Chuẩn Năng Lượng Cho Máy Gia Tốc Tandem Pelletron Dùng Phản Ứng 27Al(p,γ)28Si

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chuẩn năng lượng cho máy gia tốc tandem Pelltron qua phản ứng 27Al(p,γ)28Si, góp phần vào lĩnh vực vật lý hạt nhân.

• Tác giả: Nguyễn Thị Lân
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Hồng Khiêm
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao
• Đề tài: Chuẩn Năng Lượng Cho Máy Gia Tốc Tandem Pelletron Dùng Phản Ứng 27Al (p, γ) 28Si
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC PHẢN ỨNG 27Al(p,γ)28Si
• 1.1. Sơ lược về phản ứng hạt nhân
• 1.2. Phân loại phản ứng hạt nhân
• 1.3. Các định luật bảo toàn
• 1.4. Động học phản ứng hạt nhân
• 1.5. Vai trò của phản ứng Al(p,γ) Si
• 1.6. Một số kết quả nghiên cứu đã có về phản ứng Al27(p,γ)Si28
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ MÁY GIA TỐC PELLETRON 5SDH-2 VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA NÓ
• 2.1. Giới thiệu sơ lược cấu tạo của máy gia tốc Pelletron 5SDH-2
• 2.2. Buồng gia tốc chính
• 2.3. Hệ chân không
• 2.4. Các bộ phận hội tụ, điều chỉnh chùm tia
• 2.5. Các kênh ra trên máy gia tốc, điều chỉnh chùm tia
• 2.6. Nguyên lý hoạt động của máy gia tốc Pelletron 5SDH-2
• 2.7. Cơ sở vật lý của máy gia tốc Pelletron 5SDH-2
• 3. CHƯƠNG 3: BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ DÙNG PHẢN ỨNG Al27(p,γ)Si28 ĐỂ CHUẨN NĂNG LƯỢNG
• 3.1. Hệ phổ kế gamma và thu nhận dữ liệu
• 3.2. Hệ phổ kế
• 3.3. Các phần mềm thu nhận dữ liệu
• 3.4. Xây dựng đường cong chuẩn cho hệ phổ kế gamma
• 3.5. Các bước tiến hành thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Năng Lượng Cho Máy Gia Tốc Tandem Pelletron

Máy gia tốc tandem Pelletron là một thiết bị quan trọng trong nghiên cứu vật lý hạt nhân, đặc biệt là trong phản ứng 27Al(p,γ)28Si. Năng lượng của chùm hạt sau khi gia tốc là yếu tố quyết định đến độ chính xác của các thí nghiệm. Việc chuẩn năng lượng cho máy gia tốc này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn mở ra nhiều ứng dụng mới trong nghiên cứu hạt nhân.

1.1. Giới Thiệu Về Phản Ứng 27Al p γ 28Si

Phản ứng 27Al(p,γ)28Si là một trong những phản ứng hạt nhân quan trọng, được sử dụng để chuẩn năng lượng cho máy gia tốc. Phản ứng này diễn ra khi proton tương tác với hạt nhân nhôm 27Al, tạo ra hạt nhân silic 28Si và phát ra bức xạ gamma.

1.2. Vai Trò Của Năng Lượng Trong Nghiên Cứu Hạt Nhân

Năng lượng của chùm hạt quyết định đến động học của phản ứng hạt nhân. Độ chính xác của năng lượng ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả thí nghiệm và các thông số vật lý tính toán được.

II. Thách Thức Trong Việc Chuẩn Năng Lượng Cho Máy Gia Tốc

Việc chuẩn năng lượng cho máy gia tốc tandem Pelletron gặp nhiều thách thức. Độ chính xác của các phương pháp hiện tại thường không đáp ứng được yêu cầu của các nghiên cứu hạt nhân. Cần có các phương pháp độc lập để xác định năng lượng chùm hạt một cách chính xác hơn.

