan: Kết quả thực nghiệm cho thấy sai lệch khoảng 5% so với tính toán SRIM. Sai số lớn hơn do trong quá trình thay đổi áp suất khí, khí chưa ổn định hoàn toàn khi ghi nhận phổ, gây sai số trong xác định đỉnh hấp thụ toàn phần.

3. Chuẩn năng lượng và áp suất: Đường chuẩn năng lượng được thiết lập dựa trên ba đỉnh năng lượng chính của nguồn alpha hỗn hợp (3.2712 MeV, 5.4857 MeV, 5.795 MeV) với độ phân giải detector phù hợp. Chuẩn áp suất được thực hiện chính xác với sai số nhỏ, đảm bảo tính nhất quán trong đo lường.

4. So sánh kết quả thực nghiệm và mô hình SRIM: Đồ thị so sánh độ mất năng lượng riêng dE/dx theo năng lượng E cho thấy các điểm thực nghiệm gần như trùng khớp với đường tính toán SRIM khi khí trong buồng chân không ổn định. Sai số tổng thể trong khoảng 2.5-5%, phù hợp với các nghiên cứu tương tự trong ngành.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân sai lệch giữa kết quả thực nghiệm và tính toán chủ yếu do đặc tính vật lý thực tế của môi trường khí không hoàn toàn đồng nhất như mô hình lý thuyết SRIM giả định. Ngoài ra, sai số trong quá trình chuẩn bị thí nghiệm, đặc biệt là sự không ổn định áp suất khí khi thay đổi, cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này khẳng định tính khả thi và độ tin cậy của phương pháp đo truyền qua kết hợp với phân tích phổ năng lượng bằng detector Si và phần mềm Kspect. Việc sử dụng phần mềm SRIM để tính toán độ mất năng lượng riêng trong các thí nghiệm hạt nhân là phù hợp, đặc biệt trong dải năng lượng từ 4 đến 6 MeV.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phổ năng lượng, đường chuẩn năng lượng, và đồ thị so sánh dE/dx giữa thực nghiệm và tính toán SRIM, giúp trực quan hóa sự phù hợp và sai số.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa điều kiện thí nghiệm: Đảm bảo khí trong buồng chân không ổn định hoàn toàn trước khi ghi nhận phổ để giảm sai số trong xác định đỉnh hấp thụ toàn phần, nâng cao độ chính xác của phép đo.

2. Mở rộng phạm vi nghiên cứu: Thực hiện đo độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong các loại khí khác có ứng dụng trong phòng chống bức xạ và vật lý hạt nhân, nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu thực nghiệm phong phú hơn.

3. Cải tiến thiết bị đo: Sử dụng detector có độ phân giải cao hơn và hệ thống thu nhận phổ hiện đại để giảm độ rộng nửa chiều cao của đỉnh phổ, giúp phân biệt rõ hơn các đỉnh năng lượng gần nhau.

4. Phát triển phần mềm phân tích: Nâng cấp chương trình xử lý số liệu Matlab và phần mềm Kspect để tự động hóa quá trình chuẩn năng lượng, chuẩn áp suất và tính toán độ mất năng lượng riêng, rút ngắn thời gian xử lý và giảm sai số do thao tác thủ công.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 1-2 năm tới, do các nhóm nghiên cứu tại các viện vật lý hạt nhân và phòng thí nghiệm liên quan đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu vật lý hạt nhân: Có thể áp dụng kết quả và phương pháp đo để thiết kế thí nghiệm liên quan đến tương tác hạt alpha với vật chất, nâng cao độ chính xác trong đo lường.

2. Kỹ sư phòng chống bức xạ: Sử dụng dữ liệu độ mất năng lượng riêng để tính toán liều bức xạ và thiết kế các hệ thống bảo vệ hiệu quả hơn.

3. Giảng viên và sinh viên ngành vật lý: Là tài liệu tham khảo quý giá cho các khóa học về vật lý hạt nhân, vật lý nguyên tử và kỹ thuật đo lường bức xạ.

4. Chuyên gia phát triển phần mềm mô phỏng hạt nhân: Tham khảo kết quả thực nghiệm để hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình tính toán như SRIM, nâng cao độ tin cậy của phần mềm.

Mỗi nhóm đối tượng có thể ứng dụng kết quả luận văn trong các use case cụ thể như thiết kế thí nghiệm, tính toán liều bức xạ, giảng dạy hoặc phát triển công cụ mô phỏng.

