Nghiên cứu phân rã Gamma nối tầng từ trạng thái hợp phần gây bởi phản ứng 181Ta(n,ɣ)182Ta về trạng thái 0 0KeV (3 ) và 16 273 KeV (5+) trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt docx DANHMỤC HÌNH Hình 1 1 Sơ đồ[.]
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ mức riêng phần hạt nhân 60Ni Hình 1.2 Ảnh chụp màng hình phần sơ đồ mức hạt nhân 60Ni biểu diễn dạng bảng số liệu thư viện ENSDF Hình 1.3 So sánh phức tạp phổ gamma thu với phân bố cường độ gamma khác (a) Phổ gamma thu đo nguồn hỗn hợp 137 Cs +60Co (b) Phổ gamma thu đo giải khích thích 36Cl tạo phản ứng 35Cl (n, γ) 36Cl Hình 1.4 Một phần sơ đồ mức dụng neutron nhiệt 14 182 Ta xác định từ kênh phản ứng (n, γ) sử 19 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm phân rã gamma nối tầng Viện nghiên cứu hạt nhân 22 Hình 2.2 Tỷ lệ gamma truyền qua bề dày chì 10cm lượng gamma nhỏ 20MeV 24 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma Viện nghiên cứu hạt nhân 27 Hình 2.4 Một phần phổ tổng thu thí nghiệm đo phân rã gamma nối tầng 182 Ta Các đỉnh tương ứng với chuyển dời nối tầng trạng thái 16,273 KeV đánh dấu theo lượng trạng thái cuối 31 Hình 2.5 Phổ phân rã gamma nối tầng 182Ta từ trạng thái hợp phần 6062,94 KeV trạng thái cuối: (a) KeV (b) 16,273 KeV 33 Hình 2.6 Hiệu suất ghi trùng phùng tương đối hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma Viện nghiên cứu hạt nhân ( đơn vị tùy ý ) 34 Hình 3.1 Sơ đồ mức riêng phần 182Ta xây dựng từ số liệu phân rã gamma nối tầng trạng thái hợp phần 6062,92 KeV trạng thái trạng thái 16,273 KeV 47 DANH MỤC BIỂU BANG Bảng 1.1 Phân loại chuyển dời gamma theo bậc đa cực độ chẵn lẻ 10 Bảng 1.2 Các kênh phân rã phản ứng sử dụng để nghiên cứu sơ đồ mức 182Ta 16 Bảng 2.1 Các trường hợp mà hệ phổ kế trùng phùng ghi lại 29 Bảng 3.1 Danh sách chuyển dời nối tầng trạng thái Giải thích chi tiết thành phần bảng trình bày chương luận văn 37 Bảng 3.2 Danh sách chuyển dời nối tầng trạng thái 16,273 KeV 39 Bảng 3.3 So sánh lượng spin trạng thái kích thích ghi nhận thí nghiệm phân rã gamma nối tầng 182Ta Viện nghiên cứu hạt nhân với giá trị lưu trữ thư viện số liệu hạt nhân ENSDF 41 Bảng 3.4 Đánh giá độ chuyển dời số chuyển dời gamma ghi nhận thí nghiệm đo phân rã gamma nối tầng 182Ta Viện nghiên cứu hạt nhân Eγ lượng chuyển dời gamma, E, , E , lượng, spin độ chẵn lẻ trạng thái đầu trạng thái cuối tương ứng 45 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ENSDF Evaluated Nuclear StructureDataFile RIPL References Input Parameter Library ADC Analog to Digital Converter TFA Timing Filter Amplifier CFD Constant Fraction Discriminator TAC Time to Amplitude Converter MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lý thuyết 1.1.1 Sơ đồ mức hạt nhân 1.1.2 Phân loại chuyển dời gamma 1.1.3 Phản ứng (, ) 10 1.1.4 Tương tác gamma với vật chất 12 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu sơ đồ mức hạt nhân 182Ta 15 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thí nghiệm đo phân rã gamma nối tầng 21 2.2 Phổ kế trùng phùng gamma-gmama 25 2.3 Phương pháp xác định phân rã gamma nối tầng 26 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết 