0
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
___________________
PHẠM NGỌC SƠN
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT MATRẬN-R
TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN BẮT BỨC XẠ NƠTRON TRONG VÙNG
NĂNG LƯỢNG CỘNG HƯỞNG PHÂN GIẢI ĐƯỢC
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU SINH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. VƯƠNG HỮU TẤN
2. TS. MAI XUÂN TRUNG
ĐÀ LẠT, THÁNG 12/2012
1
MỤC LỤC
trang
TÓM TẮT 2
I. ĐẶT VẤN ĐỀ 3
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5
2.1. Lý thuyết ma trận-R 5
2.2. Phương pháp gần đúng Reich-Moore 9
2.3. Hiệu chính mở rộng đỉnh Doppler 11
2.4. Phát triển chương trình tính toán CrossComp 12
2.4.1. Mô tả chương trình CrossComp 12
2.4.2. Định dạng file input các tham số và file output 15
2.4.3. Các giá trị tổ hợp spin được sử dụng trong chương trình 17
2.4.4. Kiểm tra, hiệu chỉnh và hiệu lực hoá chương trình CrossComp 19
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21
IV. KẾT LUẬN 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO 26
2
TÓM TẮT
Lý thuyết ma trận-R đã được áp dụng để phát triển chương trình tính toán số
liệu tiết diện bắt bức xạ nơtron và phân tích các tham số cộng hưởng trong vùng năng
lượng cộng hưởng phân giải được. Chương trình tính toán này đã được phát triển bằng
mã nguồn VC++6.0 và được gọi là chương trình “CrossComp”. Các mô hình lý thuyết
được sử dụng trong CrossComp là: mô hình gần đúng đa mức Reich-Moore, mô hình
Free Gas Model tính toán hiệu ứng mở rộng đỉnh Doppler. Chương trình CrossComp
đã được kiểm tra so sánh với số liệu đánh giá trong thư viện số liệu hạt nhân Jendl3.3.
và các kết quả so sánh cho thấy có sự phù hợp tốt khi sử dụng các dữ liệu đầu vào
trong cùng một file cơ sở dữ liệu. Như là một kết quả minh họa, chương trình
CrossComp đã được áp dụng để tính toán số liệu tiết diện bắt bức xạ nơtron của hạt
nhân La-139 trong khoảng năng lượng từ 10eV đến 8keV trên cơ sở các số liệu thực
nghiệm mới nhất về tham số cộng hưởng của hạt nhân này.
3
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Quá trình phản ứng bắt bức xạ nơtron đã quan sát được bằng thực nghiệm đối với
hầu hết các hạt nhân và có tốc độ phản ứng chiếm chủ yếu trong vùng năng lượng
nơtron nhiệt và năng lượng cộng hưởng. Phản ứng bắt bức xạ diễn ra khi một hạt nhân
bia (Z, A) hấp thu một nơtron tạo thành hạt nhân hợp phần (Z, A+1) ở trạng thái kích
thích trong khoảng năng lượng từ 4 đến 10MeV, năng lượng này bằng tổng động năng
của hạt nơtron tới và năng lượng hụt khối của hệ trước và sau khi phản ứng. Khi năng
lượng của hệ hạt nhân hợp phần bằng năng lượng của trạng thái kích thích (Eλ) thì một
cộng hưởng phản ứng sẽ được quan sát trên đường cong tiết diện bắt bức xạ nơtron
của hạt nhân bia. Thời gian sóng của trạng thái kích thích của hạt nhân hợp phần là rất
ngắn khoảng 10-14s và phân rã qua các trạng thái có năng lượng thấp hơn về mức cơ
bản theo đó các bức xạ sóng điện từ (tia gamma) được phát ra. Hạt nhân ở trạng thái
cơ bản có thể bền hoặc không bền đối với phân rã β hoặc α.
Hình 1: Sơ đồ mô tả tổng quát phản ứng bắt bức xạ nơtron
Số liệu tiết diện phản ứng hạt nhân là cơ sở quan trọng, cần thiết trong các lĩnh vực
nghiên cứu phát triển và ứng dụng của khoa học và công nghệ hạt nhân như: Nghiên
4
cứu vật lý hạt nhân cơ bản, thiết kế và phân tích an toàn lò phản ứng hạt nhân, quản lý,
lưu trữ và xử lý nhiên liệu trước và sau khi sử dụng, nghiên cứu vật lý hạt nhân thiên
văn, và các ứng dụng khác trong y học, công nghiệp, môi trường,... Các số liệu hạt
nhân cơ bản thu nhận được từ đo thực nghiệm hoặc tính toán lý thuyết cần phải được
phân tích, hiệu chỉnh và đánh giá trước khi biên dịch thành cơ sở dữ liệu phục vụ cho
các nghiên cứu và ứng dụng khác nhau. Cho đến nay, lý thuyết phản ứng hạt nhân vẫn
chưa phát triển đến mức có thể tính toán được số liệu tiết diện phản ứng hạt nhân một
cách chính xác từ các nguyên lý cơ bản và độc lập với số liệu thực nghiệm[1]. Do đó,
các nghiên cứu về đo số liệu thực nghiệm tiết diện phản ứng hạt nhân vẫn đóng một
vai trò quan trọng trong sự phát triển chung của lĩnh vực khoa học và công nghệ hạt
nhân. Tuy nhiên các số liệu đo thực nghiệm thường không được sử dụng một cách trực
tiếp cho các ứng dụng, do các điều kiện thực nghiệm không như là các điều kiện lý
tưởng, mà còn chịu các ảnh hưởng như hiệu ứng Doppler, hiệu ứng tự hấp thụ, tán xạ
nhiều lần và thường chỉ có thể đo được trong một dải năng lượng giới hạn nhất định
phụ thuộc vào thể loại và đặc trưng của từng thiết bị thí nghiệm. Để tạo ra các cơ sở dữ
liệu có hiệu quả sử dụng cao, các mô hình tính toán lý thuyết cần được áp dụng để
tham số hoá số liệu thực nghiệm và mô tả lại số liệu tiết diện phản ứng từ các tham số
này một cách có hệ thống. Các tham số phân tích được từ số liệu thực nghiệm thường
là các đặc trưng về cấu trúc cộng hưởng của hạt nhân như năng lượng cộng hưởng, độ
rộng mức, độ rộng bức xạ,... và được gọi là các tham số cộng hưởng. Lí thuyết ma
trận-R[2,5,6], được giới thiệu vào năm 1947 bởi hai nhà khoa học E.P. Wigner và L.
Eisenbud, là một mô hình lý thuyết tán xạ hạt nhân quan trọng được phát triển trong
nhiều thập niên qua và có nhiều ứng dụng với độ chính xác cao trong vùng năng lượng
cộng hưởng phân giải được.
Trong quá trình tính toán và đánh giá số liệu, các chương trình máy tính phát triển
trên cơ sở các mô hình lý thuyết, phương pháp gần đúng và kỹ thuật thống kê là rất
cần thiết. Để góp phần tạo ra các công cụ tính toán phục vụ cho hoạt động nghiên cứu
đánh giá, phân tích và phát triển số liệu hạt nhân, chuyên đề này đã được thực hiện với
mục tiêu nghiên cứu ứng dụng lý thuyết ma trận-R (hay còn gọi là lý thuyết tán xạ hạt
nhân) để tính toán số liệu tiết diện bắt bức xạ nơtron trong vùng năng lượng cộng
hưởng phân giải được. Để đạt được mục tiêu đặt ra, giải pháp thực hiện là trên cơ sở
ứng dụng lý thuyết ma trận-R nghiên cứu phát triển một chương trình máy tính bằng