Lần đầu tiên kể từ khi khôi phục lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, việc khai thác dòng neutron nhiệt trên kênh ngang số một của lò được thực hiện.
Đây là kết quả thu được từ đề tài “Nghiên cứu phát triển thiết bị và khai thác dòng nơtron nhiệt trên kênh ngang số 1 Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt” thuộc Chương trình KH&CN trọng điểm quốc gia KC05 do TS. Phạm Ngọc Sơn (Viện Nghiên cứu hạt nhân) làm chủ nhiệm. Thời gian thực hiện nghiên cứu từ năm 2017 đến 2021.
Mục tiêu chung của đề tài là nhằm phát triển phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học với thiết bị hạt nhân, thiết bị bức xạ hiện đại; nâng cao năng lực nghiên cứu tự chế tạo, bảo dưỡng thiết bị điện tử hạt nhân; tham gia đào tạo cán bộ nghiên cứu khoa học hạt nhân. Cụ thể hơn, những người thực hiện đề tài mong muốn đưa được kênh ngang số 1 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt vào trạng thái sử dụng, phục vụ quá trình nghiên cứu vật lý hạt nhân và đào tạo nguồn nhân lực.
Để đạt được các mục tiêu đặt ra, họ đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật như sử dụng phương pháp mô phỏng Monte-Carlo thông qua các chương trình mô phỏng như MCNP5, PHITS-3.17 để tính toán và lựa chọn mô hình tối ưu thiết kế hệ thống dẫn dòng và che chắn bức xạ; ứng dụng kỹ thuật DSP và FPGA lập trình xử lý tín hiệu từ đầu dò HPGe sử dụng ADC nhanh, vi mạch lập trình được FPGA và bộ công cụ lập trình của Xilinx, LabVIEW.
Trong quá trình thực hiện đề tài, họ đã tạo được chùm neutron nhiệt có chất lượng tốt trên cơ sở kênh ngang số 1 và được đưa vào hoạt động cùng với hệ thiết bị tạo dòng neutron nhiệt và che chắn bức xạ. Các kết quả đo thực nghiệm cho thấy, với cấu hình chuẩn trực hình trụ là cấu hình kênh đã lắp đặt hiện tại có thông lượng neutron nhiệt là 6,68×106 n/cm2/s và suất liều bức xạ trung bình tại đa số các vị trí xung quanh kênh ngang nhỏ hơn 5 μSv/h. Với cấu hình chuẩn trực này, hiện nay kênh ngang số 1 hoàn toàn đáp ứng các yêu về chất lượng chùm neutron nhiệt và an toàn bức xạ, phục vụ hoạt động nghiên cứu khoa học và đào tạo về vật lý hạt nhân thực nghiệm.
Mô hình thiết kế kênh ngang số 1 lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo và lắp đặt thành công một hệ đo trùng phùng gamma-gamma bằng phương pháp điện tử kỹ thuật số. Các thành phần chính cấu thành hệ đo này bao gồm một bảng mạch lập trình được FPGA (Virtex-7 VC707), bảng mạch ADC (FMC104, 4-Channel 250 MSPS), hai đầu dò HPGe (GMX25P4-Ortec) và phần mềm do đề tài phát triển đã được tích hợp để phát triển thành công một hệ phổ kế trùng phùng kỹ thuật số 4 đường tín hiệu Input độc lập, 16 K kênh. Các thông số độ phân giải năng lượng của toàn hệ phổ kế đạt 2,7 keV (tại năng lượng 1332 keV, nguồn chuẩn Co-60) và độ phân giải thời gian trùng phùng là 7,0 ns.
Bên cạnh đó còn chế tạo được một hệ đo tán xạ neutron sử dụng hệ 5 đầu dò He-3. Hệ đo tán xạ neutron này sử dụng năm đầu dò He-3 và hệ phổ kế phân tích đa kênh bằng kỹ thuật tương tự (đo đồng thời 5 kênh tín hiệu Input). Đề tài đã thực hiện việc chế tạo hệ cơ khí di chuyển đầu dò, hệ giá đỡ và chuẩn trực cho hệ đo tiết diện tán xạ nơtron. Việc lắp đặt và thử nghiệm toàn bộ hệ thống được thực hiện tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Kết quả thực nghiệm cho thấy, hệ cơ khí quay theo góc, hệ điện tử điều khiển và hệ đo nơtron với 5 ống đếm He-3 hoạt động chính xác, ổn định và tin cậy. Độ phân giải góc giữa các đầu dò là 1,8o và góc khối d(Ω) tương ứng với mỗi đầu dò là 0,67o.
Một số dữ liệu ghi đo về số liệu hạt nhân và cấu trúc mức của một số hạt nhân nặng không bền đã được nhóm ghi lại để bổ sung vào tài liệu nghiên cứu.
Hệ đo tán xạ neutron đàn hồi tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt
Các kết quả của đề tài đã được đăng tải trong ba bài báo khoa học trên tạp chí ISI, 7 bài báo tạp chí quốc tế, trong nước khácvà báo cáo tại Hội nghị VINANST-13. Đề tài cũng đã hỗ trợ đào tạo ba nghiên cứu sinh và năm học viên cao học.
