Phần mở đầu.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
***
ĐẶNG THỊ LÊ NA

ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA LÊN
TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO TITAN ĐIOXIT
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hà Nội, 2012
2

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU 1
Chương1: TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ VỚI VẬT CHẤT 3
1.1 Nguồn gốc bức xạ 3
1.1.1 Các nguồn electron nhanh 4
1.1.1.1 Phân rã beta 4
1.1.1.2 Biến hoán nội 6
1.1.1.3 Electron Auger 7
1.1.2 Nguồn các hạt nặng tích điện 8
1.1.2.1 Phân rã anpha 8
1.1.2.2 Phân hạch tự phát 11
1.1.3 Các nguồn bức xạ điện từ 12
1.1.3.1 Tia gamma phát ra sau phân rã beta 12
1.1.3.2 Bức xạ hủy 13
1.1.3.3 Tia gamma trong các lò phản ứng hạt nhân 14
1.1.3.4 Bức xạ hãm 14

1.1.3.5 Đặc điểm tia X 15
1.1.4 Các nguồn phóng xạ phát notron 16
1.1.4.1 Phân hạch tự phát 16
1.1.4.2 Nguồn notron theo phản ứng (anpha, n) 17
1.1.4.3 Nguồn notron theo phản ứng (gamma, n) 18
1.1.4.4 Nguồn notron từ các phản ứng hạt tích điện được gia tốc 19
1.2 Tương tác của bức xạ với vật chất 20
1.2.1 Sự truyền các hạt nặng tích điện qua vật chất 20
3

1.2.2 Sự truyền electron qua vật chất 22
1.2.3 Sự truyền bức xạ gamma qua vật chất 25
1.2.4 Sự truyền notron qua vật chất 30
Chương 2: VẬT LIỆU NANO TITAN ĐIOXIT 33
2.1 Giới thiệu chung về vật liệu nano 33
2.1.1 Khái niệm về khoa học, công nghệ và vật liệu nano 33
2.1.2 Phân loại vật liệu nano 38
2.1.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano 42
2.2 Cấu trúc và tính chất của nano TiO
2
43
2.2.1 Cấu trúc của nano TiO
2
43
2.2.2 Tính chất của nano TiO
2
46
2.2.2.1 Tính chất vật lí của nano TiO
2
46

2.2.2.2 Tính chất hóa học của nano TiO
2
48
2.2.3 Các phương pháp tổng hợp nano TiO
2
48
2.2.4 Ứng dụng của nano TiO
2
54
2.2.4.1 Quang xúc tác 54
2.2.4.2 Chế tạo pin mặt trời 58
Chương 3: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 61
3.1 Đối tượng nghiên cứu 61
3.2 Phương pháp nghiên cứu 62
3.2.1 Thiết bị phân tích cấu trúc 62
3.2.2 Xác định hoạt độ quang xúc tác của TiO
2
64
3.2.3 Cân phân tích điện tử 65
3.3 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 66
3.3.1 Hóa chất, dụng cụ 66
3.3.2 Thiết bị 66
Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 67
4

4.1 Thí nghiệm 67
4.2 Kết quả 69
4.2.1 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của nano TiO
2
sau khi chiếu xạ 69

4.2.1.1 Bột nano TiO
2
xuất xứ Trung Quốc 69
4.2.1.2 Bột nano TiO
2
phòng thí nghiệm Vật lý ứng dụng 70
4.2.1.3 Bột nano TiO
2
Degusa P25 Đức 72
4.2.2 Khảo sát cấu trúc của nano TiO
2
sau khi chiếu xạ 76
KẾT LUẬN 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO



















5

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Một vài nguồn electron biến hoán nội phổ biến 7
Bảng 1.2: Nguồn đồng vị phóng xạ anpha phổ biến 9
Bảng 1.3: Một vài nguồn phóng xạ tia X năng lượng thấp 15
Bảng 1.4: Nguồn hạt anpha hữu ích cho sự kích thích tia X đặc trưng 16
Bảng 1.5: Các nguồn notron theo phản ứng (anpha, notron) 18
Bảng 1.6: Các nguồn notron theo phản ứng (gamma, notron) 25
Bảng 2.1: Kích thước giới hạn đối với một số vật liệu nano 36
Bảng 2.2: Các thông số tính chất vật lý của TiO
2
46
Bảng 4.1: Một số thông số của Xanh Melthylene 72
Bảng 4.2: Thông tin về mẫu, thời gian chiếu và kết quả đo của mẫu 1 73
Bảng 4.3: Thông tin về mẫu, thời gian chiếu của mẫu 2 76
Bảng 4.4 Kết quả đo độ truyền qua với mẫu 2 76
Bảng 4.5: Thông tin về mẫu, thời gian chiếu của mẫu 3 78
Bảng 4.6 Kết quả đo độ truyền qua mẫu 3 78

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ mô tả sự phân rã beta của K thành Ca 5
Hình 1.2: Sơ đồ phân rã Ra thành Rn 9
Hình 1.3: Đường cong Bragg đối với độ ion hóa riêng của hạt anpha 20
Hình 1.4: Sự phụ thuộc quãng chạy vào năng lượng hạt anpha trong không khí 21
Hình 1.5: Độ ion hóa riêng đối với không khí phụ thuộc vào năng lượng hạt electron

Hình 1.6: Sự phụ thuộc cường độ electron vào bề dày vật chất 24
Hình 1.7: Các đường cong quãng chạy cực đại – năng lượng của electron đối với chất hấp
thụ 24
6

Hình 1.8: Đường cong quãng chạy – năng lượng đối với hạt electron. 24
Hình 1.9: Sự suy giảm chum tia gamma theo bề dày vật liệu 26
Hình 1.10: Quá trình tán xạ đàn hồi của lượng tử gamma lên electron tự do 28
Hình 1.11: Các photon huy cặp 29
Hình 2.1: Một số dạng thù hình của cacbon 38
Hình 2.2: Dây nano 39
Hình 2.3: Hình ảnh phóng đại nano Ag
+
40
Hình 2.4: Cấu trúc bát diện của nano titan dioxit 41
Hình 2.5: Cấu trúc các dạng thù hình của nano titan dioxit 44
Hình 2.7: Quá trình quang xúc tác trên TiO
2
49
Hình 2.8: Diễn biến quá trình siêu ưa nước của TiO
2
trên bề mặt thủy tinh 52
Hình 2.9: Ứng dụng tính chất quang xúc tác của nano TiO
2
59
Hình 2.10: Sơ đồ của một pin mặt trời làm nhạy bằng thuốc nhuộm 60
Hình 3.1: Thiết bị đo độ truyền qua 64
Hình 3.2: Thiết bị cân phân tích điện tử 65
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của cân phân tích điện tử 65
Hình 4.1: Mẫu thử trong buồng chiếu xạ 72

