zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đo thực nghiệm năng lượng bị mất của hạt alpha có năng lượng từ 4 đến 6 MeV trong không khí và trong khí IsoIsobutan

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Báo xấu

19
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Đo thực nghiệm năng lượng bị mất của hạt alpha có năng lượng từ 4 đến 6 MeV trong không khí và trong khí IsoIsobutan" với mục đích xác định độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong không khí và trong khí isoisobutan và so sánh với kết quả tính toán của chương trình SRIM.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đo thực nghiệm năng lượng bị mất của hạt alpha có năng lượng từ 4 đến 6 MeV trong không khí và trong khí IsoIsobutan

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Đặng Hồng Giang ĐO THỰC NGHIỆM NĂNG LƯỢNG BỊ MẤT CỦA HẠT ALPHA CÓ NĂNG LƯỢNG TỪ 4 ĐẾN 6 MEV TRONG KHÔNG KHÍ VÀ TRONG KHÍ ISOBUTAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Đặng Hồng Giang ĐO THỰC NGHIỆM NĂNG LƯỢNG BỊ MẤT CỦA HẠT ALPHA CÓ NĂNG LƯỢNG TỪ 4 ĐẾN 6 MEV TRONG KHÔNG KHÍ VÀ TRONG KHÍ ISOBUTAN Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Lê Hồng Khiêm Hà Nội – Năm 2014
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin bày tỏ lời cảm ơn tới các thầy cô trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên nói chung, và bộ môn Vật Lý Hạt Nhân nói riêng, đã nhiệt tình giảng dạy, truyền thụ cho tôi những kiến thức quý báu trong những năm qua. Đồng thời tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Lê Hồng Khiêm cùng toàn thể Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình và những người bạn đã luôn đồng hành, động viên khuyến khích – tạo nguồn động lực to lớn đề tôi hoàn thành luận văn của mình. Mặc dù bản thân có nhiều cố gắng nhưng trong thời gian thực hiện cũng như khi trình bày luận văn này không thể tránh khỏi những sai sót, xin quý thầy cô và mọi người đóng góp ý kiến. Xin chân thành cảm ơn ! Học viên Đặng Hồng Giang
Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 7 CHƯƠNG 1. TƯƠNG TÁC BỨC XẠ ALPHA VỚI VẬT CHẤT................... 10 1.1. Độ mất năng lượng riêng......................................................................... 10 1.2. Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất ................................................. 15 CHƯƠNG 2. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ...... 17 2.1. Bố trí thí nghiệm ..................................................................................... 17 2.2. Phương pháp phân tích............................................................................ 20 2.3. Giới thiệu phần mềm Kspect ................................................................... 21 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SO VỚI TÍNH TOÁN .................. 27 3.1. Giới thiệu phần mềm Srim ...................................................................... 27 3.2. Kết quả thí nghiệm. ................................................................................. 29 3.2.1. Chuẩn năng lượng. ................................................................................. 29 3.2.2. Kết quả phân tích phổ năng lượng và xử lý số liệu. ................................ 31 3.2.3. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả tính toán bằng Srim ............... 38 KẾT LUẬN...................................................................................................... 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 42 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 43 1. Chương trính máy tính được viết bằng Matlab ........................................ 43 1.1. Không khí .............................................................................................. 43 1.2. Khí Isobutan........................................................................................... 48 2. Độ mất năng lượng riêng của alpha trong khí P10 so sánh với SRIM...... 53 3. Phổ năng lượng của hạt alpha đối với không khí, Isobutan, P10.............. 54 Đặng Hồng Giang 4
Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Kết quả sau khi chuẩn năng lượng và áp suất đối với không khí....... 32 Bảng 3.2 Kết quả sau khi chuẩn năng lượng và áp suất đối với Isobutan. ......... 33 Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm Δx và ΔE đối với không khí............................ 34 Bảng 3.4 Kết quả thực nghiệm Δx và ΔE đối với khí Isobutan. ....................... 35 Bảng 3.5 Kết quả thực nghiệm dE/dx tương ứng với giá trị năng lượng ........... 36 Bảng 3.6 Kết quả thực nghiệm dE/dx tương ứng với giá trị năng lượng ........... 37 Bảng 3.7 Kết quả tính độ mất năng lượng riêng của phần mềm Srim đối với hạt alpha trong không khí và khí Isobutan.............................................................. 38 Bảng P1 Kêt quả đo phổ năng lượng và xác định tâm đỉnh hấp thụ toàn phần .. 53 Đặng Hồng Giang 5
Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tán xạ của hạt alpha trên electron...................................................... 10 Hình 1.2 Tán xạ của hạt alpha trên các electron trong lớp hình trụ ................... 11 Hình 1.3 Đường cong Bragg đối với độ ion hóa riêng của hạt alpha................. 14 Hình 1.4 Đường cong hấp thụ của hạt alpha ..................................................... 15 Hình 1.5 Sự phụ thuộc quãng chạy – năng lượng của hạt alpha trong không khí ......................................................................................................................... 16 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ...................................................................... 17 Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm trong thực tế ........................................................... 19 Hình 2.3 Giao diện phần mềm Kspect .............................................................. 21 Hình 2.4 Cửa sổ KSpect Calibration................................................................. 23 Hình 2.5 Các thông số trong tính toán thông tin ROI........................................ 24 Hình 3.1 Giao diện chính phần mềm Srim........................................................ 28 Hình 3.2 Phổ năng lượng của nguồn alpha hỗn hợp.......................................... 30 Hình 3.3 Đường chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế. ........................................... 30 Hình 3.4 Chuẩn áp suất đối với (a) không khí (b) khí Isobutan......................... 31 Hình 3.5 Kết quả thực nghiệm độ mất năng lượng riệng so với tính toán bằng SRIM của hạt alpha đối với không khí ............................................................. 39 Hình 3.6 Kết quả thực nghiệm độ mất năng lượng riệng so với tính toán bằng SRIM của hạt alpha đối với khí Isobutan.......................................................... 40 Hình P1 Kết quả thực nghiệm độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong khí P10 so với kết quả tính toán bằng SRIM. ......................................................... 54 Hình P2 Hình ảnh năm phổ của hạt alpha trong không khí được hiển thị trên cùng một đồ thị với áp suất khí -3, 100, 200.3, 300.3, 400 lần lượt là mầu xanh lục,xanh nước biển, vàng, cam, tím .................................................................. 54 Hình P3 Hình ảnh năm phổ của hạt alpha trong khí Isobutan được hiển thị trên cùng một đồ thị với áp suất khí -1, 24.1, 50.1, 74.5,104.6 lần lượt là màu xanh lục,xanh nước biển, vàng, cam, tím. ................................................................. 55 Hình P4 Hình ảnh năm phổ của hạt alpha trong khí P10 được hiển thị trên cùng một đồ thị với áp suất khí -1.6, 100, 201.7, 301.2, 399.1 lần lượt là màu xanh lục,xanh nước biển, vàng, cam, tím. ................................................................. 55 Đặng Hồng Giang 6
Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SRIM Stopping and Range of Ions in Matter . ROI Region of interest – Vùng quan tâm. PRAL Projection Range Algorihm. TRIM The Transport of Ions in Matter. ADC Analog-to-digital converter. MUSIC Multiple sampling ionization chamber. MCA Multi-Channel Analysis. Đặng Hồng Giang 7
Luận văn tốt nghiệp MỞ ĐẦU Độ mất năng lượng riêng của hạt tích điện trong các chất hấp thụ khác nhau là một thông số quan trọng trong nhiều lĩnh vực của vật lý hạt nhân và ứng dụng, phòng chống bức xạ, sinh học bức xạ và nhiều ngành khoa học liên quan khác. Bởi vì tính quan trọng của nó, các giá trị độ mất năng lượng riêng với dải năng lượng rộng trong các chất hấp thụ khác nhau vẫn tiếp tục được đo đạc cho đến hiện nay. Hơn nữa, một số chương trính tính độ mất năng lượng riêng đã được phát triển và tiếp tục hiệu chỉnh sử dụng kết quả thí nghiệm này. Trong số các chương trình này, SRIM là chương trình phổ biến nhất mà các nhà nghiên cứu sử dụng để tính độ mất năng lượng riêng của hạt tích điện trong vật chất nhất định. Phiên bản mới nhất của chương trình này là SRIM-2013. Có nhiều khí khác nhau được sử dụng khí làm chất hấp thụ trong các thí nghiệm hạt nhân. Để thiết kế thí nghiệm hạt nhân có kết quả tốt, độ mất năng lượng riêng của hạt tích điện trong không khí và trong các khí khác là một yếu tố cần thiết. Vì mục đích này, các kết quả tính toán của chương trình SRIM được sự dụng thay thế cho kết quả thực nghiệm vì trên thực tế không có nhiều kết quả độ mất năng lượng riêng thực nghiệm. Một khi các giá trị thay thế này được sử dụng, chúng cần được xác nhận độ chính xác. Do vậy, sự so sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm về độ mất năng lượng riêng phải được thực hiện. Bản luận văn với đề tài “Đo thực nghiệm năng lượng bị mất của hạt alpha có năng lượng từ 4 đến 6 MeV trong không khí và trong khí IsoIsobutan” với mục đích xác định độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong không khí và trong khí isoIsobutan và so sánh với kết quả tính toán của chương trình SRIM. Đặng Hồng Giang 8
Luận văn tốt nghiệp Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, bố cục luận văn được chia thành 3 chương : Chương 1 : Tương tác bức xạ alpha với vật chất - Độ mất năng lượng riêng của hạt alpha trong vật chất. - Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất. Chương 2 : Bố trí thí nghiệm và phương pháp phân tích - Mô tả cài đặt và các thiết bị dùng trong thí nghiệm. - Phương pháp xác định độ mất năng lượng riêng - Giới thiệu phần mềm ghi nhận phổ KSpect. Chương 3 : Kết quả thực nghiệm so với tính toán - Giới thiệu phần mềm tính toán độ mất năng lượng riêng SRIM. - Kết quả thí nghiệm - So sánh kết quả thực nghiệm với giá trị tính toán được bằng SRIM và ước lượng sai lệch. Luận văn được trình bày trong 53 trang, 20 hình vẽ, 8 bảng biểu và 7 tài liệu tham khảo. Đặng Hồng Giang 9
Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 1. TƯƠNG TÁC BỨC XẠ ALPHA VỚI VẬT CHẤT 1.1. Độ mất năng lượng riêng Về phương diện động học, sự tán xạ giữa hạt alpha với electron trong nguyên tử khác với sự tán xạ giữa các electron tới và electron trong nguyên tử. Còn về phương diện tương tác, cơ chế mất năng lượng chủ yếu của hạt alpha khi đi qua môi trường là tương tác tĩnh điện với các electron quỹ đạo của nguyên tử môi trường, làm kích thích và ion hóa các nguyên tử đó. Do đặc điểm tác dụng xa của lực Coulomd, chúng tương tác với một lượng lớn các electron. Để nghiên cứu sự mất năng lượng của hạt alpha, trước tiên ta xem xét quá trình va chạm của nó với một electron tự do. Sau đó lấy tổng hiệu ứng đối với tất cả electron của môi trường. Ta xét sự tương tác của hạt alpha có điện tích z = 2e, e = 1,6.10-19 C với electron điện tích – e, khối lượng me. Giả sử hạt alpha có vận tốc v bay qua electron với tham số ngắm b thì nó trao cho electron một động năng bằng : 2 z 2e4 1 E  (1.1) me v 2 b 2 Hình 1.1 Tán xạ của hạt alpha trên electron Để xem xét hiệu ứng của tất cả electron với cùng một tham số ngắm b, ta vẽ xung quanh quỹ đạo hạt vào một lớp hình trụ dài dx với một bán kính b, bề Đặng Hồng Giang 10
