Nghiên Cứu Phản ứng Hạt Nhân Gây Bởi Các Chùm Nơtron Trên Lò ...

Ngoài ra, các số liệu thực nghiệm về sơ đồ mức kích thích của hạt nhân, các đặc trưng lượng tử của các trạng thái kích thích, mật độ và độ rộng các mức kích thích cũng là những thông tin hết sức cần thiết. Các số liệu thu thập được cần được biên tập theo dạng thức thích hợp, đánh giá để đưa vào thư viện số liệu hạt nhân nhằm phục vụ các tính toán, thiết kế lò phản ứng, để phục vụ các chương trình tính toán hạt nhân khác nhau. Do tầm quan trọng của các số liệu hạt nhân trong phản ứng với nơtron và sự cần thiết xây dựng một đội ngũ cán bộ khoa học triển khai các nghiên cứu và ứng dụng theo hướng số liệu hạt nhân, nhóm nghiên cứu do PGS.TS. Phạm Đình Khang, Viện Nghiên cứu hạt nhân  Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đứng đầu đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu phản ứng hạt nhân gây bởi các chùm nơtron trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt”. Đây là đề tài nghiên cứu thuộc chương trình Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ năng lượng.

 

 

Sau gần 3 năm triển khai nghiên cứu (04/2013 - 12/2015), nhóm nghiên cứu đã thu được các kết quả cụ thể như sau:

1. Về việc Chế tạo các bộ phin lọc nơtron

Trước năm 2013, đã có 6 bộ phin lọc nơtron phục vụ khai thác các kênh ngang. Tuy nhiên, các phin lọc này không được chuẩn hóa về kích thước nên không thay được vào các kênh ngang khác nhau, và vỏ các bộ phin lọc bằng ống nhựa thường bị lão hóa sau một thời gian sử dụng. Do đó với kinh phí được cấp, nhóm nghiên cứu đã mua thêm Scandi để chế tạo phin lọc 1,9 keV, đồng thời, các bộ phin lọc cũ được tháo ra để lấy các vật liệu và thiết kế, chế tạo lại ra các bộ phin lọc mới có độ sạch chùm trên 96%.

2. Hệ đo tiết diện toàn phần

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được hệ thống thiết bị đo nơtron và phát triển phương pháp đo tiết diện nơtron toàn phần, sử dụng ống đếm prôton giật lùi trên các dòng nơtron phin lọc, tại kênh thực nghiệm số 4 lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, phục vụ cho mục đích đo đạc tiết diện nơtron toàn phần xác định các tham số cộng hưởng nơtron trung bình trên các dòng nơtron phin lọc, tiến hành các thí nghiệm về vật lý nơtron để phục vụ cho tính toán che chắn bảo vệ an toàn bức xạ, tăng cường cơ sở vật chất và đào tạo các bộ nghiên cứu vật lý nơtron.

3. Nâng cấp hệ đo phản ứng (n,2γ) và (n,3γ)

Nhóm nghiên cứu đã tính toán thiết kế và bố trí lại hệ thống chuẩn trực cho dòng nơtron, hệ thống che chắn bức xạ nhằm giảm lượng bức xạ phông đi đến detector và thay thế các khối khuyếch đại phổ loại 572A sang 672 của hãng ORTEC. Đồng thời, quy trình setup hệ đo (xác lập các tham số của hệ đo) cũng được rà soát, chỉnh lý. Kết quả thu được cho thấy, chất lượng hệ đo đã được nâng cao: Độ bất ổn định giảm xuống dưới 0,1%; độ phân giải thời gian trùng phùng hiện tại đạt 9,5 ns (hệ đo ở Dubna có độ phân giải thời gian trùng phùng là 12,7 ns).

4. Hệ phổ kế trùng phùng bằng kỹ thuật số cao thế và nguồn nuôi tích hợp

Nhằm chủ động về thiết bị đo nghiên cứu phản ứng (n,2g), sẵn sàng đáp ứng khi hệ đo phản ứng (n,2g) bị hỏng, nhóm nghiên cứu cũng đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật FPGA và DSP để thiết kế, chế tạo một hệ phổ kế trùng phùng kỹ thuật số, cao thế và nguồn nuôi tích hợp. Phần điện tử của hệ được chế tạo trên mạch APX-500-414 của Hãng Aval Data, cao thế sử dụng các mô đun của Hãng Hamamatsu và chương trình điều khiển được viết trên C++ Builder nên hệ hoạt động tin cậy và ổn định. Phổ thu được cho thấy sự đối xứng giữa hai kênh và ảnh hưởng tích cực đến hiệu suất ghi do hiệu ứng START/STOP trong TAC truyền thống đã hoàn toàn bị loại bỏ. Tín hiệu khởi phát có thể xuất hiện tùy ý trên bất cứ kênh nào và cặp sự kiện được chọn nếu thỏa mãn cửa sổ thời gian đặt trước. Như vậy hệ trùng phùng sau khi chế tạo theo nguyên tắc số đã cho phép thu nhỏ kích thước của hệ, hoạt động ổn định tin cậy, ghép nối và sử dụng đơn giản.

