BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯNG NGUYÊN T VIỆT NAM
-----------------------
TRẦN TUẤN ANH
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC ỨNG DỤNG
CHÙM NƠTRON PHIN LỌC Ở LÒ PHẢN ỨNG
HẠT NHÂN ĐÀ LẠT
Chuyên ngnh: VẬT LÝ NGUYÊN T
M s chuyên ngnh: 62 44 01 06
TM TT LUẬN ÁN TIN S VẬT LÝ
ĐÀ LẠT-2014
Công trình được hon thnh tại:
Vin Nghiên cứu hạt nhân- Vin Năng lượng Nguyên t Vit Nam
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Vương Hữu Tấn
Người hướng dẫn khoa học 2:.PGS. TS. Phạm Đình Khang
Phản bin độc lập 1:
Phản bin độc lập 2:
Phản bin 1:
Phản bin 2:
Phản bin 3:
Luận án sẽ được bảo v trước Hội đồng chấm luận án họp tại
vào lúc giờ ngy tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại thư vin:
- Thư vin Quc gia Vit Nam
- Thư vin Vin Nghiên cứu hạt nhân
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Một trong các thực nghim quan trọng v phổ biến của vật lý nơtron l nghiên
cứu phản ứng hạt nhân v các hiu ứng tương tác của nơtron với vật chất trên cơ sở
các chùm nơtron đơn năng từ lò phản ứng hạt nhân bằng kỹ thuật phin lọc. Chất
lượng của chùm nơtron đơn năng l một trong những yếu t quyết định đến độ chính
xác của các kết quả thực nghim. Để tạo ra các nguồn nơtron đơn năng người ta đ
ứng dụng các kỹ thuật khác nhau như: kỹ thuật phin lọc, kỹ thuật tán xạ tinh thể,
phương pháp thời gian bay…. Trong đó, kỹ thuật s dụng các phin lọc nơtron khác
nhau trên cơ sở các kênh ngang của lò phản ứng để tạo ra các chùm nơtron có năng
lượng đơn năng, có độ phân giải năng lượng tt v thông lượng lớn l một trong
những phương pháp hiu quả đáp ứng được các yêu cầu nêu trên. Kỹ thuật phin lọc
nơtron đ được áp dụng rộng ri ở nhiều quc gia trên thế giới như: Ukraina, Mỹ,
Nhật Bản, Vit Nam,... để tạo ra các chùm nơtron nhit v đơn năng trong vùng năng
lượng từ eV đến keV đến vi MeV [14, 21].
Một trong những vấn đề quan tâm hin nay l độ chính xác của các s liu hạt
nhân thực nghim. Các s liu thực nghim về tiết din phản ứng của nơtron với hạt
nhân được phân tích để xác định các tham s phản ứng hạt nhân. Độ chính xác của
các tham s ny l yếu t quan trọng trong các mô hình tính toán lý thuyết để tạo ra
các thư vin s liu hạt nhân phục vụ tính toán v phân tích an ton lò phản ứng v
các ứng dụng khác.
Hin nay hầu hết các nghiên cứu s liu hạt nhân tập trung vo vùng năng lượng
cộng hưởng phân giải được do tại vùng năng lượng ny cấu trúc cộng hưởng của tiết
din phản ứng thường có sự khác bit lớn giữa đồng vị ny với đồng vị khác v khó
có thể tính toán được một cách chính xác từ các mô hình lý thuyết. Do đó, trong các
thực nghim người ta dùng các thiết bị có độ phân giải rất cao trên ton giải phổ
năng lượng. Các thí nghim ny thường chỉ có thể thực hin được bởi các thiết bị đo
thời gian bay của nơtron (n_TOF). Ngoi ra, các thực nghim đo s liu tiết din
2
phản ứng trong vùng cộng hưởng phân giải được còn được chuẩn hoá về các giá trị
đo chính xác trong vùng năng lượng thấp s dụng nguồn nơtron từ lò phản ứng.
Trong vùng năng lượng trung gian, do sự chồng chập của các cộng hưởng nên s
liu tiết din thể hin sự phụ thuộc đơn điu theo năng lượng. Một s các mô hình
v chương trình tính toán có thể mô tả khá chính xác đi với nhiều phản ứng hạt
nhân trong vùng năng lượng ny. Tuy nhiên các mô hình ny thường dựa trên các
tham s được khớp từ s liu đo thực nghim m vic đo s liu tiết din trong vùng
ny cần có các chùm nơtron đơn năng từ máy gia tc hạt Van de Graff hoặc các
chùm nơtron phin lọc từ lò phản ứng nghiên cứu.
