Đang tải... (xem toàn văn)
Bà GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾OVIàN HÀN LÂM KHOA HâC VÀ CÔNG NGHà VIàT NAM
HỌC VIàN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHà
Trang 2Bà GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O VIàN HÀN LÂM KHOA HâC VÀ CÔNG NGHà VIàT NAM
HỌC VIàN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHà
NGUYÞN THỊ XUÂN
PROTON NNG L¯þNG TâI 45 MeV
Chuyên ngành: VÁt lý nguyên tử và h¿t nhân
Trang 3LäI CAM ĐOAN
Tôi xin cam oan ây là công trình nghiên cću cąa tôi d°ãi sự h°ãng dÁn khoa hãc cąa PGS.TS Ph¿m Đćc Khuê và GS.TS Nguyßn Văn Đß
Các sá liáu, kÃt quÁ °āc nêu trong luÃn án là trung thực và ã °āc sự ßng ý cąa các ßng tác giÁ trong các công trình khoa hãc ã công bá
LuÃn án không có sự sao chép, sử dăng b¿t hāp pháp kÃt quÁ, sá liáu tĉ b¿t kỳ tài liáu hoặc công trình khoa hãc cąa các tác giÁ khác
Tôi xin hoàn toàn cháu trách nhiám vß các nái dung trình bày trong luÃn án này
Trang 4LäI CÀM ¡N
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn GS.TS Nguyễn Văn Đỗ và PGS.TS Phạm Đức Khuê đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm chuyên môn quý báu, khích lệ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện bản luận án
Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy, các cán bộ đã và đang công tác tại Trung tâm Vật lý hạt nhân – Viện Vật lý đã động viên, hỗ trợ và tạo môi trường học tập, nghiên cứu thân thiện, thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án
Tác giả xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo, cán bộ công tác tại Học viện Khoa học và Công nghệ luôn giúp đỡ và hỗ trợ mọi thủ tục cần thiết cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả tham gia học tập, nghiên cứu và hoàn thành chương trình
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, đồng nghiệp, người thân đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tác giả trong học tập, nghiên cứu và công tác
Bản luận án không tránh khỏi còn nhiều khiếm khuyết, thiếu sót, tác giả mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô, đồng nghiệp và những người quan tâm, để tác giả tiếp tục hoàn thiện bản luận án
Hà Nội, ngày 18 tháng 7 năm 2023 Nghiên cứu sinh
Nguyễn Thị Xuân
Trang 5MĀC LĀC
DANH MĂC CÁC TĈ VIÂT TÄT v
DANH MĂC KÝ HIàU CÁC Đ¾I L¯ĀNG VÂT LÝ TRONG LUÂN ÁN vii
DANH MĂC CÁC HÌNH VÀ viii
DANH MĂC CÁC BÀNG BIàU xii
1.3.2 Năng l°āng ng°ÿng và su¿t l°āng cąa phÁn ćng quang h¿t nhân 15
1.3.3 Mát sá lo¿i phÁn ćng quang h¿t nhân 16
1.4 PhÁn ćng h¿t nhân gây bçi các h¿t mang ián 18
1.4.1 Vai trò cąa hàng rào thà Coulomb và thà xuyên tâm 18
1.4.2 PhÁn ćng h¿t nhân gây bçi proton 19
1.5 Tình hình nghiên cću trên thà giãi và trong n°ãc 20
1.5.1 Nghiên cću trên thà giãi 20
1.3.2 Nghiên cću trong n°ãc 23
CH¯¡NG 2 PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĆU 26
2.1 Nghiên cću thực nghiám sử dăng ph°¢ng pháp kích ho¿t 26
2.1.1 Ph°¢ng pháp kích ho¿t 26
2.1.2 Kích ho¿t mÁu vãi chùm bćc x¿ hãm 28
2.1.3 Kích ho¿t mÁu vãi chùm proton 31
2.1.4 Đo và phân tích phá gamma 34
2.1.5 Mát sá hiáu chßnh ái vãi các phép o ho¿t á phóng x¿ 38
2.2 So sánh kÃt quÁ thực nghiám vãi lý thuyÃt sử dăng mã TALYS 42
Trang 63.1 Su¿t l°āng cąa các phÁn ćng h¿t nhân natSr(´, xnyp) 46
3.2 Tỷ sá su¿t l°āng cąa các cặp h¿t nhân ßng phân 58
3.2.1 Tỷ sá su¿t l°āng cąa cặp h¿t nhân ßng phân 137m,gCe 58
3.3.2 Tỷ sá su¿t l°āng cąa cặp h¿t nhân ßng phân 179m,gW 64
3.3 TiÃt dián tích phân cąa mát sá phÁn ćng quang h¿t nhân 70
3.3.1 TiÃt dián tích phân cąa các phÁn ćng 110Pd(´,n)109mPd 110Pd(´,n)109gPd và 110Pd(´,X)108mRh 70
3.3.2 TiÃt dián tích phân cąa các phÁn ćng quang n¢tron 197Au(´,xn) 79
CH¯¡NG 4 85
KÂT QUÀ NGHIÊN CĆU PHÀN ĆNG H¾T NHÂN VâI CHÙM PROTON 85
4.1 Hàm kích thích cąa các phÁn ćng h¿t nhân natZr(p,X)95Zr,95mNb,95gNb 86
4.1.1 Hàm kích thích cąa phÁn ćng natZr(p,X)95Zr 91
4.1.2 Hàm kích thích cąa phÁn ćng natZr(p, X)95mNb 93
4.1.3 Hàm kích thích cąa phÁn ćng natZr(p, X)95gNb 95
4.2 Su¿t l°āng bia dày cąa 95Zr, 95mNb và 95gNb 96
4.3 Hàm kích thích cąa phÁn ćng h¿t nhân natPd(p,X)100gRh 98
KÂT LUÂN VÀ KIÂN NGHà 105
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HâC LIÊN QUAN ĐÂN NàI DUNG LUÂN ÁN 108 TÀI LIàU THAM KHÀO 109 PHĂ LĂC A.1
Trang 7DANH MĀC CÁC TĆ VI¾T TÂT Chÿ vi¿t
BAL Brink-Axel Lorentzian Lorentzian Brink-Axel BSFGM Back-shifted Fermi gas
model
MÁu khí Fermi dách chuyán ng°āc
CTFGM Constant temperature-Fermi gas model
MÁu khí Fermi nhiát á không ái
EC Electron capture Phân rã bÅt electron
GDR Giant Dipole Resonance Cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß GFHM Gogny force from
Hilaire’s combinatorial tables
MÁu lực Gogny tĉ các bÁng cąa Hilaire