Hình 4.2: Mô hình vị trí đặt mẫu trong buồng chiếu xạ 68
Hình 4.3: Mô hình thí nghiệm đo công suất hấp thụ 69
Hình 4.4: Đồ thị sự suy giảm nồng độ MB của mẫu Trung Quốc đã được chiếu xạ 70
Hình 4.5: Đồ thị sự suy giảm nồng độ MB của mẫu TiO
2
phòng thí nghiệm 71
Hình 4.6: Đồ thị sự suy giảm nồng độ MB của mẫu TiO
2
Degussa P25 73
Hình 4.7 : Chụp X-ray mẫu TiO
2
của Trung Quốc (chưa chiếu xạ) 77
Hình 4.8: Chụp X-ray mẫu TiO
2
của Trung Quốc (đã chiếu xạ) 78
Hình 4.9: Chụp X-ray bột nano TiO
2
Degusa P25 Đức (chưa chiếu xạ) 79
Hình 4.10: Chụp X-ray bột nano TiO
2
Degusa P25 Đức (đã chiếu) 80

7

MỞ ĐẦU
Vật liệu nano đã được nghiên cứu về cả thực nghiệm và lý thuyết trong hơn chục
năm qua. Những tiến bộ đạt được gần đây đã đưa ngành khoa học này tiến gần hơn với
cuộc sống. Ví dụ thiết bị điện tử có dòng điện được tạo ra từ ống nano cacbon, súng bắn
điện tử. Tuy nhiên, những thiết bị này có thể nhạy với môi trường, đặc biệt là bị ảnh
hưởng bởi bức xạ năng lượng cao. Dưới tác động của bức xạ, tính chất vật lý của vật liệu

có thể bị ảnh hưởng và hạn chế phạm vi ứng dụng của vật liệu. Bên cạnh những tương tác
như thế, tương tác của electron và các nguồn phóng xạ ion nặng lên tính chất của vật liệu
nano đã được ứng dụng rộng rãi [59-62]. Cấu trúc và hình thái học của vật liệu nano có
thể thay đổi trong suốt quá trình thí nghiệm ở kính hiển vi điện tử. Nhiều thí nghiệm cho
thấy sự giảm đường kính hạt xuống đến 0,4 nm [63]. Chùm tia điện tử có thể đánh bật các
nguyên tử cacbon ra khỏi ống nano dẫn đến hình thành chỗ khuyết và tạo ra bề mặt nano
mới[64]. Mặt khác khi chiếu xạ toàn bộ ống nano bằng chùm tia điện tử, những chỗ
khuyết được hình thành thay đổi một số tính chất của electron gần mức Fermi [65] và ảnh
hưởng đến điện trở suất của ống nano[66]. Ống nano còn có thể bị cắt thành nhiều đoạn
ngắn hoặc mất hình dạng thẳng khi bị chiếu xạ bởi chùm proton có năng lượng vài
MeV[67].
Có rất ít các nghiên cứu về tương tác giữa vật liệu nano và chùm tia năng lượng
cao. Năng lượng chùm tia phát ra bởi một vài hạt nhân phóng xạ có thể so sánh với năng
lượng proton. Tuy nhiên, tương tác của vật liệu nano với bức xạ năng lượng cao so với
tương tác của các hạt tích điện khá khác nhau. Nghiên cứu của Martin và các cộng sự đã
thu được những kết quả giá trị về ảnh hưởng của bức xạ gamma lên tính chất cơ, điện của
ống nano cacbon [68]. Skakalova và cộng sự tiến hành thí nghiệm kết hợp chiếu xạ
gamma với tạp chất vô cơ cho thấy độ nhạy trong phản ứng quang hóa của chất pha tạp tỉ
lệ với số lượng chỗ trống được tạo ra bởi bức xạ [69].
Song song với sự phát triển của nền kinh tế đất nước, vấn đề ô nhiễm môi trường
do quá trình sản xuất, phát triển công nghiệp gây ra càng ngày càng trở nên nghiêm trọng,
8

đòi hỏi các nhà khoa học và công nghệ phải nghiên cứu các phương pháp để xử lý ô
nhiễm môi trường. Một trong những phương pháp triển vọng gần đây thường được áp
dụng để xử lý nước thải là sử dụng chất xúc tác bán dẫn TiO
2
, ZnO, ZnS, CdS, như
chất oxy hóa-khử để phân hủy các chất hữu cơ bền vững, loại bỏ các chất vô cơ độc hại.
Đặc điểm của những chất xúc tác quang là dưới tác động của ánh sáng có năng lượng

photon (hv) thích hợp các electron hóa trị sẽ tách ra khỏi liên kết, chuyển lên vùng dẫn và
tạo một lỗ trống (hole) mang điện tích dương ở vùng hóa trị. Khi đó các chất bán dẫn có
khả năng phân hủy chất hữu cơ hoặc chuyển hóa các chất vô cơ thành những chất “ sạch”
với môi trường.
Trong một số chất bán dẫn kể trên, TiO
2
là một trong những chất được nghiên cứu,
sử dụng rộng rãi hiện nay nhờ khả năng quang xúc tác tốt, bền hóa học và thân thiện với
môi trường. Nhiều nghiên cứu cho thấy các hạt nano TiO
2
pha tạp Pt, Ag, Fe, ZnO và
CdS tăng cường hoạt độ quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến. Các hợp chất của
oxit loại này như SrTiO
3
, BaTiO
3
, TiO
2
/ZnO, K
2
La
2
TiO
3
và silica-titania cũng cho kết
quả tương tự [70-75]. Không nhiều các nghiên cứu sử dụng tia gamma để tạo ra phản ứng
quang xúc tác của TiO
2
. Thí nghiệm của Seino et al [76] nghiên cứu về độ giảm phenol
dưới tác động của các hạt nano TiO

