Mật độ mức và hàm lực thực nghiệm của các hạt nhân Ti49, V52, Ni59

Mật độ mức và hàm lực thực nghiệm của các hạt nhân Ti49, V52, Ni59

i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Viện Năng lượng Nguyên Tử Việt Nam, Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Trung tâm Đào tạo Hạt nhân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian nghiên cứu để thực hiện Luận án. Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Đà Lạt, Phòng TC-CB, Khoa Vật lý, Khoa Kỹ thuật Hạt nhân đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong nghiên cứu, học tập và công tác. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới hai Thầy hướng dẫn là TS. Phạm Đình Khang và PGS. TS Nguyễn Đức Hòa đã tận tình giúp đỡ tôi từ những bước đi đầu tiên xây dựng ý tưởng nghiên cứu, cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án. Quý thầy đã luôn ủng hộ, động viên và hỗ trợ những điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành Luận án. Kính gửi đến quý thầy tấm lòng tri ơn của người học trò. Mong rằng trí tuệ và sự độ lượng của quý thầy sẽ còn mãi để những thế hệ mai sau có cơ hội tiếp cận và lĩnh hội. Xin cảm ơn PGS. TS. Lê Bá Dũng, nguyên Hiệu trưởng trường Đại học Đà Lạt đã luôn ủng hộ tinh thần học tập của cán bộ, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong công tác, cho phép tôi có được cơ hội tiếp tục nghiên cứu. Xin cảm ơn TS. Nguyễn Xuân Hải, người đã cùng tôi trực tiếp làm thực nghiệm, trao đổi, giúp đỡ tôi trong chuyên môn. Cảm ơn một người bạn chân thành! Cảm ơn ThS. NCS. Đặng Lành đã góp ý, giúp đỡ tôi trong chuyên môn cũng như động viên kích lệ tôi trong nghiên cứu khoa học. ii Cảm ơn ThS. NCS. Phạm Ngọc Sơn, ThS. Hồ Hữu Thắng đã không ngại khó khăn giúp đỡ tôi triển khai một số thực nghiệm. Tôi xin cảm ơn các anh Phòng Vật lý – Điện tử đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi nghiên cứu bằng mọi thiết bị hiện có. Cảm ơn Trung tâm Lò phản ứng hạt nhân đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi được khai thác tại kênh thực nghiệm số 3. Cảm ơn các bạn cùng nhóm nghiên cứu: Th.S. NCS Trần Tuấn Anh, ThS. NCS Nguyễn Văn Hải, ThS. NCS Trương Văn Minh, NCS Mangengo Lumenganod đã cùng tôi trao đổi, thảo luận thẳng thắn vấn đề nghiên cứu của Luận án. Với tình yêu thương gia đình, con xin gửi lời cảm ơn đến Ba, Mẹ - xin nhận nơi đây tấm lòng của người con. Cảm ơn các chị, anh và các em đã động viên giúp đỡ tôi trong công việc hằng ngày. Cuối cùng, cảm ơn vợ và hai con đã cho tôi một điểm tựa về tinh thần lẫn vật chất để tôi có thể toàn tâm thực hiện Luận án. Xin chân thành cảm ơn mọi người! iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: 1 Những nội dung trong luận án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học trực tiếp của TS. Phạm Đình Khang và PGS.TS. Nguyễn Đức Hòa. 2 Mọi tham khảo dùng trong luận án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. 3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá nếu có tôi chịu trách nhiệm hoàn toàn về bản luận án này. Người cam đoan Nguyễn An Sơn iv MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH 1 DANH MỤC BẢNG BIỂU 3 DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT 5 MỞ ĐẦU 7 Chương một. