DAI HOC QUOC GIA HA NOI
TRLTCJNG DAI HOC KHOA HOC TI/ NHIEN

TEN DE TAI
NGHIEN ClTU MOT SO DAC TRlTNG CUA CO CHE
SINHBlTC XA HAM VA NOTRON TREN MAY GIA TOG
ELECTRON VA MOT SO ITNG DUNG

MA SO: QG-07-06

Chu nhiem de tai: TS. Bui Van Loat
Cac can bo tham gia:
CN. Vu Thanh Mai -Truang Dai hoc Khoa hoc Tu nhien, DHQGHN
CN. Tran The Anh - Truang Dai hoc Khoa hoc Tu nhien, DHQGHN
CN. Phung Thi Nguyet Sinh vien K49 nganh Vat ly, Truang DHKHTN
CN. Nguyen Tiln Quan, SV K49 nganh CNHN, Truang DHKHTN
TS. Pham Due Khue- Vien Vat ly, Vien Khoa hoc va Cong nghe Viet Nam
r

ThS. Kim Tien Thanh- Vien Vat ly, Vien Khoa hoc & Cong nghe Viet Nam
TS. Nguyen Quang Mien- Vien Khao c6 hoc Viet Nam
ThS. Hoang Hun Due- Vien H6a hoc Quan sir
ThS. Ngu>'cn Xuan KOr- Benh vien K
CN. Nguyen Thi Thanh Tarn- Truang THPT Tran Hung Dao Ha Noi
HaNoi, 2008


BAO CAO TOM TAT
a. Ten de tai
Tilng Viet: Nghien cuu mot so dac trimg ciia ca che sinh biic xa ham
va natron tren may gia toe electron va mot so ung dung.

- Mot s6 ung dung trong nghien cuu so lieu hat nhan va phan tich kich boat,
e. Ket qua chinh cua de tai
1. V€ mat ly thuyet:
- Da tim hieu ca che sinh buc xa ham va natron do electron nang lugng
cao tuang tac vai hat nhan nang.
- Tim hieu dac trung ciia phan ung quang hat nhan duai tac dung ciia
chum photon nang lugng cao.
- Tim hieu phuang phap va ky thuat thuc nghiem phan tich pho gamma,
phuang phap hieu chinh nang cao do chinh xac ciia phep do.
2. Ve mat thuc nghiem:
- Sir dung cac phan ung quang hat nhan c6 nguang de xac dinh thong
lugng vi phan ciia chum buc xa ham nang lugng cue dai 15 MeV phat ra tir
bia W mong. Bang phuang phap mo phong Monte - Carlo vai chuong trinh
mo phong ESG4, tinh toan pho ly thuyet ciia buc xa ham phat ra do electron
nang lugng 15MeV tuang tac vai bia W. Pho buc xa ham thu dugc bang each
lam khop pho tinh toan tu ly thuyet vai pho vi phan thu dugc tu thuc nghiem.
- Thong qua viec xac djnh suat lugng phan ung quang hat nhan

^^''Auiy.n)^'^^An da khao sat phan bo theo goc ciia chum buc xa ham nang
lugng cue dai 15MeV, 65 MeV phat ra tir bia W dang la mong. Ket qua thuc
nghiem chi ra rang cac buc xa ham bay theo huang iru tien ve phia truac.
- Bang thiet bj do lieu true tiep va gian tiep da xac dinh su suy giam cua
thong lugng chum buc xa ham nang lugng 15 MeV tu may gia toe electron
diing trong xa tri tai Benh vien K theo khoang each tai bia.
- Bang phuang phap kich boat phong xa cac foil ^''AI va '^''AU dat tai cac
vi tri khac nhau cua bia da xac dinh dugc phan bo thong lugng cua natron
sinh ra theo be day bia. Vai chum electron nana luona 65 MeV doi vai Pb


thong lugng natron nhiet dat gia tri cue dai ca 2,0 cm con thong lugng natron


2.400.000d
CHU TRI DE TAI

PGS.TS. Nguyen The Binh

TS. Bui van Loat

TRirOTVG DAI HOC KHOA HOC TU" ^fHIEN

PHOHI^U TRUONO

. Ji qwi'^.^./Moa/n^^LdSnaf


SCIENTIFIC PROJECT
Branch: Physics

Project category: National Level

1. Title:
2. Code: QG 07-06
3. Managing Institution: Vietnam National University, Hanoi
4. Implementing Institution: Hanoi univercity of Science, Faculty of
Physics.
5. Collaborating Institution
6. Coordinator
7. Key Implementers
Via Thanh Mai
Tran The Anh


