intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính toán và tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm trong phân tích RBS trên máy gia tốc HUS 5SDH-2 Tandem Pelletron

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST
Báo xấu
17
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận văn nhằm giải quyết bài toán xác định điều kiện thực nghiệm tối ưu và tính toán dựa trên việc phân tích mẫu chuẩn và xây dựng phần mềm mô phỏng. Các kết quả của bài toán có thể được áp dụng đối với từng trường hợp cụ thể trong phân tích các mẫu vật liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính toán và tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm trong phân tích RBS trên máy gia tốc HUS 5SDH-2 Tandem Pelletron

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vi Hồ Phong TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM TRONG PHÂN TÍCH RBS TRÊN MÁY GIA TỐC HUS 5SDH-2 TANDEM PELLETRON LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2013
  2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vi Hồ Phong TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM TRONG PHÂN TÍCH RBS TRÊN MÁY GIA TỐC HUS 5SDH-2 TANDEM PELLETRON Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. LÊ HỒNG KHIÊM Hà Nội - Năm 2013
  3. Lời cảm ơn Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Lê Hồng Khiêm, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Thế Nghĩa, người đã luôn ủng hộ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quãng thời gian làm việc tại phòng máy gia tốc cũng như tiến hành các thí nghiệm cho đề tài này. Xin cảm ơn các thầy cô, các anh chị đồng nghiệp trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý đã ủng hộ tôi trong quá trình công tác tại Bộ môn. Cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh cùng tôi trong con đường học tập và sự nghiệp. Tôi hi vọng rằng các kết quả của luận văn này sẽ đóng ghóp một phần vào việc hoàn thiện các quy trình vận hành máy gia tốc HUS 5SDH-2 Tandem Pelletron để phục vụ cho công tác giảng dạy và nghiên cứu về ứng dụng máy gia tốc tại Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học tự nhiên nói riêng và của đất nước nói chung. Hà Nội, Ngày 15 tháng 10 năm 2013 Học viên Vi Hồ Phong
  4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÁN XẠ NGƯỢC RUTHERFORD ........................................................................................................ 4 1.1. Hệ số động học tán xạ ngược ........................................................................ 5 1.2. Độ phân giải khối lượng ................................................................................ 8 1.3. Tiết diện tán xạ đàn hồi ............................................................................... 11 1.4. Hình học tán xạ ............................................................................................ 12 1.5. Sự suy giảm năng lượng .............................................................................. 14 1.6. Thang độ sâu, hệ số tiết diện hãm .............................................................. 16 1.7. Độ sâu có thể đạt được ................................................................................ 16 1.8. Nhòe năng lượng .......................................................................................... 17 1.9. Độ phân giải theo chiều dày ........................................................................ 19 1.10. Cấu trúc của phổ RBS ............................................................................... 19 Chương 2 - TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM TRONG PHÂN TÍCH RBS .................................................................................... 22 2.1. Các bước mô phỏng phổ RBS ..................................................................... 22 2.2. Khảo sát các thông số chịu ảnh hưởng của điều kiện thực nghiệm ........ 27 2.2.1. Độ sâu có thể đạt được ........................................................................... 27 2.2.2. Độ phân giải khối lượng ......................................................................... 27 2.2.3. Độ phân giải theo chiều dày ................................................................... 29 Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 32
  5. 3.1. Kết quả mô phỏng phổ RBS ....................................................................... 32 3.2. Độ phân giải khối lượng, độ nhòe của chùm tia tới .................................. 34 3.3. Độ sâu có thể đạt được ................................................................................ 38 3.4. Độ phân giải theo chiều dày ........................................................................ 40 3.4.1 Khảo sát sự phụ thuộc vào năng lượng chùm tia tới............................... 40 3.4.2 Khảo sát sự phụ thuộc vào góc nghiêng mẫu .......................................... 42 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................... Error! Bookmark not defined. PHỤ LỤC ................................................................................................................. 48
  6. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Ảnh hệ máy gia tốc đặt tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ............. 2 Hình 1.2. Hình học va chạm đàn hồi hai vật thể trong hệ quy chiếu phòng thí nghiệm và hệ quy chiếu khối tâm (CM)................................................................................ 6 Hình 1.3. Đồ thị biểu diễn hệ số động học tán xạ ngược K theo góc tán xạ và tí số khối lượng 𝑥 −1 = 𝑀2 /𝑀1 ........................................................................................ 8 𝐸0 Hình 1.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ∆𝑀2 ( ) vào khối lượng hạt bia 𝑀2 ∆𝐸1 đối với các chùm tia tới có khối lượng 𝑀1 khác nhau, đơn vị khối lượng là amu, góc tán xạ bằng 180𝑜 (được vẽ bằng phần mềm gnuplot). ............................................ 10 Hình 1.5. Hình học IBM và Cornell......................................................................... 13 Hình 1.6. Minh họa mô hình tính toán của độ sâu có thể đạt được [9].................... 17 Hình 1.7. Phân bố năng lượng của chùm tia thay đổi do nhòe năng lượng [9]. ...... 18 Hình 1.8. Sự hình thành phổ RBS [6]. ..................................................................... 20 Hình 2.1. Minh họa các thành phần định nghĩa một “brick” ................................... 23 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm............................................................................. 28 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiêm RBS bên trong buồng tán xạ RC43 .................... 