Tài liệu đo phân bố suất liều neutron đối với howitzer nước dùng nguồn đồng vị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH LÊ THỊ MỘNG THUẦN ĐO PHÂN BỐ SUẤT LIỀU NEUTRON ĐỐI VỚI HOWITZER NƯỚC DÙNG NGUỒN ĐỒNG VỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH LÊ THỊ MỘNG THUẦN ĐO PHÂN BỐ SUẤT LIỀU NEUTRON ĐỐI VỚI HOWITZER NƯỚC DÙNG NGUỒN ĐỒNG VỊ Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, HN & NLC Mã số: 60.44.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN VĂN HÙNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2011 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, hướng dẫn và động viên của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Thầy TS. Nguyễn Văn Hùng đã tận tình hướng dẫn những kiến thức chuyên môn và những kinh nghiệm quý báu giúp tôi hoàn thành luận văn. Các anh Phạm Ngọc Sơn, Nguyễn Xuân Hải, Hồ Hữu Thắng, Phòng Vật lý và Điện tử hạt nhân, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, đã chia sẻ kinh nghiệm và góp ý, tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành việc đo đạc thực nghiệm. Gia đình và tập thể lớp cao học ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao K20 đã động viên tôi trong suốt thời gian học cao học cũng như thời gian thực hiện luận văn này. Tác giả luận văn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc -----------ooooo----------- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan về tính chân thực của bản luận văn này. Các số liệu thực nghiệm trong bản luận văn này là của chính bản thân tôi thực hiện. Luận văn này hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Văn Hùng mà không phải sao chép từ bất cứ công trình nào của người khác. Tác giả luận văn MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 3 LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................... 7 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................... 9 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .................................................................. 14 1.1 Các nguồn neutron đồng vị và đặc trưng của chúng ....................................... 14 1.1.1 Nguồn (α, n) ............................................................................................. 15 1.1.2 Nguồn (γ, n) .............................................................................................. 20 1.1.3 Nguồn neutron do phân chia tự phát......................................................... 21 1.2 Đặc trưng làm chậm và khuếch tán neutron trong môi trường nước .............. 22 1.2.1 Làm chậm neutron ................................................................................... 22 1.2.2 Khuếch tán neutron . ................................................................................. 29 1.2.3 Phân bố không gian của các neutron làm chậm........................................ 34 1.2.4 Độ dài khuếch tán neutron ........................................................................ 36 1.3 Howitzer nước dùng nguồn neutron đồng vị ................................................... 38 1.3.1 Ích lợi và cấu tạo của Howitzer ................................................................ 38 1.3.2 Howitzer ở Trung tâm đào tạo, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt.......... 39 1.4 Phương pháp đo suất liều neutron dùng lá dò đồng vị ................................... 40 1.4.1 Kích hoạt các lá dò đồng vị trong trường hợp bọc và không bọc Cadmi............. 40 1.4.2 Tính thông lượng neutron nhiệt và trên nhiệt ........................................... 44 1.4.3 Chuyển từ thông lượng neutron sang suất liều ......................................... 