Đề tài đặt ra với mục tiêu chung 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. Các mục tiêu cụ thể gồm: Đưa được kênh ngang số 1 của Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt vào trạng thái sử dụng, phục vụ nghiên cứu vật lý hạt nhân và đào tạo; chế tạo được 1 hệ đo tán xạ nơtron sử dụng hệ 5 đầu dò He-3; hoàn thiện phương pháp điện tử kỹ thuật số và áp dụng chế tạo mới 1 hệ phổ kế gamma đo đa kênh và trùng phùng kỹ thuật số sử dụng 2 đầu dò bán dẫn HPGe; bổ sung số liệu hạt nhân và cấu trúc mức của một số hạt nhân nặng không bền.
Để đạt được các mục tiêu đặt ra, các phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật đã áp dụng bao gồm: 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. Kết quả chính đã đạt được của đề tài bao gồm:
Đã tạo được chùm nơtron 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 nơtron nhiệt và che chắn bức xạ. Các kết quả đo thực nghiệm cho thấy rằng với cấu hình chuẩn trực hình trụ là cấu hình kênh đã lắp đặt hiện tại (hình 1) có thông lượng nơtron nhiệt là 6,68x106 n/cm2/s và suất liều bức xạ trung bình tại đa số các vị trí xung quanh kênh ngang < 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 nơtron nhiệt và an toàn bức xạ, phục vụ hoạt động nghiên cứu khoa học và đào tạo về vật lý hạt nhân thực nghiệm.
Hình 1. Mô hình thiết kế kênh ngang số 1, Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt
Đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt thành công một hệ đo trùng phùng gamma-gamma bằng phương pháp điện tử kỹ thuật số (hình 2). Các thành phần chính cấu thành hệ đo này bao gồm 1 bảng mạch lập trình được FPGA (Virtex-7 VC707), bảng mạch ADC (FMC104, 4-Channel 250 MSPS), 02 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.
Hình 2. Kênh ngang số 1 và hệ điện tử kỹ thuật số đo trùng phùng gamma-gamma
Đã nghiên cứu phát triển và hoàn thành lắp đặt một hệ đo tiết diện tán xạ nơtron (hình 3). Hệ đo tán xạ nơtron này sử dụng 05 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.
Hình 3. Hệ đo tán xạ nơtron đàn hồi tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt
Ngoài ra, các kết quả của đề tài đã được đăng tải trong 03 bài báo khoa học tạp chí quốc tế (ISI) và 07 bài báo tạp chí nước ngoài, trong nước và báo cáo tại Hội nghị VINANST-13. Đề tài cũng đã hỗ trợ đào tạo 03 NCS và 05 học viên cao học.
Hội đồng khoa học đánh giá, nghiệm thu cấp Nhà nước đã đánh giá cao các kết quả và sản phẩm đã đạt được của đề tài./.