1 MỞ ĐẦU Khoa học công nghệ hạt nhân nghiên cứu phát triển ứng dụng vào thực tiễn nhiều nước giới từ năm 1940 đến đạt nhiều thành tựu to lớn, đóng góp vào phát triển kinh tế xã hội Quốc tế nói chung nhiều Quốc gia nói riêng như: Mỹ, Nga, Nhật Bản Trong năm gần nước phát triển, khoa học kỹ thuật hạt nhân quan tâm ưu tiên phát triển cách mạnh mẽ; đặc biệt Việt Nam đẩy mạnh phát triển điện hạt nhân nghiên cứu ứng dụng mục đích hòa bình Một hướng nghiên cứu quan trọng khoa học hạt nhân nghiên cứu thực nghiệm cấu trúc hạt nhân nhằm cung cấp thông tin thực nghiệm cho phát triển công nghệ kiểm chứng mô hình lý thuyết Tuy nhiên nhiều thập niên trước đây, hướng nghiên cứu chủ yếu phát triển số nước phát triển mức độ tin cậy số liệu thu phụ thuộc nhiều vào phát triển thiết bị ghi đo xạ hai hướng nghiên cứu bổ sung cho suốt tiến trình lịch sử phát triển Ngày với phát triển vượt bậc công nghệ điện tử bán dẫn, khoa học máy tính cho phép tạo thiết bị ghi đo đại với ưu điểm như: có độ xác cao, có tốc độ ghi nhận cao, có độ phân giải tốt có khả ghi nhận thông tin đa chiều; với điều thiết bị nêu trên, số quốc gia phát triển khu vực có Việt Nam, tham gia mạnh mẽ vào hướng nghiên cứu thực nghiệm cấu trúc phản ứng hạt nhân Tại Viện nghiên cứu hạt nhân, hướng nghiên cứu cấu trúc hạt nhân thực nghiệm triển khai thu thành công định; số chùm nơtron phin lọc đơn số hệ phổ kế ghi đo xạ mới: hệ phổ kế triệt Compton sử dụng đetectơ HPGe-BGO, hệ phổ kế cộng biên độ xung trùng phùng sử dụng hai đetectơ HPGe đetectơ nhấp nháy, phát triển nhóm “nghiên cứu số liệu phản ứng hạt nhân” Trên sở thiết bị này, Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V thực nghiệm nghiên cứu cấu trúc hạt nhân số đồng vị 28Al, 49Ti, 153 Sm, 172Yb, 239U tiến hành Tuy nhiên kết nghiên cứu này, đáp ứng phần dải đồng vị cần nghiên cứu, nhằm bổ sung vào thư viện số liệu thực nghiệm cấu trúc hạt nhân giới, góp phần khẳng định biện luận mô hình tính toán lý thuyết mật độ mức hạt nhân Xuất phát từ yêu cầu thực tế nêu trên, nội dung nghiên cứu: “Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V” chọn để làm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ khóa 17 chuyên ngành Vật lý kỹ thuật Các nội dung thực luận văn bao gồm: Tổng quan tình hình nghiên cứu chuyển dời lượng hạt nhân 52V, tiến hành thực nghiệm ghi đo phổ gamma tức thời từ phản ứng 51V(n,2γ)52V dòng nơtron nhiệt, xử lý số liệu thu nhận để xác định cường độ chuyển dời sơ đồ mức mật độ mức thực nghiệm hạt nhân 52 V Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu phân rã gamma nối tầng mật độ mức phổ kế cộng biên độ xung trùng phùng Năm 1958, Hoogenboom A.M đưa phác thảo hệ phổ kế cộng biên độ xung trùng phùng đetectơ nhấp nháy Hệ cộng biên độ xung từ hai đetectơ thực khối điện tử cộng tương tự để cộng biên độ xung Các thiết bị phân tích biên độ vào thời điểm máy phân tích biên độ 256 kênh [1] Từ năm 1981, Viện Liên hợp nghiên cứu hạt nhân (VLHNCHN) Dubna đưa vấn đề ghi nhận, lưu trữ xử lý số liệu máy tính thông tin thu từ hệ đo cộng biên độ xung trùng phùng Phương pháp khác xa hẳn nguyên tắc ban đầu Hoogenboom A.M đưa Nó cho phép rút ngắn thời gian thực nghiên cứu nhiều lần với độ xác cao hẳn, loại trừ ảnh hưởng chênh lệch chênh lệch thời điểm xuất xung từ đetectơ tương ứng với cặp chuyển dời nối tầng khai thác thông tin thuận lợi Phương pháp VLHNCHN Dubna đưa có cấu hình giống hệ phổ kế trùng phùng