29 Hình 3.1. Giao diện phần mềm mô phỏng phổ RBS................................................ 32 Hình 3.2. Phổ mô phỏng mẫu phức tạp, đường màu đỏ là phổ mô phỏng thực hiện bởi phần mềm SIMNRA, đường màu xanh là phổ mô phỏng bởi phần mềm RUT .................................................................................................................................. 33 Hình 3.3. Mô phỏng phổ RBS của mẫu vàng trên kính, đường màu xanh là phổ mô phỏng, đường màu đỏ là phổ thực tế ........................................................................ 34 Hình 3.4. Đường làm khớp của đạo hàm số sườn sau của phổ tán xạ ngược từ lớp vàng .......................................................................................................................... 35
  7. Hình 3.5. Đường làm khớp của đạo hàm số sườn trước của phổ tán xạ ngược từ lớp vàng .......................................................................................................................... 35 Hình 3.6. Thay đổi độ phân giải khối lượng của hệ RBS theo năng lượng chùm hạt tới.............................................................................................................................. 37 Hình 3.7. Kết quả khảo sát độ phân giải theo chiều dày của lớp vàng tại độ sâu ~200 x1015 nguyên tử/cm2 khi năng lượng chùm tia tới thay đổi ..................................... 41 Hình 3.8. Kết quả khảo sát độ phân giải theo chiều dày với năng lượng chùm tia tới thay đổi của nhóm tác giả M.S.Kim et al. [6], thực hiện trên mẫu Au, bề dày 202 µg/cm2 và Al, bề dày 233 µg/cm2 ............................................................................ 42 Hình 3.9. Kết quả khảo sát độ phân giải theo chiều dày của lớp vàng tại độ sâu ~200 x 1015 nguyên tử/cm2 đối với góc nghiêng mẫu khác nhau. ..................................... 44
  8. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Chuyển đổi giữa các góc định nghĩa bởi hai phần mềm mô phỏng RUMP và SIMNRA ............................................................................................................. 13 Bảng 3.1. Độ phân giải khối lượng của hệ RBS tại các năng lượng chùm tia tới khác nhau .......................................................................................................................... 36 Bảng 3.2. Độ sâu có thể đạt được trong phân tích RBS với chùm tia 1H và 4He tán xạ trên bia dày Au, Ag, Ni và Al tại góc tán xạ 1700 ................................................... 38 Bảng 3.3. Độ phân giải theo chiều dày đối với các năng lượng chùm tia tới khác nhau tại độ dày ~200 x 1015 nguyên tử/cm2 của lớp vàng mỏng, góc nghiêng mẫu 500 .. 40 Bảng 3.4. Tính toán độ phân giải theo chiều dày đối với các góc nghiêng mẫu khác nhau .......................................................................................................................... 43
  9. BẢNG KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt RBS Rutherford Backscattering Phương pháp phổ tán xạ Spectrometry ngược Rutherford PIXE Particle-Induced X-ray Phân tích phát xạ tia X tạo Emission bởi chùm hạt NRA Nuclear Reaction Analysis Phương pháp phân tích dựa vào phản ứng hạt nhân IBA Ion Beam Analysis Phương pháp phân tích bằng chùm ion MCA Multi-Channel Analyzer Bộ phân tích đa kênh FWHM Full Width at Half Độ rộng nửa chiều cao Maximum