2.1. Độ Chính Xác Của Các Phương Pháp Hiện Tại

Các phương pháp hiện tại thường dựa vào các tham số của máy gia tốc để tính toán năng lượng. Tuy nhiên, độ chính xác của chúng không cao, đặc biệt trong các nghiên cứu yêu cầu độ chính xác cao.

2.2. Cần Thiết Phải Phát Triển Phương Pháp Mới

Cần phát triển các phương pháp chuẩn năng lượng độc lập, nhằm khẳng định độ chính xác của các phương pháp hiện tại và giảm thiểu sai số trong quá trình phân tích số liệu.

III. Phương Pháp Chuẩn Năng Lượng Cho Máy Gia Tốc Pelletron

Phương pháp chuẩn năng lượng cho máy gia tốc Pelletron sử dụng phản ứng 27Al(p,γ)28Si là một trong những giải pháp hiệu quả. Phương pháp này không chỉ giúp xác định năng lượng chùm hạt mà còn cung cấp thông tin quan trọng về động học phản ứng.

3.1. Thiết Kế Thí Nghiệm Để Chuẩn Năng Lượng

Thiết kế thí nghiệm bao gồm việc sử dụng hệ phổ kế gamma để thu nhận dữ liệu từ phản ứng 27Al(p,γ)28Si. Các bước tiến hành thí nghiệm sẽ được mô tả chi tiết để đảm bảo độ chính xác cao.

3.2. Phân Tích Dữ Liệu Từ Thí Nghiệm

Phân tích dữ liệu thu được từ thí nghiệm là bước quan trọng để xác định năng lượng chùm hạt. Các phần mềm và công cụ phân tích sẽ được sử dụng để đảm bảo kết quả chính xác.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Năng Lượng Chuẩn Trong Nghiên Cứu

Kết quả từ việc chuẩn năng lượng cho máy gia tốc Pelletron có nhiều ứng dụng thực tiễn trong nghiên cứu vật lý hạt nhân. Các ứng dụng này không chỉ giới hạn trong lĩnh vực hạt nhân mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như y tế và khoa học vật liệu.

4.1. Ứng Dụng Trong Nghiên Cứu Hạt Nhân

Kết quả từ phản ứng 27Al(p,γ)28Si có thể được áp dụng trong các nghiên cứu về cấu trúc hạt nhân và động học phản ứng, giúp hiểu rõ hơn về các quá trình hạt nhân.

4.2. Ứng Dụng Trong Khoa Học Vật Liệu

Năng lượng chuẩn cũng có thể được áp dụng trong nghiên cứu vật liệu mới, giúp phát triển các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực vật liệu và y tế.

V. Kết Luận Về Năng Lượng Cho Máy Gia Tốc Tandem Pelletron

Việc chuẩn năng lượng cho máy gia tốc tandem Pelletron sử dụng phản ứng 27Al(p,γ)28Si là một bước tiến quan trọng trong nghiên cứu vật lý hạt nhân. Kết quả từ nghiên cứu này không chỉ nâng cao độ chính xác của các thí nghiệm mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Năng Lượng Hạt Nhân

Nghiên cứu về năng lượng hạt nhân sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau. Cần tiếp tục cải tiến các phương pháp chuẩn năng lượng để đáp ứng yêu cầu nghiên cứu ngày càng cao.