nhanh chậm đại có lưu trữ cộng số Trong khoảng thời gian từ năm 1985 đến năm 2000, nhóm nghiên cứu Dubna sử dụng hệ đo loại nghiên cứu số liệu phân rã gamma nối tầng cấu trúc khoảng 40 hạt nhân Hiện hệ đo theo phương pháp phát triển nhiều nước giới Cộng hoà Séc, Hungary, Mỹ, Nhật, ứng dụng nhiều lĩnh vực số liệu cấu trúc hạt nhân Tên gọi phương pháp đến thay đổi trùng phùng “sự kiện - kiện” Nhóm nghiên cứu Cộng hòa Séc chủ yếu tập trung vào giải vấn đề hàm lực tồn liên kết cặp bên hạt nhân Nhóm nghiên cứu Dubna khai thác số liệu từ thư viện ENSDF, tính toán lý thuyết kết hợp nghiên cứu với số sở khác giới có Việt Nam Một số nhà nghiên cứu Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V nước triển khai nghiên cứu dựa phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng, dùng nghiên cứu vũ trụ thiên văn học Hiện tại, xuất công bố ứng dụng phương pháp phân tích kích hoạt Nhật, Mỹ, Hungary số nước khác Tại Việt Nam, phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng nghiên cứu từ năm 90 kỷ trước Tuy nhiên nhiều nguyên nhân khác nhau, cuối năm 2005, hệ đo cộng biên độ xung trùng phùng hoàn chỉnh lắp đặt Viện Nghiên cứu hạt nhân Hiện hệ đo xây dựng với hai cấu hình, cấu hình dùng khối trùng phùng cấu hình dùng TAC Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp giai đoạn 2007-2009, nhóm nghiên cứu Đà Lạt thử nghiệm thành công phương pháp (n,3γ) với hai đetectơ bán dẫn đetectơ nhấp nháy Các khối che chắn, bàn đặt mẫu đetectơ thiết kế chế tạo đơn giản gọn nhẹ hiệu [1,4,5] Từ hệ đo này, nhóm nghiên cứu tiến hành thu thập số liệu phân rã gamma nối tầng hạt nhân như: 28 Al, 36Cl, 49Ti, 59Ni, 153 Sm,182Ta, 239 U, Các kết nghiên cứu phương pháp lắp đặt, thiết kế giao diện, lựa chọn tham số hệ đo, số liệu mật độ mức hàm lực công bố hội nghị nước, hội nghị quốc tế tạp chí quốc tế [4,5] Một số đặc trưng 52V Năm 1801, Andrés Manuel del Río tách nguyên tố từ mẫu quặng “chì đen” Mexicô phát nguyên tố gọi Vanadium Vanadium kim loại hiếm, mềm dễ kéo thành sợi, thành phần tìm thấy nhiều khoáng chất, có khả chống mòn tốt, bền với loại chất kiềm, axít sulfuric axít clohiđric Sau phát đến vanadium dùng để sản xuất số hợp kim, tự nhiên vanadium bao gồm đồng vị phân bố từ 43V đến 61V đồng vị bền 51V nhiều chiếm tới 99.75% [10] 51V có tiết diện bắt nơtron nhiệt 4.93 barn, có spin chẵn lẻ 7− Đồng Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V vị 52V tạo thành từ phản ứng 51V(d,p)52V 51V(n,γ)52V, hạt nhân không bền với chu kỳ bán hủy T1 = 3.75 phút, có spin chẵn lẽ trạng thái + 52 bền Hạt nhân V có ba proton neutron lõi lấp đầy, lõi có cấu trúc hai lần magic hạt nhân 48 Ca Trong phản ứng bắt nơtron nhiệt 51 V(n,γ)52V, hạt nhân 52V trạng thái kích thích có lượng liên kết nơtron B- n=7311.24 keV, phát xạ gamma để chuyển trạng thái bản, dịch chuyển trực tiếp từ lượng liên kết Bn qua mức trung gian khác như: 3733.13 keV, 2855.28 keV, 2479.59 keV, 2168 keV, , 22.76 keV, 17.13 keV 1.3 Tình hình nghiên cứu cường độ chuyển dời gamma mật độ mức 52V Vanadium hạt nhân có cấu trúc lõi hai lần magic hạt nhân 48Ca Do đặc biệt đó, nên hạt nhân nghiên cứu từ sớm, dựa phản ứng 51V(d,p)52V phản ứng 51V(n,γ)52V [6,7,9] Các nghiên cứu đáng ý tóm tắt sau: Từ năm 1958, L.V Croshev cộng sử dụng phương pháp đo electron tán xạ compton để xác định lượng cường độ phát xạ gamma tức thời từ phản ứng bắt xạ nơtron nhiệt Vanadium Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V