36 3.2 Thảo luận 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận 49 4.2 Kiến nghị .50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 MỞ ĐẦU Hơn trăm năm trước, vào năm 1911, nhà vật lý sinh New Zealand, Ernest Rutherford, đề xuất mơ hình để mô tả cấu trúc nguyên tử, ngày thường gọi tên mơ hình Rutherford [1] Mơ hình Rutherford mơ tả ngun tử bao gồm lõi có kích thước nhỏ so với kích thước nguyên tử, tập trung hầu hết khối lượng nguyên tử mang điện tích dương, hạt mang điện tích âm có khối lượng nhỏ, gọi electron, chuyển động nhanh xung quanh lõi hạt nhân tương tự chuyển động hành tinh xung quanh mặt trời Ernest Rutherford đồng thời phát tồn proton bên hạt nhân Đến năm 1932, James Chadwick phát neutron [2] Kể từ đó, hạt nhân cụ thể coi hệ hạt gồm N neutron Z proton liên tục chuyển động tương tác với theo cách để chúng liên kết với Neutron proton gọi chung nucleon, số nucleon hạt nhân hay gọi số khối hạt nhân ký hiệu A, với A = N +Z Trên sở lý thuyết tương tác mạnh (hay gọi tương tác hạt nhân), tương tác yếu, học lượng tử số mơ hình hạt nhân (nuclear model), số đặc trưng hạt nhân giải thích tiên đốn Một tượng quan sát giới hạt nhân nguyên tử kích thích giải kích thích hạt nhân, kèm theo phát tia gamma, biết tới với tên gọi chuyển dời gamma Điều đặc biệt hạt nhân khơng bị kích thích lượng nào, mà bị kích thích lượng định Các lượng gọi mức kích thích hạt nhân Bên cạnh lượng mức kích thích đặc trưng xung lượng góc tính đối xứng hàm sóng mô tả hạt nhân Các đặc trưng gọi spin độ chẵn lẻ hạt nhân Ở vùng lượng kích thích thấp, thường khoảng dưới, mật độ mức kích thích hạt nhân khoảng lượng xác định nhỏ, khoảng cách trung bình mức kích thích lớn nhiều so với độ phân giải phổ kế bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) thường sử dụng để ghi đo gamma Do vậy, nhà vật lý cho rằng, ngưỡng lượng xác định, xác định tất mức kích thích hạt nhân, spin độ chẵn lẻ mức Các chuyển dời gamma xuất hạt nhân biến đổi từ mức kích thích sang mức kích thích khác xác định kèm theo bậc đa cực loại chuyển dời Sơ đồ mức hạt nhân đầy đủ thông tin thực nghiệm quan trọng, để từ xác định mơ hình mơ tả cấu trúc hạt nhân Sơ đồ mức hạt nhân đầy đủ xác cho tất hạt nhân mục tiêu đề nhiều chương trình nghiên cứu số liệu phịng thí nghiệm lớn giới ví dụ Brookhaven National Laboratory (Mỹ) [3] hay chương trình thu thập đánh giá số liệu quan nguyên tử giới (International Atomic Energy Agency) [4] Có nhiều phương pháp khác để nghiên cứu sơ đồ mức hạt nhân Tuy nhiên bản, phần lớn phương pháp xây dựng sơ đồ mức dựa việc ghi nhận xạ gamma phát hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích có lượng cao trạng thái kích thích có lượng thấp trạng thái Để làm điều này, trước hết phải tìm cách tạo hạt nhân trạng thái kích thích, sau đo xạ phát q trình giải kích thích hạt nhân từ liệu thu thập xếp cách hợp lý để xác định sơ đồ mức hạt nhân Trên thực tế, phương pháp xác định cách đầy đủ mức kích thích hạt nhân, để có sơ đồ mức hạt nhân đầy đủ, cần phải kết hợp liệu thu thập thông qua nhiều kênh liệu khác [4] Một kênh thí nghiệm quan trọng nghiên cứu sơ đồ mức hạt nhân thí nghiệm đo gamma phát từ hạt