GH Goriely’s hybrid model Hàm lực theo mô hình hybrid cąa Goriely
GSFM Generalised superfluid model
MÁu siêu lßng táng quát
GTHFB Goriely T-dependent HFB HFB phă thuác Goriely T
Trang 8IT Isomeric transition Dách chuyán ßng phân KIRAMS Korea Institute of
Radiological and Medical
LDM Level density model MÁu mÃt á mćc MCNPX Monte Carlo N Particle
Transport
PhÁn mßm mô phßng vÃn chuyán h¿t
PAL Pohang Accelerator Laboratory
Trung tâm Gia tác Pohang
POSTECH Pohang University of Science and Technology
Đ¿i hãc Khoa hãc và Công nghá Pohang
QDM Quasi- Deutron Model C¢ chà giÁ ¢tron SFGM (Skyrme force) from
PhÁn mßm tính quãng ch¿y và sự suy giÁm năng l°āng cąa ion trong vÃt ch¿t TALYS TALYS code Mã TALYS tính tiÃt dián phÁn ćng
TRMF T-dependent RMF Hàm lực gamma RMF phă thuác T
Trang 9DANH MĀC KÝ HIàU CÁC Đ¾I L¯þNG VÀT LÝ TRONG LUÀN ÁN ¸´ Hiáu su¿t ghi ßnh gamma ¸t Hiáu su¿t ghi toàn phÁn
Eγmax Năng l°āng cực ¿i cąa chùm bćc x¿ hãm
§(E) Thông l°āng bćc x¿ hãm t¿i giá trá năng l°āng E Ã(E) TiÃt dián phÁn ćng t¿i giá trá năng l°āng E
IR Tỷ sá su¿t l°āng
Trang 10DANH MĀC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. S¢ ß o tiÃt dián vi phân phÁn ćng h¿t nhân theo góc khái 9
Hình 1.2 S¢ ß phân rã cąa các cặp h¿t nhân ßng phân (a) 109m,gPd và (b) 115m,gCd t¿o thành tĉ các phÁn ćng quang h¿t nhân (¢n vá năng l°āng (keV)) 11
Hình 1.3 TiÃt dián phÁn ćng quang h¿t nhân t¿i các vwng năng l°āng photon khác nhau 13
Hình 1.4. Thà năng t°¢ng tác 19
Hình 2.1 Ho¿t á phóng x¿ tích phân o °āc trong thåi gian tm 27
Hình 2.2. S¢ ß nguyên lý c¿u t¿o cąa máy gia tác electron tuyÃn tính 100 MeV t¿i PAL, Hàn Quác 29
Hình 2.3. Hình Ánh máy gia tác electron tuyÃn tính 100 MeV t¿i PAL, Hàn Quác 29
Hình 2.4. Phá bćc x¿ hãm phát ra tĉ bia W khi bÅn phá bçi chwm electron năng l°āng 50-, 55-, 60-, 65-, 70 MeV mô phßng bằng MCNP 30
Hình 2.5 S¢ ß bá trí thí nghiám chiÃu mÁu vãi chùm bćc x¿ hãm trên máy gia tác electron linac 100 MeV 31
Hình 2.6 Hình Ánh máy gia tác cyclotron MC-50 t¿i Vián KIRAMS, Hàn Quác 32
Hình 2.7 S¢ ß bá trí thí nghiám chiÃu mÁu vãi chùm proton trên máy gia tác Cyclotron MC-50 32
Hình 2.8. Hiáu su¿t ghi cąa êtêct¢ bán dÁn HPGe t¿i Trung tâm Gia tác Pohang, Hàn Quác ç các khoÁng cách d tĉ ngußn Ãn êtêct¢ 36
Hình 2.9 Minh hãa kÃt quÁ phân tích phá gamma trong Gamma Vision 37
Hình 2.10 Giao dián phân tích phá gamma cąa phÁn mßm Fitzpeaks 38
Hình 3.1 Phá gamma cąa mÁu natSr(NO3)2 °āc chiÃu bçi chùm bćc x¿ hãm 60 MeV vãi thåi gian chiÃu 3 giå, thåi gian chå 21 giå và thåi gian o 1,5 giå Các khung nhß (1), (2), (3), (4), (5) là các phÁn phá °āc phóng to [32] 47
Hình 3.2 Phá bćc x¿ hãm °āc mô phßng sử dăng MCNPX 2.6 khi bÅn chùm electron có năng l°āng cực ¿i 55, 60 và 65 MeV lên bia W (100 x100 x 0,1 mm) và tiÃt dián tính sử dăng TALYS cąa phÁn ćng natSr(´,xnyp) t¿o thành các ßng vá 82Sr, 83(m+g)Sr, 85mSr, 85gSr, 87mSr, 81(g+0.976m)Rb, 82mRb, 83Rb, 84(m+g)Rb, 86(m+g)Rb 52
Hình 3.3. TiÃt dián tính toán sử dăng TALYS 1.95 cho các kênh phÁn ćng có thá xÁy ra trên mÁu Sr(NO3)2: (a) 88Sr(γ,x)84m,gRb, 87Sr(γ,x)84m,gRb, 86Sr(γ,x)84m,gRb, và natSr(γ,x)84(m+g)Rb; (b) 88Sr(γ,x)84m,gRb, 88Sr(´,p3n)84m,gRb, 88Sr(γ,d2n)84m,gRb, và 88Sr(γ,tn)84m,gRb; (c)
Trang 1187Sr(γ,x)84m,gRb, 87Sr(γ,p2n)84m,gRb, 88Sr(γ,dn)84m,gRb, và 88Sr(γ,t)84m,gRb; (d) 86Sr(γ,x)84m,gRb, 86Sr(γ,pn)84m,gRb, và 86Sr(γ,d)84m,gRb 53
Hình 3.4. Su¿t l°āng thực nghiám và tính toán lý thuyÃt sử dăng TALYS 1.95 kÃt hāp vãi mÁu mÃt á mćc CTFGM t¿o thành các ßng vá sÁn ph¿m trong các phÁn ćng natSr(´,xnyp) vãi chùm bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i 55, 60, 65 MeV [32] 54
Hình 3.5.Su¿t l°āng thực nghiám và tính toán lý thuyÃt sử dăng TALYS 1.95 kÃt hāp vãi 6 mÁu mÃt á mćc cąa các phÁn ćng: (a) natSr(γ,xn)82Sr, (b) natSr(γ,xn)83(m+g)Sr, (c) natSr(γ,xn)85mSr, (d) natSr(γ,xn)85gSr, và (e) natSr(γ,xn)87mSr 56
Hình 3.6 Su¿t l°āng thực nghiám và tính toán lý thuyÃt sử dăng TALYS 1.95 kÃt hāp vãi 6 mÁu mÃt á mćc cąa các phÁn ćng: (a) natSr(γ,xnyp)81(g+0.976m)Rb, (b) natSr(γ,xnyp)82mRb, (c) natSr(γ,xnyp)83Rb, (d) natSr(γ,xnyp)84(m+g)Rb, và (e) natSr(γ,xnyp)86(m+g)Rb 57
Hình 3.7 Phá tia gamma ặc tr°ng khi mÁu 141Pr °āc chiÃu bçi chùm bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i 60 MeV, thåi gian chiÃu 1 giå, thåi gian chå 2,3 giå và thåi gian o 2 giå Các khung nhß phía trên là các phÁn phá °āc phóng to 58
Hình 3.8 Tỷ sá giữa ho¿t á phóng x¿ cąa 139Pr/137mCe tính toán dựa trên các tia gamma 255,11 keV và 254,29 keV phă thuác thåi gian chå sau khi kÃt thúc chiÃu x¿ bçi chùm bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i 50, 60 và 70 MeV 59
