CHƯƠNG 2: CHƯƠNG 2:
KÍCH HO T PHÓNG X
Ạ
Ạ
G m hai quá trình ch y u: ủ ế
nguyên t mà ta mu n phân ạ ừ ố ố ự ạ
ả ứ ạ ụ
ng nguyên ượ ạ 64Cu thông qua ph n ả
ồ a) S t o thành h t nhân phóng x t ạ tích thông qua các ph n ng h t nhân. Ví d minh h a: ọ b) Xác đ nh l ượ ả t ố ẫ
0 là l
* M i liên h : Ph ự ả ươ
ng đ ng do s chi u x neutron. ế ạ ng trình các s n ph m phóng x : ẩ ạ ế ạ ố ượ Di
-
)it
- ố ạ ể (1
i là ti
s t di n c a ph n ng ng h t nhân phóng x sinh ra thông qua l ị ạ ạ Kh o sát s t o thành đ ng v phóng x ị ồ ự ạ kích ho t ban đ u trong m u. ạ ầ ở ng ứ 63Cu(n, g )64Cu c a nguyên t ố ồ ủ ệ th i đi m k t thúc chi u x 64Cu ế ở ờ e l = sf 0D in ni là s h t nhân bia trong ch t n n ấ ề i i ả ứ 63Cu(n,g )64Cu ệ ủ ế
i là h ng s phân rã phóng x c a
l c sinh ra ạ ủ 64Cu đ ằ ố ượ
f là thông l ng neutron qua ch t n n ượ ấ ề
t là th i gian chi u x . ế ạ ờ
=
-
(1
e l
)it
0D i
sf in i
Bia và ch t n n
ấ ề
Ti
t di n ph n ng
ế
ả ứ
ệ
N i dung ộ chính:
Thông l
ng và chùm tia
ượ
Kích ho t bão hòa ạ
-
Bia và ch t n n:
ấ ề
Bia:
mà đang c n ị ủ ồ ố ầ
ạ c xác đ nh. H t nhân đ ng v c a nguyên t đ ượ ị H t nhân bia ạ
ả ứ
ạ ạ ạ ự ẩ ọ
63Cu
63Cu(n, g )64Cu
Tham gia vào ph n ng kích ho t h t nhân mà ta l a ch n các s n ph m h t nhân phóng ả x .ạ
Ví d :ụ V kích ho t đ ng thì là h t nhân bia. ạ ồ ề ạ
Ph n ng h t nhân thích h p
Cu
ả ứ ạ ợ Đ ng v ị ồ ạ ạ
c) Các h t nhân phóng x ( có th đo đ ể ượ
63
n g Cu( ,
64 ) Cu
Không nh t thi t ph i là m t đ ng v c a đ ng. ấ ế ị ủ ồ ộ ồ ả
63
65
Cu(n,p) Ni
mà ạ ộ ồ ị ủ ố
63
63
Cu(p,n) Zn
H t nhân bia ph i là m t đ ng v c a nguyên t ta đang c n xác đ nh. ầ ả ị
Ch t n n: ấ ề
ườ ữ
Trong tr nguyên t ) có th là m t ph n nh ho c m t v t l p thành m u. ng h p t ng quát nguyên t ầ ể mu n kích ho t ( hay nh ng ạ ố ố ộ ế ậ ợ ổ ộ ỏ ặ ẫ ố
t c v t li u c a m u đ c chi u x đ c g i là ch t n n. T ng t ổ ấ ả ậ ệ ủ ẫ ượ ế ạ ượ ọ ấ ề
Ch t n n có nh ng đ c đi m nh sau: ấ ề ữ ư ể ặ
H u c ho c vô c ho c c hai L ơ ặ ả ữ ơ ặ ượ ng dùng chi u x nhi u hay ít ế ạ ề
C ng, ch t d o, b i. ấ ẻ ứ ụ R n, l ng ho c khí ắ ặ ỏ
Toàn b ho c m t ph n c a m u ộ ộ ặ ầ ủ ẫ D bay h i ho c d n ơ ặ ễ ổ ễ
=
(1
e l
)it
63Cu(n, g )64Cu
0D i
sf in i
- -
i
n =N.