Hình 1.1 Sơ đồ mức 52 V thu nghiên cứu L.V.Croshev cộng sự[7] Nghiên cứu phổ gamma vùng từ 0.25 ÷ 11.5 MeV, tác giả xác định gần 30 tia gamma phát nằm khoảng lượng từ 0.42 ÷ 7.3 MeV Hình 1.1 lượng cường độ vạch gamma thu [7] Năm 1965, D.H.White cộng sử dụng phổ kế tinh thể Bent, phổ kế trùng phùng với đetectơ NaI(Tl) nghiên cứu phổ gamma tức thời từ phản ứng bắt xạ nơtron Vanadium Trong nghiên cứu này, tác giả xác định tia gamma với lượng thấp bao gồm: 17.0 keV, 124.45 keV, 125.08 keV, 147.84 keV, 294.97 keV, 419.54 keV, 436.49 keV, 645.70 keV, 794.2 keV, 824.4 keV 845.8 keV [9] Kết hợp với công trình nghiên cứu trước đó, D.H.White đưa sơ đồ mức hạt nhân 52V có bổ sung mức lượng thấp Sơ đồ mức hạt nhân 52 V D.H.White đưa trình bày hình 1.2 Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V Hình 1.2 Sơ đồ mức 52V D.H.White cộng tổng hợp[9] Năm 1966, P Van Assche cộng sử dụng phổ kế tinh thể lò phản ứng DR-3 Risφ, tiến hành nghiên cứu phổ gamma 52V, kết hợp với tính toán dựa theo mẫu lớp có tính đến hiệu ứng tương tác proton-proton protonnơtron Các tác giả đưa sơ đồ mức hạt nhân 52 V với tia gamma tức thời có lượng từ 20 keV đến MeV P.Van Assche xác định hệ số biến hoán xác suất dịch chuyển hai mức thấp 17.15 keV 22.76 keV Các dịch chuyển dịch chuyển điện E2 dịch chuyển từ M1 [6] Sơ đồ mức hạt nhân 52V vùng lượng thấp P.Van Assche đưa trình bày hình 1.3 Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V Hình 1.3 Sơ đồ mức 52V vùng lượng thấp P.Van Asshen đưa [6] Các tổng hợp thư viện số liệu hạt nhân LANL ENSDF cho thấy tổng hợp từ nghiên cứu khác lượng cường độ 306 tia gamma [10] Vẫn khoảng 20% số tia gamma đo chưa xếp vào sơ đồ mức gần nửa số mức thu chưa xác định đầy đủ đặc trưng lượng tử 1.4 Về phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng Phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng đánh giá phương pháp hiệu nghiên cứu trạng thái kích thích hạt nhân vùng lượng lượng liên kết nơtron với hạt nhân (Bn) Bằng phương pháp này, phông phức tạp tán xạ compton đỉnh xuất hiệu ứng tạo cặp bị triệt tiêu nên phổ xạ gamma thu có dạng đơn giản Từ năm 1981, VLHNCHN Đubna, xây dựng hệ phổ kế cộng biên độ xung trùng Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V phùng, sử dụng đetectơ bán dẫn siêu tinh khiết với việc lưu trữ xử lý số liệu dạng “sự kiện-sự kiện” máy tính Đến năm 1987 phương pháp triển khai thành hệ thống đầy đủ Hiện tại, Đubna giai đoạn thay nguồn nơtron từ lò xung, sang máy gia tốc kích thích nhiên liệu phân hạch, nên nhóm thực nghiệm phải dừng nghiên cứu Ở Cộng hoà Séc, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển, hội nghị chuyên ngành quốc gia có hẳn tiểu ban nghiên cứu phân rã gamma nối tầng Các báo cáo hội nghị (17÷20/6/2007, Dubna, Cộng hòa Liên Bang Nga) cho thấy nhóm nghiên cứu Séc có xu hướng thiên đánh giá hàm lực ảnh hưởng phá vỡ liên kết cặp lên mật độ mức vùng lượng kích thích gần lượng liên kết nơtron với hạt nhân [4] Việc xây dựng định hướng sử dụng phương pháp SACP Việt Nam, cán hai đơn vị Viện Vật lý điện tử (VLĐT), thuộc Viện Khoa học công nghệ Việt Nam Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam (NLNTVN) thực Các nghiên cứu Viện VLĐT chủ yếu tiến hành nước không thành công việc thiết lập hệ đo nước Các nghiên cứu Viện NLNTVN, triển khai LPƯHĐL từ năm 2004 thu nhiều kết Hiện nay, nghiên cứu hoàn thiện hệ đo tiếp tục; chất