5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Mới

Cần nghiên cứu thêm về các phản ứng hạt nhân khác và phát triển các công nghệ mới để nâng cao độ chính xác trong việc chuẩn năng lượng cho máy gia tốc.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong thực nghiệm vật lý hạt nhân và kỹ thuật phân tích chùm ion hiện đại, độ chính xác của năng lượng chùm hạt tới quyết định trực tiếp đến độ tin cậy của các thông số động học phản ứng và tiết diện vi phân. Máy gia tốc tĩnh điện Tandem Pelletron 5SDH-2 do hãng National Electrostatics Corporation chế tạo, lắp đặt tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội vào năm 2011, là hệ thống máy gia tốc hiện đại đầu tiên tại Việt Nam với điện áp gia tốc cực đại đạt 1,7 MV, cho phép gia tốc ion đơn lên 3,4 MeV và ion kép lên 5,1 MeV. Mặc dù hệ thống điều khiển tích hợp sẵn phần mềm tính toán năng lượng dựa trên thế gia tốc danh định, sai số nội tại của phép tính này không đáp ứng được yêu cầu khắt khe của các nghiên cứu cấu trúc hạt nhân và thiên văn học hạt nhân.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán chuẩn hóa độc lập năng lượng chùm hạt proton thông qua phản ứng cộng hưởng hạt nhân nhôm-27 bắt proton bức xạ gamma, ký hiệu là 27Al(p, γ)28Si. Mục tiêu cụ thể là thiết lập hàm tương quan giải tích chuẩn xác giữa thế đỉnh buồng gia tốc và năng lượng thực tế của chùm hạt trong dải quét từ 886 keV đến 1388 keV, lấy mức cộng hưởng sắc nét tại 991,88 keV với độ rộng chỉ 80 eV làm mốc chuẩn chính. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2011 - 2013 tại phòng thí nghiệm máy gia tốc. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài thể hiện qua việc giảm thiểu độ bất định năng lượng chùm hạt, kiểm soát độ tòe năng lượng xuống dưới 5,1 keV, đồng thời nâng cao độ chính xác định lượng cho các kỹ thuật phân tích màng mỏng như phân tích tán xạ ngược Rutherford và phát xạ tia X cảm ứng hạt tích điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Cơ sở vật lý của nghiên cứu dựa trên lý thuyết phản ứng hạt nhân hợp phần và mô hình cộng hưởng R-Matrix. Khi chùm hạt proton năng lượng thấp va chạm với hạt nhân bia 27Al, hạt nhân hợp phần 28Si được hình thành ở trạng thái kích thích cao với thời gian sống cỡ 10^-16 giây đến 10^-15 giây trước khi phân rã phát xạ các lượng tử gamma về trạng thái cơ bản. Quá trình này tuân thủ nghiêm ngặt các định luật bảo toàn cơ bản trong tương tác mạnh và tương tác điện từ: định luật bảo toàn điện tích, bảo toàn số baryon, bảo toàn năng lượng - động lượng toàn phần, bảo toàn mômen góc, bảo toàn tính chẵn lẻ và bảo toàn spin đồng vị.

Nghiên cứu vận dụng 4 khái niệm then chốt gồm: tiết diện phản ứng vi phân, độ rộng mức cộng hưởng tự nhiên, năng lượng ngưỡng phản ứng và các hiệu ứng tương tác bức xạ gamma với vật chất ở dải năng lượng dưới 3 MeV (hấp thụ quang điện, tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp electron-positron với ngưỡng năng lượng 1,02 MeV). Phản ứng 27Al(p, γ)28Si đóng vai trò đặc biệt trong chu trình nhiệt hạch Mg-Al tại các thiên thể có nhiệt độ trên 0,05 tỷ Kelvin. Với 47 mức cộng hưởng đã được xác lập trong dải năng lượng từ 0,3 MeV đến 2,0 MeV, phản ứng này cung cấp hệ mốc chuẩn năng lượng lý tưởng cho các dòng máy gia tốc năng lượng thấp.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp trên hệ máy gia tốc Pelletron 5SDH-2 từ nguồn ion tần số vô tuyến RF Alphatross và buồng tán xạ chân không cao 10^-6 mmHg. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 53 điểm đo quét năng lượng liên tục với bước dịch chuyển 1 keV, tập trung quanh vùng cộng hưởng chính 991,88 keV và hai mức phụ 1381 keV, 1388 keV. Phương pháp chọn mẫu sử dụng kỹ thuật bia mỏng với lá nhôm tinh khiết 99,9999%, bề dày 2 µm đặt vuông góc với chùm tia, phía sau lót lá đồng 0,1 mm để chặn chùm hạt và bảo vệ đầu dò.