Hình 3.9. Phá gamma ặc tr°ng tĉ mÁu 141Pr bá chiÃu x¿ vãi chùm bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i 60 MeV vãi thåi gian chiÃu x¿ 1 giå, thåi gian chå 53 giå và thåi gian o 13 giå 61
Hình 3.10 GiÁn ß chß ra các kênh khÁ dĩ dÁn Ãn sự hình thành các tr¿ng thái ßng
phân 137mCe và 137gCe 61
Hình 3.11. Tỷ sá su¿t l°āng cąa cặp ßng phân 137m,gCe t¿o thành tĉ phÁn ćng 141Pr(´,X)137m,gCe thực nghiám và theo tính toán sử dăng TALYS 1.8 kÃt hāp 6 mÁu mÃt á mćc vãi chùm bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i 50, 60 và 70 MeV 64
Hình 3.12. Các o¿n phá gamma cąa mÁu natW °āc chiÃu vãi chùm bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i 60 MeV và phép o °āc bÅt Áu (a) 4 phút, (b) 40 phút sau khi kÃt thúc chiÃu x¿ 65
Hình 3.13 S¢ ß phân rã cąa cặp ßng phân 179m,gW, các mćc năng l°āng tính theo (keV) [34] 67
Hình 3.14 Phá gamma cąa mÁu Pd(a) và Al(b) °āc chiÃu vãi chùm bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i 70 MeV 72
Trang 12Hình 3.15. Đ°ång cong phân rã bißu dißn ho¿t á ác lÃp cąa các ßng vá 109Rh, 109mPd, 109gPd và °ång cong phân rã ho¿t á tích lũy cąa 109gPd tĉ ho¿t á ác lÃp cąa 109gPd và hai phân rã cąa 109Rh, 109mPd 73
Hình 3.16. TiÃt dián tích phân cąa phÁn ćng 27Al(´,2pn)24Na o bçi nhóm tác giÁ Mayer °āc khãp theo hàm bÃc hai 74
Hình 3.17 Phá bćc x¿ hãm tĉ bia W °āc mô phßng bằng ch°¢ng trình MCNPX và
hàm kích thích cąa các phÁn ćng 110Pd(´,n)109m,gPd và 110Pd(´, X)108mRh gây bçi chùm bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i 70 MeV 76
Hình 3.18 TiÃt dián tích phân thực nghiám và tính toán lý thuyÃt sử dăng TALYS 1.9 kÃt hāp vãi 6 mÁu mÃt á mćc h¿t nhân và 8 hàm lực gamma khác 100 mm x 0,1 mm) khi bÅn chwm electron có năng l°āng 55, 60, 65 MeV và tiÃt dián cąa các phÁn ćng 197Au(´,xn)197-xAu (x = 1-7) lý thuyÃt sử dăng TALYS 1.9 79
Hình 3.21 Phá tia gamma cąa các sÁn ph¿m phÁn ćng 197Au(´,xn)197-xAu vãi thåi gian chiÃu x¿ 3 giå, thåi gian chå 50 phút và thåi gian o 30 phút Các khung nhß (1), (2), (3), (4), (5), (6) phía trên là các phÁn phá ánh sá t°¢ng ćng °āc phóng to 80
Hình 3.22. Tỷ sá giữa tiÃt dián tích phân thực nghiám và tính toán lý thuyÃt theo TALYS 1.9 cąa các phÁn ćng 197Au(´,xn)197-xAu vãi x = 1 Ãn 7 83
Hình 4.1 Phá gamma cąa mÁu Zr °āc chiÃu bçi chwm proton năng l°āng 17,3 MeV 88
Hình 4.2. S¢ ß minh hãa quá trình phân rã cąa các ßng vá phóng x¿ °āc t¿o thành tĉ các phÁn ćng h¿t nhân natZr(p,X) 89
Hình 4.3 TiÃt dián tích lũy o °āc và tính toán lý thuyÃt sử dăng TALYS 1.9 kÃt hāp mÁu mÃt á mćc h¿t nhân CTFGM ái vãi các phÁn ćng natZr(p,X)95Zr 92
Hình 4.4. TiÃt dián tích lũy o °āc và tính toán lý thuyÃt sử dăng TALYS 1.9 kÃt hāp mÁu mÃt á mćc h¿t nhân CTFGM ái vãi các phÁn ćng natZr(p,X)95mNb 94
Hình 4.5. TiÃt dián tích lũy o °āc và tính toán sử dăng TALYS 1.9 kÃt hāp mÁu mÃt á mćc h¿t nhân CTFGM vãi các phÁn ćng natZr(p,X)95gNb 96
Trang 13Hình 4.6. Su¿t l°āng t¿o thành các ßng vá 95Zr, 95mNb và 95gNb tĉ các phÁn ćng natZr(p,X) trên bia dày 98
Hình 4.7 S¢ ß minh hãa các ßng vá phóng x¿ °āc t¿o thành tĉ các phÁn ćng h¿t nhân (1) natPd(p,X)100mAg, (2) natPd(p,X)100gAg, (3) natPd(p,X)100Pd, (4) natPd(p,X)100mRh, và (5) natPd(p,X)100gRh phân rã á trç thành 100gRh 100
Hình 4.8 Hàm kích thích tích luỹ cąa các phÁn ćng h¿t nhân natPd(p,X)100m,gRh trong vwng năng l°āng tĉ 10 Ãn 50 MeV 103
Hình 4.9. Hàm kích thích cąa các phÁn ćng natPd(p,X)100Pd trong vwng năng l°āng tĉ 10 MeV Ãn 50 MeV 104
Trang 14DANH MĀC CÁC BÀNG BIàU
Bảng 3.1 Các phÁn ćng h¿t nhân và thông sá phân rã chính cąa các h¿t nhân sÁn
ph¿m t¿o thành tĉ mÁu natSr(NO3)2 [32] 48
Bảng 3.2 Su¿t l°āng cąa các h¿t nhân sÁn ph¿m trong các phÁn ćng natSr(´,xnyp) vãi bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i 55-, 60-, and 65- MeV 51
Bảng 3.3 PhÁn ćng h¿t nhân t¿o thành 137m,gCe và các ặc tr°ng phân rã chính 59 Bảng 3.4 Tỷ sá su¿t l°āng ßng phân cąa cặp ßng phân 137m,gCe °āc t¿o ra trong phÁn ćng quang h¿t nhân 141Pr(´,p3n)137m,gCe 63
Bảng 3.5 Các phÁn ćng h¿t nhân t¿o thành 179m,gW và các ặc tr°ng phân rã 66
Bảng 3.6 Tỷ sá su¿t l°āng ßng phân cąa cặp ßng phân 179m,gW [34] 68
Bảng 3.7 PhÁn ćng h¿t nhân °āc nghiên cću và các ặc tr°ng phân rã 71
Bảng 3.8 TiÃt dián thực nghiám và tính toán cąa các phÁn ćng 110Pd(´,n)109mPd, 110Pd(´,n)109gPd và 110Pd(´,X)108mRh 77
Bảng 3.9 Các phÁn ćng 197Au(´, xn)197-xAu và các ặc tr°ng phân rã chính 81
Bảng 3.10 TiÃt dián tích phân cąa các phÁn ćng 197Au(´,xn)197-xAu gây bçi chùm bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i 60 MeV 84
Bảng 4.1 Các h¿t nhân sÁn ph¿m và thông sá phân rã chính 87
Bảng 4.2 TiÃt dián o °āc cąa các phÁn ćng h¿t nhân natZr(p,X) [71] 91
Bảng 4.3 Su¿t l°āng t¿o thành các ßng vá 95Zr, 95mNb và 95gNb tĉ các phÁn ćng natZr(p,X) trong bia dày 97