lượng chùm xạ nơtron phông ngày cải thiện nâng cao Đây sở để khẳng định thí nghiệm nghiên cứu cấu trúc hạt nhân, theo phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng (SACP-Summation of Amplitude of Coincident Pulses) Đà Lạt tiếp cận tới trình độ quốc tế Hệ phổ kế cộng biên độ xung trùng phùng loạt vấn đề liên quan chùm nơtron kênh số 3, hệ che chắn giảm phông, hệ thống chương trình xử lý số liệu hoàn thiện kết đầu tư Bộ Khoa học Công nghệ, Viện NLNTVN thông qua đề tài nghiên cứu, dự án tăng cường trang thiết bị năm qua công sức trí tuệ nhóm nghiên cứu Cho đến thời điểm nay, có LPƯHNĐL sở Việt Nam, triển khai thành công thực nghiệm nghiên cứu phân rã gamma nối tầng chùm nơtron Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 10 Về bản, phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng phương pháp trùng phùng γ-γ Đây phương pháp đo kinh điển vật lý hạt nhân thực nghiệm Hệ thu nhận thông tin từ hai đetectơ thời điểm xuất hai xung lệch khoảng nhỏ khoảng thời gian định trước hệ đo - gọi cửa sổ thời gian hệ trùng phùng Nhờ phát triển công nghệ máy tính, số liệu đo lưu trữ dạng mã tương ứng với lượng cặp gamma nối tầng Các đetectơ bán dẫn HPGe biến đổi tuyến tính lượng xạ gamma thành biên độ tín hiệu đo, tổng lượng E1 E2 hai dịch chuyển gamma liên tiếp E1+E2=Ei-Ef xác định lượng Ei Ef mức phân rã (i) mức tạo thành sau dịch chuyển nối tầng hai gamma (f), không phụ thuộc vào lượng trạng thái kích thích trung gian Khi trường hợp ghi dịch chuyển nối tầng mà xảy hấp thụ đồng thời toàn lượng hai tia gamma hai đetectơ dẫn đến xuất đỉnh phổ tổng biên độ xung trùng phùng Sự hấp thụ không hoàn toàn lượng, dù lượng tử gamma, làm dịch chuyển đỉnh tổng biên độ miền lượng thấp tạo nên phân bố liên tục tương ứng Vì ta dễ dàng tách từ tập hợp kiện trùng phùng γ-γ, trường hợp mà tổng lượng dịch chuyển nối tầng bị hấp thụ hoàn toàn hai đetectơ Mặc dù cường độ xạ trường hợp trùng phùng nhỏ (thường xảy không lớn 10 kiện 106 phân rã), nhờ khả loại trừ phông liên quan với hấp thụ không hoàn toàn lượng xạ gamma, đảm bảo cho phương pháp nghiên cứu phản ứng (n,2γ) thu nhiều thông tin phương pháp nghiên cứu phản ứng (n,γ) thông thường Trong phổ tổng xuất đỉnh liên quan đến trình thoát đơn thoát đôi, lượng tử gamma tương tác với đetectơ theo hiệu ứng tạo cặp, đỉnh loại trình xử lý theo phương pháp Ngoài việc nghiên cứu đặc trưng trung bình, phương pháp SACP cho phép tách từ tập hợp trùng phùng γ-γ số lớn dịch chuyển nối tầng hai gamma mạnh nhất, cho phép xác định cường độ lượng dịch Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 27 Với h số mức trung gian tạo nên chuyển dời sơ cấp với lượng (Ec-Eγ) mật độ mức trung bình khoảng lượng ∆E Trong thực nghiệm, giá trị ∆Iγγ(Eγ,Ec) tương ứng với diện tích phổ nối tầng khoảng lượng ∆E Tổng giá trị ∆Iγγ(Eγ,Ec) theo mức trung gian g h kí hiệu Iγγ Vậy Iγγ tổng cường độ tất phân rã gamma nối tầng trạng thái hợp phần i trạng thái cuối f Như theo (2.4) cường độ tổng cộng phân rã gamma nối tầng xác định tính độ rộng phóng xạ riêng phần với mật độ mức lượng liên kết nơtron hạt nhân Như vậy, để tính giá trị cường độ phân rã nối tầng trạng thái hợp phần mức cuối, cần phải tính giá trị mật độ mức hạt nhân lượng biết với số lượng tử cụ thể độ rộng phóng xạ riêng phần chuyển dời hai mức Trong thực nghiệm, việc xếp sơ đồ phân rã tiến hành sau xác định cặp chuyển dời nối tầng từ phổ nối tầng Sơ đồ phân rã xây dựng sở xác định thứ tự dịch chuyển cặp gamma nối tầng phổ nối tầng bậc hai Bn, Ji=Jbia±1/2 γ4 Trùng phùng γ5 γ6 Trùng phùng γ1 γ3 γ2 AX Z N Ef1, Jf1 Jf Hình 2.12 Minh họa nguyên tắc xây dựng sơ đồ phân rã Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 28 Các dịch chuyển gamma có lượng xuất hai phổ nối tầng trở lên xem chuyển dời gamma sơ cấp, dịch chuyển nối tầng tương ứng dịch chuyển gamma thứ cấp tạo Sơ đồ phân minh họa nguyên tắc xây dựng sơ dồ phân rã trình bày hình 2.12 Cường độ dịch chuyển tương đối gamma nối tầng I iγ −γ thực nghiệm liên quan đến diện tích đỉnh gamma nối tầng phổ nối tầng tính theo công thức: I iγ −γ = S i γ −γ n ∑S (2.8) γ −γ i Trong đó: S iγ γ diện tích đỉnh gamma thứ i thu phổ nối tầng sau − hiệu chỉnh hiệu suất ghi Giá trị cường độ tương đối I iγ −γ thu sai khác giá trị thư viện chưa hiệu chỉnh với cường độ dịch chuyển trực tiếp có lượng khả ghi nhận hệ phổ kế Để so sánh với giá trị I iγ −γ thư viện cần phải hiệu chỉnh giá trị tuyệt đối số phân rã bắt 100 nơtron 2.4 Mật độ mức kích thích Hiện nay, lí thuyết tính độ rộng mức hạt nhân có nhiều hướng khác Các lí thuyết sử dụng đặc trưng thống kê mẫu hạt nhân với phương pháp tính toán theo vật lí thống kê học lượng tử Chẳng hạn như, việc xác định độ rộng mức thông qua đại lượng Entropi, phương pháp đường yên ngựa, phép biến đổi Laplace…Nhiều giải pháp sử dụng tương đối hiệu giải pháp tổ hợp, giải pháp nhiệt động học giải pháp bán vi mô Sau trình bày số phương pháp xác định mật độ mức: * Mẫu khí Fermi Theo Djinber Cameron mật độ mức tính sau: dựa thông tin thực nghiệm trực tiếp thu mô tả mật độ mức với nhóm lớn hạt có Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 29 số khối khoảng 22 < A < 245 vùng kích thích đủ rộng Ở vùng lượng thấp, tác giả dùng giả thiết nhiệt độ không đổi với công thức sau để tính số mức toàn phần N(E) lượng E cho mật độ mức ρ(E): ⎡ ( E − E0 ) ⎤ N ( E ) = exp ⎢ ⎥ ⎣ T ⎦ ⎡ ( E − E0 ) ⎤ exp ⎢ ⎥⎦ dN ⎣ T = ρ (E) = dE T (2.9) (2.10) Ở E lượng kích thích, E0, T thông số giả thiết Trong vùng lượng cao công thức mẫu khí Fermi sử dụng sau: ρ ( E ) ~ e2 aE với a thông số mật độ mức Phân tích số liệu thực nghiêm theo quan hệ (2.9), (2.10) xác định a, E T, hệ thống chúng để thu cách mô tả tốt với mật độ mức hạt nhân mà biết phần nhỏ thông tin thực nghiệm Mật độ mức mẫu có lượng kích thích U moment góc J có dạng: ρ (U , J ) = 2J +1 24 2σ 3a 4U ⎛ 1⎞ ⎞ ⎛ ⎜ ⎜J + ⎟ ⎟ 2⎠ ⎟ ⎜ exp aU − ⎝ ⎜ 2σ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ (2.11) Mật độ mức toàn phần ρ(U) biểu thị sau: ρ (U ) = exp(2 aU ) 2σ a 4U σ2: thông số phụ thuộc Spin σ = m gt = m (2.12) A π2 U g= , a= [MeV-1] 13.5 a m : giá trị trung bình hình chiếu moment hạt lượng Fermi m2 g = I tb với I tb = µ r02 A moment quán tính hạt rắn hình cầu có khối lượng h m = µA bán kính R = r0 A Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 30 ε ⎛ 2µ R ⎞ g: thông số phụ thuộc lượng hạt nhân ε g (ε ) = ⎜ ⎟ 3π ⎝ h ⎠ * Mẫu khí Fermi với dịch chuyển ngược Digl W đưa phân đoạn đơn giản có hiệu để mô tả mật độ mức khoảng lượng 0÷10 MeV Các hệ thức mẫu Fermi với dịch chuyển ngược dùng làm sở phương pháp Mật độ mức hạt nhân có lượng kích thích U moment góc J viết sau: ρ (U , J ) = 2J +1 24 2σ 3a 4U ⎛ J ( J + 1) ⎞ exp ⎜ a (U − ∆ ) − ⎟ (2.13) 2σ ⎠ ⎝ Mật độ mức toàn phần: ρ (U ) = ( exp a (U − ∆) 2σ a ) (U − ∆ + t ) Thông số Spin: σ = π t: nhiệt độ, U − ∆ = at − t (2.14) It , I moment quán tính h2 (2.15) am 2t = Các biểu thức (2.13), (2.14) (2.15) dùng để mô tả mật độ mức Chúng thu sử dụng trực tiếp phương pháp đường yên ngựa theo biến khác tích phân phương pháp Vì số liệu đáng tin cậy moment quán tính nên việc xác định thông số a ∆ thực hai giá trị Itb I = Itb/2, với I tb = MR Nếu giả thiết hạt nhân bán kính R = 1, 25 A thu σ tb2 = I tbt = 0, 0150 A t h Từ việc so sánh số liệu thực nghiệm với giá trị lí thuyết, cho thấy mẫu khí Fermi có tính đến không đồng mẫu lớp phổ hạt nhờ phương pháp bổ lớp Strunctinski mẫu để tính mật độ mức Sử dụng mẫu Fermi với dịch chuyển ngược để tính cường độ phân rã gamma nối tầng, thông số lựa chọn với moment trung bình nửa moment quán tính vật rắn Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 31 * Mật độ mức tính theo thực nghiệm Trong thực nghiệm, xác định cặp gamma chuyển dời nối tầng từ phổ nối tầng bậc hai, tiến hành xếp chuyển dời gamma vào sơ đồ phân rã thu số mức kích thích khoảng lượng Mật độ mức thực nghiệm tính theo công thức: ρ (E) = dN ( E ) dE (2.16) N(E) số mức kích thích khoảng lượng kích thích từ tới E Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Bảng cường độ chuyển dời gamma nối tầng 52V Việc xếp cặp gamma dịch chuyển nối tầng bậc hai, thu từ phổ nối tầng bậc hai tương ứng với đỉnh tổng chọn phổ tổng dựa vào nguyên tắc: • Những chuyển dời xuất hai phổ nối tầng trở lên xem chuyển dời sơ cấp, chuyển dời tương ứng lại chuyển dời thứ cấp • Những cặp chuyển dời xuất phổ nối tầng bậc hai chuyển dời có lượng lớn coi chuyển dời sơ cấp Thực nghiệm dựa phản ứng 51 V(n,2γ)52V VNCHN tiến hành khoảng 140 thu gần 40 cặp gamma tức thời dịch chuyển nối tầng bậc hai hạt nhân 52V Các cặp gamma dịch chuyển nối tầng bậc hai cường độ dịch chuyển tương ứng trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Năng lượng cường độ dịch chuyển cặp gamma dịch chuyển nối tầng 52V E1 (keV) 6874.12 6517.26 6464.84 5892.05 5752.03 5578.31 5515.76 5210.07 5142.28 4992.91 4883.30 E2 (keV) Up-lvl (keV) Lo-lvl (keV) Đỉnh tổng E=7311.22 keV 436.61 7311.22 436.64 793.54 7311.22 793.54 845.98 7311.22 845.94 1418.78 7311.22 1418.81 1558.79 7311.22 1558.85 1732.53 7311.22 1732.57 1795.05 7311.22 1795.12 2100.83 7311.22 2100.83 2168.59 7311.22 2168.64 2317.79 7311.22 2318.03 2427.59 7311.22 2427.66 Iγγ 7.156(021) 4.541(072) 4.936(026) 1.813(042) 6.520(02) 0.323(101) 0.561(076) 0.619(073) 0.342(098) 0.186(132) 0.274(109) Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 33 Đỉnh tổng E=7292 keV 6874.12 419.48 7311.22 436.64 4.812(026) 6464.84 823.19 7311.22 845.94 5.324(025) 5892.05 1401.65 7311.22 1418.81 0.972(058) 5515.76 1777.91 7311.22 1795.12 2.520(036) 5210.07 2083.65 7311.22 2100.83 0.541(078) 5142.28 2145.84 7311.22 2168.64 2.191(039) 4883.30 2410.44 7311.22 2427.66 0.512(080) 4452.19 2841.65 7311.22 2858.88 0.554(077) 3715.80 3578.05 7311.22 3733.15 0.398(091) Đỉnh tổng E=7162 keV 6874.12 295.02 7311.22 436.64 2.849(034) 6517.26 645.69 7311.22 793.54 14.345(015) 6464.84 698.13 7311.22 845.94 2.015(040) 5752.03 1410.97 7311.22 1558.85 1.298(050) 5551.21 1611.77 7311.22 1759.62 0.567(076) 5210.07 1952.92 7311.22 2100.83 1.304(050) 5142.28 2020.76 7311.22 2168.64 0.691(069) 4452.19 2710.97 7311.22 2858.88 0.414(089) Đỉnh tổng E=6874 keV 6517.26 356.87 7311.22 793.54 4.434(027) 5892.05 981.98 7311.22 1418.81 0.776(065) 5752.03 1120.04 7311.22 2538.82 1.252(051) 