Lý do lựa chọn phương pháp bia mỏng là nhằm triệt tiêu các hiệu ứng tán xạ thứ cấp phức tạp trong mẫu dày. Dựa trên mô phỏng bằng chương trình SRIM 2013, quãng chạy của proton 2 MeV trong nhôm đạt 47,5093 µm, do đó độ mất năng lượng của hạt qua lá nhôm 2 µm chỉ vào khoảng 0,078 MeV, bảo đảm độ chính xác khi xác định tâm cộng hưởng. Hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) kích thước 3 inch x 3 inch của hãng ORTEC, ghép nối khối tiền khuếch đại, bộ khuếch đại 575A chuẩn NIM và biến đổi tương tự - số ADC. Dữ liệu phổ gamma được thu nhận online và xử lý off-line qua phần mềm MAESTRO bằng phương pháp làm khớp phi tuyến hàm phân bố Gauss để tách đỉnh chuyển dời 1779 keV.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận và phân tích toàn diện các thông số chùm tia và phổ bức xạ gamma, đưa ra 4 phát hiện quan trọng:

• Khảo sát ảnh hưởng của hệ khe chắn năng lượng cho thấy khi điều chỉnh thu hẹp độ mở khe dọc từ 2,14 mm xuống 1,07 mm, độ tòe năng lượng của chùm proton giảm rõ rệt từ 9,2 keV xuống 5,1 keV, tương đương mức cải thiện độ đơn sắc đạt 44,57%.
• Xác định chính xác vị trí đỉnh cộng hưởng của phản ứng 27Al(p, γ)28Si tại năng lượng proton 991,88 keV với độ rộng vạch phổ thực nghiệm khớp hoàn toàn với giá trị lý thuyết 80 eV. Các đỉnh phụ tại 1381 keV và 1388 keV cũng được tái lập với độ sắc nét cao.
• Phổ gamma phát xạ ghi nhận đỉnh hấp thụ toàn phần đặc trưng 1779 keV (tương ứng chuyển dời từ mức kích thích thứ nhất về trạng thái cơ bản của hạt nhân 28Si) có tỷ số tín hiệu trên phông cực đại tại tâm cộng hưởng. Suốt quá trình đo, thời gian chết của hệ thống luôn được kiểm soát chặt chẽ dưới 10% với dòng chùm hạt ổn định từ 50 nA đến 600 nA và điện tích thu góp đạt 10 µC đến 120 µC.
• Xây dựng thành công phương trình đường cong chuẩn năng lượng cho máy gia tốc biểu diễn mối liên hệ tuyến tính giữa thế gia tốc buồng máy và năng lượng proton thực tế, khắc phục triệt để sai lệch của phần mềm điều khiển mặc định.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm đạt được có sự tương thích cao với đường cong kích thích lý thuyết tính toán theo mô hình R-Matrix công bố trên tạp chí European Physical Journal A. Sự gia tăng diện tích đỉnh phổ 1779 keV khi năng lượng proton quét qua điểm 991,88 keV giải thích rõ cơ chế cộng hưởng bắt hạt: tiết diện phản ứng tăng vọt hàng trăm lần trong khoảng năng lượng cực hẹp rồi suy giảm nhanh chóng khi rời xa tâm cộng hưởng.

