1. Trang chủ >
  2. Luận Văn - Báo Cáo >
  3. Thạc sĩ - Cao học >

Chương 3 . Sự ảnh hưởng của tia bức xạ vũ trụ lên các vật chất mô phỏng môi trường liên sao - kết quả và thảo luận

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.39 MB, 84 trang )


26



Hình 3.1.Phổ hồng ngoại thu được từ thí nghiệm với mẫu bồ hóng được chiếu

xạ bằng các chùm ion C5+ 50 MeV, Si7+ 85 MeV, Ni9+ 100 MeV với các thông lượng

ion khác nhau, ở Tandem, Pháp vào tháng 3, 2009.

Sau đây, các phổ hồng ngoại của các vùng và ứng với các ion có năng lượng và

thơng lượng khác nhau đã thơng qua xử lý sẽ được trình bày bên dưới theo mỗi vùng

chiếu xạ riêng biệt. Các ion dùng trong thí nghiệm chiếu xạ là C5+ 50 MeV, Si7+ 85

MeV, Ni9+ 100 MeV. Bằng cách sử dụng phần mềm vẽ và xử lý đồ thị Origin pro 9.0;

các đỉnh phổ đã được làm khớp và tách riêng để có thể tính tốn diện tích đỉnh. Mỗi vị

trí đỉnh trong từng vùng ứng với các vị trí có liên kết phân tử dao động theo những

kiểu riêng biệt. Sự tăng lên hoặc suy giảm diện tích đỉnh cho thấy sự thay đổi của các

liên kết phân tử ứng với đỉnh đó; dựa vào điều này ta có thể khảo sát sự tiến hóa của

mẫu chiếu xạ theo từng loại ion chiếu và với những năng lượng khác nhau từ đó có thể

tìm hiểu q trình phát triển của các chất hữu cơ tương tự trong môi trường liên sao.

Tất cả các dữ liệu về vị trí đỉnh, bề rộng một nửa và diện tích từng đỉnh được trình bày

trong phụ lục (xem phụ lục B, C, D).



27



Bảng 3.1.Các kiểu biến dạng nén dãn của liên kết CH trong vùng 1[5].



Hình 3.2.Phổ hồng ngoại vùng 1 của bồ hóng chiếu xạ bởi ion C5+ 50 MeV với

những thông lượng ion khác nhau.

Các phổ được thể hiện trên cùng thang đo để thể hiện sự thay đổi.



28



Hình 3.3.Phổ hồng ngoại vùng 1 của bồ hóng chiếu xạ bởi ion Si7+ 85 MeV với

những thơng lượng ion khác nhau.



Hình 3.4.Phổ hồng ngoại vùng 1 của bồ hóng chiếu xạ bởi ion Ni9+ 100 MeV

với những thông lượng ion khác nhau.



29



Bảng 3.2.Các vị trí biến dạng uốn của liên kết CH và biến dạng nén dãn của

liên kết CC trong vùng 2[5].



Bảng 3.3.Các vị trí biến dạng lệch khỏi mặt phẳng của liên kết CH. [5].



30



Hình 3.5.Phổ hồng ngoại vùng 2 của bồ hóng chiếu xạ bởi ion C5+ 50 MeV với

những thơng lượng ion khác nhau.



Hình 3.6.Phổ hồng ngoại vùng 2 của bồ hóng chiếu xạ bởi ion Si7+ 85 MeV với

những thơng lượng ion khác nhau.



31



Hình 3.7.Phổ hồng ngoại vùng 2 của bồ hóng chiếu xạ bởi ion Ni9+ 100 MeV

với những thơng lượng ion khác nhau.



Hình 3.8.Phổ hồng ngoại vùng 3 của bồ hóng chiếu xạ bởi ion C5+ 50 MeV với

những thơng lượng ion khác nhau.



32



Hình 3.9.Phổ hồng ngoại vùng 3 của bồ hóng chiếu xạ bởi ion Si7+ 85 MeV với

những thơng lượng ion khác nhau.