Bảng 4.4 Các h¿t nhân sÁn ph¿m và các thông sá phân rã chính 99
Bảng 4.5 TiÃt dián t¿o thành 100gRh và 100Pd trong các phÁn ćng natPd(p,X) 102
Trang 15MÞ ĐÀU
PhÁn ćng h¿t nhân làm biÃn ái sâu sÅc h¿t nhân nguyên tử và phát ra các nuclon, các lo¿i bćc x¿ khác nhau mang theo những thông tin quan trãng liên quan Ãn phÁn ćng Đo, phân tích các nucleon, các bćc x¿ ó có thá giúp hiáu biÃt vß các ặc tr°ng cąa phÁn ćng h¿t nhân và c¢ chà phÁn ćng Ngoài ra, hÁu hÃt các sÁn ph¿m phÁn ćng là những ßng vá phóng x¿, mát sá ßng vá phóng x¿ ó có thá °āc sử dăng trong các lĩnh vực ćng dăng khác nhau, ặc biát là trong y hãc phóng x¿ Vì vÃy, nghiên cću phÁn ćng h¿t nhân và cung c¿p sá liáu phÁn ćng h¿t nhân óng vai trò quan trãng trong nghiên cću vÃt lý h¿t nhân c¢ bÁn và ćng dăng
Cho tãi nay, nghiên cću phÁn ćng h¿t nhân ã có lách sử trên 100 năm Năm 1896 H Becquerel phát hián ra hián t°āng phân rã phóng x¿ và năm 1919 E Rutherford là ng°åi Áu tiên thực hián thành công phÁn ćng h¿t nhân 14N(ñ,p)17O bằng cách bÅn chùm h¿t alpha (³) vào h¿t nhân bia 14N PhÁn ćng h¿t nhân này ã °āc thực hián vãi chùm h¿t alpha sinh ra tĉ quá trình phân rã cąa ngußn ßng vá phóng x¿ tự nhiên Viác sử dăng chùm h¿t ³ tĉ ngußn ßng vá phóng x¿ có những h¿n chà nh¿t ánh do thông l°āng nhß, năng l°āng th¿p và không thay ái °āc nên không thá t¿o ra phÁn ćng vãi những h¿t nhân bia có hàng rào Coulomb cao Sau này, nhå có máy gia tác các chùm h¿t mang ián tích, các chùm ion và các lo¿i bćc x¿ thć c¿p nh° n¢tron, photon hãm (bćc x¿ bremsstrahlung) có năng l°āng và thông l°āng cao ã °āc t¿o ra Các phÁn ćng h¿t nhân vãi c¢ chà phÁn ćng phćc t¿p h¢n có thá xÁy ra nên ph¿m vi nghiên cću °āc mç ráng Có thá nói máy gia tác ã t¿o ra b°ãc ngoặt quan trãng cho sự phát trián cąa vÃt lý h¿t nhân nói chung và nghiên cću phÁn ćng h¿t nhân nói riêng
Năm 1932, J Cockcroft và E Walton ã sử dăng chwm proton °āc t¿o ra trên máy gia tác Cyclotron á bÅn vào 7Li và t¿o ra hai h¿t alpha KÃt quÁ này °āc coi là mát kỳ tích mà phÁn ćng h¿t nhân mang l¿i dù sự phân chia h¿t nhân nguyên tử ç ây ch°a phÁi là phÁn ćng phân h¿ch nh° O Hahn thực hián năm 1938 Cũng trong năm 1932, J Chadwich ã bÅn chùm h¿t ³ vào bia 9Be á t¿o ra n¢tron thông qua phÁn ćng h¿t nhân 9Be(³,n)12C Viác tìm ra n¢tron là thành quÁ to lãn trong lĩnh vực nghiên cću vÃt lý h¿t nhân nói chung và phÁn ćng h¿t nhân h¿t nhân nói riêng Vãi viác phát hián ra n¢tron, J Chadwich ã °āc trao giÁi th°çng Nobel năm 1935
Trang 16N¢tron không mang ián tích nên không cháu lực ¿y Coulomb và dß dàng tiÃp cÃn các h¿t nhân nguyên tử á gây ra phÁn ćng Tuy nhiên, các h¿t mang ián tích muán gây ra phÁn ćng cÁn có năng l°āng ą lãn á v°āt qua ng°ÿng Coulomb cąa h¿t nhân bia Ngày nay, các máy gia tác hián ¿i có khÁ năng gia tác chùm h¿t tãi năng l°āng tĉ vài chăc MeV tãi vài trăm MeV, thÃm chí tãi hàng chăc GeV Vì vÃy, chúng ta có thá thực hián nhißu lo¿i phÁn ćng h¿t nhân vãi hÁu hÃt các h¿t nhân bia cąa các nguyên tá trong bÁng tuÁn hoàn Trong nhißu tr°ång hāp, ngay trên cùng mát h¿t nhân bia cũng có thá xÁy ra các phÁn ćng h¿t nhân khác nhau và vãi các c¢ chà khác nhau
SÁn ph¿m quan trãng mà nghiên cću phÁn ćng h¿t nhân thực nghiám mang l¿i là các sá liáu h¿t nhân Những sá liáu này góp phÁn vào viác phát trián nghiên cću và °āc ćng dăng trong nhißu lĩnh vực khác nhau, tr°ãc hÃt là trong lĩnh vực khoa hãc và công nghá h¿t nhân Vãi tÁm quan trãng ó, mát sá Quác gia và các tá chćc Quác tà ã xây dựng các th° vián sá liáu h¿t nhân nh°: IAEA-NDS thuác Ąy ban năng l°āng nguyên tử Quác tà (IAEA), ENDF (Mỹ), JEF (Châu Âu) và JENDL (NhÃt BÁn) á phăc vă cho nhu cÁu nghiên cću và ćng dăng Vì vÃy, viác óng góp vào th° vián sá liáu h¿t nhân những sá liáu mãi, có á chính xác cao cũng là mát trong những măc ích °āc ặt ra trong nghiên cću này
Những kÃt quÁ nghiên cću vß phÁn ćng h¿t nhân ã thu °āc cho tãi nay là r¿t quan trãng Tuy nhiên, do sự phćc t¿p cąa các c¢ chà phÁn ćng, ặc biát là các phÁn ćng xÁy ra trong vwng năng l°āng sau cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß (GDR), năng l°āng cao và sự hiáu biÃt vß các mÁu h¿t nhân ch°a Áy ą nên còn nhißu v¿n ß cÁn tiÃp tăc °āc quan tâm nghiên cću BÁn luÃn án <Nghiên cću các ặc tr°ng cąa mát sá phÁn ćng h¿t nhân vãi bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i sau cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß và proton năng l°āng tãi 45 MeV= trình bày mát sá kÃt quÁ nghiên cću vß phÁn ćng h¿t nhân gây bçi chùm bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i trong dÁi tĉ 50 tãi 70 MeV và các phÁn ćng h¿t nhân gây bçi chwm proton có năng l°āng tĉ ng°ÿng phÁn ćng tãi khoÁng 45 MeV Trong vwng năng l°āng này kÃt quÁ nghiên cću còn t°¢ng ái ít Các phÁn ćng sinh nhißu nuclon (phÁn ćng a h¿t, sá nuclon g 2), c¢ chà phćc t¿p bÅt Áu xu¿t hián trong ó vai trò cąa c¢ chà trực tiÃp và tißn cân bằng ngày càng tăng bên c¿nh c¢ chà hāp phÁn Trong mát sá tr°ång hāp, nhißu kênh phÁn
