0
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
___________________
PHẠM NGỌC SƠN
PHÁT TRIỂN DÒNG NƠTRON NHIỆT TRÊN CƠ SỞ KÊNH NGANG
SỐ 2 CỦA LÒ PHẢN ỨNG ĐÀ LẠT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
TRONG THỰC NGHIỆM ĐO SỐ LIỆU HẠT NHÂN
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU SINH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. VƯƠNG HỮU TẤN
2. TS. MAI XUÂN TRUNG
ĐÀ LẠT, THÁNG 10/2012
1
MỤC LỤC
Trang
Tóm tắt..............................................................................................................2
I. ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................3
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..............................................................5
2.1. Thiết kế hệ dẫn dòng nơtron bằng kỹ thuật phin lọc ..................................5
2.2. Thiết kế hệ thống các khối chuẩn trực bên trong kênh 2............................8
2.3. Các phương pháp tính toán và mô phỏng Monte Carlo............................10
2.4. Phát triển bộ phin lọc nơtron nhiệt............................................................20
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................24
IV. KẾT LUẬN...............................................................................................33
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................33
2
TÓM TẮT
Một hệ thiết bị dẫn dòng nơtron bằng kỹ thuật phin lọc bao gồm
hệ phin lọc, hệ chuẩn trực và cấu trúc che chắn bức xạ đã được tính
toán thiết kế, tối ưu hóa bằng kỹ thuật mô phỏng Monte-Carlo.
Toàn bộ hệ thiết bị dẫn dòng nơtron này đã được triển khai thiết kế,
chế tạo và lắp đặt thành công trên kênh nơtron số 2 của lò phản ứng
Đà lạt, để dẫn dòng nơtron nhiệt từ lò phản ứng phục vụ các thí
nghiệm nghiên cứu đo số liệu hạt nhân. Qua các kết quả khảo sát
và thử nghiệm có thể đánh giá một cách khách quan rằng dòng
nơtron nhiệt có chất lượng tốt và đã đáp ứng mục tiêu đặt ra là có
khả năng ứng dụng để đo số liệu hạt nhân và các ứng dụng khác
liên quan đến phản ứng (n, γ).
3
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Tổng quan tình hình nghiên cứu ở ngoài nước:
Một trong những phương pháp tạo dòng nơtron chuẩn đơn năng cường độ
mạnh nhất hiện nay trong vùng năng lượng keV là các chùm nơtron phin lọc trên
cơ sở các kênh ngang của lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu. Phương pháp tạo ra
dòng nơtron phin lọc đã được phát triển trên thế giới trong vài thập niên qua.
Các dòng nơtron phin lọc từ lò phản ứng nghiên cứu có khả năng ứng dụng
trong việc cung cấp số liệu thực nghiệm có độ chính xác cao về tiết diện phản
ứng hạt nhân trong vùng năng lượng từ 0.4keV đến vài trăm keV. Xuất phát từ
những ưu điểm quan trọng này, IAEA đã đề xuất các chương trình hợp tác quốc
tế nhằm khuyến khích phát triển các dòng nơtron phin lọc theo một tiêu chuẩn
thống nhất về phin lọc nơtron và bia mẫu [2], để cung cấp số liệu hạt nhân thực
nghiệm chất lượng cao cho chương trình phát triển hệ thống cơ sở dữ liệu thực
nghiệm về số liệu hạt nhân Quốc tế EXPOR.
Kỹ thuật phin lọc nơtron trên cơ sở các kênh nơtron nằm ngang từ lò phản
ứng có ưu điểm là cho phép người sử dụng nhận được dòng nơtron đơn năng và
có cường độ tương đối cao so với nhiều kỹ thuật khác. Ngoài ra, các dòng
nơtron phin lọc từ lò phản ứng còn có phông gamma thấp và được chuẩn trực rất
tốt (đường kính của chùm cỡ 4-40 mm). Các ưu điểm này cùng với cường độ
chùm nơtron cao (thông lượng 106-108 n/cm2/s) cho phép sử dụng các chùm
nơtron phin lọc trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng
như đo đạc số liệu hạt nhân, nghiên cứu vật liệu, nghiên cứu cấu trúc hạt nhân
và phản ứng hạt nhân, nghiên cứu vật lý thiên văn và y học hạt nhân,...[5-13].
Viện Nghiên cứu hạt nhân Kiev (Ucraina), đã phát triển các tổ hợp phin lọc
nơtron sử dụng các loại vật liệu Ni, Fe, S, B, Al, Mn, Mg, Si, Sc và các đồng vị
Cr-52, Fe-54, Fe- 56, Ni-58, Ni-60, Ni-62, Ni-64, B-10,... để làm phin lọc và đã
nhận được các dòng nơtron chuẩn đơn năng 0.498, 1.772 , 1.866, 4.302, 12.67,
17.63, 24.34, 58.8, 133.3, 148.3, 275.0 và 313.7 keV. Trên cơ sở các dòng
nơtron phin lọc này, các nghiên cứu thực nghiệm về tiết diện phản ứng nơtron
4
Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước:
Lò phản ứng hạt nhân Đà lạt có 4 kênh nơtron phục vụ cho các mục đích
nghiên cứu với đường kính kênh là 15,2 cm, trong đó có 3 kênh xuyên tâm và 1
kênh tiếp tuyến. Cho đến nay đã có 3 kênh ngang được đưa vào sử dụng là kênh
tiếp tuyến số 3, kênh xuyên tâm số 2 và 4. Các dòng nơtron phin lọc từ kênh
ngang số 3 và số 4 đã được đưa vào sử dụng từ những năm 1990 phục vụ các
nghiên cứu cơ bản và ứng dụng [5]. Năm 1990 kỹ thuật phin lọc nơtron được
phát triển ở lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt cho phép nhận được các chùm nơtron
chuẩn đơn năng với thông lượng từ 104-106 n/cm2/s thích hợp cho các nghiên
cứu số liệu phản ứng hạt nhân với nơtron. Các dòng nơtron đơn năng cao trên
kênh ngang số 4 bao gồm: nhiệt, 54keV, 148keV đã được phát triển và đưa vào
sử dụng từ những năm 1990; và các dòng nơtron đơn năng mới 24keV, 59keV
và 133keV đã được phát triển vào năm 2008 [5]. Năm 1988 kênh tiếp tuyến số 3
được đưa vào sử dụng phục vụ hướng nghiên cứu phân tích kích hoạt nơtron
gamma tức thời (PGNAA), chụp ảnh nơtron và các thí nghiệm đo nơtron truyền
qua. Hiện nay, dòng nơtron nhiệt từ kênh ngang số 3 đang được sử dụng cho
mục đích nghiên cứu thực nghiệm về cấu trúc và mật độ mức hạt nhân bằng
phương pháp đo tổng biên độ các xung gamma trùng phùng từ phản ứng bắt
nơtron nhiệt.
Trên cơ sở các thông tin tổng quan đã phân tích ở trên, nội dung nghiên
cứu phát triển dòng nơtron nhiệt trên cơ sở kênh ngang số 2 của lò phản ứng Đà
Lạt để phục vụ đo số liệu hạt nhân thực nghiệm và các ứng dụng liên quan là rất
cần thiết. Mục tiêu đặt ra trong chuyên đề này là tập trung nghiên cứu tính toán