45 1.5 Các thiết bị ghi đo neutron ............................................................................. 46 1.5.1 Ghi nhận neutron chậm ............................................................................. 49 1.5.2 Ghi nhận neutron nhanh............................................................................ 51 1.5.3 Ghi nhận neutron trung bình ..................................................................... 53 1.5.4 Một số dụng cụ đo liều neutron ................................................................ 54 1.6 Tổng quan về các đại lượng mô tả chùm bức xạ ............................................ 57 1.7 An toàn bức xạ khi sử dụng nguồn neutron ................................................... 63 1.7.1 Tương tác của neutron với vật chất .......................................................... 63 1.7.2 Tính toán che chắn bức xạ neutron ........................................................... 65 1.7.3 Những nguyên tắc bảo vệ chống bức xạ và giới hạn liều ......................... 66 Chương 2. ĐO PHÂN BỐ SUẤT LIỀU NEUTRON ............................................... 72 2.1 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ........................................................................ 72 2.1.1 Lá dò ......................................................................................................... 72 2.1.2 Thanh đặt lá dò và hộp Cadmi .................................................................. 74 2.1.3 Nguồn neutron .......................................................................................... 75 2.1.4 Hệ phổ kế gamma phòng Vật lý và Điện tử hạt nhân, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt .................................................................................................. 76 2.1.5 Máy đo liều gamma và neutron xách tay .................................................. 78 2.2 Đo phân bố suất liều neutron bằng phương pháp kích hoạt lá dò ................... 80 2.2.1 Chiếu kích hoạt và tính hoạt độ các lá dò trần.......................................... 81 2.2.2 Chiếu kích hoạt và đo phổ gamma các lá dò bọc Cadmi .......................... 84 2.2.3 Tính thông lượng neutron và suất liều tương ứng .................................... 86 2.3 Đo phân bố suất liều neutron và gamma bằng máy đo liều xách tay .............. 91 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 93 3.1 Phân bố thông lượng neutron .......................................................................... 93 3.2 Phân bố suất liều neutron ................................................................................ 94 3.3 Đánh giá an toàn bức xạ khi sử dụng Howitzer .............................................. 95 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 100 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 102 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phổ neutron của nguồn Ra-Be ...................................................................16 Hình 1.2 Container chứa nguồn Ra-Be .....................................................................17 Hình 1.3 Chuỗi phân rã của 238U từ đoạn 226Ra đến 206Pb ........................................17 Hình 1.4 Phổ năng lượng của nguồn Po-Be ..............................................................18 Hình 1.5 Phổ năng lượng của nguồn Am-Be ............................................................19 Hình 1.6 Sơ đồ phân rã của antimony thành 124Te ....................................................20 Hình 1.7 Phổ năng lượng neutron của nguồn tương tự phổ neutron phân chia ........22 Hình 1.8 Sơ đồ phân rã và phổ năng lượng của nguồn 252Cf ...................................22 Hình 1.9 Sơ đồ tán xạ đàn hồi của neutron