Trang 17ćng có thá t¿o ra cùng mát ßng vá phóng x¿ Thực tà trên ặt ra nhißu thách thćc nh°ng cũng r¿t h¿p dÁn trong nghiên cću
Trong ph¿m vi luÃn án này, nghiên cću sÁ °āc thực hián trên 06 h¿t nhân bia sau ây: Sr (Z=38), Zr (Z=40), Pd (Z=46), Pr (Z=59), W (Z=74) và Au (Z=79)
Măc tiêu cąa luÃn án:
÷ Xác ánh mát sá ặc tr°ng cąa phÁn ćng h¿t nhân gây bçi bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i tĉ 50 Ãn 70 MeV và bçi proton có năng l°āng tĉ ng°ÿng phÁn ćng tãi khoÁng 45 MeV Các ặc tr°ng °āc xác ánh bao gßm tiÃt dián phÁn ćng, tiÃt dián tích phân, su¿t l°āng phÁn ćng và tỷ sá su¿t l°āng cąa các cặp ßng phân
÷ So sánh kÃt quÁ thực nghiám thu °āc vãi các kÃt quÁ thực nghiám khác (nÃu có) và vãi kÃt quÁ tính toán sử dăng mã TALYS á ánh giá mćc á tin cÃy cąa các kÃt quÁ thực nghiám Tĉ ó phân tích Ánh h°çng cąa năng l°āng kích thích và hiáu ćng kênh ái vãi các tham sá ặc tr°ng cąa các phÁn ćng nghiên cću trong vwng năng l°āng sau cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß
÷ Đóng góp những dữ liáu h¿t nhân có á chính xác cao vào kho dữ liáu h¿t nhân quác tÃ, trong ó có những dữ liáu mãi phăc vă cho măc ích nghiên cću và ćng dăng
Ph°¢ng pháp nghiên cću: Sử dăng ph°¢ng pháp kích ho¿t kÃt hāp vãi o phá gamma trß Các kÃt quÁ thực nghiám °āc so sánh vãi tính toán lý thuyÃt ÷ Các phÁn ćng quang h¿t nhân °āc t¿o ra bằng cách kích ho¿t các mÁu nghiên
cću vãi bćc x¿ hãm trong dÁi 50-70 MeV trên máy gia tác electron tuyÃn tính có năng l°āng thiÃt kà cực ¿i là 100 MeV Các phÁn ćng h¿t nhân gây bçi chùm proton °āc thực hián trên máy gia tác Cyclotron 50 MeV Trên c¢ sç o và phân tích phá gamma sÁ nhÃn dián °āc các sÁn ph¿m cąa phÁn ćng và xác ánh °āc ho¿t á cąa các ßng vá phóng x¿ có thá xác ánh các tham sá cąa phÁn ćng cÁn nghiên cću Nhằm nâng cao á chính xác cąa kÃt quÁ nghiên cću thực nghiám, luÃn án áp dăng quy trình chiÃu mÁu, ph¢i và o phá gamma hāp lý Đßng thåi thực hián các hiáu chính cÁn thiÃt trong phân tích sá liáu nhằm lo¿i bß hoặc h¿n chà óng góp cąa các ngußn gây sai sá
Trang 18÷ So sánh kÃt quÁ thực nghiám vãi tính toán lý thuyÃt sử dăng mã TALYS TiÃt dián phÁn ćng °āc tính bằng mã ngußn mç TALYS, sử dăng các phiên bÁn mãi nh¿t có thá Phá bćc x¿ hãm sinh ra do bÅn chùm electron vào bia W °āc mô phßng bằng ch°¢ng trình MCNPX Đßng thåi năng l°āng cąa chùm proton t¿i mßi vá trí trong chßng mÁu °āc tính bằng SRIM-2003
Đái t°āng và ph¿m vi nghiên cću:
Đái t°āng nghiên cću là các phÁn ćng quang h¿t nhân gây bçi các chùm bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i trong dÁi 50-70 MeV và vãi proton trong dÁi năng l°āng tĉ ng°ÿng phÁn ćng tãi khoÁng 45 MeV Nghiên cću nhằm xác ánh mát sá ặc tr°ng cąa phÁn ćng că thá nh° sau:
÷ Nghiên cću xác ánh su¿t l°āng cąa các phÁn ćng quang h¿t nhân natSr(´,xnyp)82Sr, 83(m+g)Sr, 85mSr, 85gSr, 87mSr, 81(g+0.976m)Rb, 82mRb, 83gRb, 84(m+g)Rb vãi chùm bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i 55, 60 và 65 MeV
÷ Nghiên cću xác ánh tỷ sá su¿t l°āng cąa các cặp h¿t nhân ßng phân: (1) 137m,gCe t¿o thành tĉ phÁn ćng quang h¿t nhân 141Pr(´,X)137m,gCe vãi bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i 50, 60, 70 MeV và (2) 179m,gW t¿o thành tĉ phÁn ćng quang n¢tron natW(´,xn) 179m,gW vãi chùm bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i 50, 55, 60 và 65 MeV
÷ Nghiên cću xác ánh tiÃt dián tích phân cąa các phÁn ćng quang h¿t nhân 110Pd(´,n)109m,gPd, 110Pd(´,X)108mRh vãi bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i 70 MeV và (2) 197Au(´,xn) 197-xAu vãi bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i 60 MeV
÷ Nghiên cću hàm kích thích cąa phÁn ćng h¿t nhân (1) natPd(p,X)100m,gRh trong dÁi năng l°āng tĉ 21,09 tãi 42,61 MeV; (2) hàm kích thích và su¿t l°āng cąa các phÁn ćng h¿t nhân natZr(p,X)95Zr, 95mNb, 95gNb trong dÁi năng l°āng tĉ 10,6 tãi 43,6 MeV
Bá căc cąa luÃn án: Ngoài phÁn mç Áu, kÃt luÃn và tài liáu tham khÁo, nái dung cąa luÃn án °āc trình bày trong 4 ch°¢ng:
Ch°¢ng 1: Nghiên cću táng quan Ch°¢ng 2: Ph°¢ng pháp nghiên cću
Ch°¢ng 3: KÃt quÁ nghiên cću vãi phÁn ćng quang h¿t nhân
Ch°¢ng 4: KÃt quÁ nghiên cću vãi phÁn ćng h¿t nhân gây bçi chùm proton
Trang 19CH¯¡NG 1 NGHIÊN CĄU TâNG QUAN 1.1 Mát sß đ¿c tr°ng c¢ bÁn căa phÁn ąng h¿t nhân
PhÁn ćng h¿t nhân là quá trình biÃn ái h¿t nhân gây bçi sự va ch¿m giữa hai h¿t nhân, giữa nucleon vãi h¿t nhân hoặc sự biÃn ái h¿t nhân gây bçi các bćc x¿/h¿t c¢ bÁn khác Thông th°ång phÁn ćng h¿t nhân xÁy ra do sự bÅn phá các h¿t nhân bçi các chùm h¿t nh° n¢tron, proton, h¿t alpha, photon, các ion nặng Do sự va ch¿m m¿nh giữa h¿t tãi và h¿t nhân bia mà sau phÁn ćng xu¿t hián hai hay nhißu h¿t bay