Câu hỏi thường gặp

1. Độ mất năng lượng riêng của hạt alpha là gì?
   Đó là năng lượng mà hạt alpha mất đi trên một đơn vị đường đi khi tương tác với electron trong môi trường. Ví dụ, trong không khí, hạt alpha mất năng lượng chủ yếu do ion hóa các nguyên tử.

2. Tại sao cần so sánh kết quả thực nghiệm với phần mềm SRIM?
   SRIM là công cụ tính toán phổ biến nhưng dựa trên mô hình lý thuyết. So sánh giúp xác nhận độ chính xác của mô hình và điều chỉnh khi cần thiết, đảm bảo kết quả ứng dụng thực tế đáng tin cậy.

3. Sai số trong thí nghiệm do đâu?
   Sai số chủ yếu do sự không ổn định áp suất khí khi thay đổi, độ phân giải detector và các yếu tố môi trường như tạp chất trong khí, ảnh hưởng đến xác định đỉnh phổ năng lượng.

4. Phương pháp đo truyền qua là gì?
   Là phương pháp đo năng lượng hạt alpha trước và sau khi đi qua lớp khí hấp thụ, từ đó tính sự thay đổi năng lượng ΔE và độ dày lớp khí Δx để xác định độ mất năng lượng riêng.

5. Ứng dụng của kết quả nghiên cứu này?
   Kết quả giúp thiết kế thí nghiệm hạt nhân, tính toán liều bức xạ trong phòng chống bức xạ, phát triển phần mềm mô phỏng và giảng dạy trong lĩnh vực vật lý hạt nhân.

Kết luận

• Đã xác định thành công độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong không khí và khí Isobutan trong dải năng lượng 4-6 MeV với sai số chấp nhận được.
• Kết quả thực nghiệm phù hợp với tính toán bằng phần mềm SRIM, sai lệch trong khoảng 2.5-5%.
• Phương pháp đo truyền qua kết hợp với phân tích phổ năng lượng bằng detector Si và phần mềm Kspect là hiệu quả và tin cậy.
• Sai số chủ yếu do đặc tính vật lý thực tế của môi trường và điều kiện thí nghiệm chưa tối ưu.
• Đề xuất cải tiến thiết bị, mở rộng nghiên cứu và nâng cấp phần mềm phân tích để nâng cao độ chính xác trong tương lai.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất nhằm hoàn thiện phương pháp đo và mở rộng phạm vi nghiên cứu. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong lĩnh vực vật lý hạt nhân được khuyến khích áp dụng kết quả này trong công việc thực tế và phát triển nghiên cứu sâu hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TƯƠNG TÁC BỨC XẠ ALPHA VỚI VẬT CHẤT 1. Độ mất năng lượng riêng Về phương diện động học, sự tán xạ giữa hạt alpha với electron trong nguyên tử khác với sự tán xạ giữa các electron tới và electron trong nguyên tử. Còn về phương diện tương tác, cơ chế mất năng lượng chủ yếu của hạt alpha khi đi qua môi trường là tương tác tĩnh điện với các electron quỹ đạo của nguyên tử môi trường, làm kích thích và ion hóa các nguyên tử đó.

Do đặc điểm tác dụng xa của lực Coulomd, chúng tương tác với một lượng lớn các electron. Để nghiên cứu sự mất năng lượng của hạt alpha, trước tiên ta xem xét quá trình va chạm của nó với một electron tự do. Sau đó lấy tổng hiệu ứng đối với tất cả electron của môi trường. Ta xét sự tương tác của hạt alpha có điện tích z = 2e, e = 1,6.10-19 C với electron điện tích – e, khối lượng me.

Giả sử hạt alpha có vận tốc v bay qua electron với tham số ngắm b thì nó trao cho electron một động năng bằng : 2 z 2e4 1 E  (1.1 Tán xạ của hạt alpha trên electron Để xem xét hiệu ứng của tất cả electron với cùng một tham số ngắm b, ta vẽ xung quanh quỹ đạo hạt vào một lớp hình trụ dài dx với một bán kính b, bề Đặng Hồng Giang 10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp dày db. Yếu tố thể tích này bằng V  2 bdbdx. Gọi ne là mật độ electron trong môi trường, đơn vị đo electron/cm3, thì số electron trong lớp hình trụ bằng Vne  2 nebdbdx. Khi đó hạt vào sẽ mất một năng lượng để truyền cho các electron trong yếu tố lớp hình trụ : 4 ne z 2 e4 db dE  EVne  dx (1.2 Tán xạ của hạt alpha trên các electron trong lớp hình trụ Độ mất năng lượng của hạt tới trên một đơn vị đường đi gọi là độ mất năng lượng riêng bằng : dE 4 ne z 2 e 4 db (b )  (1.3) dx me v 2 b Mật độ electron trong môi trường ne được tính theo công thức : NA NA ne   Z electron / cm 3   Z .4) A A Trong đó ρ(g/cm3), A(g/mole), và Z lần lượt là mật độ, phân tử khối và số điện tích phân tử của môi trường, NA = 6.1023 phân tử /mol.