15

MeV

and

65

MeV

bremsstrahlung photons from W-target were determined.
The isomeric yield ratios for the "^^Fe(y,xnp)^^"^^^Mn reaction induced by
50,60 and 70 MeV bremsstrahlung photons were determined using

the

activation and y-ray spectroscopic methods. The bremsstrahlung beams were
provided from the test Pohang electron linac. The isomeric yield ratios were
determined from the measured activities of the produced nuclei in irradiated
foil samples. The y-ray activities were measured by with a calibrated highpurity germanium detector, HPGe. The present results for the reaction
"''^Fe(y,xnp)^^"''^Mn measured at 50,60and 70 MeV bremsstrahlung photons
are 0.27+0.03, 0.33±0.04 and 0.34±0.04. The present results measured at 50
and 60 MeV bremsstrahlung are the first time reported. So, our data contribute
to fill in the energy between 30 and 100 MeV.


MUC LUC
•



1.2.2. Dac trung cua quang natron

31

1.2.3 Co che sinh notron tu chum bii'c xa gamma nang lugng cao

34

CHLTONG 2. P H U O N G PHAP VA KY THUAT THU^C NGHIEM TRONG
NGHIEN CLTU DAC TRU>JG CUA BUC XA HAM VA NOTRON

35

2.1. Phuang phap xac dinh dac trung cua birc xa ham va natron sinh ra tir may
gia toe electron

35

2.1.1 Mad^u

35

2.1. 2. Phuang phap kich boat phong xa

36

2.1.3. Xac dinh thong lugng ciia biic xa ham

42

8


2.3.2. Hieu chinh sir tu hap thu ciia mau

49

2.3.3 Hieu chinh thai gian chet va chong chat xung

49

2.3.4. Hieu chinh can nhilu phong xa

51

2.3.5.Ty so tiet dien dong phan

52

CHUONG 3. NGHIEN ClTU PHAN BO CUA BlTC XA H A M VA
NOTRON TREN MAY GIA TOC ELECTRON

53

3.1. Xac dinh dac trung phan bo theo goc cua buc xaham

53

•J


76

TAI LIEU THAM KHAO

78


MdoAu
Hien nay ton tai nhieu nguon buc xa natron va gamma khac nhau:
Nguon dong vi, may gia toe, 16 phan ung.. Cac nguon khac nhau ve hinh hoc,
kich thuac, suat lugng va ca che sinh ra cac buc xa gamma va natron. Cac
buc xa natron va buc xa gamma dugc phat ra tu cac nguon khac nhau co dang
pho nang lugng va phan bo goc khac nhau. De khai thac va sii dung cac buc
xa tren vao muc dich nghien cuu can phai hieu ro nhung dac diem phan bo
pho nang lugng va phan bo theo goc ciia thong lugng buc xa phat xa. Vi vay.
viec nghien cuu ca che phat ra cac loai hue xa tren va nhat la xac dinh bang
thuc nghiem nhirng dac trung ciia ciia chung la mot doi hoi thuc te khach
quan.
Vai viec xuat hien may gia toe electron c6 nang lugng ngay cang Ian
cho phep tao ra chum buc xa gamma va natron c6 nang lugng cao va thong
lugng Ian. Chum buc xa ham va notron sinh ra tu may gia toe nang lugng cao
dugc ung dung trong nhieu ITnh virc khoa hoc cong nghe va cac linh virc khac
nhau.
t

r

Buc xa ham dugc phat ra tu may gia toe electron la ket qua tuang tac
ciia chum electron dugc gia toe vai bia thuong lam bang nhung kim loai
nang. Trong may gia toe electron, ncrtron dugc phat ra thuc chat la buc xa thu

con CO y nghia quan trgng trong viec dao tao can bg noi chung va can bo tre
noi rieng cua Bg mon vat ly hat nhan.
De tai dugc thuc hien duai sir co van cua GS.TS Nguyen Van Do va sir
tham gia cua cac can bg tai cac Vien Vat ly, Vien Khao co hgc va Benh vien
K, Vien Hoa hgc Quan su. Phan thuc nghiem dugc thuc hien tren may gia toe
xa tri tai benh vien K, tai Vien Khao co hoc, dugc TS. Pham Due Khue thuc
hien tai Trung tam may gia toe Pohang, Han Quoc. Ngoai ra De tai tien hanh
r