H¿t tãi gây ra phÁn ćng h¿t nhân có thá là h¿t n¢tron, photon, các h¿t mang ián nhẹ và các ion nặng H¿t nhân B °āc t¿o thành th°ång là h¿t nhân nặng và °āc giữ l¿i trong bia, không °āc quan sát trực tiÃp H¿t nhân con b th°ång nhẹ h¢n và chúng ta có thá o °āc h°ãng phát ra, phân bá góc, năng l°āng cąa nó
Quá trình phÁn ćng h¿t nhân có thá xÁy ra theo nhißu kênh phÁn ćng c¿nh tranh khác nhau phă thuác vào năng l°āng cąa h¿t tãi:
(1.2) trong ó: B,b; C, c là các kênh phÁn ćng; A*, a; A, a là các kênh tán x¿
PhÁn ćng h¿t nhân °āc chia thành nhißu lo¿i khác nhau: tán x¿ àn hßi, tán x¿ không àn hßi, bÅt phát x¿, phÁn ćng biÃn ái h¿t nhân, phân h¿ch h¿t nhân (fission), nhiát h¿ch (fussion), phÁn ćng vÿ văn (spallation), PhÁn ćng biÃn ái h¿t nhân gßm có phÁn ćng t°ãc h¿t (stripping reaction), phÁn ćng o¿t h¿t (pickup reaction), phÁn ćng trao ái ián tích (charge exchange) và phÁn ćng knock-out PhÁn
Trang 20ćng t°ãc h¿t là hián t°āng h¿t tãi bá m¿t i mát nucleon do h¿p thă cąa h¿t nhân bia, phÁn h¿t còn l¿i tiÃp tăc chuyán áng qua bia; phÁn ćng o¿t h¿t thì hián t°āng xÁy ra ng°āc l¿i, h¿t tãi o¿t mát nucleon cąa h¿t nhân bia
1.1.1 Năng lượng trong phản ứng hạt nhân
Xét phÁn ćng h¿t nhân A(a,b)B Áp dăng ánh luÃt bÁo toàn năng l°āng, ta có [3]: (ma + MA).c2 + Ea + EA = (mb + MB).c2 + Eb+ EB, (1.3) trong ó Ea, EA, Eb, EB : là áng năng cąa h¿t tham gia và t¿o thành trong phÁn ćng
Đặt E01= (ma + MA).c2; E02= (mb + MB).c2 gãi là năng l°āng nghß,
E1 = Ea+EA là áng năng tr°ãc phÁn ćng; E2 = Eb+ EB là áng năng sau phÁn ćng Thông th°ång xem h¿t nhân bia A ćng yên, E1 = Ea Năng l°āng cąa phÁn ćng là Q °āc xác ánh bằng: Q = E01 - E02 = E2 - E1, (1.4)
Giá trá cąa năng l°āng phÁn ćng Q có thá d°¢ng, âm hoặc bằng 0
- NÃu năng l°āng phÁn ćng có giá trá d°¢ng gãi là phÁn ćng tßa năng l°āng PhÁn ćng tßa năng l°āng có thá xÁy ra vãi h¿t tãi ç b¿t kỳ năng l°āng nào (nÃu a là h¿t tích ián thì h¿t tãi a phÁi có năng l°āng ą á v°āt qua rào thà Coulomb cąa h¿t nhân)
NÃu năng l°āng cąa phÁn ćng có giá trá âm thì phÁn ćng °āc gãi là phÁn ćng thu năng l°āng PhÁn ćng thu năng l°āng chß xÁy ra khi năng l°āng h¿t tãi ą cao: Vì tĉ Q = E2 - E1 suy ra E1 = E2 + |Q|
Năng l°āng ng°ÿng cąa phÁn ćng °āc ánh nghĩa là giá trá áng năng nhß nh¿t cąa h¿t tãi á phÁn ćng thu năng l°āng xÁy ra và °āc xác ánh theo công thćc Vãi ma, MA là khái l°āng cąa các h¿t tham gia phÁn ćng
NÃu Q = 0, ćng vãi tr°ång hāp tán x¿ àn hßi, E2 = E1, E01 = E02
1.1.2 Cơ chế phản ứng hạt nhân
Quá trình phÁn ćng h¿t nhân xÁy ra trong mißn tác dăng cąa lực h¿t nhân, phă thuác r¿t nhißu vào các ặc tr°ng cąa các h¿t tham gia phÁn ćng PhÁn ćng h¿t nhân °āc giÁi thích theo các c¢ chà khác nhau trong những vwng năng l°āng khác nhau
Trang 21Giai o¿n 1: H¿t tãi bá bÅt bçi h¿t nhân bia t¿o thành h¿t nhân hāp phÁn ç tr¿ng thái kích thích (C*), h¿t tãi a nhanh chóng truyßn toàn bá năng l°āng cąa mình cho các nucleon cąa h¿t nhân bia Do sự phân bá l¿i năng l°āng, không có nucleon nào cąa h¿t nhân bia có ą năng l°āng á thÅng °āc lực hút h¿t nhân, bay ra ngoài [3]
Giai o¿n 2: Do thăng giáng tháng kê, mát nucleon hoặc nhóm nucleon có thá nhÃn °āc năng l°āng (Eb) lãn h¢n năng l°āng liên kÃt (¸b) cąa chúng trong h¿t nhân hāp phÁn á thoát ra khßi h¿t nhân hāp phÁn
Mát h¿t nhân hāp phÁn có thá phân rã theo nhißu kênh khác nhau Do thåi gian thiÃt lÃp tr¿ng thái cân bằng khá lãn (cÿ 10-14 s) g¿p khoÁng 108 lÁn thåi gian ặc tr°ng cąa h¿t nhân (cÿ 10-22s) nên hai giai o¿n trên hoàn toàn ác lÃp nhau, xác su¿t phân rã cąa h¿t nhân hāp phÁn chß phă thuác vào năng l°āng, áng l°āng và tính chẵn l¿ cąa h¿t nhân mà không phă thuác vào cách t¿o nên nó [3]
÷ Cơ chế tiền cân bằng:
Trong mát sá tr°ång hāp, khi h¿t tãi t°¢ng tác vãi h¿t nhân bia cũng có sự phân bá l¿i năng l°āng cąa các nucleon trong h¿t nhân nh°ng tr°ãc khi h¿t nhân ¿t tr¿ng thái hāp phÁn mát hoặc mát vài nucleon trong h¿t nhân ã có năng l°āng lãn h¢n năng l°āng liên kÃt cąa chúng vãi h¿t nhân nên chúng thoát ra khßi h¿t nhân PhÁn ćng có sự phát x¿ h¿t tr°ãc cân bằng gãi là phÁn ćng tißn cân bằng
Theo thang thåi gian thì phÁn ćng tißn cân bằng xÁy ra giữa thåi gian r¿t nhanh cąa phÁn ćng trực tiÃp và thåi gian chÃm cąa phÁn ćng hāp phÁn [4]
÷ Cơ chế trực tiếp:
Mát c¢ chà phÁn ćng gÁn nh° ái lÃp vãi c¢ chà phÁn ćng h¿t nhân hāp phÁn là c¢ chà phÁn ćng trực tiÃp Trong ó h¿t tãi t°¢ng tác chą yÃu ç bß mặt h¿t nhân bia Khi năng l°āng cąa h¿t tãi tăng lên, b°ãc sóng Broglie cąa nó giÁm, h¿t có thá tham gia vào c¢ chà phÁn ćng trực tiÃp Vì các phÁn ćng này không qua giai o¿n h¿t