Hình 3.10.Phổ hồng ngoại vùng 3 của bồ hóng chiếu xạ bởi ion Ni9+ 100 MeV

với những thông lượng ion khác nhau.



33



3.2Tiết diện phá hủy và mẫu tái tổ hợp

Trong quá trình chiếu xạ chùm ion lên mẫu, các ion tương tác với các phân tử

hữu cơ bằng cách va chạm và truyền động năng. Nếu năng lượng được cho đi đủ lớn

để phá vỡ các liên kết hóa học giữa các phân tử với nhau thì quá trình phá hủy liên kết

sẽ xảy ra. Trong quá trình này các liên kết carbon - hydro và carbon - carbon sẽ bị bẻ

gãy. Các phân tử và nguyên tử sẽ rời khỏi khối phân tử ban đầu.

Chùm ion đập vào phân tử sẽ nhìn mục tiêu dưới một diện tích va chạm nhất

định để có thể bẻ gãy liên kết phân tử. Diện tích như vậy gọi là tiết diện phá hủy σd

(destruction cross section). Chúng ta có thể tìm thấy mối liên hệ giữa tích phân của độ

sâu quang học (the integrated optical depth) hay nói các khác là diện tích của một đỉnh

phổ hồng ngoại với tiết diện phá hủy này qua một hàm [10]:

𝐴𝐴 =



1



1

1

1

+� − �𝑒𝑒 −𝜎𝜎 𝑑𝑑 𝐹𝐹 𝐼𝐼

𝐴𝐴 𝑓𝑓

𝐴𝐴 𝑖𝑖 𝐴𝐴 𝑓𝑓



(3.2.1)



Trong đó Ai và Af là giá trị ban đầu và giá trị tiệm cận khi liều chiếu xạ được

xem như vô hạn. FI là mật độ dòng ion (ion.cm-2) và σd là tiết diện phá hủy. Chúng ta

có thể tính tốn tiết diện phá hủy thơng qua hàm (3.2.1).

Giá trị A được giả định là tỉ lệ với hàm lượng hydro ρtrong mẫu [1],[10],[15].

Như vậy phương trình (3.2.1) trở thành phương trì mơ tả sự thay đổi của hàm lượng

hydro của mẫu trong quá trình chiếu xạ:

𝜌𝜌 =



1



1

1

1

+� − �𝑒𝑒 −𝜎𝜎 𝑑𝑑 𝐹𝐹 𝐼𝐼

𝜌𝜌 𝑓𝑓

𝜌𝜌 𝑖𝑖 𝜌𝜌 𝑓𝑓



(3.2.2)



với ρivà ρflà giá trị ban đầu và giá trị tiệm cận của hàm lượng hydro khi liều chiếu

được xem như vô hạn.

Với những liên kết bị đứt gãy do tác động của các ion chiếu xạ, các nguyên tử

hydro được giải phóng ra ngồi. Số phận của các nguyên tử này sẽ xảy ra theo hai con



34



đường: bị mẫu bắt lại hoặc kết hợp với nhau thành những phân tử khí hydro và thốt ra

ngồi. Việc hai ngun tử hydro tự do - được giải phóng do đứt gãy liên kết - kết hợp

thành một phân tử khí hydro như vậy gọi là sự tái tổ hợp và lý thuyết mơ tả q trình

này gọi là mẫu tái tổ hợp (recombination model). Lý thuyết này được phát triển bởi

Adel [1] và Marée [15].

Quá trình phá hủy và tái tổ hợp ln đi đơi với nhau. Hai q trình này xảy ra

trong khi các vật chất hữu cơ trong môi trường liên sao chịu sự bắn phá của các chùm

tia vũ trụ trong thang đo thời gian tính bằng 106 năm ngồi vũ trụ. Để q trình tái tổ

hợp như trên xảy ra, ít nhất hai liên kết C-H phải bị bẻ gãy và giải phóng ra hai nguyên

tử hydro tự do. Những nguyên tử hydro tự do như vậy sẽ tồn tại một khoảng thời gian

sống nhất định sau đó chúng sẽ kết hợp với nhau hoặc bị mẫu chất chiếu xạ bắt trở lại.