  10. LVTS VLNT MỞ ĐẦU Hệ máy gia tốc HUS 5SDH-2 Tandem Pelletron đặt tại trường Đại học Khoa học tự nhiên được lắp đặt và đưa vào sử dụng từ năm 2011. Một trong những ứng dụng của hệ máy gia tốc là phân tích vật liệu bằng phương pháp phổ tán xạ ngược Rutherford, gọi tắt là RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry). RBS được ứng dụng rộng rãi trong khoa học vật liệu để khảo sát các tính chất của màng mỏng, vật liệu cấy ghép hay vật liệu bán dẫn … vì phương pháp phân tích này có những ưu điểm chính sau đây: - Cho phép xác định phân bố nguyên tố theo chiều dày. - Độ sâu phân tích cỡ micron, thích hợp cho việc phân tích các lớp vật liệu dưới bề mặt mẫu. - Có khả năng xác định các tạp chất trong các lớp vật liệu. - Có khả năng xác định các sai hỏng trong cấu trúc tinh thể nếu áp dụng kỹ thuật channeling. - Có khả năng phân tích song song kết hợp với các kỹ thuật phân tích bằng chùm ion khác như PIXE, NRA… Trong phương pháp phân tích này, tùy theo yêu cầu cụ thể của từng loại mẫu mà việc tính toán, xác định điều kiện thực nghiệm tối ưu được đặt ra trong mỗi phép đo. Vấn đề này đã được M.S.Kim et al. (1996) [6] nghiên cứu, trong đó nhóm tác giả tiến hành hàng loạt thí nghiệm trên các mẫu chuẩn và dựa vào một số đặc trưng của phổ RBS thu được để tiến hành khảo sát thông số độ phân giải theo chiều dày đối với các điều kiện thí nghiệm khác nhau. Đây là một trong ba thông số chịu ảnh hưởng bởi điều kiện thực nghiệm cùng với độ phân giải khối lượng và độ sâu có thể đạt được (accessible depth). Ngoài ra, trong công trình của mình, J.S. Williams và W. Moller (1978) [4] đã tiến hành việc tối ưu hóa độ phân giải theo chiều dày dựa vào mô hình tính toán và thực nghiệm. Vì những lý do trên, tác giả đã lựa chọn đề tài “Tính toán và tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm trong phân tích RBS trên máy gia tốc HUS 5SDH-2 Tandem 1
  11. LVTS VLNT Pelletron”. Trong đó, ngoài việc khảo sát thông số độ phân giải theo chiều dày, tác giả tiến hành khảo sát các thông số còn lại liên quan đến điều kiện thực nghiệm là độ phân giải khối lượng và độ sâu có thể đạt được. Hai thông số đầu được tác giả khảo sát thông qua thực nghiệm trên mẫu chuẩn, thông số cuối được khảo sát thông qua việc phần mềm mô phỏng được tác giả xây dựng. Mục đích của luận văn nhằm giải quyết bài toán xác định điều kiện thực nghiệm tối ưu và tính toán dựa trên việc phân tích mẫu chuẩn và xây dựng phần mềm mô phỏng. Các kết quả của bài toán có thể được áp dụng đối với từng trường hợp cụ thể trong phân tích các mẫu vật liệu. Tất cả các thực nghiệm trong khuôn khổ luận văn đều được tiến hành trên hệ máy gia tốc Tandem 5SDH-2 đặt tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, trong đó hệ phổ kế hạt tích điện nặng được sử dụng trong phân tích RBS được đặt tại kênh phân tích của máy gia tốc. Hình ảnh thực tế của hệ máy gia tốc cùng kênh ra được minh họa ở Hình 1.1. Hình 1.1. Ảnh hệ máy gia tốc đặt tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 2