i
m Ae
Thông th ng đ c cân tr ườ ng ch t n n th ấ ề ườ ượ ướ c khi chi u x . ế ạ
ế ủ ạ ủ ầ ẫ
=
)
.100
( iW w / o
im g
N u ch t n n chi m g gram c a m u, ph n trăm c a h t nhân bia i ấ ề trong ch t n n cho b i: ấ ề ế ở
Đ ph bi n đ ng v : ị
ổ ế
ộ
ồ
ầ ộ ồ ỗ ố ị
t là f. ng đ c vi H u h t nguyên t ế m t phân s ph bi n đ ng v th ổ ế ố có nhi u h n m t đ ng v b n. M i m t đ ng v có ị ề t t ế ắ ơ ề ị ườ ộ ồ ượ ộ ồ
Trong t nhiên ự
23Na
f=1.0 ch có m t đ ng v b n ộ ồ ị ề ỉ
63Cu
chi m 69,09% f = 0.6909 ế
65Cu
63
g
Cu(n,
64 ) Cu
e
n = N.f . i
i
f = 0.3091 chi m 30,91%. ế
m A
e
Chúng ta ch xác đ nh s nguyên t ố ỉ ị ử 63Cu
t di n ph n
ệ
ả
=
(1
e l
)it
0D i
sf in i
Ti ế ng:ứ
- -
Đ nh nghĩa: ị
T l gi a s h t t i và s h t nhân bia hi n có ỷ ệ ữ ố ạ ớ ố ạ ệ
ố ộ ả
T c đ ph n ng ứ
Xác su t đ h t t i ph n ng h t nhân bia . ấ ể ạ ớ ả ứ ạ
i h n trên h t t i thì đ c ệ ớ ạ ạ ớ ượ
Bia m ng h ng chùm tia ứ
ỏ
Faraday cup
Di n tích chùm tia
ệ
Thi
t b đo c
ng đ
ế ị
ộ
ườ chùm tia
Xác su t này liên h v i m t di n tích gi g i là ti ọ ộ ệ ớ c a ph n ng ủ ấ s t di n ệ ế ả ứ
i
=
=
R i
s I n x 0
i
dN dt
Trong đó:
ả ứ i trên m t đ n v th i gian ộ ơ ị ờ
Ri : t c đ ph n ng ố ộ I0 : s h t t ố ạ ớ n : m t đ h t nhân bia ậ ộ ạ x : b dày bia (cm)
ớ ố ộ ạ ấ
Bia
T c đ ph n ng
ố ộ
ả ứ
2.s)
R= h t/(cmạ
x
f = n/cm2.s
s = i
R i I nx 0
Ti
ế
t di n ệ
ề T s gi a t c đ h t sinh ra v i t c đ h t nhân bia m t đi ỷ ố ữ ố ộ ạ trong m t đ n v di n tích: ị ệ ộ ơ
- Có th nguyên c a di n tích ủ ứ ệ
s gi a di n tích ấ ể ộ ạ ả ứ ằ ỷ ố ữ ệ
- Xác su t đ m t h t tham gia ph n ng b ng t hi u d ng v i di n tích t ng c ng c a h t nhân bia. ổ ệ ụ ủ ạ ệ ớ ộ
Ti
t di n ph n ng toàn ph n:
ế
ả ứ
ệ
ầ
i
= -
= dI
s In
dx
T
bia chi u x th ng là bia dày do đó c ng đ chùm tia t i ế ạ ườ ườ ộ ớ
Trong th c t ự ế có th b suy gi m đáng k . ể ả ể ị dN dt
T
s Trong đó là ti ế ầ t di n toàn ph n
=
= -
I
I
e s
x )Tn
0 (1
s n
dx
T
- -
ệ dI I
T c đ ph n ng: ố ộ ả ứ
D = I
I
e s
x )Tn
- = I I 0
0 (1
- -
Ti
ế
t di n hình h c ọ
ệ
i và h t ả ứ ữ ệ ệ ấ ạ
Ngoài khái ni m ti nhân bia thì nó còn th hi n d i d ng đ i l ng ti ế ể ệ ướ ạ t di n là xác su t ph n ng gi a các h t t ạ ớ t di n hình h c. ọ ạ ượ ế ệ
2
s
p=
R
geo
Ti t di n ph n ng hình h c cho b i : ế ả ứ ệ ở ọ
1/3
=
Mà ta có:
13
1/3
=
·
R R A 0 1.4 10
cm A-
cm
·
ế ấ ầ ủ ọ ọ
ả ứ ệ t di n ph n ng Ti ti ế t di n ph n ng hình h c cho chúng ta th y t m quan tr ng c a ệ ả ứ
Đ N V TI T DI N
Ơ Ị Ế
Ệ