lên hạt nhân A trong hệ tọa độ PTN và TQT ...........................................................................................................................23 Hình 1.10 Sơ đồ tính ξ ..............................................................................................24 Hình 1.11 Tiết diện bắt neutron và tán xạ đàn hồi của H .........................................27 Hình 1.12 Tiết diện tán xạ đàn hồi của 16O ...............................................................27 Hình 1.13 Sơ đồ tính mật độ dòng neutron ...............................................................29 Hình 1.14 Sơ đồ tán xạ neutron.................................................................................32 Hình 1.15 Sơ đồ làm chậm và khuếch tán neutron ...................................................38 Hình 1.16 Một Howitzer neutron đơn giản trong thực tế .........................................39 Hình 1.17 Hệ Howitzer ở Viện NCHN Đà Lạt .........................................................40 Hình 1.18 Quá trình bắt neutron của hạt nhân bia ....................................................41 Hình 1.19 Thông lượng neutron trên 1mrem/h phụ thuộc năng lượng neutron .......46 Hình 1.20 Ống đếm dài .............................................................................................52 Hình 1.21 Liều kế neutron nhanh ..............................................................................55 Hình 1.22 Sự phụ thuộc của suất liều vào năng lượng neutron ................................55 Hình 1.23 Ống đếm BF 3 ...........................................................................................56 Hình 1.24 Sự phụ thuộc của tốc độ đếm vào năng lượng neutron ............................57 Hình 1.25 Giản đồ vật liệu che chắn một số bức xạ .................................................68 Hình 2.1 Các lá dò Au dùng trong thí nghiệm ..........................................................73 Hình 2.2 Các lá dò sau bọc Cd và chiếu trần khi chuẩn bị xong ..............................73 Hình 2.3 Các thanh nhôm sau khi được gia công .....................................................74 Hình 2.4 Hộp Cadmi .................................................................................................75 Hình 2.5 Mặt cắt dọc của nguồn 252Cf ......................................................................76 Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma .....................................................................76 Hình 2.7 Ảnh chụp Hệ phổ kế gamma phòng Vật lý và Điện tử hạt nhân ...............77 Hình 2.8 Hiệu suất ghi đỉnh theo năng lượng ...........................................................78 Hình 2.11 Thanh nhôm đã gắn các lá dò trần ...........................................................81 Hình 2.12 Bố trí thí nghiệm chiếu lá dò trần ............................................................82 Hình 2.13 Thanh nhôm đã gắn lá dò bọc Cd ............................................................84 Hình 2.14 Bố trí thí nghiệm chiếu các lá dò bọc cadmi ............................................85 Hình 3.1 Phân bố thông lượng neutron nhiệt và trên nhiệt .......................................93 Hình 3.2 Phân bố suất liều neutron nhiệt và trên nhiệt .............................................94 Hình 3.3 Phân bố suất liều gamma xung quanh Howitzer ........................................95 Hình 3.4 Phân bố suất liều neutron xung quanh Howitzer .......................................95 Hình 3.5 Thông lượng neutron mô phỏng.................................................................97 Hình 3.6 Thông lượng neutron tính từ thực nghiệm .................................................97 