Luận văn tốt nghiệp dày db. Yếu tố thể tích này bằng V  2 bdbdx . Gọi ne là mật độ electron trong môi trường, đơn vị đo electron/cm3, thì số electron trong lớp hình trụ bằng Vne  2 nebdbdx . Khi đó hạt vào sẽ mất một năng lượng để truyền cho các electron trong yếu tố lớp hình trụ : 4 ne z 2 e4 db dE  EVne  dx (1.2) me v 2 b Hình 1.2 Tán xạ của hạt alpha trên các electron trong lớp hình trụ Độ mất năng lượng của hạt tới trên một đơn vị đường đi gọi là độ mất năng lượng riêng bằng : dE 4 ne z 2 e 4 db (b )  (1.3) dx me v 2 b Mật độ electron trong môi trường ne được tính theo công thức : NA NA ne   Z electron / cm 3   Z .10 6 electron / m 3 (1.4) A A Trong đó ρ(g/cm3), A(g/mole), và Z lần lượt là mật độ, phân tử khối và số điện tích phân tử của môi trường, NA = 6.02.1023 phân tử /mol. Độ mất năng lượng riêng tổng cộng nhận được khi tích phân biểu thức (1.3) theo tất cả các giá trị khả dĩ của tham số ngắm b, tức là từ 0 đến ∞. Tuy nhiên sẽ gặp khó khăn khi thực hiện tính tích phân này tại giới hạn dưới b = 0 do có b nằm dưới mẫu số của biểu thức (1.3) còn tại giới hạn trên b = ∞ do tích Đặng Hồng Giang 11
Luận văn tốt nghiệp phân bị phân kỳ. Do đó thay cho các giới hạn này ta lấy các giới hạn là bmin và bmax. Khi đó b dE max dE 4 ne z 2 e 4 bmax   (b) db  ln (1.5) dx bmin dx me v 2 bmin Khi hạt alpha chuyển động với vận tốc v c thì năng lượng cực đại mà nó truyền cho electron bằng Emax  2me v2 . Đồng nhất với công thức này với công thức (1.1) đối với ∆Emax, trong đó thay b bằng bmin ta được: ze 2 bmin  (1.6) me v 2 Để xác định bmax ta cần tính đến hiệu ứng liên kết của electron trong nguyên tử. Với b = bmax thì năng lượng của hạt alpha truyền cho electron không đủ để kích thích nguyên tử, tức là electron không còn tự do nữa. Như vậy bmax liên quan đến thế ion hóa nguyên tử : I  13.5Z (1.7) Trong đó I đo trong đơn vị eV, Z là số điện tích của nguyên tử, bmax được tính theo công thức sau : v bmax  (1.8) I bmax Ngoài ra để tính cần đưa vào hiệu ứng tương đối, khi đó năng lượng bmin truyền cực đại trờ thành Emax  2me v 2 / 1   2  , thông số ngắm cực đại trở thành v bmax  , trong đó   v / c , cần kể đến sự mất năng lượng do hiệu ứng I 1  2 Cherenkov, … Đặng Hồng Giang 12
Luận văn tốt nghiệp Công thức (1.4) chỉ đúng với tương tác của hạt tới và hạt electron nào đó không phụ thuộc vào sự có mặt của các electron khác trong môi trường. Trong thực tế, điều đó không đúng và ta phải hiệu chỉnh đối với công thức này do hiệu ứng mật độ. Với các hiệu chỉnh trên, độ mất năng lượng riêng của hạt alpha có dạng :  dE  4 ne z 2 e4  2me v 2  2     ln      U  (1.9)  dx ion me v 2  I 1   2   dE  Trong đó ký hiệu    biểu thị độ mất năng lượng riêng ( dấu âm) do  dx ion dE ion hóa, đơn vị đo erg/cm. Để tính    trong hệ đơn vị SI thì phải nhân  dx ion biểu thức 1.9 với hằng số điện tích k = 9.109 N.m2/C2. Các số hạng δ và U tính đến hiệu ứng mật độ và năng lượng liên kết của các electron lớp K và L. Trong trường hợp đơn giản không tính đến các hiệu chỉnh này, người ta thường dùng công thức :  dE  4 ne z 2e 4  2me v 2  2     ln    (1.10) me v 2  I 1    2  dx ion  Phương trình (1.10) được gọi là công thức Bethe. Nếu không tính đến sự phụ thuộc vào khối lượng của hạt alpha, tốc độ mất năng lượng riêng của nó phụ thuộc vào vận tốc và mật độ electron trong môi trường như sau : dE z 2 ne f ( v ) (1.11) dx Do hạt alpha truyền năng lượng cho các electron nên nó ion hóa môi trường, tức là tạo nên các cặp ion dọc theo đường đi của mình. Độ ion hóa riêng Đặng Hồng Giang 13