Trang 22nhân hāp phÁn nên có thá coi h¿t ra cũng nh° h¿t vào không bá h¿p thă trong h¿t nhân, nên phÁn ćng xÁy ra ç bß mặt h¿t nhân, do ó ng°åi ta còn gãi là phÁn ćng bß mặt [5] C¢ chà trực tiÃp xÁy ra r¿t nhanh, thåi gian t°¢ng tác giữa h¿t tãi và h¿t nhân bia r¿t ngÅn (chß còn khoÁng 10-22 giây) t°¢ng °¢ng khoÁng thåi gian truyßn qua tr°ång h¿t nhân Các h¿t phát ra có phân bá góc không ẳng h°ãng và °u tiên h°ãng vß phía tr°ãc Các lo¿i phÁn ćng trực tiÃp phá biÃn bao gßm: phÁn ćng trao ái, phÁn ćng chiÃm h¿t, phÁn ćng t°ãc h¿t hay phÁn ćng tách ra Các phÁn ćng h¿t nhân trực tiÃp Áu tiên °āc nghiên cću nh° (n’,n), (p,p’), (n,p), (p,d) và (d,n), (d,p) và sau ó vãi năng l°āng lãn h¢n (p,2p), (p,np), (p,T), (p,³),
PhÁn ćng trực tiÃp và phÁn ćng thông qua h¿t nhân hāp phÁn không lo¿i trĉ nhau, cÁ hai quá trình này ßu có thá óng góp vào quá trình phÁn ćng h¿t nhân và dÁn tãi các tr¿ng thái riêng cuái cùng Có thá hình dung rằng, h¿t nhân hāp phÁn °āc hình thành sau mát chußi các va ch¿m dÁn Ãn sự sÅp xÃp l¿i c¿u trúc phćc t¿p bên trong h¿t nhân nh°ng mát va ch¿m s°āt nhẹ, ngo¿i biên có thá gây ra mát phÁn ćng trực tiÃp Khi h¿t tãi có năng l°āng th¿p c¢ chà h¿t nhân hāp phÁn chiÃm °u thà và giÁm xuáng khi năng l°āng cąa h¿t tãi tăng Trong khi ó quá trình phÁn ćng trực tiÃp vÁn tiÃp tăc tăng khi tăng năng l°āng và bÅt Áu trç thành quá trình chą yÃu ç mćc năng l°āng trên 10 MeV [5]
TiÃt dián phÁn ćng (Ã) phÁn ánh xác su¿t phÁn ćng xÁy ra TiÃt dián phÁn ćng có giá trá phă thuác vào các ặc tr°ng cąa h¿t tãi (lo¿i h¿t, năng l°āng,&) và tính ch¿t cąa h¿t nhân bia (ián tích, sá khái, tr¿ng thái, spin, chẵn l¿&) [6]
Xét chùm h¿t tãi a Ãp vào mÁu chća các h¿t nhân A gây ra phÁn ćng h¿t nhân A(a,b)B GiÁ sử chùm h¿t tãi có phân bá ßu cÁ vß không gian, thåi gian và có thông l°āng § (sá l°āng h¿t tãi trên mát ¢n vá dián tích, trong mát ¢n vá thåi gian), trên bia có chća N h¿t nhân lo¿i A (nằm trong vùng bá chiÃu bçi chùm h¿t tãi), sá h¿t b phát ra trong mát ¢n vá thåi gian là Nb TiÃt dián phÁn ćng °āc ký hiáu là Ã và °āc
TiÃt dián phÁn ćng h¿t nhân có thć nguyên là ¢n vá dián tích, th°ång °āc tính bằng barn (b); milibarn (mb) hay microbarn (µb), 1 barn = 10-24 cm2
Trang 23Trong tr°ång hāp táng quát các h¿t bay ra có phân bá góc theo hàm r(¹,φ) NÃu ặt mát êtêct¢ á ghi nhÃn các h¿t nhân b °āc phát ra trong góc khái dΩ theo h°ãng (¹,φ) hāp vãi chùm h¿t tãi ban Áu thì ta xác ánh °āc tiÃt dián vi phân theo góc khái TiÃt dián vi phân theo góc khái là xác su¿t phÁn ćng xÁy ra trong mát ¢n vá thåi gian, trên mát h¿t nhân và trong yÃu tá góc ặc dΩ theo h°ãng hāp vãi h°ãng cąa chùm tia tãi mát góc t°¢ng ćng (¹, φ) khi dòng h¿t tãi có thông l°āng bằng 1 h¿t/s.cm2 TiÃt dián vi phân theo góc khái °āc ký hiáu là ý�㔎ý�㗺 và °āc tính bằng ¢n
Hình 1.1. S¢ ß o tiÃt dián vi phân phÁn ćng h¿t nhân theo góc khái
L¿y tích phân tiÃt dián vi phân theo toàn bá góc khái ta thu °āc tiÃt dián toàn phÁn cąa phÁn ćng t¿o ra h¿t nhân b t¿i mát giá trá năng l°āng xác ánh: Khi chùm h¿t tãi có năng l°āng liên tăc, tiÃt dián phÁn ćng Ã(E) phă thuác vào năng l°āng cąa h¿t tãi Hàm mô tÁ sự phă thuác cąa tiÃt dián phÁn ćng vào năng l°āng cąa h¿t tãi gãi là hàm kích thích TiÃt dián tích phân (Ãint) °āc xác ánh theo biáu thćc sau [6,58,65]: int max NÃu phÁn ćng h¿t nhân xÁy ra vãi mát kênh vào nh°ng nhißu kênh ra khác nhau thì tiÃt dián toàn ph¿n (Ãt) cąa phÁn ćng bằng táng tiÃt dián cąa các kênh (Ãi) ti
ó ýõó (1.11)
Trang 241.1.4 Suất lượng phản ứng hạt nhân
Su¿t l°āng cąa phÁn ćng là sá phÁn ćng xÁy ra trên bia trong mát ¢n vá thåi gian NÃu chùm h¿t tãi có năng l°āng không ái, thông l°āng không ái, su¿t l°āng phÁn ćng °āc xác ánh theo công thćc [3,6]:
Y ýø ó .N ö, (1.12) trong óY là su¿t l°āng phÁn ćng, ¸ là há sá hình hãc, N là sá h¿t nhân trên bia, Ã là tiÃt dián cąa phÁn ćng h¿t nhân, § là thông l°āng cąa chùm h¿t tãi
Đái vãi chùm bćc x¿/h¿t tãi có phá năng l°āng liên tăc, su¿t l°āng phÁn ćng °āc tính theo công thćc sau [6, 30-41]:
�㕌 = �㔂ý ∫�㔸�㕚�㕎�㕥σ(E)Φ(E)
0 ýý , (1.13) Trong ó §(E) là thông l°āng chùm h¿t tãi có năng l°āng E, Ã(E) là tiÃt dián phÁn ćng gây bçi chùm h¿t tãi có năng l°āng E và Emax là năng l°āng cực ¿i Su¿t l°āng phÁn ćng có thá xác ánh qua ho¿t á phóng x¿ o °āc cąa h¿t nhân °āc t¿o thành trong phÁn ćng
1.2 H¿t nhân đáng phân và tỷ sß su¿t l°ÿng đáng phân