Trong khoảng thời gian sống đó, nguyên tử hydro sẽ tộn tại trong một khoảng cách đặc

trưng l. Khoảng cách này sẽ xác định một khơng gian có thể tích hình trụ V có bán

kính r [1], gọi là thể tích tái tổ hợp (recombination volume), đây là nơi mà hai nguyên

tử hydro tự do có thể ghép đơi với nhau và tạo thành một phân tử H2.

Để thiết lập mơ hình tốn học cho quá trình này ta sử dụng hai giả thiết [1]:

- Khoảng thời gian tương tác giữa các ion và vật liệu bị chiếu xạ là đủ nhỏ để

tương tác giữa các ion và mẫu là độc lập.

- Khi một lượng lớn H2được tạo thành, chúng sẽ khuếch tán ra khỏi vật liệu

chiếu xạ mà không cần một tương tác nào khác.

Trong thể tích V, các nguyên tử hydro kết hợp thành H2cho đến khi chỉ còn một

nguyên tử hydro tự do thì quá trình này ngừng lại. Ta ký hiệu xác suất để một ion đến

và phá hủy thành cơng một liên kết C-H và giải phóng H là Pph; và xác suất để hai

nguyên tử hydro chứa trong V kết hợp với nhau thành H2 là Pkh. Nếu gọi ρ là hàm

lượng (hoặc mật độ) hydro trên một đơn vị thể tích V thì số lượng ngun tử hydro tự

do trong V là ρV. Như vậy, giả sử một phân tử H2 cần hai nguyên tử hydro được đánh

dấu lần lượt là 1 và 2; ta thấy rằng Pph1=Pph2. Vậy, số cặp nguyên tử hydro có thể được

tạo thành trong thể tích V là:

1



𝑁𝑁0 = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝑃𝑃𝑝𝑝ℎ (𝜌𝜌𝜌𝜌 − 1)𝑃𝑃𝑝𝑝ℎ

2



(3.2.3)



35



Trong số đó, số cặp nguyên tử Hydro có khả năng bắt cặp thành công và tạo thành H2

là:

1



2

𝑁𝑁′ = 𝜌𝜌𝜌𝜌(𝜌𝜌𝜌𝜌 − 1)𝑃𝑃𝑝𝑝ℎ

𝑃𝑃𝑘𝑘ℎ

2



(3.2.4)



Số nguyên tử hydro mất đi trong thể tích V là:



2

𝑃𝑃𝑘𝑘ℎ

𝑁𝑁′′ = 𝜌𝜌𝜌𝜌(𝜌𝜌𝜌𝜌 − 1)𝑃𝑃𝑝𝑝ℎ



(3.2.5)



Lúc này, sự thay đổi của hàm lượng hydro theo số ion đưa vào dI:

𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑑𝑑𝑑𝑑



𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑑𝑑𝑑𝑑



=−



𝑁𝑁′



(3.2.6)



𝑉𝑉



2

= 𝜌𝜌(𝜌𝜌𝜌𝜌 − 1)𝑃𝑃𝑝𝑝ℎ

𝑃𝑃𝑘𝑘ℎ



(3.2.7)



với dI= πr2dFI , trong đó FI là mật độ dòng ion ta có:

𝑑𝑑𝑑𝑑



𝑑𝑑𝐹𝐹𝐼𝐼



2

= 𝜌𝜌(𝜌𝜌𝜌𝜌 − 1)𝑃𝑃𝑝𝑝ℎ

. 𝑃𝑃𝑘𝑘ℎ . 𝜋𝜋. 𝑟𝑟 2



(3.2.8)



Ta đặt ρf=1/V tương ứng với hàm lượng hydro cuối cùng của mẫu khi chiếu xạ

2

. 𝑃𝑃𝑘𝑘ℎ . 𝜋𝜋. 𝑟𝑟 2 . Phương trình vi phân (3.2.8) trở thành [10]:

với liều vô cùng và𝜎𝜎𝑑𝑑 = 𝑃𝑃𝑝𝑝ℎ

𝑑𝑑𝑑𝑑



𝑑𝑑𝐹𝐹𝐼𝐼



= 𝜌𝜌 �



𝜌𝜌



𝜌𝜌 𝑓𝑓



− 1� 𝜎𝜎𝑑𝑑



(3.2.9)



