Đề tài nghiên cứu khoa học: Tìm hiểu các hệ chi đo trong phòng thí nghiệm xử lý hạt nhân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VAÄT LYÙ  LÝ DUY NHẤT Ñeà taøi: Giaùo vieân höôùng daãn: TS. THÁI KHẮC ĐỊNH Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2009 Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này, ngoài những nỗ lực của bản thân, em còn nhận được sự quan tâm giúp đỡ và động viên của quí thầy cô trong khoa Vật Lý trường ĐH Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh. Em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Thái Khắc Định – thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền thụ cho em những kiến thức bổ ích, đóng góp những kinh nghiệm quí báu để em thực hiện khóa luận này. Em không thể nào quên công lao của thầy Hoàng Đức Tâm cũng như các thầy cô trong tổ bộ môn “Vật Lý Hạt Nhân”, các thầy cô đã động viên giúp đỡ, chỉ bảo tận tình và truyền cho em lòng nhiệt tình trong nghiên cứu khoa học. Xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã hỗ trợ về mặt tinh thần cho Nhất hoàn thành khóa luận này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Lý Duy Nhất GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 1 SVTH: Lý Duy Nhất Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thí nghiệm vật lý là một phần không thể thiếu trong học tập và nghiên cứu vật lý. Thực hành vật lý rèn luyện cho sinh viên phương pháp học tập, nghiên cứu và kỹ năng thực hành vật lý, củng cố các kiến thức lý thuyết đã được học. Nó có tác dụng to lớn trong việc rèn luyện cho sinh viên những đức tính của người làm công tác khoa học nói chung, làm công tác vật lý nói riêng. Ngoài ra, thực hành vật lý còn giúp cho sinh viên làm quen với việc nghiên cứu các hiện tượng vật lý trong phòng thí nghiệm, kiểm nghiệm lại các định luật vật lý đã được học. Thông qua các bài thí nghiệm vật lý, sinh viên bước đầu làm quen với phương pháp nghiên cứu của bộ môn. So với các môn học vật lý khác, “VẬT LÝ NGUYÊN TỬ VÀ HẠT NHÂN” là môn học khó, ngoài việc học những kiến thức khô khan sinh viên cần phải được thực hành trên những thiết bị ghi đo trong phòng thí nghiệm. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành giúp cho sinh viên nắm được cốt lỗi trong môn học hơn, giúp cho sinh viên phát triển tư duy và khả năng sáng tạo trong quá trình học tập. Đồng thời làm cho việc học vật lý trở nên lý thú hơn, có hiệu quả hơn. Nhờ sự quan tâm của quí thầy cô trong khoa vật lý và lãnh đạo trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân được xây dựng và hoàn thành vào giữa năm 2008. Do đây là phòng thí nghiệm mới được thành lập và trên con đường hoàn thiện nên việc tìm hiểu các dụng cụ, thiết bị trong phòng thí nghiệm là vấn đề cấp thiết. Trước tình hình đó, em quyết định thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài “TÌM HIỂU VỀ CÁC HỆ GHI ĐO TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN” nhằm góp một phần nhỏ vào công tác đào tạo cũng như công việc hoàn thiện phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân của quí trường. Bên cạnh đó khóa luận tốt nghiệp còn giúp em tự mở rộng thêm sự hiểu biết của mình sang lĩnh vực vật lý hạt nhân. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI  Tìm hiểu cơ chế hoạt động của các thiết bị ghi đo bức xạ ion hóa.  Tìm hiểu cấu tạo, đặc tính kỹ thuật và cách vận hành các thiết bị trong phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân. GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 2 SVTH: Lý Duy Nhất Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân  Xây dựng một số bài thí nghiệm dựa trên các dụng cụ ghi đo bức xạ ion hóa trong phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân. 3. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Từ mục tiêu đã đề ra, em xây dựng cấu trúc của luận văn gồm có ba phần chính:  Phần mở đầu trình bày về lý do chọn đề tài, mục tiêu và bố cục của đề tài.  Phần nội dung chia làm ba chương: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC DỤNG CỤ CHÍNH TRONG HỆ GHI ĐO BỨC XẠ ION HÓA CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ GHI ĐO BỨC XẠ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ HẠT NHÂN CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM DỰA TRÊN CÁC THÍ BỊ GHI ĐO TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM HẠT NHÂN  Phần kết luận đưa ra những nhận xét tổng quát về đề tài và những kiến nghị nhằm hoàn thiện phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân. GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 3 SVTH: Lý Duy Nhất Đề tài: Tìm hiểu về các hệ ghi đo trong phòng thí nghiệm Vật Lý Hạt Nhân NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC DỤNG CỤ CHÍNH TRONG HỆ GHI ĐO BỨC XẠ ION HÓA 1. TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ VỚI VẬT CHẤT Các bức xạ được khảo sát bao gồm các hạt tích điện như alpha và beta, các tia gamma và tia X. Để hiểu được cơ sở vật lý của việc chế tạo ra các thiết bị ghi đo bức xạ ta cần hiểu các cơ chế tương tác của bức xạ với vật chất. Trong quá trình tương tác của bức xạ với vật chất, năng lượng của tia bức xạ được truyền cho các electron quỹ đạo hoặc cho hạt nhân nguyên tử tùy thuộc vào loại và năng lượng của bức xạ cũng như bản chất của môi trường hấp thụ. Các hiệu ứng chung khi tương tác của bức xạ với vật chất là kích thích và ion hóa nguyên tử của môi trường hấp thụ. 1.1. TƯƠNG TÁC CỦA HẠT BETA VỚI VẬT CHẤT 1.1.1. Sự ion hóa Do hạt beta mang điện tích nên cơ chế tương tác của nó với vật chất là tương tác tĩnh điện với các electron quỹ đạo làm kích thích và ion hóa các nguyên tử môi trường. Trong trường hợp nguyên tử môi trường bị ion hóa, hạt beta mất một phần năng lượng Et để đánh bật một electron quỹ đạo ra ngoài. Động năng Ek của electron bị bắn ra liên hệ với năng lượng ion hóa của nguyên tử E và độ mất năng lượng E t như sau: Ek  Et  E (1.1) Trong đó năng lượng ion hóa E được xác định theo công thức: 1  E  Rh   1    Rh .   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 (delta electron). Do hạt beta chỉ mất một phần năng lượng Et để ion hóa nguyên tử, nên dọc theo đường đi của mình, nó có thể gây ra thêm một số lớn cặp ion. GVHD: TS. Thái Khắc Định Trang: 4 SVTH: Lý Duy Nhất