5515.76 1358.50 7311.22 1795.12 4.385(027) 5210.07 1664.18 7311.22 2100.83 1.646(044) Đỉnh tổng E=6516 keV 5515.76 1001.62 7311.22 1795.12 3.205(032) 5210.07 1307.28 7311.22 2100.83 1.937(041) 4883.30 1634.04 7311.22 2427.66 1.294(050) Đỉnh tổng E=1795 keV 1358.50 436.61 1795.12 793.54 6.520(022) 1001.62 793.54 1795.12 793.54 5.973(023) Ghi chú: E1 E2 lượng chuyển dời nối tầng sơ cấp thứ cấp; Up-lvl Lo-lvl lượng ứng với mức mức dưới, Iγγ ∆Iγγ cường độ chuyển dời sai số cường độ chuyển dời Trên hình 3.1 trình bày sơ đồ mức 52 V thu dựa cặp chuyển dời gamma nối tầng thu Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 34 Hình 3.1 Sơ đồ mức hạt nhân 52V 3.2 Hệ số rẽ nhánh mật độ mức 52V Hệ số rẽ nhánh chuyển dời gamma sơ cấp nối tầng bậc hai từ lượng kích thích Bn hạt nhân 52V thu từ thực nghiệm trình bày bảng 3.2 Bảng 3.2 Các chuyển dời thứ cấp hệ số rẽ nhánh tương ứng chuyển dời sơ cấp E1 E2 Hệ số α (keV) (keV) (%) 436.62 48.30 6874.12 419.48 32.48 295.02 19.23 793.54 19.47 6517.26 645.69 61.51 356.87 19.01 845.69 40.21 6464.84 823.19 43.37 698.13 16.42 Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 35 1418.78 50.91 5892.05 1401.65 27.30 981.98 21.79 5752.03 1558.79 71.89 1410.97 14.31 1120.04 13.80 1795.05 5.26 5515.76 1777.91 23.62 1358.5 41.09 1001.62 30.03 2100.83 10.24 2083.65 8.95 5210.07 1952.92 21.56 1664.18 27.22 1307.28 32.03 2168.59 10.61 5142.28 2145.84 67.96 2020.76 21.43 2427.59 13.17 4883.3 2410.44 24.62 1634.04 62.21 *Ghi chú: E1 E2 lượng gamma chuyển dời thứ cấp sơ cấp, α hệ số rẽ nhánh chuyển dời thứ cấp tương ứng với chuyển dời sơ cấp Phổ gamma sơ cấp số chuyển dời thứ cấp trình bày hình hình 3.2 hình 3.3 Hình 3.2 Phổ gamma thứ cấp chuyển dời sơ cấp 6874.12 keV Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 36 Hình 3.3 Phổ gamma thứ cấp chuyển dời sơ cấp 6517.26 keV Mật độ mức thực nghiệm tính theo công thức (2.16) kết tính so sánh với thư viện số liệu LANL trình bày bảng 3.3 hình 3.4 Bảng 3.3 Mật độ mức thực nghiệm 52V Năng lượng kích thích Mật độ mức (MeV) (ρ/MeV) 0.5 8.0 1.0 10.0 1.5 12.0 2.0 13.0 2.5 13.2 3.0 11.7 3.5 10.0 4.0 9.3 4.5 8.4 5.0 7.8 5.5 7.6 6.0 7.8 6.5 7.4 7.0 7.1 7.5 6.7 * tham khảo từ thư viện số liệu LANL [10] Mật độ mức (ρ/MeV)* 20.0 30.0 34.0 44.0 46.0 45.0 44.0 41.0 39.0 35.5 34.0 32.0 30.0 27.5 26.0 Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 37 Hình 3.4 Mật độ mức thực nghiệm 52V Số liệu bảng 3.1 xác định xếp vào sơ đồ mức 39 cặp chuyển dời dựa phản ứng bắt xạ nơtron phát gamma tức thời 51V(n, 2γ)52V Từ phổ thực nghiệm cho thấy số cặp chuyển dời tăng tăng thời gian thực nghiệm Số liệu bảng 3.3 cho thấy mật độ mức tăng dần từ 0.5 MeV đến 2.5MeV, sau giảm dần đến 7.5MeV Số mức thực nghiệm tăng tăng thời gian thực nghiệm, song chắn mật độ mức giảm vùng lượng 0.5Bn Kết phù hợp với dự đoán lý thuyết, tồn liên kết cặp hạt nhân phù hợp với kết nghiên cứu số hạt nhân khác [2,4,5] Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong trình làm luận văn, tác giả thu số kết sau: Về mặt lý thuyết: tìm hiểu số đặc trưng hạt nhân 52V trạng thái kích thích như; sơ đồ phân rã, cường độ chuyển dời, mật độ mức Nắm nguyên tắc tính cường độ chuyển dời nối tầng thực nghiệm, hệ số rẽ nhánh tương đối dịch chuyển nối tầng bậc hai mật độ mức thực nghiệm Nắm quy trình xử số liệu liệu thu phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng Về thực nghiệm: Đã tiến hành xác