2
và Al
2
O
3
bị kích thích bởi bức xạ gamma. DOE cũng
khám phá ra lợi ích của chiếu xạ gamma trong phân hủy tế bào EDTA ở rác thải nhờ các
hạt oxit kim loại bán dẫn [77]. Cả hai thí nghiệm này đều cần liều chiếu cao. Ngoài ra, tia
gamma còn được sử dụng như nguồn năng lượng tương đối lớn để tăng cường hoạt độ
quang xúc tác của TiO
2
khi vật liệu này kết hợp với BaF
2
[78].
Bức xạ gamma có bản chất sóng điện từ, đó là các photon năng lượng cao hàng
chục keV đến hàng chục MeV. Trong lĩnh vực hạt nhân, đây cũng là một trong số các bức
xạ nguy hiểm cần được kiểm soát. Tuy nhiên, thiết bị đo khá phức tạp, đắt tiền. Nên việc
tìm kiếm vật liệu phù hợp để giảm giá thành thiết bị cũng được các nhà nghiên cứu về hạt
nhân quan tâm. Vì cùng có bản chất sóng điện từ tương tự như ánh sáng và năng lượng
9

lớn hơn năng lượng vùng cấm của nano TiO
2
nên tia gamma có thể tương tác với vật liệu
nano TiO
2
và tạo ra một môi trường oxi hóa – khử mạnh.
Luận văn tiến hành nghiên cứu thử nghiệm ảnh hưởng của bức xạ gamma đến tính
chất của nano TiO
2

. Nguồn tia gamma sử dụng là
137
Cs 10mCi. Chiếu xạ các loại nano
TiO
2
xuất xứ khác nhau trong các khoảng thời gian khác nhau. Sau đó, đánh giá ảnh
hưởng của tia gamma lên hạt nano TiO
2
trong việc làm mất màu xanh metilen và sự thay
đổi cấu trúc tinh thể và đưa ra một số phương hướng ứng dụng cho loại vật liệu nano này.





















10

Chương 1: TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ VỚI VẬT CHẤT

1.1 Nguồn gốc bức xạ:
Các bức xạ thứ cấp xem xét ở đây có nguồn gốc từ nguyên tử hoặc các quá trình
hạt nhân. Chúng được phân thành bốn loại chung:
+ Các electron nhanh
+ Các hạt nặng tích điện
+ Bức xạ điện từ
+ Nơtron
Electron nhanh bao gồm các hạt beta (dương và âm) phát ra từ phân rã hạt nhân
cũng như từ các electron kích thích được sản sinh từ bất kì quá trình nào khác. Hạt
nặng tích điện là loại hạt bao quanh tất cả các ion kích thích với khối lượng bằng một
đơn vị khối lượng nguyên tử hoặc lớn hơn như hạt anpha, proton, sản phẩm phân hạch
hoặc các sản phẩm của các phản ứng hạt nhân. Bức xạ điện từ quan trọng bao gồm tia
X được phát ra bởi các electron bên ngoài hạt nhân nguyên tử và tia gamma phát ra từ
hạt nhân.
Notron sinh ra trong nhiều quá trình hạt nhân thường được chia làm các loại là
notron nhanh và notron chậm. Năng lượng notron được phân chia từ 10eV đến 20
MeV (notron chậm không nằm trong ngưỡng này nhưng được xếp vào vì tầm quan
trọng kĩ thuật của nó). Vùng năng lượng thấp hơn được thiết lập bởi năng lượng tối
thiểu cần thiết để thực hiện ion hóa trong các vật liệu điển hình bằng bức xạ hoặc các
sản phẩm thứ cấp khi chúng tự tương tác. Những bức xạ với năng lượng lớn hơn loại
này được xếp vào bức xạ ion hóa.
Các bức xạ khác nhau ở “độ cứng” hay khả năng đâm xuyên qua vật liệu dày. Bức
xạ mềm như hạt anpha hoặc tia X năng lượng thấp, độ đâm xuyên qua vật liệu rất bé.
Các hạt anpha có khả năng đâm xuyên lớn hơn, độ đâm xuyên có thể lên đến hàng
11


chục mm. Các bức xạ “cứng” hơn, như tia gamma hoặc notron, bị ảnh hưởng bởi chất
hấp thụ ít hơn, khả năng đâm xuyên mạnh hơn.

1.1.1 Các nguồn electron nhanh:
1.1.1.1 Phân rã beta:
Phân rã beta là hiện tượng biến đổi tự nhiên một hạt nhân này thành hạt nhân khác
với cùng khối lượng nhưng điện tích thay đổi một đơn vị kèm theo việc phát ra một
electron, một positron hay chiếm một electron của lớp vỏ nguyên tử. Như vậy có ba
loại phân rã beta là phân rã ߚ
ି
, phân rã ߚ
ା
và chiếm electron quỹ đạo.
*Phân rã ࢼ
ି
:
Hạt beta gồm hai loại là hạt ߚ
ି
, còn gọi là electron với khối lượng m
e
=
9,1091.10
-31
kg, điện tích bằng –e = -1,6.10
-19
C và hạt ߚ
ା
là hạt có khối lượng
bằng khối lượng hạt electron song có điện tích +1e, gọi là positron (e
+

). Trong thực
tế khi nói “hạt beta” người ta thường hiểu là ߚ
ି
, còn positron là ߚ
ା
.
Phân rã beta xảy ra khi hạt nhân phóng xạ thừa notron. Khi phân rã beta, hạt
nhân ban đầu ܺ
௓
஺
chuyển thành hạt nhân ܻ
௓ାଵ
஺
và phát ra hạt electron (ߚ
ି
) cùng
phản hạt notrino.
ܺ
௓
஺
→ ܻ
௓ାଵ
஺
+ ߚ
ି
+ ߥ̅
Quá trình trên là kết quả của phân rã notron thừa trong hạt nhân để biến thành
proton theo sơ đồ sau:
݊
ఉ

ష

ሱ
ۛ
ۛ
ۛ
ሮ
݌
ା
+ ߚ
ି
+ ߥ̅
ߥ̅: phản notrino – là hạt trung hòa về điện tích và khối lượng được coi gần bằng 0.
Bởi vì notrino và phản notrino có xác suất tương tác với vật chất bé nên chúng
không được phát hiện trong tất cả các kết quả đo đạc từ thực nghiệm. Hạt nhân giật
lùi Y xuất hiện với năng lượng giật lùi bé dưới ngưỡng ion hóa thông thường nên
các thiết bị không nhận ra sự có mặt của notrino.
12