  12. LVTS VLNT Luận văn bao gồm 4 phần chính: - Tổng quan về phương pháp phổ tán xạ ngược Rutherford: Phần này trình bày các khái niệm cơ bản của phương pháp phân tích RBS bao gồm hệ số động học tán xạ ngược, sự suy giảm năng lượng, sự nhòe năng lượng và hình học tán xạ. Từ đó nêu ra sự hình thành phổ RBS và khái quát về các yêu tố có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện thực nghiệm. - Tính toán và tối ưu hóa các điều kiện thực nghiệm trong kỹ thuật RBS: Trình bày việc xây dựng phần mềm mô phỏng phổ RBS và các thông số có thể rút ra được từ phần mềm. Tiếp theo đó trình bày quá trình thực nghiệm xác định các thông số để tối ưu hóa thí nghiệm. - Kết quả và thảo luận: Trình bày một số kết quả mô phỏng của phần mềm đã xây dựng cũng như kết quả tính toán trên mẫu chuẩn. Từ đó đưa ra điều kiện là thực nghiệm tối ưu và nhận xét về các kết quả thu được. - Kết luận: Trình bày một số kết luận và đưa ra hướng phát triển trong các nghiên cứu tiếp theo. 3
  13. LVTS VLNT Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÁN XẠ NGƯỢC RUTHERFORD Ý tưởng của phương pháp phổ tán xạ ngược Rutherford xuất phát từ thí nghiệm nổi tiếng của Rutherford cùng các cộng sự (Geiger và Marsen). Trong thí nghiệm này, hạt alpha phát ra từ nguồn phóng xạ RaBr2 được chuẩn trực để bắn phá bia làm bằng tấm vàng mỏng đặt trong buồng đã hút khí. Màn ZnS cùng với kính hiển vi được bố trí để phát hiện các hạt alpha bay ra từ các góc khác nhau. Họ phát hiện ra rằng phân bố góc của hạt alpha tán xạ đạt giá trị lớn nhất ở hướng tán xạ phía trước. Tuy nhiên, họ cũng quan sát được một số các sự kiện tán xạ ở góc 90O. Kết quả tính toán của Rutherford dựa trên thực nghiệm tán xạ ngược đã đưa đến mô hình nguyên tử đúng đắn đầu tiên và là bắt nguồn của một loạt các tiến bộ trong lĩnh vực vật lý hạt nhân sau này. Ứng dụng thực tế đầu tiên được biết đến rộng rãi xuất phát từ ý tưởng của thí nghiệm của Rutherford và các cộng sự là thí nghiệm tán xạ hạt alpha được lắp đặt trong tàu vũ trụ Surveyor 5 đổ bộ lên mặt trăng năm 1967. Mục đích của thí nghiệm này nhằm xác định thành phần các nguyên tố trên bề mặt các lớp đất đá của mặt trăng. Sau này, nguồn phát alpha trong các thí nghiệm tán xạ ngược đã dần được thay thế bởi chùm ion He phát ra từ máy gia tốc mà chủ yếu là loại máy gia tốc tĩnh điện. Một ví dụ về máy gia tốc tĩnh điện là máy gia tốc kiểu Tandem với cơ chế gia tốc hai lần tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Ngày nay, phương pháp phổ tán xạ ngược Rutherford đã trở thành một trong nhưng phương pháp phân tích sử dụng chùm ion (Ion Beam Analysis - IBA), được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu cũng như công nghiệp. Những ưu điểm của phương pháp đều bắt nguồn từ các nguyên lý cơ bản của quá trình tán xạ ngược trong vật chất của hạt alpha, cụ thể là: 4
  14. LVTS VLNT i. Quá trình truyền năng lượng của hạt tới với hạt nhân bia tuân theo cơ chế va chạm đàn hồi của hai vật. Quá trình này dẫn đến khái niệm hệ số động học tán xạ ngược và khả năng nhận diện khối lượng của phương pháp phổ tán xạ ngược. ii. Xác suất tán xạ ngược là xác suất va chạm đàn hồi hai vật. Điều này dẫn đến khái niệm tiết diện tán xạ và khả năng phân tích định lượng thành phần nguyên tử của vật chất. iii. Hạt bị mất năng lượng trong quá trình di chuyển trong môi trường vật chất. Quá trình này dẫn đến khái niệm tiết diện hãm và khả năng nhận biết về chiều dày. iv. Năng lượng mà hạt bị mất khi lan truyền trong vật chất sẽ thăng giáng theo quy luật thống kê. Điều này làm cho phân bố năng lượng của các hạt tán xạ bị tòe và do đó dẫn đến giới hạn độ phân giải khối lượng và chiều dày trong phương pháp phổ tán xạ ngược. 