Luận văn tốt nghiệp là số cặp ion tạo ra trên một đơn vị quãng đường đi. Đối với hạt alpha có điện tích +2e và khối lượng rất lớn, dẫn tới vận tốc của nó tương đối thấp, nên độ ion hóa riêng của nó rất cao, vào khoảng hàng chục nghìn cặp ion trên 1 cm trong không khí. Dọc theo đường đi của mình trong vật chất, do năng lượng bị mất dần nên hạt alpha đi chậm dần và độ ion hóa riêng tăng dần. Đến khi sắp hết năng lượng, độ ion hóa tăng nhanh và sau đó giảm đến 0 khi giảm đến 0 khi hạt alpha dừng. Điều nay được minh họa trên đường cong Bragg, hình 1.3. Hình 1.3 Đường cong Bragg đối với độ ion hóa riêng của hạt alpha Khi hạt alpha ion hóa nguyên tử môi trường, nó mất một phần năng lượng Et để đánh bật một electron quỹ đạo ra ngoài. Động năng Ee của electron bị bắn ra liên hệ với thế ion hóa I của nguyên tử và độ mất năng lượng Et như sau Ee  Et  I (1.12) Trong nhiều trường hợp electron bắn ra có động năng đủ lớn để có thể ion hóa nguyên tử tiếp theo, đó là electron thứ cấp và được gọi là delta electron. Delta electron ban đầu với động năng cỡ 1000 eV có thể tạo nên 1 chuỗi các delta electron thứ cấp và một chuỗi các cặp ion. Đặng Hồng Giang 14
Luận văn tốt nghiệp 1.2. Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất Đối với hạt alpha tới có điện tích 2e đi qua một môi trường cho trước thì độ mất năng lượng riêng dE chỉ là hàm của vận tốc hay động năng E: dx dE  f (E) (1.13) dx Tích phân biểu thức này theo E từ 0 đến năng lượng của hạt tới E0 ta được quãng chạy toàn phần của hạt alpha: E0 dE m m R   2  2  (v ) (1.14) 0 f (E ) z z Hạt alpha có khả năng đâm xuyên thấp nhất trong số các bức xạ ion hóa. Trong không khí, ngay cả hạt alpha có năng lượng cao nhất do các nguồn bức xạ phát ra cũng chỉ đi được 1 vài centimet, còn trong các môi trường rắn hay lỏng, quãng chạy của nó có kích thước cỡ micromet. Có hai định nghĩa về quãng chạy của hạt alpha, là quãng chạy trung bình và quãng chạy ngoại suy được minh họa trên hình 1.4. Hình 1.4 Đường cong hấp thụ của hạt alpha Đặng Hồng Giang 15
Luận văn tốt nghiệp Trên hình 1.4, đường cong hấp thụ của hạt alpha có dạng phẳng vì nó là hạt đơn năng lượng. Ở cuối quãng chạy, số đếm của các hạ alpha giảm nhanh khi tăng bề dày chất hấp thụ. Quãng chạy trung bình được xác định ở nửa chiều cao đường hấp thụ, còn quãng chạy ngoại suy được xác định khi ngoại suy đường hấp thụ đến giá trị 0. Quãng chạy Rkk (cm) của hạt alpha động năng E ( MeV) trong không khí ở 0ºC và áp suất 760 mmHg được biểu diễn một cách gần đúng như sau: Rkk  0.318E 3/ 2 đối với 3  Rkk  7cm (1.15) Sự phụ thuộc quãng chạy – năng lượng của hạt alpha trong không khí được minh họa trên hình 1.5 Hình 1.5 Sự phụ thuộc quãng chạy – năng lượng của hạt alpha trong không khí Đôi với môi trường bất kỳ với khối lượng hạt nhân A thì quãng chạy của hạt alpha được tính theo công thức: R  0.56 Rkk A1/3 (1.16) Trong đó R đo trong đơn vị mg/cm2, Rkk là quãng chạy của hạt alpha với cùng năng lượng trong không khí, đo bằng cm. Đặng Hồng Giang 16
Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 2. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 1.1. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm thực hiện theo phương pháp đo truyền qua, được bố trí theo sơ đồ được vẽ trong hình 2.1: Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Thí nghiệm sử dụng nguồn hỗn hợp có hoạt độ 9372 Bq gồm có các đồng vị Gd148, Am241 và Cm244 do hãng Eckert & Ziegler Isotope Products chế tạo. Nguồn này phát các hạt alpha có năng lượng khác nhau. Trong thí nghiệm này ta chỉ quan tâm ba nhóm năng lượng chính với xác suất phát lớn hơn cả bao gồm: 3.2712 MeV(100%) do đồng vị Gd148 có chu kỳ bán rã 74.6 năm phát ra, 5.4857 MeV (84.5%) do đồng vị Am241 có chu kỳ bán rã 432.2 năm phát ra, 5.795 MeV do đồng vị Cm244 có chu kỳ bán rã 18.1 năm phát ra. Trong thực tế, đồng vị Cm244 phát ra hai loại hạt alpha có năng lượng tương ứng là 5.7628 MeV(23.6%) và 5.805 MeV(76.4%). Sai khác năng lượng của hai bức xạ alpha này chỉ là 42 KeV. Phân giải của detector không cho phép quan sát hai đỉnh này một cách riêng biệt. Vì vậy, thí nghiệm sử dụng năng lượng trung bình có trọng số tính từ năng lượng của hai hạt alpha này là 5.795 MeV. Đặng Hồng Giang 17