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 10 1.1. Phương pháp trùng phùng gamma-gamma 10 1.1.1. Quá trình phát triển phương pháp 10 1.1.1.1. Trên thế giới 10 1.1.1.2. Tại Việt Nam 14 1.1.2. Hệ đo thực nghiệm tại Viện NCHN 15 1.1.2.1. Hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma 15 1.1.2.2. KS3 của LPUHNDL 18 1.2. Tình hình nghiên cứu các hạt nhân 49 Ti, 52 V và 59 Ni 18 1.2.1. Hạt nhân 49 Ti 18 1.2.2. Hạt nhân 52 V 19 1.2.3. Hạt nhân 59 Ni 20 1.3. Cơ sở lý thuyết tính toán trong luận án 22 1.3.1. Cường độ dịch chuyển gamma nối tầng 23 1.3.2. Mật độ mức 24 1.3.2.1. Tổng quan sự phát triển lý thuyết mật độ mức 24 1.3.2.2. Mẫu khí Fermi dịch chuyển ngược và công thức Gilbert-Cameron 26 v 1.3.3. Spin và độ chẵn lẻ 28 1.3.4. Bậc đa cực, xác suất dịch chuyển, độ rộng mức và hàm lực 31 1.3.4.1. Bậc đa cực và xác suất dịch chuyển 31 1.3.4.2. Thời gian sống, độ rộng mức và hàm lực 33 I.4. Kết luận chương 35 Chương hai. TRIỂN KHAI NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 36 Phần I. HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.1. Phát triển hệ thống thực nghiệm 36 2.1.1. Cải tiến giao diện 36 2.1.1.1. Đánh giá thực trạng hệ đo 36 2.1.1.2. Chế tạo giao diện bằng PCI 7811R 37 2.1.2. Thay đổi cấu trúc hệ thống che chắn, dẫn dòng nơtron 41 2.2. Xác lập các tham số cho hệ trùng phùng gamma-gamma 42 2.3. Xây dựng hàm hiệu suất 43 Phần II. NGHIÊN CỨU PHÂN RÃ GAMMA NỐI TẦNG CỦA CÁC HẠT NHÂN 49 Ti, 52 V VÀ 59 Ni 46 2.4. Chuẩn bị bia mẫu 49 Ti, 52 V và 59 Ni 46 2.5. Thu thập số liệu phân rã gamma nối tầng của 49 Ti, 52 V và 59 Ni 47 2.6. Xử lý số liệu thực nghiệm 49 2.7. Xây dựng sơ đồ phân rã và xác định các đặc trưng lượng tử 51 2.7.1. Xây dựng sơ đồ phân rã 51 2.7.2. Xác định các đặc trưng lượng tử 52 2.8. Đánh giá xác suất và hàm lực dịch chuyển gamma 53 2.9. Kết luận chương 55 vi Chương ba. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 56 3.1. Kết quả hoàn thiện hệ thống thực nghiệm 56 3.1.1. Kết quả cải thiện giao diện 56 3.1.2. Kết quả về phông của hệ đo 58 3.1.3. Kết quả về lựa chọn tham số cho hệ đo 60 3.1.4. Kết quả xác định hàm hiệu suất 62 3.2. Kết quả ghi nhận phổ tổng và phổ nối tầng 64 3.3. Kết quả số liệu phân rã nối tầng của 49 Ti, 52 V và 59 Ni 68 3.3.1. Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng 68 3.3.2. Kết quả sắp xếp các dịch chuyển gamma nối tầng vào sơ đồ mức 73 3.4. Hệ số rẽ nhánh và xác suất dịch chuyển điện từ 81 3.4.1. Hệ số rẽ nhánh 81 3.4.2. Kết quả tính xác suất dịch chuyển theo mẫu đơn hạt 86 3.5. Độ rộng mức, thời gian sống của mức và hàm lực 93 3.6. Kết luận chương 99 KẾT LUẬN CHUNG 101 CÁC CÔNG TRÌNH LÀM CƠ SỞ CHO LUẬN ÁN 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC 1. PHƯƠNG PHÁP CHUẨN CÁC THAM SỐ TFA VÀ CFD CỦA HỆ TRÙNG PHÙNG GAMMA-GAMMA TẠI VIỆN NCHN 115 PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ SUẤT LIỀU SAU KHI THAY THIẾT BỊ CHE CHẮN VÀ DẪN DÒNG KS3 120 PHỤ LỤC 3. CÁC PHỔ NỐI TẦNG 126 PHỤ LỤC 4. XÁC ĐỊNH SPIN VÀ ĐỘ CHẴN LẺ 135 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ trùng phùng do Hoogenboom thiết kế 10 Hình 1. 