Trong báo cáo thực nghiệm, toàn bộ dữ liệu được trực quan hóa thông qua đồ thị phân bố số đếm xung theo năng lượng proton và bảng đối chiếu giữa điện áp thế đỉnh hiển thị với năng lượng chùm hạt hiệu dụng. Việc sử dụng đầu dò NaI(Tl) đặt cách tâm bia 5 cm kết hợp quy trình chuẩn hiệu suất ghi tuyệt đối bằng các nguồn chuẩn phóng xạ đã giảm sai số thống kê phân rã xuống dưới 5%. So với các phương pháp chuẩn gián tiếp qua từ trường nam châm phân tích NMR, phương pháp chuẩn hạt nhân trực tiếp này loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của độ trễ từ và độ méo chùm tia, cung cấp một hệ quy chiếu năng lượng độc lập, có độ tin cậy vượt trội cho các phép phân tích thành phần nguyên tố sau này.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm duy trì độ chính xác và mở rộng năng lực ứng dụng của hệ máy gia tốc Pelletron 5SDH-2, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp cụ thể:

• Thực hiện hiệu chuẩn định kỳ: Trung tâm Máy gia tốc và Phòng thí nghiệm Vật lý Hạt nhân cần thiết lập quy trình kiểm tra và chuẩn hóa năng lượng định kỳ 6 tháng một lần bằng phản ứng 27Al(p, γ)28Si hoặc 19F(p, α)16O, duy trì sai số năng lượng chùm tia luôn dưới 0,1%.
• Nâng cấp hệ thống ghi nhận bức xạ: Ban Quản lý trang thiết bị cần xây dựng đề án trong vòng 12 tháng tới để trang bị đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe thay thế cho đầu dò NaI(Tl), nhằm nâng cao độ phân giải năng lượng từ mức 7% xuống dưới 0,2%, giúp tách triệt để các đỉnh gamma năng lượng kề nhau.
• Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bia hoạt: Nhóm nghiên cứu thực nghiệm cần triển khai thử nghiệm kỹ thuật bia hoạt và hệ hodoscope đa kênh trong giai đoạn 2024 - 2026, cho phép theo dõi chính xác quỹ đạo hạt tích điện và tự động hiệu chính tổn hao năng lượng theo thời gian thực với sai số dưới 1%.
• Tự động hóa tích hợp phần mềm: Đội ngũ kỹ sư vận hành hệ thống cần phát triển mô-đun phần mềm bổ trợ trong 3 tháng để liên kết dữ liệu phổ MAESTRO với hệ điều khiển máy gia tốc, rút ngắn thời gian chuẩn máy tự động từ vài giờ xuống dưới 30 phút.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu là công trình nghiên cứu thực nghiệm có giá trị tham khảo chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Vật lý hạt nhân, Vật lý nguyên tử và Năng lượng cao: Nắm bắt phương pháp luận thiết lập thí nghiệm chùm tia, kỹ thuật đo phổ gamma và mô hình hóa phản ứng cộng hưởng hạt nhân.
• Kỹ sư vận hành và quản lý máy gia tốc hạt: Tham khảo quy trình cân chỉnh hệ thấu kính tĩnh điện Einzel, nam châm tứ cực, tối ưu hóa hệ chân không phân tích 10^-6 mmHg và kiểm soát dòng chùm tia.
• Các nhà khoa học trong lĩnh vực phân tích vật liệu màng mỏng (IBA, RBS, PIXE, NRA): Ứng dụng đường chuẩn năng lượng chính xác để định lượng thành phần hóa học, độ dày màng nano và cấu trúc phân lớp vật liệu bán dẫn.
• Giảng viên các trường đại học khối khoa học tự nhiên và kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuyên đề vật lý thực nghiệm, kỹ thuật hạt nhân và hướng dẫn sinh viên thực hành trên các hệ thiết bị hạt nhân quy mô lớn.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao phản ứng 27Al(p, γ)28Si lại được ưu tiên lựa chọn để chuẩn năng lượng cho máy gia tốc? Phản ứng này sở hữu mức cộng hưởng rất sắc nét tại năng lượng proton 991,88 keV với độ rộng tự nhiên chỉ khoảng 80 eV. Độ rộng cực hẹp này giúp xác định chính xác tâm năng lượng của chùm hạt tới với sai số nhỏ nhất, rất phù hợp cho dải năng lượng của máy gia tốc 1,7 MV.

