Thông tin chung

Máy gia tốc HUS Pelletron là một trong những cơ sở máy gia tốc nghiên cứu hàng đầu Việt Nam, là thiết bị chính của phòng thí nghiệm về ion beam và vật lý hạt nhân ứng dụng ("Laboratory for Ion beam and Nuclear Applications" (LINA)), Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý.

Máy gia tốc Pelletron được lắp đặt và nghiệm thu vào năm 2011 và các thí nghiệm sử dụng chùm tia từ máy gia tốc bắt đầu được tiến hành từ năm 2012. Trong hệ máy gia tốc, các hạt tích điện (ion) được tạo ra bở một trong hai nguồn ion đặt ở phần đầu của hệ: nguồn ion trao đổi điện tích RF của hãng NEC (Alphatross) và nguồn phún xạ Cesium tạo ion âm (SNICS). Nguồn ion RF có khả năng tạo ra các ion âm từ khí Hydro và Hêli. Nguồn ion phún xạ Cesium tạo ra ion âm bằng cách gia tốc dòng ion Cs tới cathode tích điện âm làm bằng loại ion cần được tạo ra. Các ion âm sau đó được gia tốc ban đầu tới năng lượng thấp (từ 20-30 keV) sử dụng một thế tĩnh điện. Chùm ion này sau đó được điều hướng một góc 45^o sử dụng nam châm lưỡng cực tới vùng năng lượng thấp của cấu trúc gia tốc. Ở tầng gia tốc đầu tiên, chùm ion tĩnh điện âm được gia tốc sử dụng thế tĩnh điện dương rất lớn đặt ở chính giữa của cấu trúc gia tốc. Thế tĩnh điện này ở quả cầu tích điện đầu cuối (terminal) được tạo ra bằng sự vận chuyển liên tục các phần tử điện tích tới đầu cuối (terminal) sử dụng bánh xích tải điện. Cơ chế tạo thế tĩnh điện này còn được gọi là Pelletron. Trong quả cầu tích điện ở đầu cuối, chùm ion đi qua một thể tích nhỏ có chứa khí Nitơ được tuần hoàn liên tục trong đó. Tại đây các ion sẽ bị tước electron và trở thành ion dương. Điện tích trung bình của các ion này phụ thuộc vào loại ion và thế đỉnh (terminal voltage). Các ion dương này ngay sau đó đi qua tầng gia tốc thứ hai hay tầng năng lượng cao, nơi mà thế đỉnh dương đóng vai trò tạo lực đẩy gia tốc chùm ion dương này. Dựa vào cơ chế gia tốc hai lần trên, năng lượng cuối cùng của chùm ion với điện tích dương n sau khi tước eletron sẽ bằng (n+1)V, với V là thế đỉnh (có giá trị lớn nhất bằng 1.7 MV). Ví dụ, năng lượng cuối cùng tại thế đỉnh dương lớn nhất đối với chùm ¹²C³⁺ sẽ là 6.7 MeV. Máy gia tốc Pelletron có khả năng gia tốc nhiều loại chùm tia từ protons đến Uranium.

Các chùm ion được gia tốc có thể được đưa tới hai kênh ra ứng dụng: Kênh phân tích IBA và kênh cấy ion. Kênh phân tích IBA được trang bị buồng phân tích RC43 của hãng NEC, với thiết kế dùng cho các ứng dụng sử dụng kỹ thuật phân tích dùng chùm Ion (Ion Beam Analysis), cụ thể là các kỹ thuật Phân tích tán xạ ngược Rutherford (RBS) và phân tích phân kênh (channeling), Phân tích dùng hạt giật lùi (ERDA), Phân tích sử dụng phản ứng hạt nhân(NRA), Phân tích phát xạ tia X từ chùm hạt (PIXE). Kênh cấy ion được trang bị thiết bị quét mặt phẳng chùm tia (Raster Scanner), thiết bị giams sát hình dạng chùm tia và thiết bị đo dòng chính xác. Thiết bị quét mặt phẳng chùm tia (Raster Scanner) sử dụng điện trường thay đổi nhanh để quét chùm ion năng lượng MeV từ máy gia tốc theo hai chiều X-Y, từ đó tạo ra các hình dạng chùm tia khác nhau trên một tiết diện lớn (điển hình là 10 cm x 10 cm) của bia cấy.

Để đảm bảo việc chất lượng của chùm tia được gia tốc, môi trường chân không cao cần phải được duy trì trong ống gia tốc. Các trạm bơm chân không bao gồm bơm quay sơ cấp (rotary pump) và bơm thứ cấp (turbo molecular pump) được bố trí dọc them đường đi của chùm tia để đảm bảo chân không siêu cao từ 10^-8 - 10^-7 Torr.

Máy gia tốc Pelletron tạo ra bức xạ ion hoá khi chùm ion được gia tốc tương tác với vật liệu. Trong trường hợp của máy gia tốc HUS Pelletron, năng lượng và cường độ chùm tia ở mức khá nhỏ do đó mức độ bức xạ phát ra ngoài ống chân không gia tốc luôn luôn đạt dưới mức miễn trừ (exemption level). Tuy nhiên để đảm bảo an toàn bức xạ, máy đo liều bức xạ với hệ thống cảnh báo đã được lắp đặt trong phòng máy gia tốc và hoạt động liên tục.

Ngoài công tác vận hành máy gia tốc, đội ngũ kỹ thuật viên đã nỗ lực bảo trì các thành phần quan trọng của hệ máy gia tốc như các nguồn ion RF và SNICS, buồng gia tốc và ống gia tốc, kênh phân tích IBA, trong điều kiện cơ sở vật chất còn hạn chế của phòng thí nghiệm. Trong năm 2014, đội ngũ kỹ thuật viên đã tiến hành công việc bảo trì quan trọng cho máy gia tốc. Trong lần bảo trì này, buồng gia tốc đã được tháo rời và các chi tiết bên trong như xích tải diện, quả cầu tích điện, các hệ thống cơ khí, tuần hoàn khí trơ được kiểm tra và vệ sinh. Lần bảo trì này đã phát hiện cơ cấu xích tải điện bị trùng và một số bộ phận cơ khí đã bị rơi ra, điều này có thể gây hỏng hóc hệ thống tải điện tích. Tất cả các trục trặc đã được sửa chữa trong lần bảo trì này. Hệ thống khí cách điện SF₆ và chất hút ẩm đã được thay thế hoàn toàn. Kết quả sau đó hệ máy gia tốc đã dược vận hành một các ổn định với dòng dò nhỏ nhất và dòng tải điện ổn định ở cả hai xích tải điện.

Lịch vận hành máy (beam time) gia tốc HUS Pelletron có thể được bố trí linh hoạt và tiếp cận được đối với các tổ chức/cá nhân bên ngoài Trường. Vui lòng gửi cho chúng tôi yêu cầu của bạn về đề xuất sử dụng chùm tia (beam time proposals) và các câu hỏi tại đây.