f

t

khai thac so lieu thuc nghiem da dugc tien hanh tren may gia toe electron
\

\

r

-I

r

MT-17 tai vien Vat ly. Ngoai phan ma dau va ket luan, Ban bao cao tong ket
De tai dugc chia thanh 3 chuong.
Chuang 1. Co che sinh buc xa ham va natron tren may gia toe.
Chuong 2. Phuang phap va ky thuat thuc nghiem sir dung trong nghien cuu
dac trung ciia buc xa ham va natron;
Chuang 3. Phan bo cua buc xa ham va natron tren may gia toe.


ciE^\

+ cix
V^^^

(1.17)

A.

trong do: (dE/dx),,,i, (dE/dx),,^, (dE/dx),^,, la toe do mat nang lugng toan phan,
mat nang lugng do phat buc xa va mat nang lugng do va cham.
7.7.2 Ccic dac trung cua bivc xa ham
Khi cac electron nang lugng cao tuang tac vai truang Coulomb cua cac
hat nhan bia, quy dao cua chiing bi thay d6i do lire hiit cua hat nhan va bi ham


ChiFcyng 1: CQ CH^ SINH BU'C XA HAM VA NOTRON TREN M A Y
GIA T O C ELECTRON
1.1. Ca che phat birc xa ham
7.7.7. Bo mat mat nang lirang ciia electron trong moi trirang vat chat
Khi chum electron di trong moi truang chiing tuang tac vai cac nguyen
tir ciia moi trucmg va mat dan nang lugng ciia minh chu yeu do hai qua trinh
la ion hoa do va cham va phat buc xa ham. Sir mat mat nang lugng do va cham
la ket qua tan xa khong dan hoi cua electron vai electron nguyen tu ciia moi
trudng. Khac vai hat nang tich dien, buc xa beta co khoi lugng bang khoi
lugng CLia electron, do do sau m6i Ian tuang tac vai electron cua nguyen tir
moi tru5ng, hat beta co the mat phan Ian nang lugng ciia minh. Ngoai ra goc
tan xa bien doi tir 0" den 180*\ Duang di ciia hat beta trong moi truang la
du6ng zic-zSc. Tren duang di nang lugng ciia buc xa beta giam dan, nen van


(1.1)

J raJ

tuang ung la do mat mat nang lugng tong
J rod

cong, do mat mat nang lugng do ion hoa va do phat buc xa ham tinh tren mot
dan vi duang di.
Tuy theo nang lugng ciia electron va nguyen tir so ciia moi truang cac
qua trinh mat mat nang lugng do ion hoa hoac do phat buc xa ham the' hien

13


vdri miic do khac nhau. Tren Hinh I.I dua ra do thj mo ta sir phu thugc cua do
ma't mat nang lugng tren mot dan vi chieu dai vao nang lugng ciia electron doi
v6i volfram.

10^

;
•

,

1

1



Z 1 r. ^-(^+1) _^,^ .
= 2n.N^.r^ m^c p.
+ F(k) -d
AP n
2{Ilmc^
2...

.2

c,

2 •

col

(1.2)

Z

trong do: N^ la so Avogadro; r^, m^ ban kinh co dien tinh ra cm va khoi lugng
ciia electron; Z, A la dien tich va so khoi ciia moi trucmg; p la mat do khoi
cua moi tru5ng; /?=- vdi v la van toe ciia hat electron con c la van toe anh
c
'
sang; k la dong nang ciia hat electron tinh trong dan vi m^c^ S,C^ la he so
hieu chinh hieu umg mat do va hieu ung v6; F(k) la ham ciia dong nang.
(2^ + 1).In2
Ham F(k) co dang nhu sau: F{k) -1 - /?' + -^

^ dx Jrad
m^c

(1.4)

trong do N la so nguyen tir trong 1 don vi the tich, E,, la nang lugng ciia
electron, a =— la hang so ca'u triic tinh te, Z la dien tich ciia hat nhan, m. la
137

^

•

.