1.1. Hệ số động học tán xạ ngược Trong RBS, quá trình tương tác của hạt tới với nguyên tử bia được giả thiết tuân theo cơ chế va chạm đàn hồi giữa hai vật, nếu thỏa mãn hai điều kiện sau [9]: i. Năng lượng hạt tới lớn hơn năng lượng liên kết hóa học của các nguyên tử trong bia (vào cỡ khoảng 10 eV). ii. Phản ứng hạt nhân và cộng hưởng hạt nhân không xảy ra, điều kiện này thỏa mãn nếu năng lượng của hạt tới nhỏ hơn một giới hạn nhất định. Ví dụ đối với He+ thì phản ứng hạt nhân bắt đầu xuất hiện ở năng lượng khoảng 2 đến 3 MeV. Xét bài toán va chạm đàn hồi hai vật thể trong hệ tọa độ phòng thí nghiệm. hạt tới khối lượng 𝑀1 , vận tốc 𝑣0 , năng lượng 𝐸0 va chạm đàn hồi với nguyên tử bia đứng yên khối lượng 𝑀2 . Sau va chạm hạt tới có vận tốc 𝑣1 , năng lượng 𝐸1 và lệch so với phương chuyển động ban đầu một góc 𝜃, được gọi là góc tán xạ. Hạt nhân bị giật lùi một góc 𝜙 so với phương chuyển động của hạt tới, góc 𝜙 được gọi là góc giật lùi. Các ký hiệu và hình học của tương tác được biểu diễn ở Hình 1.2. 5
  15. LVTS VLNT Hình 1.2. Hình học va chạm đàn hồi hai vật thể trong hệ quy chiếu phòng thí nghiệm và hệ quy chiếu khối tâm (CM) Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng theo hai trục tọa độ song song và vuông góc với phương chuyển động của chùm ion tới 1 1 1 𝑀1 𝑣0 2 = 𝑀1 𝑣1 2 + 𝑀2 𝑣2 2 (1.1) 2 2 2 𝑀1 𝑣0 = 𝑀1 𝑣1 cos 𝜃 + 𝑀2 𝑣2 cos⁡𝜙 (1.2) 0 = 𝑀1 𝑣1 𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝑀2 𝑣2 𝑠𝑖𝑛𝜙 (1.3) 6
  16. LVTS VLNT Từ ba phương trình trên, lược bỏ góc 𝜙, ta được 𝑣1 ±√𝑀2 2 − 𝑀1 2 𝑠𝑖𝑛2 𝜃 + 𝑀1 𝑐𝑜𝑠𝜃 = (1.4) 𝑣0 𝑀1 + 𝑀2 Do trong RBS, hạt tới được sử dụng có khối lượng nhỏ hơn so với hạt bia nên dấu “–“ trong phương trình trên được loại bỏ. Từ đó, ta định nghĩa hệ số động học tán xạ ngược bằng tỉ số giữa năng lượng của hạt tới sau và trước va chạm. 𝐾 = 𝐸1 /𝐸0 (1.5) Từ phương trình (1.4), ta có 2 2 √𝑀2 2 − 𝑀1 2 𝑠𝑖𝑛2 𝜃 + 𝑀1 𝑐𝑜𝑠𝜃 √1 − 𝑥 2 𝑠𝑖𝑛2 𝜃 + 𝑥𝑐𝑜𝑠𝜃 𝐾=[ ] =[ ] (1.6) 𝑀1 + 𝑀2 1+𝑥 Với 𝑥 là tỉ số khối lượng của hạt tới và hạt bia. Hình 1.3. biểu diễn sự phụ thuộc của hệ số động học tán xạ ngược 𝐾 vào góc tán xạ và tỉ số 𝑥. 7
  17. LVTS VLNT Hình 1.3. Đồ thị biểu diễn hệ số động học tán xạ ngược K theo góc tán xạ và tí số khối lượng 𝑥 −1 = 𝑀2 /𝑀1 . (được vẽ bằng phần mềm gnuplot) Từ đồ thị trên ta nhận thấy rằng hệ số 𝐾 luôn đạt giá trị nhỏ nhất tại góc tán xạ 1800 và ở góc tán xạ này, sự thay đổi hệ số 𝐾 khi tỉ số khối lượng x −1 thay đổi là lớn nhất. Điều này chính là lý do vì sao góc tán xạ ngược gần 180 độ được sử dụng trong RBS. Ngoài ra, nó cũng liên quan một tham số quan trọng đó là độ phân giải khối lượng. 1.2. Độ phân giải khối lượng Với góc tán xạ 𝜃 cố định, sự tách bạch của năng lượng ∆𝐸1 của chùm tia tán xạ trên các hạt bia có khối lượng khác nhau một lượng ∆𝑀2 là: 𝑑𝐾 ∆𝐸1 = 𝐸0 ( ) ∆𝑀2 (1.7) 𝑑𝑀2 8