2 Hệ đo trùng phùng nhanh chậm tại Dubna . 12 Hình 1. 3 Hệ trùng phùng nhanh chậm tại Hungary . 13 Hình 1. 4 Sơ đồ khối hệ trùng phùng cộng biên độ tại Viện NCHN. 14 Hình 1. 5 Hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại LPUHNDL. 15 Hình 1. 6 Mô tả phân rã gamma của hạt nhân hợp phần. 23 Hình 1. 7 Minh họa spin, chẵn lẻ và bậc đa cực của một số dịch chuyển. 30 Hình 2. 1 Bản mạch giao diện PCI 7811R. 38 Hình 2. 2 Sơ đồ phần cứng PCI 7811R 39 Hình 2. 3 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển viết cho giao diện. 40 Hình 2. 4 Sơ đồ lắp đặt thiết bị bên trong và ngoài KS3. 42 Hình 2. 5 Hình ảnh của các bia mẫu. 46 Hình 2. 6 Hình chụp của hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại Viện NCHN. 47 Hình 2. 7 Thuật toán xử lý số liệu. 49 Hình 2. 8 Mô tả file lưu trữ các mã biên độ. 50 Hình 3.1 Giao diện ở chế độ MCA. 57 Hình 3. 2 Giao diện của chương trình ở chế độ trùng phùng. 57 Hình 3.3 Phổ tổng của Cl 35 (n, 2)Cl 36 đo thử nghiệm với giao diện PCI 7811R. 58 Hình 3. 4 Phổ phông của kênh sử dụng đetectơ GC2018, đo khi kênh mở và lò hoạt động ở công suất 500 kW 59 Hình 3. 5 Phổ phông của kênh sử dụng đetectơ EGPC20, đo khi kênh mở và lò hoạt động ở công suất 500 kW 60 Hình 3. 6 Phổ thời gian của 60 Co (cửa sổ trùng phùng đặt 100 ns, ADC 1k). 61 2 Hình 3. 7 Phổ năng lượng ở hai kênh. 62 Hình 3. 8 Hiệu suất ghi tương đối của hai đetectơ. 63 Hình 3. 9 Một phần phổ tổng của 49 Ti. 65 Hình 3. 10 Một phần phổ tổng của 52 V. 65 Hình 3. 11 Một phần phổ tổng của 59 Ni. 66 Hình 3. 12 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 8142,50 keV của 49 Ti. 66 Hình 3. 13 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 7310,68 keV của 52 V. 67 Hình 3. 14 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 8999,14 keV của 59 Ni. 67 Hình 3. 15 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 49 Ti và spin, độ chẵn lẻ của các mức 75 Hình 3. 16 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 52 V và spin, độ chẵn lẻ của các mức. 78 Hình 3. 17 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 59 Ni và spin, độ chẵn lẻ của các mức. 80 Hình 3. 18 Xác suất dịch chuyển E1 của 49 Ti từ B n 87 Hình 3. 19 Xác suất dịch chuyển E1 của 52 V từ B n . 90 Hình 3. 20 Xác suất dịch chuyển E1 của 59 Ni từ B n . 92 Hình 3. 21 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 49 Ti từ mức 8142,50 keV về các mức trung gian. 94 Hình 3. 22 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 52 V từ mức 7310,68 keV về các mức trung gian. 97 Hình 3. 23 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 59 Ni từ mức 8999,14 keV về các mức trung gian. 99 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1 Độ phổ biến đồng vị và tiết diện bắt nơtron nhiệt của các đồng vị trong bia mẫu 46 Bảng 2. 2 Giá trị các tham số của hệ đo được chọn. 48 Bảng 3. 1 Tỉ số đỉnh giữa các kênh trong trường hợp đo với 60 Bảng 3. 2 Hiệu suất tương đối của các đetectơ theo năng lượng 62 Bảng 3. 3 Các tham số của đỉnh tổng 64 Bảng 3. 4 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong phản ứng 48 Ti(n, 2) 49 Ti 68 Bảng 3. 