nhân kích thích tạo phản ứng bắt neutron phát gamma (n,γ) Đề tài luận văn nghiên cứu sơ đồ mức hạt nhân 182Ta dựa sở đo phân rã gamma nối tầng từ trạng thái hợp phần gây phản ứng 181Ta(n,γ)182Ta trạng thái trạng thái kích thích thứ (trạng thái 16,273 keV) sử dụng hệ phổ kế trùng phùng gamma - gamma kênh neutron nhiệt Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Luận văn cấu trúc thành ba chương Chương trình bày sở lý thuyết cần thiết tổng quan tình hình nghiên cứu sơ đồ mức hạt nhân 182Ta Chương mô tả cung cấp thông tin thực nghiệm Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm để xác định sơ đồ mức từ số liệu phân rã gamma nối tầng, thực nghiệm trình bày Chương Chương thảo luận kết thu Chương đưa kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Luận văn nghiên cứu phân rã gamma nối tầng từ trạng thái hợp phần 6092,93 keV hạt nhân 182 Ta trạng thái trạng thái kích thích 16,273 keV Phân rã gamma nối tầng hiểu dạng sơ đồ mức riêng phần, số kiến thức liên quan đến sơ đồ mức hạt nhân chế chuyển dời mức kích thích trình bày Cơ sở lý thuyết phản ứng bắt neutron phát gamma (n,γ) tương tác gamma với vật chất trình bày Các kiến thức cần thiết để hiểu thực thí nghiệm đo phân rã gamma nối tầng sử dụng phổ kế trùng phùng γ − γ ghi kiện - kiện Các nội dung trình bày phần 1.1 tóm lược kiến thức vật lý hạt nhân bản, chi tiết nội dung tìm thấy nhiều tài liệu tham khảo khác nhau, đặc biệt sách giáo khoa vật lý hạt nhân tài liệu [5-7] 1.1.1 Sơ đồ mức hạt nhân Tương tự nguyên tử, hạt nhân có mức lượng kích thích gián đoạn mà vị trí đặc trưng chúng bị chi phối quy tắc học lượng tử Giản đồ xếp mức kích thích theo lượng tăng dần với đặc trưng lượng tử chúng gọi sơ đồ mức hạt nhân Các đặc trưng lượng tử tiêu biểu thường gặp sơ đồ mức hạt nhân bao gồm lượng trạng thái kích thích Ex, xung lượng góc tồn phần (hay cịn gọi ngắn gọn spin) J, độ chẵn lẻ (P ) Spin hạt nhân chẵn (có số khối A số chẵn) số nguyên (1, 2, ), cịn spin hạt nhân lẻ (có số khối A số lẻ) số bán nguyên ( , 3, .) Spin hạt nhân có đơn vị ℏ , với h số Planck) (ℏ = ℎ 2 2π Độ chẵn lẻ P nucleon định nghĩa sau: ψ(x) = ψ(−x) → P = +, ψ(x) = −ψ(−x) → P = −, (1.1) với ψ hàm sóng đặc trưng nucleon hạt nhân x vị trí xác định trongkhơng gian Độ chẵn lẻ hạt nhân tích độ chẵn lẻ nucleon Pi, (1.2) P =∐ Hình 1.1: Sơ đồ mức riêng phần hạt nhân 60 Ni Hình 1.1 ví dụ minh họa sơ đồ mức hạt nhân Trong đó, trạng thái (mức) kích thích đại diện đường kẻ nằm ngang Năng lượng trạng thái kích thích ghi phía bên phải đường kẻ ngang đặc trưng, spin độ chẵn lẻ ghi phía bên trái đường kẻ ngang đặc trưng Sự chuyển đổi hạt nhân từ trạng thái sang trạng thái khác biểu diễn mũi tên theo trục dọc Để thỏa mãn định luật bảo toàn lượng, chuyển trạng thái hạt nhân phát tia gamma có lượng chênh lệch lượng hai trạng thái kích thích đầu cuối Trong hình 1.1, lượng chuyển dời viết đầu mũi tên với loại chuyển dời cường độ chuyển dời Trong thực tế, sơ đồ mức hạt nhân thường phức tạp việc biểu diễn sơ đồ mức hạt nhân dạng hình ảnh Hình 1.1 khơng hiệu Thay vào người ta thường lưu trữ biểu diễn sơ đồ mức hạt nhân dạng bảng số liệu Hình 1.2 minh họa cho cách biểu diễn