Độ mất năng lượng riêng tổng cộng nhận được khi tích phân biểu thức (1.3) theo tất cả các giá trị khả dĩ của tham số ngắm b, tức là từ 0 đến ∞. Tuy nhiên sẽ gặp khó khăn khi thực hiện tính tích phân này tại giới hạn dưới b = 0 do có b nằm dưới mẫu số của biểu thức (1.3) còn tại giới hạn trên b = ∞ do tích Đặng Hồng Giang 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp phân bị phân kỳ. Do đó thay cho các giới hạn này ta lấy các giới hạn là bmin và bmax. Khi đó b dE max dE 4 ne z 2 e 4 bmax   (b) db  ln (1.5) dx bmin dx me v 2 bmin Khi hạt alpha chuyển động với vận tốc v c thì năng lượng cực đại mà nó truyền cho electron bằng Emax  2me v2.

Đồng nhất với công thức này với công thức (1.1) đối với ∆Emax, trong đó thay b bằng bmin ta được: ze 2 bmin  (1.6) me v 2 Để xác định bmax ta cần tính đến hiệu ứng liên kết của electron trong nguyên tử. Với b = bmax thì năng lượng của hạt alpha truyền cho electron không đủ để kích thích nguyên tử, tức là electron không còn tự do nữa. Như vậy bmax liên quan đến thế ion hóa nguyên tử : I  13.7) Trong đó I đo trong đơn vị eV, Z là số điện tích của nguyên tử, bmax được tính theo công thức sau : v bmax  (1.8) I bmax Ngoài ra để tính cần đưa vào hiệu ứng tương đối, khi đó năng lượng bmin truyền cực đại trờ thành Emax  2me v 2 / 1   2  , thông số ngắm cực đại trở thành v bmax  , trong đó   v / c , cần kể đến sự mất năng lượng do hiệu ứng I 1  2 Cherenkov, … Đặng Hồng Giang 12 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Công thức (1.4) chỉ đúng với tương tác của hạt tới và hạt electron nào đó không phụ thuộc vào sự có mặt của các electron khác trong môi trường. Trong thực tế, điều đó không đúng và ta phải hiệu chỉnh đối với công thức này do hiệu ứng mật độ.

Với các hiệu chỉnh trên, độ mất năng lượng riêng của hạt alpha có dạng :  dE  4 ne z 2 e4  2me v 2 2       ln      U  (1.9)  dx ion me v 2  I 1   2    dE  Trong đó ký hiệu    biểu thị độ mất năng lượng riêng ( dấu âm) do  dx ion dE  ion hóa, đơn vị đo erg/cm. Để tính    trong hệ đơn vị SI thì phải nhân  dx ion biểu thức 1.9 với hằng số điện tích k = 9. Các số hạng δ và U tính đến hiệu ứng mật độ và năng lượng liên kết của các electron lớp K và L. Trong trường hợp đơn giản không tính đến các hiệu chỉnh này, người ta thường dùng công thức :  dE  4 ne z 2e 4  2me v 2 2      ln    (1.10)  dx ion me v 2  I 1   2    Phương trình (1.10) được gọi là công thức Bethe.

Nếu không tính đến sự phụ thuộc vào khối lượng của hạt alpha, tốc độ mất năng lượng riêng của nó phụ thuộc vào vận tốc và mật độ electron trong môi trường như sau : dE z 2 ne f ( v ) (1.11) dx Do hạt alpha truyền năng lượng cho các electron nên nó ion hóa môi trường, tức là tạo nên các cặp ion dọc theo đường đi của mình. Độ ion hóa riêng Đặng Hồng Giang 13 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp là số cặp ion tạo ra trên một đơn vị quãng đường đi. Đối với hạt alpha có điện tích +2e và khối lượng rất lớn, dẫn tới vận tốc của nó tương đối thấp, nên độ ion hóa riêng của nó rất cao, vào khoảng hàng chục nghìn cặp ion trên 1 cm trong không khí. Dọc theo đường đi của mình trong vật chất, do năng lượng bị mất dần nên hạt alpha đi chậm dần và độ ion hóa riêng tăng dần.