Một số ví dụ về phân rã ߚ
ି
:
ܭ
ଵଽ
ସଶ
ఉ
ష

ሱ
ۛ

ۛ
ۛ
ሮ
ܥܽ
ଶ଴
ସଶ
+ ߚ
ି
+ ߥ̅
ܥ݋
ଶ଻
଺଴
ఉ
ష

ሱ
ۛ
ۛ
ۛ
ሮ
ܰ݅
ଶ଼
଺଴
+ ߚ
ି
+ ߥ̅
ܲ
ଵହ
ଷଶ
ఉ

ష

ሱ
ۛ
ۛ
ۛ
ሮ
ܵ݅
ଵ଺
ଷଶ
+ ߚ
ି
+ ߥ̅


Trên hình 1.1, hạt nhân ܭ
ଵଽ
ସଶ
ở trạng thái kích thích phát ra hai hạt beta để biến
thành hạt nhân ܥܽ
ଶ଴
ସଶ
ở trạng thái kích thích với năng lượng 1,53 MeV và trạng thái
cơ bản có năng lượng 0. Hạt nhân ܥܽ
ଶ଴
ସଶ
chuyển từ trạng thái kích thích về trạng
thái cơ bản bằng cách phát ra tia gamma với năng lượng bằng 1,53 MeV.
*Phân rã ࢼ
ା

:
Hạt positron là hạt có khối lượng bằng khối lượng hạt electron song có điện
tích +1e. Phân rã positron xảy ra khi hạt nhân có tỉ số N/Z quá thấp và phân rã
anpha không xảy ra do không thỏa mãn điều kiện về năng lượng. Khi phân rã
positron, hạt nhân ban đầu ܺ
௓
஺
chuyển thành hạt nhân ܻ
௓ିଵ
஺
, phát ra hạt positron và
hạt notrino
ܺ
௓
஺
ఉ
శ

ሱ
ۛ
ۛ
ۛ
ሮ
ܻ
௓ିଵ
஺
+ ߚ
ା
+ ߥ
Quá trình trên là kết quả của phân rã proton thừa trong hạt nhân để biến thành

notron theo sơ đồ sau:
K
42

β
-
2,04 MeV
18%
3,55 MeV
β
-

82%
Ca
22

γ
1,53 MeV
Hình 1.1: Sơ đồ mô tả sự phân rã
beta của
۹
૚ૢ
૝૛
thành
۱܉
૛૙
૝૛


13


݌
ఉ
శ

ሱ
ۛ
ۛ
ۛ
ሮ
݊ + ߚ
ା
+ ߥ
Ví dụ về phân rã ߚ
ା
:
ܼ݊
ଷ଴
଺ହ
ఉ
శ

ሱ
ۛ
ۛ
ۛ
ሮ
ܻ
ଶଽ
଺ହ

+ ߚ
ା
+ ߥ
ܰܽ
ଵଵ
ଶଶ
ఉ
శ

ሱ
ۛ
ۛ
ۛ
ሮ
ܰ݁
ଵ଴
ଶଶ
+ ߚ
ା
+ ߥ
Khác với electron, hạt positron không tồn tại lâu trong tự nhiên. Positron gặp
electron trong nguyên tử và hai hạt hủy nhau cho ra hai tia gamma có năng lượng
bằng nhau và bằng năng lượng tĩnh của electron 0,511 MeV.
1.1.1.2 Biến hoán nội:
Hạt nhân ở trạng thái kích thích có thể chuyển về trạng thái cơ bản không chỉ bằng
cách phóng ra lượng tử gamma mà còn bằng cách truyền năng lượng cho một electron
của vỏ nguyên tử. Nếu năng lượng truyền này lớn hơn năng lượng liên kết ܧ
௕
của
electron trong nguyên tử thì electron bị đánh bật ra khỏi nguyên tử. Quá trình này

được gọi là biến hoán nội. Như vậy quá trình biến hoán nội là quá trình tương tác trực
tiếp của hạt nhân với electron trong vỏ nguyên tử, chủ yếu là các lớp vỏ K và L.
Electron biến hoán nội có năng lượng E
e
đơn sắc và được tính bởi công thức:
ܧ
௘
= ܧ
௘௫
− ܧ
௕

Tính đơn năng của electron biến hoán nội cho phép phân biệt nó với electron của
phân rã beta có phổ liên tục. Cơ chế của quá trình biến hoán nội là hạt nhân phóng ra
tia gamma và tia này được electron của vỏ nguyên tử hấp thụ. Cường độ quá trình biến
hoán nội được xác định bằng tỉ số giữa số electron biến hoán nội N
e
so với số photon
N
γ
phát ra:
ߙ =
ܰ
௘
ܰ
ఊ

Do quá trình biến hoán nội xảy ra từ các lớp vỏ K, L, M, nên hệ số bằng:
ߙ = ߙ
௄

+ ߙ
௅
+ ߙ
ெ
+ ⋯
14

Hệ số ߙ trong khoảng 10
ିସ
< ߙ < 10
ଶ
. Nó tăng khi tăng tốc độ đa cực của dịch
chuyển và giảm khi tăng năng lượng dịch chuyển. Khi tăng năng lượng kích thích
vượt quá 2mc = 1,02 MeV thì quá trình biến hoán nội cho ra hạt electron và hạt
positron, gọi là quá trình biến hoán cặp.
Bảng 1.1: Một vài nguồn electron biến hoán nội phổ biến
Hạt nhân

mẹ
Chu kì
bán rã
Loại
phân
rã
Sản
phẩm
phân rã

Năng lượng chuyển
tiếp của sản phẩm

phân rã (keV)
Năng lượng
electron biến
hóa nội (keV)
109
Cd
453
ngày
EC
109m
Ag 88
62
84
113
Sn
115
ngày
EC
113m
In 393
365
368
137
Cs
30,2
năm
ߚ
ି

137m

Ba 662
624
656
139
Ce
137
ngày
EC
139m
La 166
126
159
207
Bi
38 năm EC
207m
Pb
570

1064

482
554
976
1048

1.1.1.3 Electron Auger:
Sau quá trình biến hoán nội xuất hiện một lổ trống trên lớp K hay lớp L do electron
bị bắn ra và một electron ở lớp vỏ cao hơn chuyển về chiếm vị trí lổ trống này, phát ra
tia X đặc trưng. Đến lượt mình, tia X đặc trưng này lại bị hấp thụ, gây ra hiệu ứng

15

quang điện nội mới, làm bắn electron liên kết khác ra ngoài nguyên tử. Electron phát
ra này gọi là electron Auger.