e

khoi lugng nghi ciia electron.
Do mat mat nang lugng do phat biic xa ham tang theo ham logarit tu
nhien cua nang lugng. Khi nang lugng tang do mat mat nang lugng do phat
biic xa ham tang theo, trong khi do do mat mat nang lugng do ion hoa hau nhir
khong doi. Khi nang lugng cua electron ca vai MeV tro len, moi lien he giiia
do mat mat nang lugng do phat biic xa ham va do ion hoa dugc xac dinh theo
cong thiic sau:
(dE/dx)^^,^
(dE/dx)^^,

EZ
800


xa ciia nguyen to thii i trong n nguyen to ciia moi trucmg; con q„ Aj Ian lugt la
ham lugng va so khoi ciia nguyen to thii i; A^^ so khoi hieu dung cua moi
truang.
Nguyen tu so eiia moi truang dugc tinh theo cong thiic sau:

^M-Z^-4

(1-10)

i=\

trong do qi va Aj la ham lugng va so khoi cua nguyen to thii I co trong moi
truang
Chieu dai biic xa cua mot so nguyen to thuong gap ®-ie ®-a ra trong B^ng
1.2. Trong Bang 1.2 chieu dai lam biic xa dugc tinh theo chieu dai khoi
(g/em^).

0I/J5J18


Bang 1.2. Chieu dai birc xa cua mot so nguyen to

Nguyen to

Z

A

X,(g/cm^)


6,7

Pb

82

207,21

6,2

Khi di trong moi trudng, do tuang tac ciia electron vai vat chat, nang
lugng ciia no giam dan. Khi nang lugng ciia electron Ian han nang lugng tai
ban, do mat mat nang lugng ciia electron chu yeu do phat biic xa ham. Sir thay
doi nang lugng trung binh E nhu la mot ham ciia duang di x electron trong
moi trucmg, dugc xac dinh theo cong thiic sau:
E =£',exp(

X

(1.11)

)

trong do Eo, X(, Ian lugt la nang lugng ban dau ciia electron va chieu dai biic
xa CLia moi trucmg , E la nang lugng trung binh ciia electron sau khi di dugc
doan duang x.
Quang chay ciia electron trong vat chat
Tren duang di ciia minh trong vat chat, electron chiu nhieu Ian tan xa
tren hat nhan va tren electron nguyen tu. Quang chay ciia electron trong vat
chat CO do thang giang Ion. Do quy dao ciia cac electron la duang diczac do


(1.13)

Cac dai lugng p , E^^ va R da dugc giai thich trong cong thiic (1.12). Tii cac
cong thiic (1.12) va (1.13) nhan thay quang chay ciia electron, dugc tinh theo
be day khoi, chi phu thugc vao nang lugng cua electron. R chinh la quang
chay ciia electron dugc tinh trong dan vi be day khoi, co thii nguyen g/cml
7.7.2 Cac dac trung ciia birc xa ham Khi cac electron nang lipgng cao tiFong
tac vai trang Coulomb cua cac hat nhan bia, quy dao cua chung bi thay doi do
luc hut ciia hat nhan va bi ham

20


lai, qua trinh nay kem theo su phat ra biic xa dien tir hay eon ggi la biic
xa ham.
Su ma't nang lugng do phat biic xa ham ty le vai so hat nhan bia. Vi vay
nang sua't ham tang len khi be day bia tang. Tuy nhien khi tang be day bia se
xay ra m6t s6 hien tugng sau: su mat mat nang lugng nhung khong phat biic
xa dan den su giam dan nang lugng ciia electron; sir tu hap thu ciia cac photon
trong bia; hien tugng nhan biic xa tir mot electron; su tan xa dan hoi nhieu lan
cua electron trude khi phat ra biic xa. Trong cac bia co be day Idn ban chieu
dai biic xa thi chum electron tdi tao ra hien tugng mua rao thac lu electronphoton. Cac qua trinh nay dan den nhiing kho khan trong viec tinh toan phan
bo nang lugng va phan bo goc ciia biic xa ham[9]. Mot bia ham toi uu la bia
cho sua't lugng biic xa ham 16n nhat a mot nang lugng xac djnh ciia electron.
Vdi electron nang lugng trong khoang 5^30 MeV cac bia nang co be day toi
uu bang ca 0,3 chieu dai biic xa. Vi du v6i W co chieu dai biic xa la 3,3 mm,
thi be day toi uu doi v6i bia W la I mm. Hinh 1.3 bieu di6n sir phu thuoc ciia
nang suat ham vao be day bia Au doi vai chum electron 17 MeV[20].
1