Vì những lý do v tồn tại đ nêu, vic nghiên cứu phát triển các kỹ thuật tạo
nơtron năng lượng trung gian, đặc bit l các nơtron đơn năng trên lò phản ứng
nghiên cứu công suất nhỏ v trên máy gia tc phục vụ đo s liu hạt nhân vẫn được
các nước quan tâm.
Ở Vit Nam, từ những năm 1990, kỹ thuật phin lọc đđược áp dụng thnh công
tại kênh ngang s 4 (KS4) lò phản ứng hạt nhân Đ Lạt để tạo ra các chùm nơtron
phin lọc nhit, 55 keV và 144 keV phục vụ các nghiên cứu về đo đạc thực nghim
s liu hạt nhân, phân tích nguyên t bằng phương pháp PGNAA, chụp ảnh nơtron
v đo tạo nhân lực [1]. Trong bi cảnh hin nay, nước ta đang tiến đến sản xuất
đin nguyên t v tăng cường phát triển các ứng dụng phi đin năng của khoa học
v kỹ thuật hạt nhân, phục vụ sự phát triển chung của nền kinh tế x hội. Để góp
phần nâng cao tiềm lực về cơ sở nghiên cứu vật lý hạt nhân v đo tạo nhân lực, vic
nghiên cứu phát triển một s chùm nơtron phin lọc đơn năng mới trên cơ sở các kênh
ngang của lò phản ứng hạt nhân Đ Lạt v các nghiên cứu, ứng dụng liên quan được
thực hin trong luận án ny.
Đề ti luận án được đặt ra nhằm mục tiêu:
1. Tạo ra các chùm nơtron phin lọc mới dải năng lượng keV và nâng cao chất
lượng 2 chùm nơtron 55 keV v 144 keV hin có tại KS4 lò phản ứng hạt
nhân Đ Lạt.
3
2. Nghiên cứu tiết din nơtron ton phần của các vật liu lò phản ứng trên các
chùm nơtron phin lọc đơn năng dải keV.
3. Nghiên cứu đặc trưng phổ phát xạ gamma từ phản ứng bắt nơtron nhit của
các vật liu lò phản ứng.
2. Nội dung luận án
Với các mục tiêu nêu trên, luận án cần giải quyết các nội dung sau:
1. Phát triển hai chùm nơtron phin lọc mới là 59 keV và 133 keV s dụng
chương trình tính toán mô phỏng Monte Carlo MCNP5. Tính toán nâng cao
chất lượng 2 chùm nơtron hin có là 55 keV và 144 keV với độ sạch đạt
98%. Đo đạc thực nghim các đặc trưng cơ bản của các chùm nơtron phin
lọc 54 keV, 59 keV, 133 keV và 148 keV bằng h phổ kế prôton giật lùi.
2. Xác định thực nghim tiết din nơtron ton phần của các vật liu cấu trúc
lò phản ứng 12C, 93Nb và 238U trên các chùm nơtron phin lọc 24 keV, 54 keV,
59 keV, 133 keV và 148 keV.
3. Xác định thực nghim phổ phát xạ gamma từ phản ứng bắt nơtron nhit của
các vật liu chuẩn cho phương pháp PGNAA l 36Cl và vật liu cấu trúc lò
phản ứng là 49Ti.
3. Đóng góp mới của luận án
1. Tạo 02 chùm nơtron phin lọc mới là 59 keV và 133 keV với độ sạch đạt
93%, thông lượng nơtron tại vị trí chiếu mẫu là 5,2 105 và 3,3 105 n.cm-
2.s-1. Các chùm nơtron phin lọc mới được phát triển trên cơ sở các vật liu
tự nhiên có giá thành phù hợp với điều kin nghiên cứu của Vit Nam, đảm
bảo chất lượng cho vic nghiên cứu s liu hạt nhân.
2. Xây dựng được h phổ kế prôton giật lùi và hoàn thin phương pháp đo v
x lý s liu thực nghim đo tiết din nơtron ton phần bằng kỹ thuật đo
truyền qua. Phương pháp v thiết bị ny đ được ứng dụng thành công trong
vic đo chỉ s hydro trong mẫu đá móng dầu khí.