1.1.2 Nguồn các hạt nặng tích điện:
1.1.2.1 Phân rã anpha:
Hạt anpha là hạt nhân ܪ݁
ଶ
ସ
, có điện tích bằng +2e và khối lượng gần bằng 4 lần
khối lượng nuclon. Phân rã anpha xảy ra khi hạt nhân phóng xạ có tỉ số N/Z quá thấp.
Sơ đồ phân rã anpha tổng quát:
ܺ
௓
஺
ఈ
ሱ
ۛ
ۛ
ሮ
ܻ
௓ିଶ
஺
+ ܪ݁
ଶ
ସ

Về quan hệ khối lượng, phân rã anpha thỏa mãn điều kiện sau:
ܯ

௠
= ܯ
௖
+ ݉
ఈ
+ 2݉
௘
+ ܳ
Trong đó M
m
, M
c
, m
α
và m
e
lần lượt là khối lượng các nguyên tử mẹ, nguyên tử
con, hạt nhân anpha và hạt electron. Q là khối lượng tương đương với năng lượng tổng
cộng giải phóng khi phân rã, bằng tổng động năng của hạt nhân con và hạt anpha. Hạt
electron quỹ đạo bị mất đi khi hạt nhân mẹ phân rã ra hạt nhân con có số nguyên tử
thấp hơn.
Ví dụ về phân rã anpha:
ܷ
ଽଶ
ଶଷ଼
ఈ
ሱ
ۛ
ۛ
ሮ

ܶℎ
ଽ଴
஺ଶଷସ
+ ܪ݁
ଶ
ସ

ܴܽ
଼଼
ଶଶ଺
ఈ
ሱ
ۛ
ۛ
ሮ
ܴ݊
଼଺
ଶଶଶ
+ ܪ݁
ଶ
ସ

ܲ݋
଼ସ
ଶଵ଴
ఈ
ሱ
ۛ
ۛ
ሮ

ܾܲ
଼ଶ
ଶ଴଺
+ ܪ݁
ଶ
ସ

Hạt anpha phát ra với năng lượng cố định và với suất ra cố định. Hình 2 trình bày
quá trình phân rã ܴܽ
଼଼
ଶଶ଺
ఈ
ሱ
ۛ
ۛ
ሮ
ܴ݊
଼଺
ଶଶଶ
+ ܪ݁
ଶ
ସ
, gồm hai nhánh phát anpha: nhánh thứ nhất
với hạt anpha năng lượng 4,591 MeV, suất ra 5,7% và nhánh thứ hai với hạt anpha
năng lượng 4,777 MeV, suất ra 94,3%. Hạt nhân Rn
222
sau phân rã theo nhánh thứ
nhất nằm ở trạng thái kích thích và tiếp tục phân rã gamma để chuyển về trạng thái cơ
bản. Hạt nhân Rn
222

sau phân rã theo nhánh thứ hai nằm ở trạng thái cơ bản.
16


Hiện nay có hơn 200 hạt nhân phân rã anpha. Phân rã này chủ yếu xảy ra với hạt
nhân nặng ở cuối bảng tuần hoàn Mendeleev với Z > 83, tức là các hạt nhân có điện
tích Z lớn hơn từ hai đơn vị trở lên so với số magic Z = 82. Chẳng hạn thallium
(Z=81) không có đồng vị phát anpha nào, chì (Z=82) có hai đồng vị phát anpha,
bismuth (Z=83) có 9 đồng vị còn polonium (Z=84) có không ít hơn 21 đồng vị phát
anpha. Ngoài ra có một nhóm nhỏ các hạt nhân trong vùng đất hiếm cũng phân rã
anpha với A = 140 đến 160, hạt nhân nhẹ nhất là ܥ݁
ହ଼
ଵସଶ
chứa 84 notron. Một trường
hợp đặc biệt là hạt nhân nhẹ ܤ݁
ସ
଼
cũng phát anpha với thời gian bán rã 3.10
-6
s.
Không phải ngẫu nhiên mà năng lượng của hầu hết các hạt anpha chỉ giới hạn
trong khoảng từ 4 đến 6 MeV. Có một mối liên hệ chặt chẽ giữa năng lượng hạt anpha
và chu kì bán rã của đồng vị mẹ. Hạt anpha với năng lượng cao nhất thì hạt nhân mẹ
có chu kì bán rã ngắn nhất. Năng lượt vượt quá 6,5 MeV chu kì bán rã được dự đoán
là vài ngày nên hạn chế công dụng của nguồn. Tuy nhiên nếu năng lượng thấp dưới 4
MeV, khả năng đâm xuyên qua vật cản rất bé, chu kì bán rã của hạt nhân mẹ rất lớn.
Nếu chu kì bán rã dài vượt trội, hoạt độ đặc biệt có thể đạt đến trong mẫu thực nghiệm
của vật liệu rất nhỏ, nguồn không hữu dụng vì hoạt độ quá thấp.

Bảng 1.2: Nguồn đồng vị phóng xạ anpha phổ biến

Nguồn Chu kì
bán rã
Động năng hạt anpha (với sai
số) tính theo MeV
Phần trăm phân
nhánh
148
Gd 93 năm 3,182787
±
0
,
000024