  18. LVTS VLNT Khi thay ∆𝐸1 bằng 𝛿𝐸 – khoảng năng lượng nhỏ nhất có thể phân giải được hay độ phân giải năng lượng, ta gọi độ phân giải khối lượng tương ứng 𝛿𝑀2 xác định bởi công thức 𝛿𝐸1 𝛿𝑀2 = (1.8) 𝑑𝐾 𝐸0 ( ) 𝑑𝑀2 Về mặt ý nghĩa, độ phân giải khối lượng đặc trưng khả năng có thể phân biệt được hai đồng vị có khối lượng gần nhau ở một độ sâu nhất định. 𝑑𝐾 Công thức xác định được suy ra từ Công thức 1.6 như sau 𝑑𝑀2 𝑑𝐾 2𝑀2 (𝑀1 cos(𝜃) + √𝑀2 2 − 𝑀1 2 sin2 𝜃) = 𝑑𝑀2 (𝑀1 + 𝑀2 )2 √𝑀2 2 − 𝑀1 2 sin2 𝜃 2 (1.9) 2 2 2 (𝑀1 cos(𝜃 ) + √𝑀2 − 𝑀1 𝑠𝑖𝑛2 (𝜃)) − (𝑀1 + 𝑀2 )3 Theo Công thức 1.8, độ phân giải khối lượng phụ thuộc vào ba yếu tố: i. Sự thay đổi hệ số động học 𝐾 khi khối lượng 𝑀2 thay đổi, liên quan đến hệ 𝑑𝐾 số . Như đã đề cập ở phần trên, tại góc tán xạ 180 độ thì sự thay đổi này là lớn 𝑑𝑀2 nhất, tương ứng với độ phân giải khối lượng lớn nhất so với các góc tán xạ khác. Trong bố trí thí nghiệm RBS, các detector thường được đặt ở góc tán xạ gần bằng 180 độ (thông thường là 170 độ) do khó khăn về hình học. Ngoài ra, dựa vào đồ thị ở Hình 1.4, ta nhận thấy rằng độ phân giải có thể được cải thiện bằng cách tăng khối E0 lượng của chùm tia tới. Đối với năng lượng chùm tia tới E0 xác định thì ∆M2 ( ) ∆E1 sẽ biểu thị cho sự thay đổi khối lượng một khoảng ∆M2 khi năng lượng tán xạ thay E0 đổi một khoảng ∆E1 . ∆M2 ( ) càng lớn thì M2 càng nhạy với sự thay đổi của E1 . ∆E1 9
  19. LVTS VLNT 𝐸0 Hình 1.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ∆𝑀2 ( ) vào khối lượng hạt bia 𝑀2 ∆𝐸1 đối với các chùm tia tới có khối lượng 𝑀1 khác nhau, đơn vị khối lượng là amu, góc tán xạ bằng 180𝑜 (được vẽ bằng phần mềm gnuplot). ii. Độ phân giải năng lượng 𝛿𝐸1 tại một độ sâu nhất định, phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm và độ nhòe năng lượng tại độ sâu đó (sẽ đề cập ở phần sau). iii. Năng lượng của chùm tia tới, với một loại bia nhất định, tại độ sâu xác định và độ phân giải năng lượng của hệ không đổi thì độ phân giải khối lượng tỉ lệ nghịch với năng lượng của chùm tia tới, vì vậy việc tăng năng lượng của chùm tia tới cũng sẽ cải thiện độ phân giải khối lượng. 10
  20. LVTS VLNT 1.3. Tiết diện tán xạ đàn hồi Ở phần trước, mối liên hệ giữa năng lượng của chùm tia trước và sau sự kiện tán xạ tại một góc tán xạ nhất định đã được mô tả thông qua hệ số động học 𝐾. Ở góc tán xạ đó, ta cần biết chính xác có bao nhiêu sự kiện tán xạ xảy ra. Để trả lời câu hỏi này, ta cần sử dụng khái niệm tiết diện vi phân 𝑑𝜎/𝑑Ω. Xét trường hợp lý tưởng có bố trí thí nghiệm như sau: Một chùm tia hẹp được chiếu vào bia mỏng đồng nhất có diện tích lớn hơn tiết diện của chùm tia, tại góc tán xạ 𝜃, ta bố trí một detector lý tưởng để đếm toàn bộ hạt tán xạ bay tới tại góc khối vi phân 𝑑Ω. Nếu Q là tổng số hạt tới bia, 𝑑𝑄 là tổng số hạt ghi nhận bởi detector thì tiết diện vi phân 𝑑𝜎/𝑑Ω được xác định bởi công thức 𝑑𝜎 1 𝑑𝑄 1 = ( )( )( ) (1.10) 𝑑Ω 𝑁𝑡 𝑑Ω 𝑄 Với N là mật độ nguyên tử khối, t là độ dày, Nt là mật độ mặt của bia, hay số nguyên tử trên một đơn vị diện tích. Đơn vị thường dùng cho Nt là nguyên tử/cm2 hoặc µg/cm2. Trên thực tế detector chiếm một góc khối hữu hạn Ω trong không gian, Ω thường khá nhỏ nên ta có thể xem như góc tán xạ đối với tất cả các hạt ghi nhận được là như nhau. Khi đó trung bình số sự kiện tán xạ ghi nhận được bởi detector trên toàn bộ góc khối Ω, hay còn gọi là tiết diện vi phân trung bình 𝜎, được cho bởi công thức 1 𝑑𝜎 𝜎= ∫ 𝑑Ω (1.11) Ω 𝑑Ω Ω Khái niệm tiết diện tán xạ trong RBS chính là để chỉ tiết diện vi phân trung bình 𝜎. Với Ω nhỏ đáng kể thì 𝜎 → 𝑑𝜎/𝑑Ω. Từ đó, ta có thể suy ra được tổng số hạt được detector ghi nhận được xác định bởi công thức sau: 11
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh
81 tài liệu
1643 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
4=>1