Nghiệm của phương trình trên chính là phương trì mơ tả sự thay đổi của hàm

lượng hydro của mẫu trong quá trình chiếu xạ:

𝜌𝜌 =



1



1

1

1

+� − �𝑒𝑒 −𝜎𝜎 𝑑𝑑 𝐹𝐹 𝐼𝐼

𝜌𝜌 𝑓𝑓

𝜌𝜌 𝑖𝑖 𝜌𝜌 𝑓𝑓



(3.2.10)



3.3Hàm lượng hydro và sự tiến hóa của vật chất hữu cơ được chiếu xạ

Trong các mẫu vật chất hữu cơ luôn có một lượng hydro liên kết với carbon

trong phân tử hữu cơ đó thơng qua các liên kết hóa học. Chúng ta có thể biết tỉ lệ C:H

ban đầu bằng cách đo đạc và ước lượng. Sự thay đổi của hàm lượng hydro trong khi

chiếu xạ chính là tiền đề để nghiên cứu sự tiến hóa của vật chất được chiếu xạ. Sự tiến

hóa của hàm lượng hydro so với giá trị ban đầu của mẫu chiếu xạ được trình bày trong

các đồ thị dưới đây. Giá trị A/Ai tỉ lệ với ρ/ρi trong đó ρi là giá trị ban đầu của hàm

lượng hydro.

Khi mẫu được chiếu xạ bởi ion C5+ 50 MeV, một số vị trí trong vùng 1, hàm

lượng hydro giảm đi và ngược lại hàm lượng hydro tăng lên trong những vùng còn lại.



36



Trong phần đầu của vùng 1, các vị trí 3290 cm-1, 3089 cm-1 và 3040 cm-1 hàm lượng

hydro giảm đi. Phần sau của vùng 1 hàm lượng hydro tăng so với giá trị ban đầu. Hai

phần này phân tách nhau rõ rệt bắt đầu từ vị trí 2982 cm-1(xem hình 3.11). Có hai vị trị

mà hàm lượng hydro không thay đổi đơn điệu: vị trí 2852 cm-1 các giá trị ρ giảm rồi

tăng nhưng giá trị cuối vẫn bé hơn giá trị ban đầu, và ở 2982 cm-1 hàm lượng hydro

tăng rồi giảm nhưng vẫn vượt q giá trị ban đầu.



Hình 3.11.Sự tiến hóa của hàm lượng hydro của mẫu khi được chiếu xạ bởi ion

C5+ 50 MeV.

Ở vùng 2 của phổ chiếu xạ C5+ ta thấy rằng số vị trí mà hàm lượng hydro giảm

đi khơng chiếm ưu thế bằng các vị trí hàm lượng hydro tăng lên và những vị trí này

nằm xen lẫn nhau mà không tách thành hai phần riêng biệt như vùng 1. Các vị trí 1500

cm-1, 1377 cm-1 và 1082 cm-1 hàm lượng hydro giảm; các vị trí khác đều có giá trị

vượt quá giá trị ban đầu của ρ(hình 3.11). Hai vị trí 1718 cm-1 và 1660 cm-1 nằm kề

nhau và chúng có sự thay đổi giống nhau và khác so với các vị trí tăng khác; cụ thể là

hai vị trí này có hàm lượng hydro tăng nhanh ở những giá trị FE đầu sau đó giảm từ từ

ở những giá trị FE ở phần giữa và phần cuối nhưng giá trị hàm lượng hydro cuối vẫn

lớn hơn giá trị ban đầu.

Vùng cuối của phổ hồng ngoại chiếu xạ ion carbon cũng có những xen lấn như

vùng 2. Vị trí đầu tiên 958 cm-1 hàm lượng hydro tăng mạnh khi chiếu xạ với cường



Xem Thêm
Tải bản đầy đủ (.pdf) (84 trang)

×