Việc thu hẹp khe điều chỉnh từ 2,14 mm xuống 1,07 mm mang lại lợi ích gì? Thu hẹp khe chắn giúp lọc bỏ các hạt lệch quỹ đạo, giảm độ tòe năng lượng của chùm proton từ 9,2 keV xuống còn 5,1 keV. Điều này làm tăng độ đơn sắc của chùm tia, giúp việc quét qua đỉnh cộng hưởng phản ứng hạt nhân đạt độ phân giải cao và số liệu chính xác hơn.

Vì sao lại chọn đỉnh bức xạ gamma 1779 keV để phân tích diện tích đỉnh? Đỉnh 1779 keV tương ứng với chuyển dời từ trạng thái kích thích thứ nhất về trạng thái cơ bản của 28Si, có xác suất phân nhánh cao và nằm ở vùng năng lượng tương đối cô lập trên phổ, giúp hạn chế tối đa sai số do hiện tượng chồng chập đỉnh khi khớp hàm Gauss.

Cấu trúc gia tốc kép Tandem của hệ máy Pelletron 5SDH-2 hoạt động như thế nào? Máy gia tốc Tandem sử dụng nguồn ion âm ở đầu vào, hút ion về phía điện cực dương cực đại 1,7 MV ở giữa buồng gia tốc. Tại đây, bộ tước electron biến ion âm thành ion dương, sau đó thế dương tiếp tục đẩy ion dương về phía đầu ra, giúp tăng gấp đôi năng lượng hạt.

Làm cách nào để kiểm soát và triệt tiêu sai số do chùm proton mất năng lượng trong bia? Nghiên cứu sử dụng bia nhôm siêu mỏng 2 µm kết hợp tính toán mô phỏng bằng phần mềm SRIM 2013. Tổn hao năng lượng trong lá nhôm mỏng chỉ khoảng 0,078 MeV, giúp đảm bảo hạt tương tác đồng đều mà không làm biến dạng đường cong kích thích cộng hưởng.

Kết luận

• Luận văn đã hoàn thiện việc chuẩn hóa năng lượng độc lập cho hệ máy gia tốc Tandem Pelletron 5SDH-2 thông qua phản ứng cộng hưởng hạt nhân 27Al(p, γ)28Si tại mốc 991,88 keV.
• Cải thiện độ đơn sắc của chùm tia proton với độ tòe năng lượng giảm 44,57% khi tối ưu hóa khẩu độ khe chắn về mức 1,07 mm.
• Xây dựng thành công quy trình đo phổ gamma on-line bằng đầu dò NaI(Tl) và thuật toán phân tích diện tích đỉnh 1779 keV trên phần mềm MAESTRO với sai số thống kê dưới 5%.
• Cung cấp hệ phương trình chuẩn hóa chính xác, tạo tiền đề vững chắc cho các nghiên cứu vật lý thiên văn hạt nhân và phân tích cấu trúc vật liệu tiên tiến tại Việt Nam.
• Thiết lập lộ trình nâng cấp hệ phổ kế bán dẫn HPGe và kỹ thuật bia hoạt trong giai đoạn tiếp theo nhằm tiếp tục tối ưu hóa độ chính xác của chùm hạt.

Để khai thác tối đa hiệu quả nghiên cứu và ứng dụng dữ liệu chuẩn năng lượng vào các dự án phân tích chùm ion thực tế, các đơn vị nghiên cứu và nhà khoa học có thể liên hệ trực tiếp với bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội để phối hợp triển khai thực nghiệm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1. Sơ lược về phản ứng hạt nhân 1. Phân loại phản ứng hạt nhân Phản ứng hạt nhân xảy ra khi một chùm hạt hoặc bức xạ tương tác với hạt nhân ở khoảng cách gần cỡ 10-13 cm và sau phản ứng hạt nhân có sự phân bố lại năng lượng, xung lượng và phát ra một hoặc nhiều hạt, bức xạ. Có nhiều cách phân loại phản ứng hạt nhân, có thể phân loại theo hạt tới, hạt sản phẩm hay theo cơ chế phản ứng.