5 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong phản ứng 51 V(n, 2) 52 V 69 Bảng 3. 6 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong phản ứng 58 Ni(n, 2) 59 Ni 71 Bảng 3. 7 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của 49 Ti 74 Bảng 3. 8 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của 52 V 75 Bảng 3. 9 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của 59 Ni 79 Bảng 3. 10 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân 49 Ti 82 Bảng 3. 11 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân 52 V 82 Bảng 3. 12 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân 59 Ni 84 Bảng 3. 13 Xác suất dịch chuyển điện từ của 49 Ti từ B n về mức cơ bản theo phản ứng 48 Ti(n, 2) 49 Ti so sánh lý thuyết và thực nghiệm 86 Bảng 3. 14 Xác suất dịch chuyển điện từ của 52 V từ B n về mức cơ bản theo phản ứng 51 V(n, 2) 52 V so sánh lý thuyết và thực nghiệm 87 Bảng 3. 15 Xác suất dịch chuyển điện từ của 59 Ni từ B n về mức cơ bản theo phản ứng 58 Ni(n, 2) 59 Ni so sánh lý thuyết và thực nghiệm 90 4 Bảng 3. 16 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của 49 Ti từ B n về mức cơ bản theo phản ứng 48 Ti(n, 2) 49 Ti 93 Bảng 3. 17 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của 52 V từ B n về mức cơ bản theo phản ứng 51 V(n, 2) 52 V 95 Bảng 3. 18 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của 59 Ni từ B n về mức cơ bản theo phản ứng 58 Ni(n, 2) 59 Ni 97 [...]... Khi xét mật độ mức theo các đặc trưng lượng tử, ta có mật độ mức riêng phần là ρ(E, J, π), trong đó J là spin và  là độ chẵn lẻ  ( E, M ,  )    ( E, J ,  ) (1 5) J M Trong thực tế, các tính toán mật độ mức dựa trên những đặc điểm đã biết về hạt nhân Các nghiên cứu đầu tiên xác định mật độ mức đã được tiến hành vào cuối những năm 30 của thế kỷ trước bằng việc đưa ra quan điểm xem hạt nhân như... gian thành biên độ TFA Timing Filter Amplifier Khối khuếch đại lọc lựa thời gian Delay Khối làm trễ 7 MỞ ĐẦU Nghiên cứu cấu trúc hạt nhân thực nghiệm nhằm thu thập, tìm kiếm và cung cấp các bằng chứng về tính chất và cấu trúc của các hạt nhân, góp phần kiểm chứng và hiệu chỉnh các mẫu cấu trúc hạt nhân, là công việc quan trọng trong vật lý hạt nhân thực nghiệm Bên cạnh đó, các số liệu thực nghiệm trong... hơn khi tính mật độ mức) ; 4 Mẫu các Fermi tương tác (hàm Hamilton do các tương tác dư trong mẫu lớp đã được tính đến và thể hiện bằng các tương tác cặp của nucleon bên trong hạt nhân) Bằng việc đưa vào khái niệm ghép cặp, sự mô tả lý thuyết mật độ mức đã có nhiều phù hợp với thực nghiệm ở vùng năng lượng thấp Ở vùng năng lượng thấp, mật độ mức được nghiên cứu khá kỹ Kết quả giữa thực nghiệm và lý thuyết... hơn (khoảng lớn hơn 6 MeV, mật độ mức giữa thực nghiệm và lý thuyết còn có nhiều khác biệt Để giải thích cho sự khác biệt này, có nhiều giả thuyết được đưa ra Một trong các giả thuyết đó là tương tác cặp của các nucleon trong hạt nhân làm giảm mật độ mức Giả thuyết này đã được kiểm chứng khi phân tích số liệu thực nghiệm của các hạt nhân [37] Hiệu ứng chẵn lẻ  của hạt nhân ZA X N được xác định