lập tham số khối điện tử chức như: Khối khuếch đại phổ, khối khuếch đại nhanh, khối gạt ngưỡng hằng, khối TAC hệ phổ kế cộng biên độ xung trùng phùng Viện nghiên cứu hạt nhân Đã tiến hành thu thập số liệu phân rã gamma nối tầng 52V Sử dụng phần mềm xử lý phổ Gacasd, Colegram, Gamma Vision, Orgin để tiến hành xử lý số liệu thu bao gồm: nối code, hiệu chuẩn lượng, xác định hiệu suất ghi đetectơ hệ phổ kế SACP, tính diện tích đỉnh phổ phổ gamma thu được, xây dựng sơ đồ mức 52V từ số liệu thu được, xác định 39 cặp gamma chuyển dời nối tầng cường độ chuyển dời, tính toán mật độ mức vùng lượng từ 0.5 MeV đến 7.5 MeV Luận văn hoàn thành đầy đủ mục tiêu ban đầu đặt Một số kiến nghị Cần cải tiến hệ thống che chắn dẫn dòng nơtron kênh ngang số để có dòng nơtron nhiệt có tỷ số Cadmi cao, thông lượng lớn đảm bảo an toàn kín nước trình tiến hành thực nghiệm Bổ sung vật liệu có tiết diện hấp thụ xạ nơtron xạ gamma tán xạ 10B, 6Li, Pb để che chắn cho đetectơ hệ phổ kế nhằm giảm khoảng cách đetectơ vị trí mẫu nâng cao hiệu suất đo để giảm thời gian tiến hành thực nghiệm Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 39 Với kết thực nghiệm phân rã gamma nối tầng 52V thu được, so sánh với kết thực nghiệm thư viện LANL cho thấy nghiên cứu cần tiếp tục để tăng thêm số mức thực nghiệm tiến hành nghiên cứu thống kê vấn đề suy giảm mật độ mức hạt nhân vùng lượng trung gian nằm lượng liên kết nơtron với hạt nhân Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Cảnh Hải cộng (2005), “Nâng cấp hệ che chắn dẫn dòng nơtron phục vụ cho nghiên cứu phản ứng (n,γ) (n,2γ) kênh ngang (số số 4) Lò phản ứng hạt nhân Đà lạt”, Báo cáo đề tài nghiên cứu cấp năm 2003-2004 Nguyễn Xuân Hải (2010), “Ứng dụng phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng nghiên cứu phân rã gamma nối tầng hạt nhân Yb Sm Lò phản ứng hạt nhân Đà lạt”, Luận án tiến sĩ vật lý, Viện lượng nguyên tử Việt Nam Phạm Đình Khang, Nguyễn Xuân Hải, “Tài liệu hướng dẫn xử lý số liệu theo phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng” Vương Hữu Tấn cộng (2006), “Nghiên cứu cường độ chuyển dời gamma nối tầng sơ đồ mức kích thích vùng lượng trung gian hạt nhân 152Sm, 182Ta, 59Ni, 239U”, Báo cáo đề tài nghiên cứu cấp năm 2005-2006 Vương Hữu Tấn cộng (2010), “Nghiên cứu phát triển hệ thống phổ kế hạt nhân đo chùm nơtron phục vụ nghiên cứu chuyển dời gamma nối tầng, đo đạc số liệu hạt nhân ứng dụng liên quan”, Báo cáo đề tài nghiên cứu cấp năm 2007-2009 Tiếng Anh P.Van Assche, U.Gruber, B.P.Maier, H.R.Koch and O.W.B.Schult (1966), “Level scheme and gamma transition in 52V”, Nuclear Physics 79, pp.565 to 576, North-Holland Publishing Co., Amsterdam Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V 41 L.V.Groshev, A.M.Demidov, V.N.Lutsenko and V.I.Pelekhov (1958), “Investigation of γ-rays emitted when thermal neutrons are captured by vanadium, manganese, cobalt and aluminium nuclei”, J.Nuclear Energy II, Vol.8, pp.127 to 147 Pergamon Press, Ltd., London Marie-Christine Lépy (2004), “Colegram sofltware”, Laboratoire national henri becquerel D.H.White, B.G.Saunders, W.John and R.W.Jewell (1965), “Neutron-capture gamma ray studies of low-lying 52V levels”, Nuclear Physics 72, pp.241 to 253, North-Holland Publishing Co., Amsterdam 10 http://www-nds.iaea.org/pgaa/PGAAdatabase/LANL/isopic/23V51 11 http://www.wikipedia.org/wiki/Vanadium Cường độ chuyển dời mật độ mức hạt nhân 52V