t di n ph n ậ ệ ệ ễ ể ế ệ ả Đ n v là barn ị ơ Thu n ti n cho vi c bi u di n ti ngứ
1 barn = 10-24 cm2
ỏ ơ ữ
c chia ra nh h n đ dùng cho nh ng ể ng m H n n a s thích h p ơ ữ ự giá tr ti ệ ị ế ch barn đ ợ ở ỗ t di n nh trong h th ng đo l ệ ố ỏ ượ ườ
1 barn = 103 milibarns (1mb =10-27 cm2)
Chú ý: Trong tính toán kích ho t thì ti t di n có đ n v là ạ ế ệ ơ ị
cm 2
s ầ
đ ế ượ ộ ị
c xác đ nh cho m t quá trình c xác đ nh thông qua t c đ s h t ị ố ộ ố ạ
t di n ph n ng toàn ph n Ti ệ ả ứ T mà trong đó t c đ h t nhân sinh ra đ ượ ố ộ ạ t ớ i m t đi ấ
Nh ng h t nhân m t đi b i 2 quá trình ấ ữ ạ ở
s
Ti t di n ph n ng riêng ph n ế ả ứ ệ ầ
S
s
+
s= s S
T
a
s
a
Tán xạ
H p thấ ụ
ng c hai quá trình này có th đ c chia nh ra thành t ng quá ể ượ ả ừ ỏ ườ
Th trình riêng l ẻ
s
inel
Không đàn h iồ
s
Tán xạ
el
Đàn h iồ
ả
inel
S
ộ + ả s Khi c hai quá trình x y ra trong m t quá trình chi u x : ế ạ s= s el H p thấ ụ
i d n đ n m t s bi n đ i h t nhân. Ví ụ ủ ế ộ ự ế ổ ạ
g
Al n ( ,
)
Al
s
27 13
28 13
g ,
n
s
Al n n Al ( , 2 )
27 13
28 13
n n ,2
s
= s
+
+
+
...
s g
s
a
n
,
s ,2 n n
n p ,
Al n p ( ,
27 13
27 ) Mg 12
n p ,
s
Al n d ( ,
27 13
26 ) Mg 12
n d ,
a
Al n ( ,
27 13
s 24 ) Na 11
a ,
n
ng 14MeV S h p th c a các h t t d chi u x m t lá nhôm b ng neutron năng l ụ ự ấ ế ạ ộ ạ ớ ẫ ằ ượ
Hàm kích thích:
ả ứ ổ
ng h t t ả ứ i đ ạ ớ ượ ộ ủ ả ứ ệ ng c a các h t t ỉ ụ i. ộ t di n ph n ng vào năng l ượ ượ ạ ớ ủ
Ti t di n ph n ng thay đ i không ch ph thu c vào ph n ng mà nó ệ ế c bi u S ph thu c c a ti ự ể ế ụ còn ph thu c vào năng l ộ ụ di n b i hàm kích thích. ễ ở b
MeV
=
-
THÔNG L
ƯỢ
(1
)it
e l sf 0D in NG VÀ CHÙM TIA i i
-
ng khác ạ ề ướ Thông l ngượ
Đ n h t nhân ch t n n theo nhi u h ấ ề ế nhau
i theo ộ ạ ạ ớ
ng. T ế ạ ộ ướ ươ ng đ C ng đ h t chi u x mà trong quá trình chi u x các h t t ế ạ ườ Chùm tia ớ c g i là thông l m i h ọ ướ ượ ượ ọ
ể ượ ư ể ố
ạf ng tác v i ch t n n theo m t h ấ ề ng h t ( ) c coi nh là s neutron chuy n qua ị ờ ng neutron có th đ Thông l m t đ n v di n tích trong m t đ n v th i gian: ộ ơ ộ ơ ượ ị ệ
f =
(Neutron/cm2.s)
nv
2
Ví d : Thông l ng neutron nhi ụ ượ
v
2 v 0/
=
2 v e
n 4 p 3
-
v 0
t ệ dn dv
=
(
) 1/2
2
kT M /
v 0
n
Thông l ngượ
0K (200C) v n t c l n nh t là: ậ ố ớ
t đ tuy t đ i 293 nhi Ở ệ ộ ệ ố ấ
v =
5 2.2 10 cm/s
0
·
=
V n t c trung bình là: ậ ố
v
v =
5 2.5 10 cm/s
02v p
·
3 thông l
7 h t/cmạ
7
12
f =
=
Và v i m t đ neutron là 10 ng neutron s là ậ ộ ớ ượ ẽ
nv
10
= 5 2.5 10
2 s 2.5 10 n/cm .