như... tử của các mức thực nghiệm Như vậy, ba hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni là những hạt nhân trung bình, rất thích hợp cho việc nghiên cứu và kiểm chứng lý thuyết về cấu trúc lớp của hạt nhân Tuy vậy, cho đến hiện nay số liệu thực nghiệm thu được chủ yếu ở vùng năng lượng < 2 MeV Do đó cần phải có thêm các thực nghiệm để cung cấp số liệu cho thư viện và các đánh giá mới nhằm làm sáng tỏ về mặt cấu trúc và hoàn...  i 1 trong đó S i là số đếm đỉnh của dịch chuyển gamma nối tầng thứ i sau khi đã   hiệu chỉnh hiệu suất ghi 1.3.2 Mật độ mức 1.3.2.1 Tổng quan sự phát triển lý thuyết mật độ mức Mật độ mức hạt nhân được định nghĩa là số mức kích thích trên một khoảng năng lượng Do vậy, nếu gọi hàm mật độ mức phụ thuộc năng lượng là ρ(E), số mức kích thích là N(E), thì mật độ mức kích thích trong vùng năng lượng... dựa vào sự gần đúng của điểm yên ngựa (phương pháp hàm riêng); (ii) Phương pháp tổ hợp, tiếp cận với cách phân bố của các nucleon trong hạt nhân ứng với năng lượng kích thích xác định Phương pháp này dựa trên các mẫu hạt nhân khác nhau như: 1 Mẫu các Fermi độc lập (mẫu này cho phép dễ dàng đánh giá độ lớn của các hàm riêng); 2 Mẫu cân bằng; 3 Mẫu lớp (so với hai mẫu trên, mẫu lớp phù hợp với thực nghiệm. .. [33] 11 Trong đó: CR1 và CR2 là các tinh thể nhấp nháy; PM1 và PM2 là các ống nhân quang; CF là lối ra catốt của ống nhân quang Nguyên tắc hoạt động của hệ như sau: tín hiệu từ lối ra của các catốt CF1a và CF2a được khuếch đại bằng các Amp.1, 2 Tín hiệu từ lối ra của Amp 1 được đưa vào khối phân tích đa kênh để phân tích biên độ, tín hiệu từ lối ra của Amp 2 được đưa vào dao động ký để quan sát Để... những hạt nhân trung bình, mẫu lớp được sử dụng nhiều hơn cả cho cách giải thích giữa thực nghiệm và lý thuyết [4][22][37][40] Lý thuyết sử dụng trong luận án này tập trung chủ yếu vào lý 23 thuyết mẫu đơn hạt cho việc giải thích giá trị thực nghiệm với cấu trúc của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni 1.3.1 Cường độ dịch chuyển gamma nối tầng Có thể minh hoạ quá trình phát gamma từ mức Bn (khi hạt nhân bắt... là các hiệu ứng liên quan tới cấu trúc lớp và hiện tượng kết cặp, nên khi năng lượng kích thích tăng thì các giá trị của a và E1 sẽ thay đổi và là một hàm có dạng phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố 1.3.3 Spin và độ chẵn lẻ Spin và độ chẵn lẻ là hai đặc trưng lượng tử của hàm sóng Hàm sóng này thường được ký hiệu như sau [1] [22][35]:  J  J  (1 15) 29 trong đó  là độ chẵn lẻ và J là spin của hạt . gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của 49 Ti từ B n về mức cơ bản theo phản ứng 48 Ti(n, 2) 49 Ti 93 Bảng 3. 17 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của 52 V. xếp sơ đồ mức của 52 V và spin, độ chẵn lẻ của các mức. 78 Hình 3. 17 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 59 Ni và spin, độ chẵn lẻ của các mức. 80 Hình 3. 18 Xác suất dịch chuyển E1 của 49 Ti. cấu trúc hạt nhân thực nghiệm nhằm thu thập, tìm kiếm và cung cấp các bằng chứng về tính chất và cấu trúc của các hạt nhân, góp phần kiểm chứng và hiệu chỉnh các mẫu cấu trúc hạt nhân, là công