Đến khi sắp hết năng lượng, độ ion hóa tăng nhanh và sau đó giảm đến 0 khi giảm đến 0 khi hạt alpha dừng. Điều nay được minh họa trên đường cong Bragg, hình 1.3 Đường cong Bragg đối với độ ion hóa riêng của hạt alpha Khi hạt alpha ion hóa nguyên tử môi trường, nó mất một phần năng lượng Et để đánh bật một electron quỹ đạo ra ngoài. Động năng Ee của electron bị bắn ra liên hệ với thế ion hóa I của nguyên tử và độ mất năng lượng Et như sau Ee  Et  I (1.12) Trong nhiều trường hợp electron bắn ra có động năng đủ lớn để có thể ion hóa nguyên tử tiếp theo, đó là electron thứ cấp và được gọi là delta electron. Delta electron ban đầu với động năng cỡ 1000 eV có thể tạo nên 1 chuỗi các delta electron thứ cấp và một chuỗi các cặp ion.

Đặng Hồng Giang 14 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp 1. Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất Đối với hạt alpha tới có điện tích 2e đi qua một môi trường cho trước thì độ mất năng lượng riêng dE chỉ là hàm của vận tốc hay động năng E: dx dE  f (E) (1.13) dx Tích phân biểu thức này theo E từ 0 đến năng lượng của hạt tới E0 ta được quãng chạy toàn phần của hạt alpha: E0 dE m m R   2  2  (v ) (1.14) 0 f (E ) z z Hạt alpha có khả năng đâm xuyên thấp nhất trong số các bức xạ ion hóa. Trong không khí, ngay cả hạt alpha có năng lượng cao nhất do các nguồn bức xạ phát ra cũng chỉ đi được 1 vài centimet, còn trong các môi trường rắn hay lỏng, quãng chạy của nó có kích thước cỡ micromet. Có hai định nghĩa về quãng chạy của hạt alpha, là quãng chạy trung bình và quãng chạy ngoại suy được minh họa trên hình 1.4 Đường cong hấp thụ của hạt alpha Đặng Hồng Giang 15 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Trên hình 1.4, đường cong hấp thụ của hạt alpha có dạng phẳng vì nó là hạt đơn năng lượng.

Ở cuối quãng chạy, số đếm của các hạ alpha giảm nhanh khi tăng bề dày chất hấp thụ. Quãng chạy trung bình được xác định ở nửa chiều cao đường hấp thụ, còn quãng chạy ngoại suy được xác định khi ngoại suy đường hấp thụ đến giá trị 0. Quãng chạy Rkk (cm) của hạt alpha động năng E ( MeV) trong không khí ở 0ºC và áp suất 760 mmHg được biểu diễn một cách gần đúng như sau: Rkk  0.318E 3/ 2 đối với 3  Rkk  7cm (1.15) Sự phụ thuộc quãng chạy – năng lượng của hạt alpha trong không khí được minh họa trên hình 1.5 Sự phụ thuộc quãng chạy – năng lượng của hạt alpha trong không khí Đôi với môi trường bất kỳ với khối lượng hạt nhân A thì quãng chạy của hạt alpha được tính theo công thức: R  0.16) Trong đó R đo trong đơn vị mg/cm2, Rkk là quãng chạy của hạt alpha với cùng năng lượng trong không khí, đo bằng cm. Đặng Hồng Giang 16 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 2.

BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 1. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm thực hiện theo phương pháp đo truyền qua, được bố trí theo sơ đồ được vẽ trong hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Thí nghiệm sử dụng nguồn hỗn hợp có hoạt độ 9372 Bq gồm có các đồng vị Gd148, Am241 và Cm244 do hãng Eckert & Ziegler Isotope Products chế tạo. Nguồn này phát các hạt alpha có năng lượng khác nhau. Trong thí nghiệm này ta chỉ quan tâm ba nhóm năng lượng chính với xác suất phát lớn hơn cả bao gồm: 3.2712 MeV(100%) do đồng vị Gd148 có chu kỳ bán rã 74.5%) do đồng vị Am241 có chu kỳ bán rã 432.795 MeV do đồng vị Cm244 có chu kỳ bán rã 18.

Trong thực tế, đồng vị Cm244 phát ra hai loại hạt alpha có năng lượng tương ứng là 5.