· · ·
F =
3
12
2
F =
Chi u x trong t giây ế ạ
nvt = 3.6 10
2.5 10
15 9.0 10
/n cm
· · · ·
Chùm tia
c l ượ ạ ớ ả ự ị
ng, nó th ng v i c ượ ộ ướ ườ ớ ườ s d ch ng mô t ng đ N h t/s nh ư ạ ộ
Bia m ng h ng chùm tia ứ
ỏ
Faraday cup
Di n tích chùm tia
ệ
= D Q C V .
Thi
t b đo c
ng đ
ế ị
ộ
ườ chùm tia
i v i thông l M t chùm tia thì ng chuy n th ng hàng c a các h t theo m t h ạ ủ ẳ là m t dòng h t ộ ể ộ ạ
6
C
=
m I A ( )
V 10 t
12
=
=
- D ·
J
6, 25 10
m I A ( )
I e
(h t/sạ )
·
ng đ chùm tia ngõ ra là I h t/s thì c ng đ chùm tia ớ ườ ở ạ ườ ộ ở kho ng ả
=
J
W V i c ộ r cách r, bán kính , góc phân kỳ
I 2 tan
rp
W
Kích ho t bão hòa ạ
ộ ể ượ c hi u là s ố ể
=
=
R
sf n
pdN dt
c t o ra trong m t giây: T c đ ph n ng R ( x y ra trong m t s) có th đ ả ố ộ h t nhân s n ph m đ ượ ạ ả ạ ả ứ ẩ ộ
ạ ế ố ạ ữ ề ả ổ ờ
=
=
Rt
sf n
(
t )
pN
N u h t nhân sinh ra b n v ng, t ng s h t nhân sinh ra trong kho ng th i gian chi u x t là: ế ạ
dN
p
l
= - R
N
p
dt
S n ph m phóng x ả ẩ ạ phân rã trong su t quá trình chi u x ế ạ ố
N u t c đ s n ph m sinh ra là m t h ng s : ế ố ộ ả ộ ằ ẩ ố
dN
p
=
l
N
(1
e l
)t
= - R
N
p
p
R l
dt
- -
pD t c đ phân rã ố ộ
c a h t nhân sinh ra ủ ạ
=
l
=
D
N
R
(1
e l
)t
p
p
- -
=
=
N
R=
0
p
(max)
maxD
R l
pdN dt
Khi ho t đ phân rã b ng v i t c đ sinh ra ằ ớ ố ộ ạ ộ
c g i là kích ho t b o hòa và đ Kích ho t này đ ạ ượ ọ ạ ả ượ ệ D¥ c kí hi u là
= D t D
( )
(1
e l
)t
¥ - -
=
-
(1
e l
)it
0D i
sf in i
-
ộ ụ ả ứ
ở ế
ọ ủ ự ế ạ ớ ặ ả ủ ồ
M t ví d minh h a c a s kích ho t đ ng b i ph n ng ạ ồ 63Cu(n,g)64Cu Quá trình chi u x bao g m vi c mi ng v t li u m ng n ng ậ ệ ồ ỏ ệ t trong kho ng ng c a neutron nhi m t gram ch a 1% đ ng v i thông l ệ ượ ứ th i gian 3h.
23
ộ ờ S nguyên t đ ng trong m u là: ố ẫ
=
=
n
= · m n e i
0, 01(0, 6909)6, 023 10 63,54
·
19
ử ồ A e f N i
m fN e A e = 6,55 10
·
th,g)
t di n ph n ng c a ph n ng (n s : Ti ế ả ứ ả ứ ủ ệ
24
2
s
=
=
4,5 b
4,5 10
cm
- ·
2.s
Thông l ng neutron nhi t ượ ệ
f = 2,5 . 1012 h t/cmạ
-lt):
Thông s b o hòa= (1-e ố ả
.3
ln 2 . t T = - 1 2
ln 2 = 13,8
- - -
1
l te
= - 1
e
1
e
0,150
-
th i đi m k t thúc ạ 64Cu trong ch t n n ấ ề ở ờ ể ế
V y h t nhân kích ho t ạ ậ chi u x đ c tính là: ế ạ ượ
t
= sf 0 D n
(1
e l
)
19
12
- -
4,5 2,5 10
0,150
8
=6,55 10 =
· · · · ·
1,10 10
·