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các nguyên tố phát α trong nguồn Ra-Be ................................................15 Bảng 1.2 Các tia γ có năng lượng cao trong nguồn Ra-Be ......................................16 Bảng 1.3 Đặc trưng của một số hợp chất Am-Be ....................................................19 Bảng 1.4 Một số đồng vị phóng xạ dùng làm nguồn neutron ..................................21 Bảng 1.5 Thông số làm chậm neutron của một số chất ...........................................26 Bảng 1.6 Các thông số làm chậm và khuếch tán neutron ........................................36 Bảng 1.7 Thông lượng neutron cho suất liều hiệu dụng 1mrem/h...........................45 Bảng 1.8 Những phản ứng với neutron nhiệt ...........................................................48 Bảng 1.9 Những phản ứng có ngưỡng .....................................................................48 Bảng 1.10 Trọng số bức xạ W R của một số bức xạ theo khuyến cáo của ICRP (1990) ........................................................................................................................61 Bảng 1.11 Trọng số mô ............................................................................................62 Bảng 1.13 Bề dày HVT và TVT của một số vật liệu cản xạ....................................69 Bảng 1.14 Các giới hạn liều do ICRP khuyến cáo (1990) .......................................71 Bảng 2.1 Khối lượng và kí hiệu các lá dò ................................................................73 Bảng 2.2 Các phản ứng kích hoạt đối với thanh nhôm ............................................75 Bảng 2.3 Các thông số của phản ứng 197Au bắt neutron ..........................................80 Bảng 2.4 Thời gian chiếu các lá dò trần ...................................................................82 Bảng 2.5 Diện tích đỉnh N p của các lá dò chiếu trần ...............................................83 Bảng 2.6 Hoạt độ riêng các lá dò chiếu trần ............................................................83 Bảng 2.7 Diện tích đỉnh các lá dò bọc Cd ................................................................86 Bảng 2.8 Hoạt độ các lá dò bọc Cd ..........................................................................86 Bảng 2.9 Hệ số chuyển từ thông lượng sang suất liều .............................................87 Bảng 2.10 Kết quả thông lượng và suất liều tương đương neutron nhiệt ................88 Bảng 2.11 Hệ số chuyển đổi suất liều cho neutron trên nhiệt..................................88 Bảng 2.12 Kết quả thông lượng và suất liều neutron trên nhiệt ..............................89 Bảng 2.13 Kết quả suất liều xung quanh Howitzer..................................................92 Bảng 3.1 Phân bố thông lượng neutron....................................................................93 Bảng 3.2 Suất liều neutron bên trong Howitzer .......................................................94 Bảng 3.3 Các thành phần hóa học của nhôm 6061 ..................................................96 Bảng 3.4 Hoạt độ phóng xạ cho 1kg nhôm ..............................................................96 MỞ ĐẦU I. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước [3] Trên thế giới, để phục vụ các nghiên cứu và đào tạo nguồn nhân lực trong lĩnh vực vật lý neutron và vật lý lò phản ứng, các cơ sở đào tạo (như Đại học công nghệ Tokyo, Nhật Bản; Đại học MIT, Mỹ; Đại học Thanh Hoa, Bắc Kinh, Trung Quốc, v.v.), Trung tâm đào tạo thuộc các Viện nghiên cứu (như NuHRDeC/JAEA, Nhật Bản; NTC/KAERI, Hàn Quốc, v.v.) đều có các phòng thí nghiệm với Howitzer chứa nước hay graphite (dùng nguồn neutron đồng vị như 252 Cf, Am-Be, v.v.) để học 241 viên có thể tiến hành đo đạc các đặc trưng vật lý neutron cơ bản như: đo độ dài làm chậm và khuếch tán neutron, phổ và thông lượng neutron, kích hoạt mẫu trên nguồn neutron đồng vị, định liều neutron và thực hiện các tính toán mô phỏng. Theo chương trình phát triển nguồn nhân trong lĩnh vực hạt nhân nói chung và điện hạt nhân nói riêng ở nước ta (Vừa qua, Chính phủ và Quốc hội nước ta đã thông qua Chương trình phát triển điện hạt nhân: sẽ xây dựng hai nhà máy điện hạt nhân với tổng công suất 4000 MWe ở tỉnh Ninh Thuận và năm 2014 sẽ bắt đầu khởi công xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên với công suất 2000 MWe, trong đó vấn đề huấn luyện và đào tạo cán bộ để đáp ứng nguồn nhân lực cho nhà máy điện hạt nhân trong tương lai rất được quan tâm), hiện nay hàng năm có nhiều đoàn cán bộ (như Tập đoàn Điện lực Việt Nam “EVN”, khóa huấn luyện “Chuyên ngành điện hạt nhân” của Viện NLNTVN) và sinh viên/học viên cao học chuyên ngành công nghệ hạt nhân/vật lý hạt nhân (như ĐHKHTN Hà Nội, ĐHBK Hà Nội, ĐHKHTN Tp. HCM, ĐHSP Tp. HCM, ĐH Đà Lạt) tới Viện Nghiên cứu hạt nhân (NCHN) để thực tập/làm khóa luận tốt nghiệp đại học/luận văn tốt nghiệp cao học, v.v. Cho nên, việc nghiên cứu những đặc trưng cơ bản của neutron như đo suất liều neutron dùng nguồn đồng vị là điều kiện thuận lợi và không phụ thuộc vào kế hoạch Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt hoạt động (Lò IVV-9 này hoạt động chỉ 1 tuần/tháng). Hiện nay Lò đã ngừng hoạt động để chuẩn bị cho việc chuyển đổi thanh nhiên liệu. II. Lý do chọn đề tài Trên cơ sở đang triển khai một đề tài nghiên cứu KH-CN cấp Bộ tài khóa 20102011 của Viện NCHN Đà Lạt do GVHD chủ nhiệm (đã thiết kế hệ thống thực nghiệm với Howitzer chứa nước và hệ điện tử đo neutron trong năm 2010 và đầu năm 2011), tôi đã chọn một phần công việc quan trọng đầu tiên trong năm 2011 là : “Đo phân bố suất liều neutron đối với Howitzer nước dùng nguồn đồng vị”. Nguồn đồng vị dùng trong đề tài là nguồn neutron 252Cf – Đây là là lý do chọn đề tài luận văn. III. Mục tiêu đề tài Xác định thực nghiệm phân bố suất liều neutron đối với Howitzer nước dùng nguồn 252Cf bên trong và xung quanh Howitzer. Bên trong Howitzer: xác định phân bố thông lượng neutron theo bán kính sau đó chuyển qua suất liều; bên ngoài Howitzer: đo suất liều trực tiếp bằng máy đo liều xách tay. IV. Đối tượng, phạm vi khảo sát  Đối tượng: Howitzer nước nhẹ dùng nguồn neutron 252Cf .  Phạm vi khảo sát: Đo đạc xác định thực nghiệm phân bố suất liều neutron đối với nguồn đồng vị Cf bên trong và xung quanh Howitzer nước bằng 252 phương pháp kích hoạt lá dò và máy đo liều neutron. V. Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm. VI. Bố cục luận văn : gồm có 4 phần MỞ ĐẦU : nêu tổng quan tình hình nghiên cứu, giới thiệu nội dung và mục đích đề tài. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT: gồm 1 chương Chương 1: Nêu đặc các trưng của neutron, làm chậm khuếch tán neutron, Howitzer nước dùng nguồn đồng vị và tổng quan về an toàn bức xạ. THỰC NGHIỆM: gồm 2 chương: Chương 2: Trình bày chi tiết về những thiết bị, dụng cụ thí nghiệm và các bước đo đạc, tính toán thông lượng, phân bố suất liều neutron trong Howitzer nước bằng phương pháp kích hoạt lá dò và máy đo liều xách tay. Chương 3: Kết quả và thảo luận kết quả đạt được. KẾT LUẬN: Tổng kết những kết quả đạt được và đề nghị nghiên cứu tiếp theo. Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Các nguồn neutron đồng vị và đặc trưng của chúng Có nhiều loại nguồn neutron, tuy nhiên có thể chia thành các loại chính sau: nguồn neutron đồng vị, nguồn neutron từ những máy gia tốc, nguồn neutron trong lò phản ứng, nguồn neutron là các đồng vị tự phân chia. Các nguồn neutron trên được hình thành dựa trên một trong các phản ứng sau: (α, n), (d, n), (p, n), (γ, n)… Phản ứng (α, n): A Z A+ 3 Z +2 X + 24 He → Y + 01n + Q Giá trị Q có thể dương (phản ứng tỏa năng lượng), hoặc có thể âm (phản ứng thu năng lượng). Phản ứng (d, n): A Z X + 12 H → A+1 Z +1 Y + 01n + Q Do năng lượng liên kết của deuteron nhỏ nên hạt nhân hợp phần tạo nên khi bắt deutron bị kích thích rất mạnh, do đó hầu hết những nhản ứng (d, n) thường là phản ứng tỏa năng lượng. Phản ứng (p, n): A Z X + 11H → Y + 01n + Q A Z +1 Trong trường hợp phản ứng (p,n), hạt nhân A Z Y được tạo nên từ hạt nhân A Z +1 A cũng giống như là kết quả của quá trình phân rã β của hạt nhân ZA A .Chúng ta biết rằng phân rã β là khả dĩ và năng lượng cực đại của hạt β bằng E β . Đối với đại lượng Q trong trường hợp phản ứng (p,n) chúng ta có hệ thức Q = Eβ - Qn Với Q n = 0,782 MeV là giá trị của Q trong phân rã β của neutron. Chẳng hạn với Triti là nhân phát β và có E β = 18 keV nên Q = 18 keV – 0,782 MeV = -764 keV. Tất cả những phản ứng (p, n) đều là phản ứng thu năng lượng Phản ứng (γ, n) : A Z X +γ → A−1 Z Y + 01n + Q Phản ứng (γ, n) luôn thu nhiệt, nên muốn phản ứng xảy ra thì chùm γ tới phải vượt quá năng lượng ngưỡng. Những mục sau sẽ trình bày một số nguồn neutron đồng vị thông dụng. 1.1.1 Nguồn (α, n) [10], [14], [17] 1.1.1.1 Nguồn neutron đồng vị Ra-Be 9 4 Be + 24 He → 126 C + 01n + γ + 5,7 MeV Tiết diện phản ứng là σ = 300 mb Các đặc điểm: nguồn neutron có cường độ cao, đẳng hướng và hầu như không thay đổi theo thời gian do chu kỳ bán hủy lớn (T 1/2 = 1620 năm). Vì thế nguồn Ra-Be thường được dùng làm nguồn chuẩn. Tuy nhiên nó có nhược điểm lớn là phát bức xạ γ kèm theo khá mạnh nên khó che chắn bảo vệ, các tia gamma này lại gây ra các phản ứng thứ cấp sinh thêm neutron làm phổ neutron rộng ra, năng lượng cực đại của neutron có thể đạt đến 14 MeV. Phổ neutron là liên tục vì năng lượng hạt α giảm liên tục trong nguồn. Cơ chế phát neutron : nguồn tạo hạt alpha lấy từ đồng vị phóng xạ tự nhiên sinh ra trong quá trình phân rã 238 U. Cứ 1g 226Ra có 3,7.1010 phân rã/s. Cứ 1 phân rã sẽ phát ra 1 hạt α năng lượng cao E α1 = 4,78 MeV (94%) và E α2 = 4,59 MeV (6%). Ngoài Ra còn có 4 nhân con khác phát α với năng lượng cao (từ 5,5 đến 7,7 226 MeV) làm tăng độ phóng xạ của Ra. Các nguyên tố này đều góp phần vào việc sinh neutron (xem bảng 1.1). Bảng 1.1 Các nguyên tố phát α trong nguồn Ra-Be Nguyên tố Năng lượng hạt α Chu kỳ bán hủy Phần đóng góp phóng xạ (MeV) tạo neutron 226 Ra 4,791 1620 y 5,2 % 222 Rn 5,486 3,83 d 11,1% 218 5,998 3,05 min 18,1% 214 7,680 1,5.10-4 s 56,5% 210 5,298 138,3 s 9,1% Po Po Po Các nguyên tố con phát β và hình thành hạt nhân ở trạng thái kích thích. Khi trở về trạng thái cơ bản chúng phát tia γ. Nếu E γ > 1,66 MeV thì sẽ tương tác với Be theo phản ứng 9Be (γ, n) 8Be. Nghĩa là phát ra neutron thứ cấp làm tăng công suất nguồn và làm phổ neutron rộng ra. Các tia γ có năng lượng cao trong nguồn ứng với năng lượng neutron được liệt kê trong bảng 1.2. Bảng 1.2 Các tia γ có năng lượng cao trong nguồn Ra-Be E γ (MeV) Suất ra γ đối với một Năng lượng neutron 226 phân rã của Ra trong phản ứng (γ, n) (keV) 1,690 0,00224 21 1,761 0,143 84 1,820 0,024 137 2,090 0,022 377 2,200 0,059 475 2,420 0,025 670 Như vậy chúng góp phần kéo dài phổ về phía năng lượng thấp. Trên hình 1.1 là phổ năng lượng của neutron do nguồn Ra-Be sinh ra do một số tác giả đo đạc và phổ do Hess tính. Hình 1.1 Phổ neutron của nguồn Ra-Be Phổ neutron có các đặc điểm: phổ liên tục, cực đại năng lượng lên tới 13,1 MeV (ứng với E α = 7,68 MeV); số neutron có năng lượng 4 MeV chiếm nhiều nhất; năng lượng trung bình của neutron là 5 MeV; khoảng năng lượng có cường độ mạnh nhất là