Nếu xét theo các sản phẩm tạo thành ta có thể phân phản ứng hạt nhân thành các loại sau: Tán xạ đàn hồi X(a,a)X: hạt tới chỉ thay đổi hướng chuyển động (có thể cả hướng spin), sau phản ứng hạt tới và hạt nhân bia vẫn ở trạng thái cơ bản. Tán xạ không đàn hồi X(a,a’)X*: hạt tới truyền một phần động năng cho hạt nhân bia, sau phản ứng hạt nhân bia ở trạng thái kích thích, độ lớn moment của các hạt thay đổi. Tán xạ giả đàn hồi X(a,ap)Y, hoặc X(a,ad)Y.: khi năng lượng truyền trong phản ứng lớn hơn năng lượng tách các mảnh hạt nhân (như nuclôn, đơtơri.), hạt nhân sẽ phát ra một hạt. Hạt tới bị mất năng lượng ở trạng thái cuối.

Phản ứng biến đổi X(a,b)Y: là phản ứng mà hạt đạn và hạt nhân dư khác nhau số khối A. Trong phản ứng này cần kể đến phản ứng tước hạt (stripping reaction), một nucleon của hạt tới bị hấp thụ bởi hạt nhân bia, phần hạt còn lại tiếp tục chuyển động qua bia; phản ứng đoạt hạt (pickup reaction), hạt tới đoạt một nucleon của hạt nhân bia; ngoài ra còn có các phản ứng trao đổi điện tích (charge exchange) và phản ứng knock-out. Dựa trên cơ chế phản ứng ta có thể phân chia phản ứng hạt nhân thành LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] các loại sau: Phản ứng hạt nhân hợp phần: có hai quá trình liên tiếp xảy ra. Hạt nhân bia bắt hạt đạn, hình thành nên hạt nhân hợp phần ở trạng thái kích thích cao, năng lượng kích thích được phân bố lại cho các nuclôn.

Sau đó một hoặc một nhóm nuclôn có thể nhận được đủ năng lượng bay ra khỏi hạt nhân hợp phần. Phản ứng hạt nhân trực tiếp: là phản ứng mà giữa kênh vào và kênh ra không tồn tại trạng thái trung gian. Phản ứng hạt nhân tiền cân bằng là phản ứng nằm giữa phản ứng trực tiếp và phản ứng hợp phần. Năng lượng của hạt đến được truyền cho một nhóm các nuclôn trong hạt nhân bia.

Các nuclôn này khởi xướng cho một loạt các phản ứng nối tầng, tại một tầng nào đó một hạt sẽ được phát ra (trước khi hạt nhân hợp phần đạt trạng thái cân bằng thống kê). Phản ứng hạt nhân không phải hoàn toàn là tương tác mạnh, nó tùy thuộc vào hạt tới. Phản ứng hạt nhân là tương tác mạnh nếu hạt đến là proton, nơtron, ions. Phản ứng hạt nhân có thể là tương tác điện từ nếu hạt đến là photon, electron.

Nếu hạt đến là nơtrino thì phản ứng hạt nhân thuộc loại tương tác yếu. Đối với bia và hạt tới nhất định, phụ thuộc vào năng lượng của hạt tới mà phản ứng xảy ra theo cơ chế nào đó. Bên cạnh đó, xác suất tồn tại trạng thái kích thích cao cũng phụ thuộc vào năng lượng. Sự tập trung lực kích thích trong một vùng năng lượng nào đó gọi là cộng hưởng khổng lồ.

Sau phản ứng hạt nhân thường có hai hoặc ba hạt tạo thành. Nếu rất nhiều hạt tạo thành ta có phản ứng vỡ vụn (spallation). Khi hạt nhân bia bắt nơtron, hạt nhân hợp phần tách ra thành các hạt có số khối tương đương nhau, ta có phản ứng phân hạch.