2-

.

e

\^

1.0


'

1

t

' • •'

'

1 — 1 — 1

1 1 1 1 1

1

0.1
1
10
Be day bia, t(chieu dai bifc xa=0.332 cm)

Hinh 1.3: Su phu thugc cua nang suat helm vao
bedaybiaAu(E^ = 17 MeV),

20


Nang sua't ham phu thugc manh vao nang lugng ciia electron. Doi vai
cac nguyen t6 nang, nang sua't ham dugc xac djnh theo cong thiic sau:


Bfenw^ rahlunq
f^=50MeV
-

10^

MI*

^..w

>
5 10

I

""-^
>

.^^

*z\

33

^10^

-^^^
,»AI\
10



Biic xa ham co pho lien tuc va nang lugng dat gia trj cue dai diing bang dong
nang cua chiim electron tdi. Hinh 1.4 bieu diln mot so pho biic xa ham phat ra
tir cac bia Be, Al, Zr va W v6i nang lugng ciia electron la 15 MeV va 50 MeV.
Viec tinh toan pho biic xa ham tii cac bia day la rat phiic tap neu tinh den
tat ca cac hieu ling nhu su ma't mat nang lugng, sir tan xa ciia cac electron tai,
su ha'p thu va tan xa ciia photon biic xa ham, va cac qua trinh nhan biic xa...
Do do cac tinh toan thucmg ap dung cho cac trucmg hgp bia mong. Pho cung
nhu cac phSn bo ciia biic xa ham co the tinh dugc bang phuang phap giai tich
hoac ky thuat mo phong Monte-Carlo[ 13,20].
Pho nang lugng ciia biic xa ham phu thugc manh vao goc phat xa, dac
biet la cac bia day. Phan bo goc ciia biic xa ham gan vai mot so qua trinh vat
ly chii yeu bao g6m; phan bo goc thuc ciia biic xa ham, phan bo goc ciia cac
electron tan xa dan hoi v6i hat nhan trong mot va cham, phan bo goc ciia cac
electron tan xa nhieu lan va phan bo goc ciia cac photon tan xa. Trong thuc te
khi tinh phan bo goc ciia biic xa ham khong chi tinh den sir lech huang ciia
cac photon ham ma con phai tinh den ca sir lech huang ciia chiim electron khi
gia toe va khi di ra ngoai bj tan xa qua I6p vat chat lam cira so cua ong gia
toe.
Khi chi tinh den phan bo so cap, phan bo goc ciia biic xa ham tuan theo
phan bo Gauss:

(

E

e'E-^

I 2/.

electron 25 MeV.
Pho nang lugng ciia biic xa ham phat ra tii bia W mong vai chiim
electron nang lugng 65 MeV tren may gia toe electron tuyen tinh 100 MeV
dugc thuc hien tren ca so ket hgp giua phuang phap thuc nghiem sir dung cac
detecta nguang vai cac tinh toan sii dung chuang trinh mo phong EGS4[3].

23


12

T

1

1

1

I

L

1

1

1

1

c
T>
"3

• ^

8

>
•o
JZ

c
^O)
c3
^_
«o•o
D>
r
-n
^
U

fi

4

2

J


'

I

•

I

'

I

'

I

•

I

'

I

•

I

'


0.1
c
o

o
_aj

o
o
Q.

0.01

1E-3

E =65 MeV
e-

1E-4

^ £ . 5 It

0

•

I

5


NSng JL/dng photon (MeV)

Hinh 1.6. Pho biic xa ham phat ra tii bia W ling vai goc phat xa 0 vai chiim
electron 65 MeV dugc tinh bang chuang trinh EGS4.

24


Pho btic xa h a m nhan diide t\i cac tinh toan cho ta biet phan bo'
cua cac photon theo nang lifdng va so" photon diidc tao t h a n h tren
so" cac electron b i n vao bia ham trong cac dieu kien ly tUdng.
-'"
_

f

''

•—

1 —

•

T

1

'


L

10

1
20

—I

f

r

1.2. Co' che sinh notron tir cac may gia toe electron
1.2.1. Phan ivng quang hat nhan sinh notron

25