từ 3 đến 7 MeV. Chế tạo nguồn: bột Be và RaBr được trộn và nén với áp suất cao để có khối lượng riêng ρ = 1,75 g/cm3. Bọc khối đó bằng thau hoặc kền. Hình 1.2 Container chứa nguồn Ra-Be Trộn theo tỉ lệ Ra 1 = , điều này đảm bảo rằng hạt α chỉ gặp Be trên đường đi Be 5 của chúng. Tia α có năng lượng E α = 5 MeV trong khối bột ρ = 1,75 g/cm3 có quãng chạy 37 μm, 1g 226Ra cho nguồn có cường độ 1,5.107 n/s. Sơ đồ phân rã của 238U từ đoạn 226Ra đến 206Pb được trình bày trong hình 1.3. Hình 1.3 Chuỗi phân rã của 238U từ đoạn 226Ra đến 206Pb 1.1.1.2 Nguồn Po-Be Neutron sinh ra trong phản ứng Be(α, n)C. Hạt α trong nguồn này được nhận từ 210 84 Po , còn 210 84 Po được tạo từ 2 cách: từ − 210 β họ phóng xạ của 226Ra hoặc từ phản ứng: 209Bi(n, γ)210Bi  → Po. Po phát ra α với E α = 5,298 MeV với chu kỳ bán hủy 138,5 ngày. 210 Các đặc điểm: Po không phát bức xạ β và γ. Vì vậy nguồn Po-Be có ưu 210 điểm lớn là không có phông γ kèm theo, rất tiện cho việc che chắn bảo vệ; phổ neutron liên tục từ 0 đến 11 MeV (xem hình 1.4), năng lượng trung bình E n = 4 MeV; hiệu suất: 1Ci Po cho nguồn neutron có cường độ 2,5.106 n/s. Nhược điểm của nguồn này là thời gian sống ngắn. Hình 1.4 Phổ năng lượng của nguồn Po-Be 1.1.1.3 Nguồn Pu-Be Neutron sinh ra trong phản ứng Be(α, n)C. Pu phát ra các hạt α có năng 239 lượng sau : E α1 = 5,15 MeV , E α2 = 5,13 MeV, E α3 = 5,10 MeV. Với chu kỳ bán hủy 24360 năm. Các đặc điểm : cứ 1 gam 239 Pu phát kèm theo bức xạ γ mềm, phổ năng lượng liên tục, 239 Pu cho nguồn có cường độ 8,5.104 n/s. Nhược điểm là khi nguồn nằm trong trường neutron cường độ nguồn thay đổi do phân hạch của 239Pu. 1.1.1.4 Nguồn Rn-Be Dựa vào phản ứng Be(α, n)C. Nguồn này được sử dụng rộng rãi do việc chế tạo đơn giản, thường được dùng trong thiết bị bốc khí phóng xạ. Các đặc điểm : Ít ổn định so với nguồn Ra-Be vì nó phân rã nhanh hơn ; kích thước nguồn này thường rất nhỏ. Ví dụ : nguồn 500 mCi có dạng ống dài từ 3 đến 5 cm, đường kính từ 3 đến 6 mm ; hiệu suất gần bằng hiệu suất nguồn Ra-Be ; phổ năng lượng gần trùng với phổ của nguồn Ra-Be. 1.1.1.5 Nguồn Am-Be Neutron sinh ra trong phản ứng Be(α, n)C. Chế tạo nguồn: trộn bột Am với Be thành hỗn hợp Am-Be. 241Am có chu kỳ bán hủy 470 năm, phát hạt α với năng lượng E α = 5,4 MeV, sau đó phát γ có năng lượng trong khoảng 40 đến 60 keV. Phổ năng lượng của nguồn Am-Be được cho ở hình 1.5. Runnals và Boucher đã điều chế hai hợp chất Am-Be theo hai tỉ số nguyên tử Be và tìm thấy các đặc trưng tương ứng ở bảng 1.3. Am Bảng 1.3 Đặc trưng của một số hợp chất Am-Be Tỷ số nguyên tử Be Am 236:1 14:1 Hạt α phát trong mỗi giây 2,97E+9 3,24E+9 Hiệu suất phát neutron 2,13E+5 1.57E+5 Số neutron phát ra trên 106 hạt α 71,7 48,5 Hình 1.5 Phổ năng lượng của nguồn Am-Be 1.1.2 Nguồn (γ, n) Phản ứng (γ, n) luôn thu nhiệt, nên muốn phản ứng xảy ra thì chùm γ tới phải vượt qua năng lượng ngưỡng. Tia γ thông thường có E γ < 3 MeV nên chỉ thực hiện được với bia nhẹ như Be và d. Hiện nay, người ta đã hoàn thiện các phương pháp dùng các phản ứng (p, n) và (d, n) để sản xuất các neutron đơn năng, nên các nguồn neutron dựa trên phản ứng (γ, n) ít được dùng đến, nó chỉ dùng làm nguồn chuẩn. Các đặc điểm: hiệu suất nhỏ; thời gian sống bé; nếu nguồn γ đơn năng thì nhận được neutron đơn năng. Nguồn Sb-Be là một dạng nguồn (γ, n). Antimony 124Sb phân rã β- với T 1/2 = 60,9 ngày để trở thành Te ở trạng thái kích thích, sau đó phát γ để trở về trạng 124 52 thái cơ bản theo hình 1.6. Hình 1.6 Sơ đồ phân rã của antimony thành 124Te Từ sơ đồ nhận thấy tia γ nhiều nhất có E γ = 1,69 MeV, nó tương tác với Be tạo neutron. Cứ 1 Ci tia γ của E γ = 1,69 MeV thì tạo nên nguồn có cường độ 107 n/s. Năng lượng neutron theo lý thuyết E n = (26 ± 1,5) keV.