100
4,591 MeV
5.7% α
α
4,777 MeV
94,3%
γ
0,186 MeV
(35% ε-)
Ra
226

Rn
222

Hình 1.2: Sơ đồ phân rã


ܴܽ
଼଼
ଶଶ଺
ఈ
ሱ
ۛ
ۛ
ሮ
ܴ݊
଼଺
ଶଶଶ
+
ܪ݁
ଶ
ସ


17

232
Th
1,4.10
10

năm
4,012
3,953
±
0
,

005

±
0
,
008

77
23
238
U
4,5.10
9

năm
4,196
4,149
±
0
,
004

±
0
,
005

77
23
235

U
7,1.10
8

năm
4,598
4,401
4,374
4,365
4,219
±
0
,
002

±
0
,
002

±0,002
±0,002
±
0
,
002

4,6
56
6

12
6
236
U
2,4.10
7

năm
4,494
4,445
±
0
,
003

±
0
,
005

74
26
230
Th
7,7.10
4

năm
4,6875
4,6210

±
0
,
0015

±
0
,
0015

76,3
23,4
234
U
2,5.10
5

năm
4,7739
4,7220
±
0
,
0009

±
0
,
0009


72
28
231
Pa
3,2.10
4

năm
5,0590
5,0297
5,0141
4,9517
±
0
,
0008

±
0
,
0008

±0,0008
±
0
,
0008

11
20

25,4
22,8
239
Pu
2,4.10
4

năm
5,1554
5,1429
5,1046
±
0
,
0007

±
0
,
0008

±
0
,
0008

73,3
15,1
11,5
240

Pu
6,5.10
3

năm
5,16830
5,12382
±
0
,
00015

±
0
,
00023

76
24
243
Am
7,4.10
3
5,2754
±
0
,
0010

87,4

18

năm 5,2335
±
0
,
0010

11
210
Po
138 ngày 5,30451
±
0
,
00007

99 +
241
Am
433 ngày 5,48574
5,44298
±
0
,
00012

±
0
,

00013

85,2
12,8
238
Pu
88 năm 5,49921
5,4565
±
0
,
00020

±
0
,
0004

71,1
28,7
244
Cm
18 năm 5,80496
5,762835
±
0
,
00005

±

0
,
000030

76,4
23,6
243
Cm
30 năm 6,067
5,992
5,7847
5,7415
±
0
,
003

±
0
,
002

±0,0009
±
0
,
0009

1,5
5,7

73,2
11,5
242
Cm
163 ngày 6,11292
6,06963
±
0
,
00008

±
0
,
00012

74
26
254m
Es
276 ngày 6,4288
±
0
,
0015

93
253
Es
20,5 ngày

6,63273
6,5916
±
0
,
00005

±
0
,
0002

90
6,6

1.1.2.2 Phân hạch tự phát:
Quá trình phân hạch có nguồn từ các hạt nặng tích điện tự phát khối lượng lớn hơn
khối lượng hạt anpha. Các mảnh phân hạch được sử dụng rộng rãi trong hiệu chỉnh và
kiểm tra máy dò cho những ứng dụng phổ biến để đo lường ion nặng.
Theo lý thuyết, tất cả các hạt nhân không bền phân hạch tự phát thành hai mảnh
nhẹ hơn. Tuy nhiên, đối với tất cả các hạt nhân nặng, quá trình phân hạch bị hạn chế
do hàng rào thế lớn. Vì thế, phân hạch tự phát không phải là quá trình quan trọng
ngoại trừ một vài đồng vị của transuranic với số khối lớn. Mẫu được sử dụng phổ biến
19

nhất là
252
Cf trải qua phân hạch tự phát với chu kì bán rã là 85 năm (nếu đó là quá
trình phân rã duy nhất). Nhưng hầu hết các nguyên tố transuranic cũng trải qua phân rã
anpha và xác suất phân rã anpha có thể cao hơn đáng kể so phân hạch tự phát. Vậy nên

chu kì bán rã thực sự đối với đồng vị này là 2,65 năm và mẫu 1µg
252
Cf sẽ giải phóng
1,92.10
7
hạt anpha và thực hiện 6,14.10
5
phân hạch/ giây.
Mỗi phân hạch tạo ra 2 mảnh phân hạch con với động lượng bảo toàn và phát ra
theo hai hướng ngược nhau. Các mảnh phân hạch là những ion dương có khối lượng
trung bình. Phần lớn các phân hạch là bất đối xứng nên các mảnh phân hạch tụ lại
thành hai nhóm hạt nặng và hạt nhẹ với số khối lần lượt là 108 và 143.Các mảnh phân
hạch xuất hiện ban đầu là những ion dương, khi tương tác với vật chất động năng
giảm, chúng bắt các electron thêm vào và giảm điện tích hiệu dụng. Năng lượng mỗi
mảnh trung bình khoảng 185 MeV. Sự phân bố năng lượng là bất đối xứng với mảnh
nhẹ nhận năng lượng lớn hơn.

1.1.3 Các nguồn bức xạ điện từ
1.1.3.1 Tia gamma phát ra sau phân rã beta:
Bức xạ gamma phát ra khi hạt nhân ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái có
năng lượng thấp hơn. Ở hầu hết các nguồn thực nghiệm, trạng thái kích thích của hạt
nhân là sự phân rã phóng xạ của hạt nhân mẹ. Sự khử kích thích diễn ra bằng cách
phát ra tia gamma có năng lượng bằng hiệu mức năng lượng giữa trạng thái đầu và
cuối của hạt nhân. Vì ở mỗi trạng thái hạt nhân có năng lượng xác định nên năng
lượng tia gamma khi chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác cũng rất đặc biệt.
Các tia gamma trong bất kì biến đổi nào cũng gần như đơn năng và độ rộng đường
phân bố năng lượng photon luôn nhỏ hơn so với sự tiêu hao năng lượng của bất kì
máy dò nào được mô tả trên lý thuyết.
Các nguồn tia gamma phổ biến dựa trên phân rã beta có năng lượng khoảng dưới
2,8 MeV. Gần đây hạt nhân

56
Co đã thu hút sự chú ý vì nó được xem là nguồn tiềm
20

năng của tia gamma năng lượng cao, có thể lên đến 3,55 MeV. Tuy nhiên chu kì bán
chỉ khoảng 77 ngày đã hạn chế tiện ích của nó khi sử dụng.
Bảng số liệu tham khảo tia gamma là một nguồn bổ trợ cần thiết trong bất kì thí
nghiệm đo lường bức xạ nào dùng để đo lường tia gamma. Thông thường chúng gồm
vài mẫu đồng vị phóng xạ hoạt độ vài µCi (10
5
Bq) được bọc trong đĩa hoặc thanh cao
su. Độ dày của vỏ bọc lớn đủ để ngăn bất kì bức xạ đặc biệt nào khỏi sự phân rã của
các hạt nhân mẹ và chỉ bức xạ thứ cấp đi ra từ bề mặt là bức xạ gamma được sản sinh
từ sự phân rã hạt nhân con. Tuy nhiên bức xạ thứ cấp như photon hủy hay bức xạ hãm
có thể quan trọng vào lúc ấy. Mặc dù độ nguy hiểm bức xạ của các nguồn như thế
thường rất nhỏ nhưng tỉ lệ phát tia gamma đủ để hiệu chi năng lượng của hầu hết các
máy dò tia gamma.
Nếu các nguồn được sử dụng để hiệu chỉnh hiệu suất chính xác, hoạt độ tuyệt đối
của nó cũng được xác định. Trong trường hợp đó, chất đồng vị phóng xạ được đặt trên
lớp lót mỏng với sự bao phủ tối thiểu để hạn chế sự suy yếu của tia gamma và sự tán
xạ bên trong cấu trúc nguồn. Chất hấp thụ bên ngoài cũng phải được sử dụng để loại
trừ bất kì sự phát xạ đặc biệt nào nếu sự có mặt đó gây nhiễu trong ứng dụng.
1.1.3.2 Bức xạ hủy:
Khi hạt nhân mẹ phân rã beta cộng phát ra bức xạ điện từ. Mấu chốt vấn đề nằm ở
việc hủy positron phát ra trong quá trình phân rã thứ cấp. Vì chúng chỉ di chuyển trong
phạm vi vài mm trước khi mất động năng nên vỏ bọc vốn có quanh nguồn thường dày
đủ để ngăn cản hoàn toàn positron. Khi năng lượng của chúng thấp, chúng kết hợp với
các electron trong vật liệu hấp thụ ở quá trình hủy. Positron và electron ban đầu biến
mất, thay vào đó là hai photon điện từ năng lượng 0,511 MeV gọi là bức xạ hủy. Bức
xạ này được thêm vào cho dù bức xạ gamma có được giải phóng trong các phân rã tiếp