Luận văn tốt nghiệp Buồng chân không được sử dụng trong thí nghiệm có dạng hình chữ nhật. Nguồn alpha và detector Si hàng rào mặt được lắp cố định trong buồng và không thay đổi trong suốt quá trình làm thí nghiệm. Khoảng cách giữa nguồn alpha và detector Si là 31.7 mm và cũng được giữ cố định trong tất cả các phép đo. Độ dày lớp khí giữa nguồn và detector được thay đổi bằng cách tăng hoặc giảm áp suất trong buồng. Hai tấm nhôm có độ dày 2 mm và có lỗ với đường kính 1 mm được lắp cố định tạo nên một đường thẳng giữa nguồn và detector. Chúng được sử dụng để chuẩn trực và để định hướng chùm alpha từ nguồn đến detector. Detector Si hàng rào trong thí nghiệm hãng Hamamatsu chế tạo có độ dày 300 micromet, kích thước 60mm x 90 mm. Thí nghiệm sử dụng khối tiền khuyếch đại được chế tạo đặc biệt riêng dùng để đo tín hiệu từ detector MUSIC tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân của Đại học Tổng hợp Osaka. Tín hiệu ở lối ra của tiền khuếch đại được nhân lên nhiều lần bằng khối khuếch đại phổ do hãng Ortec sản xuất có nhãn hiệu là Ortec 451. Khối phân tích biên độ xung đa kênh do hãng Kromak chế tạo có nhãn hiệu K102 được dùng để thu nhận phổ. Khối này kết nối với máy tính qua cổng giao tiếp USB. Số kênh cực đại có thể sử dụng là 4096. Phần mềm thu nhận phổ có tên là Kspect. Trong thí nghiệm đã sử dụng khí Isobutan với độ tinh khiết 99.990% do công ty Sumitomo Seika Chemicals cung cấp. Sai số do tạp chất nhỏ hơn 0.01% và có thể bỏ qua. Hệ thống chân không được hút khí xuống 10-4 atm hoặc tốt hơn trước khi bơm khí vào trong khi làm thí nghiệm. Chúng đã được làm sạch vài lần trước khi bơm khí vào. Sự rò rỉ của hệ thống chân không có thể được bỏ qua trong suốt quá trình làm thí nghiệm. Áp suất khí được đo bởi một áp kế khá chính xác do công ty MKS chế tạo. Hệ thống điều khiển chân không được nối với buồng Đặng Hồng Giang 18
Luận văn tốt nghiệp chân không. Trong phóng thí nghiệm sử dụng điều hòa nhiệt độ với nhiệt độ cố định 22oC. Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm trong thực tế 1- Buồng chân không, bên trong có nguồn và detector. 2- Khếch đại phổ Ortec 451, MCA K102 USB và máy tính. 3- Hệ điều khiển và theo dõi áp suất trong buồng chân không. Đặng Hồng Giang 19
Luận văn tốt nghiệp 1.2. Phương pháp phân tích Các bước cơ bản của thí nghiệm là đưa vào buồng chân không ( đã được hút chân không) một lượng khí ( độ dày Δx), đo năng lượng của hạt alpha khi đi qua lớp khí, xác định sự thay đổi của năng lượng ΔE sau đó xác định toán độ mất năng lượng riêng ΔE/Δx. Lại đưa thêm vào buồng chân không một lượng khí rồi thực hiện lại các bước như trên. Độ mất năng lượng riêng dE dx xấp xỉ với tỉ lệ ΔE/Δx khi sử dụng các giá trị hữu hạn của ΔE và Δx. dE E  (2.1) dx x Đưa vào buồng chân không một lượng khí, áp suất trong buồng chân không thay đổi giá trị ΔP (đơn vị mmHg). Nếu khoảng cách giữa detector và nguồn là d thì độ dày Δx có thể được xác định như sau :  P  x  d   (2.2)  760  Sau khi đưa lượng khí có độ dày Δx và ghi nhận phổ. Năng lượng của hạt alpha sẽ giảm từ Ei - 1 xuống Ei. Sự thay đổi năng lượng ΔE bằng : E  Ei 1  Ei (2.3) Khi đã có sự thay đổi năng lượng ΔE và độ dày Δx, ta xác định được được tỷ lệ ΔE/Δx. Tỷ lệ này sẽ tương ứng với giá trị độ mất năng lượng riêng dE  Ei 1  Ei  dx tại năng lượng E  2 khi so sánh với giá trị tính toán của phần mềm SRIM. Đặng Hồng Giang 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2418 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.