5. Đo tiết diện bắt bức xạ trung bình trên chùm nơtron phin lọc

Để thực hiện các phép đo bắt bức xạ với chùm nơtron phin lọc trên kênh ngang của lò phản ứng cần có một thiết kế hệ che chắn phóng xạ bảo vệ detector và hệ dẫn dòng nơtron có kích thước hợp lý. Nếu kích thước chùm lớn thì dẫn tới nơtron tán xạ gây tăng phông, hơn nữa, bức xạ gamma từ lò ra càng làm tăng phông lên và khi tăng kích thước hệ che chắn thì chi phí cũng tăng theo (và còn tăng nhanh hơn do kinh phí tỷ lệ bậc ba với kích thước hệ che chắn). Do đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thiết kế chế tạo một hệ thống che chắn phóng xạ trên kênh 4, đáp ứng đủ yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo tốc độ đếm phông trong vùng năng lượng từ 100 keV 8 MeV nhỏ hơn 1500 sự kiện/giây. Việc thiết kế được thực hiện bằng mô phỏng để chọn vật liệu, kích thước và cấu hình. Tiếp theo đó, nhóm nghiên cứu chế tạo hệ che chắn bảo vệ detector, hệ thống chuẩn trực và chặn dòng nơtron. Kết quả là đã tạo ra hệ che chắn với tốc độ đếm trong dải năng lượng từ 100 keV 8 MeV đối với cấu hình che chắn mới là 1140 số đếm/giây khi đã mở kênh.

6. Hệ đo gamma hai kênh đa mục đích, cao thế tích hợp dùng cho detector bán dẫn, bước phân giải thời gian 2,5 ns

Trong khuôn khổ đề tài, dựa trên cơ sở và thiết của hệ trùng phùng kỹ thuật số; hệ đo gamma hai kênh đã được nghiên cứu chế tạo với các tham số của hệ như sau: Hai kênh đo gamma 16 k, bộ nhớ 8 Gb; Thời gian đo cho mỗi kênh: 0 ÷ 65000 giây; Số đếm cực đại cho mỗi bin: 65000; Tín hiệu lối vào -3 V đến +3 V; Tương thích với các đầu dò bán dẫn, nhấp nháy; Độ bất ổn định dưới 0,1%; Các đầu nối tín hiệu sử dụng chuẩn MMCX; Cao thế tích hợp 0 ÷ 6kV; Giao tiếp với máy tính qua cổng PCI.

Độ phân giải của hệ so với hệ tương tự (khuếch đại 672 Ortec, ADC 7072 FastComtec) đo với nguồn Co-60 trên một đầu dò (GEMX 35) trong cùng điều kiện, kết quả cho thấy hệ được chế tạo có kết quả tốt hơn 12,5% ở đỉnh 1173 keV. Hệ sau khi chế tạo thành công đã được tích hợp với hệ trùng phùng kỹ thuật số để trở thành hệ đo đa mục đích, kích thước nhỏ gọn độ linh động và chính xác cao.

Như vậy, các kết quả của đề tài đã tác động lớn đến kinh tế, xã hội và khoa học đó là tiết kiệm được kinh phí so với gửi đi nước ngoài đào tạo để đào tạo cán bộ trình độ cao và tiết kiệm ngoại tệ mua sắm thiết bị ghi đo bức xạ lên đến hàng trăm tỷ đồng. Các phân tích về As và Se đã đóng góp vào việc bảo vệ sức khỏe và đánh giá môi trường sống cũng như đóng góp vào thư viện số liệu hạt nhân và các công bố khoa học của đề tài đã góp phần phát triển khoa học hạt nhân Việt Nam một cách mạnh mẽ.

Nhóm nghiên cứu mong muốn được tiếp tục triển khai các nghiên cứu phản ứng hạt nhân trên kênh ngang để có thể đóng góp vào thư viện số liệu hạt nhân, đào tạo cán bộ sau đại học nhằm đáp ứng các nhiệm vụ trong thời gian tới.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 12608-2016) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ quốc gia.