theo của hạt nhân con hay không.
1.1.3.3 Tia gamma trong các lò phản ứng hạt nhân:
21

Nếu cần tia gamma năng lượng cao hơn năng lượng mà nó có các đồng vị phóng
xạ beta, cần có hạt nhân ở trạng thái kích thích cao hơn. Phản ứng hạt nhân khả dĩ là:
ߙ
ଶ
ସ
+ ܤ݁
ସ
ଽ
→ ܥ
∗
଺
ଵଶ
+ ݊
଴
ଵ

12
C ở trạng thái kích thích phân rã tạo ra bức xạ gamma năng lượng 4,44 MeV.
Nhưng thời gian sống trung bình ở trạng thái này quá ngắn đến mức nguyên tử cacbon
giật lùi không có thời gian để đạt đến trạng thái nghỉ trước khi phát ra tia gamma.
Năng lượng photon theo hiệu ứng Doppler phụ thuộc vào sự định hướng của vận tốc
giật lùi nguyên tử và hướng photon liên quan, nên chỉ làm giảm 1% năng lượng tia
gamma. Một phản ứng khác có thể xảy ra nữa là:
ߙ
ଶ
ସ

+ ܥ
଺
ଵଷ
→ ܱ
∗
଼
ଵ଺
+ ݊
଴
ଵ

16
O được hình thành ở trạng thái kích thích năng lượng 6,13 MeV so với mức cơ
bản và thời gian sống vào khoảng 2.10
-11
s. Thời gian sống này đủ dài để bỏ qua mọi
hiệu ứng Doppler và kết quả tia gamma 6,130 MeV là đơn năng.
Cả hai phản ứng trên có thể được sử dụng bằng cách kết hợp đồng vị phóng xạ
phân rã anpha và vật liệu bia tương ứng (
9
Be hoặc
13
C). Các nguồn loại này thường
được sử dụng để sản xuất notron. Vì hầu hết các hạt anpha không làm cho phản ứng
xảy ra trước khi nó mất năng lượng trong vật liệu bia nên hoạt độ chất phát ra anpha
được sử dụng để sản xuất tia gamma chủ yếu trong thực nghiệm. Ví dụ nguồn tiêu
biểu phát xạ gamma là
238
PuO
2

6.10
9
Bq và 200 mg
13
C cho hiệu suất tia gamma 6,13
MeV là 770 photon/ s.
1.1.3.4 Bức xạ hãm:
Khi electron nhanh tương tác với vật chất, một phần năng lượng của nó biến đổi
thành bức xạ điện từ dưới dạng bức xạ hãm. Phần năng lượng electron biến thành bức
xạ hãm tăng lên với sự gia tăng năng lượng electron và lớn nhất đối với những chất
hấp thụ có số khối lớn. Đây là giai đoạn quan trọng trong sản xuất tia X từ ống tia X
thông thường.
22

Với các electron đơn năng chuyển động chậm dần và dừng lại trong vật liệu cho
trước, phổ năng lượng bức xạ hãm là phổ liên tục với năng lượng photon có động rộng
cao bằng năng lượng electron. Bức xạ hãm cũng được tạo ra bằng các nguồn electron
nhanh khác trong đó có các hạt beta. Vì vậy một số photon bức xạ hãm được tạo ra từ
bất kì đồng vị phóng xạ beta nào.
1.1.3.5 Đặc điểm tia X:
Nếu cấu hình thông thường của electron quỹ đạo trong nguyên tử bị phá vỡ do một
vài quá trình kích thích nào đó, nguyên tử có thể chuyển sang trạng thái kích thích
trong thời gian ngắn. Các electron này trong chất rắn có xu hướng tự sắp xếp lại để
đưa nguyên tử về trạng thái cơ bản hoặc trạng thái có năng lượng thấp nhất trong vài
nano giây hoặc ít hơn. Năng lượng được giải phóng trong quá trình chuyển từ trạng
thái kích thích về trạng thái cơ bản ở dạng photon tia X đặc trưng, photon này có năng
lượng bằng hiệu mức năng lượng giữa trạng thái đầu và trạng thái cuối. Một số cơ chế
kích thích tạo tia X đặc trưng quan trọng trong thực nghiệm:
+ Kích thích nhờ phân rã phóng xạ (bắt electron và biến hoán nội)
Bảng 3 đưa ra một số đồng vị phóng xạ liên quan đến bắt electron, biến hoán nội

và là các nguồn tia X đặc trưng.
Bảng 1.3: Một vài nguồn đồng vị phóng xạ tia X năng lượng thấp
Hạt nhân Chu kì
bán rã
Năng lượng tia X
trong số K
α

Hiệu suất
phát quang
Các bức xạ khác
37
Ar
35,1 ngày

2,957 keV 0,086
Một vài IB
α

41
Ca
8.10
4

năm
3,690 keV 0,129
44
Ti
48 năm 4,508 keV 0,174 Tia γ 68 và 78 keV
49

V
330 ngày 4,949 keV 0,200 IB
55
Fe
2,6 năm 5,895 keV 0,282 IB yếu
23

Trong số các hạt nhân trên
56
Fe được sử dụng rộng rãi nhất vì chu kì sống hợp lí và
hoạt độ đặc biệt cao. Nó còn gần như là nguồn thuần tia X với năng lượng gần 5,9
keV, bức xạ hãm nội (IB = inner bremsstrahlung) cùng quá trình bắt electron rất
yếu.
+ Kích thích nhờ bức xạ bên ngoài (tia X, electron, hạt anpha,…)
Đối với các chất có khả năng phát xạ hạt anpha, hữu dụng nhất là
210
Po và
244
Cm vì
thời gian hợp lý và khả năng miễn trừ đối với sự lan truyền bức xạ điện từ

Bảng 1.4: Nguồn hạt anpha hữu ích cho sự kích thích tia X đặc trưng

210
Po
244
Cm
Thời gian sống 138 ngày 17,6 năm
Sự phát xạ anpha 5,305 MeV 5,81 và 5,77 MeV
Tia gamma 803 keV

(0,0011%)
43 keV (0,02%)
100 keV (0,0015%)
150 keV (0,0013%)
262 keV (1,4.10
-4
%)
590 keV (2,5.10
-4
%)
820 keV (7.10
-5
%)
Tia X
Pb đặc trưng lớp L
và M
Pb đặc trưng lớp L và M

1.1.4 Các nguồn phóng xạ phát notron:
1.1.4.1 Phân hạch tự phát:
Ngoài
252
Cf thời gian bán rã 2,65 năm thì không có đồng vị phóng xạ nào phát hạt
notron. Để nhận được notron thường phải sử dụng các phản ứng (α,n) hoặc (γ,n). Do
đó nguồn phóng xạ phát notron khác các nguồn phóng xạ phát các hạt anpha, beta và
gamma ở chỗ nó gồm 2 thành phần: chất đồng vị phóng xạ phát α và vật liệu bia để
24

chuyển từ hạt α, γ sang hạt notron. Các chất đồng vị phóng xạ phát hạt α thường dùng
là

226
Ra,
210
Po,
239
Pu còn các đồng vị phóng xạ phát tia γ thường dùng là
28
Al,
116
In,
124
Sb,
24
Na, v.v. Vật liệu bia thường dùng là
7
Li,
9
Be,
11
B, v.v.
1.1.4.2 Nguồn notron theo phản ứng (α,n):
Nguyên tắc tạo nguồn notron theo phản ứng (α,n) được minh họa trên hai nguồn cụ
thể là nguồn Ra – Be và Po – Be. Trong nguồn Ra – Be đồng vị phóng xạ tự nhiên
226
Ra phát hạt anpha trộn đều với vật liệu bia
9
Be và chứa trong một ống kín. Notron
sinh ra theo phản ứng
9
Be và chứa trong một ống kín. Notron sinh ra theo phản ứng

9
Be(α,n)
12
C không phải chỉ do các hạt anpha của chính
226
Ra mà còn do các hạt anpha
của các sản phẩm phân rã
226
Ra như Rn, RaA, RaC, RaF. Tất cả 5 nhóm hạt anpha có
năng lượng khác nhau từ 4,8 MeV đến 7,7 MeV. Khi đi qua vật liệu beri chúng mất
năng lượng trong phản ứng (α,n). Do hạt anpha có năng lượng khác nhau nên phổ
năng lượng của notron sinh ra cũng phức tạp. Nguồn Ra-Be có suất ra bằng 1,7.10
7

notron/ (Ci Ra.s) là suất ra lớn nhất trong số các nguồn notron. Nhược điểm của nguồn
Ra – Be là phát ra tia gamma với cường độ lớn tạo nên phông lớn khi sử dụng notron.
Nguồn Po – Be có suất ra bé hơn nguồn Ra – Be, đạt cỡ 3,0.10
6
notron/ (Ci Po.s),
nhưng được sử dụng rộng rãi do hạt anpha có năng lượng xác định 5,3 MeV và cường
độ gamma thấp hơn. Nhược điểm của nguồn Po – Be là thời gian bán rã quá ngắn, chỉ
có 138 ngày, trong lúc thời gian bán rã của nguồn Ra – Be là 1620 năm.
Bảng 1.5: Các nguồn notron theo phản ứng (α,n)
Nguồn Thời gian
bán rã
Suất ra notron
(10
6
notron/
Ci.s)

Số hạt
gamma/
notron
Năng lượng
notron trung
bình (MeV)
Năng lượng
notron cực
đại (MeV)
Ra-Be 1620 năm 17 5.10
3
4,63 12,2
Po-Be
138 ngày 1,6 ÷ 3,0 ≈ 1 5,3 10,9
Pu-Be
24360 ngày 1,7 ≈ 1 4,5 10,7
Ra-B
1620 năm 6,8 2,104 - -
25

Po-B
138 ngày 0,9 - 2,7 5
Rn-B
3,8 ngày 15 -
-
12,2

1.1.4.3 Nguồn notron theo phản ứng (γ,n):
Các notron trong hạt nhân có năng lượng liên kết xác định. Khi tia gamma với
năng lượng lớn hơn năng lượng liên kết đó tương tác với hạt nhân có thể làm cho

notron bật ra khỏi hạt nhân, tức là gây ra phản ứng (γ,n). Notron bay ra sau phản ứng
này được gọi là photonotron. Hạt nhân
9
Be có năng lượng liên kết bằng 1,63 MeV còn
hạt nhân
2
D là 2,23 MeV. Do đó để nhận được các photonotron có thể dùng bia
9
Be
hay nước nặng D
2
O. Chẳng hạn, khi dùng bia
9
Be có thể chọn nguồn phóng xạ gamma
với năng lượng lớn hơn 1,63 MeV và ta có phản ứng
9
Be(γ,n)
8
Be. Ưu điểm của nguồn
notron theo phản ứng (γ,n) là các photonotron có năng lượng đơn sắc.
Bảng 1.6: Các nguồn notron theo phản ứng (γ,n)
Nguồn Thời
gian
bán rã
Suất ra
notron (10
4

notron/ Ci.s)
Năng lượng

notron
(MeV)
Năng lượng
gamma
(MeV)
Suất ra (%)
gamma/
phân rã
24
Na-
9
Be 14,8
giờ
13 0,83 3,86
2,75
0,05
100
24
Na-D
2
O

14,8
giờ
27 0,22
3,86
2,75
0,05
100
88

Y-
9
Be
104
ngày
10 0,16
1,85
2,8
99
1,0
88
Y-D
2
O
104
ngày
0,3 0,31
2,8 1,0
24
Sb-
9
Be
60
ngày
19
0,024
1,69
2,09
50
6,5