Khi h¿t nhân không bá kích thích các mćc năng l°āng th¿p cąa h¿t nhân °āc l¿p Áy bçi các nucleon Các nucleon riêng l¿ vãi tr¿ng thái có mômen góc và năng l°āng xác ánh liên kÃt vãi nhau nên các nucleon không chuyán áng tự do Bằng cách cung c¿p năng l°āng cho mát cặp nucleon có thá t¿o ra dao áng hoặc quay tÃp thá cąa cặp nucleon này, phá vÿ liên kÃt cặp nucleon t¿o thành hai nucleon hóa trá và chuyán chúng lên các tr¿ng thái có năng l°āng cao h¢n hình thành tr¿ng thái kích thích h¿t nhân Thực nghiám có thá sử dăng phá kà á quan sát các tr¿ng thái kích thích và o ¿c các ¿i l°āng ặc tr°ng cąa chúng Các tr¿ng thái h¿t nhân °āc ặc tr°ng bçi các yÃu tá: năng l°āng kích thích, thåi gian sáng, spin, tính chẵn l¿, mômen l°ÿng cực tĉ, mômen tć cực ián, khÁ năng phân rã Các tr¿ng thái kích thích có thá hình thành trong các phÁn ćng h¿t nhân và trong các phân rã phóng x¿ cąa các ßng vá phóng x¿ [6]
Do thåi gian tßn t¿i trên các tr¿ng thái kích th°ång khá nhß, h¿t nhân th°ång khử kích thích bằng cách phân rã beta, bÅt electron (EC), dách chuyán ßng phân (IT), phát ra mát hay nhißu tia gamma, chuyán xuáng tr¿ng tr¿ng thái có năng l°āng th¿p h¢n (Hình 1.2)
Trang 25Hình 1.2 S¢ ß phân rã cąa các cặp h¿t nhân ßng phân (a) 109m,gPd và (b) 115m,gCd t¿o thành tĉ các phÁn ćng quang h¿t nhân (¢n vá năng l°āng (keV))
H¿t nhân ßng phân là h¿t nhân phóng x¿ tßn t¿i ç tr¿ng thái kích thích có thåi gian sáng khá dài và có các ặc iám phóng x¿ khác vãi h¿t nhân tßn t¿i ç tr¿ng thái c¢ bÁn Đißu kián á tßn t¿i mát h¿t nhân ßng phân là sự có mặt cąa mát mćc năng l°āng gÁn mćc c¢ bÁn nh°ng có momen góc khác nhau áng ká (|Δl| ≥ 4) Chuyán dách gamma giữa các mćc trên phÁi bá c¿m r¿t m¿nh nên thåi gian sáng t°¢ng ćng vãi tr¿ng thái kích thích ó có thá lên tãi vài giå, vài ngày hoặc thÃm chí lên tãi vài năm Các mćc này gãi là các tr¿ng thái giÁ bßn cąa h¿t nhân ßng phân [3,6]
Sự phân rã cąa các sÁn ph¿m phóng x¿ dÁn Ãn sự hình thành các tr¿ng thái ßng phân và tr¿ng thái c¢ bÁn không bßn cąa h¿t nhân sÁn ph¿m Nghiên cću tỷ sá ßng phân là xác ánh xác su¿t t°¢ng ái hình thành tr¿ng thái c¢ bÁn không bßn và
Trang 26tr¿ng thái ßng phân cąa h¿t nhân cuái cùng trong phÁn ćng h¿t nhân Tĉ các sá liáu vß tỷ sá ßng phân (IR) giúp ta xác ánh °āc ặc iám phă thuác spin cąa mÃt á mćc năng l°āng, các thông tin quan trãng vß c¿u trúc mćc h¿t nhân, khÁ năng truyßn mômen xung l°āng trong phÁn ćng, sự chãn lãc trong lý thuyÃt dách chuyán cũng nh° c¢ chà phÁn ćng Mặt khác các sá liáu vß tỷ sá ßng phân cũng là những dữ liáu cÁn thiÃt trong phân tích kích ho¿t, mát trong những ph°¢ng pháp °āc áp dăng ráng rãi trong nghiên cću vÃt lý h¿t nhân cũng nh° trong nhißu lĩnh vực khác cąa åi sáng
Tỷ sá ßng phân cąa h¿t nhân °āc xác ánh bằng công thćc sau [3]:
trong ó óm và óg t°¢ng ćng là tiÃt dián phÁn ćng t¿o thành tr¿ng thái ßng phân và tr¿ng thái c¢ bÁn Vì tr¿ng thái ßng phân và tr¿ng thái c¢ bÁn có giá trá spin r¿t khác nhau nên ng°åi ta th°ång biáu dißn tỷ sá ßng phân là tỷ sá tiÃt dián cąa sÁn ph¿m phÁn ćng có giá trá spin cao trên spin th¿p:
Trong tr°ång hāp kích ho¿t bằng chùm photon hãm có phá năng l°āng liên tăc, tỷ sá ßng phân có thá biáu dißn thông qua tỷ sá su¿t l°āng t¿o thành tr¿ng thái có spin cao và su¿t l°āng t¿o thành tr¿ng thái spin th¿p [3,6, 30-41]
IR ýYspincaoYspinthap , (1.16) Tỷ sá su¿t l°āng ßng phân phă thuác vào spin cąa h¿t nhân bia, năng l°āng và lo¿i h¿t tãi và mát sá hiáu ćng h¿t nhân khác [6]
1.3 PhÁn ąng quang h¿t nhân
1.3.1 Cơ chế phản ứng quang hạt nhân
PhÁn ćng quang h¿t nhân là t°¢ng tác giữa photon vãi h¿t nhân t¿o thành h¿t nhân ç tr¿ng thái hāp phÁn Sau t°¢ng tác, h¿t nhân có thá phát x¿ n¢tron, proton hoặc các lo¿i h¿t khác BÁn ch¿t cąa t°¢ng tác trong phÁn ćng quang h¿t nhân là t°¢ng tác ián tĉ PhÁn ćng quang h¿t nhân là phÁn ćng thu năng l°āng Đißu kián
á xÁy ra phÁn ćng quang h¿t nhân là năng l°āng cąa photon tãi (Eγ) phÁi lãn h¢n
năng l°āng ng°ÿng (Eth) cąa phÁn ćng Trong thực nghiám, phÁn ćng quang h¿t
Trang 27nhân gây bçi chùm bćc x¿ hãm °āc t¿o ra khi cho chùm electron ã °āc gia tác bÅn vào bia nặng
PhÁn ćng quang h¿t nhân phă thuác m¿nh vào năng l°āng cąa chùm photon tãi và sá khái cąa h¿t nhân bia (A) Twy theo năng l°āng gamma tãi, có thá xÁy ra các phÁn ćng khác nhau tĉ các phÁn ćng ¢n giÁn (÷,n), (÷,p); phÁn ćng quang n¢tron (÷,xn); phÁn ćng sinh nhißu h¿t (÷,xnyp); phÁn ćng t¿o pion (÷,ðxn), phÁn ćng quang phân h¿ch (÷,f); phÁn ćng quang phân mÁnh (÷,fr),
TiÃt dián toàn phÁn cąa phÁn ćng quang h¿t nhân bao gßm:
óT÷A=ó(÷,n)+ó(÷,p) + ó(÷,xn) +ó(÷,ðxn)+ó(÷,xnyp)+ ó(÷,f)+ ó(÷,fr) (1.17) Có thá chia các phÁn ćng quang h¿t nhân ç các vwng năng l°āng thông qua ba quá trình chính bao gßm: cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß (giant dipole resonance, GDR), c¢ chà giÁ ¢tron (quasi-deutron, QDM), và quá trình t¿o pion (Hình1.3)
Hình 1.3 TiÃt dián phÁn ćng quang h¿t nhân t¿i các vwng năng l°āng photon khác nhau
Khi photon tãi có năng l°āng nhß h¢n 30 MeV, có cáng h°çng trong các phÁn ćng giữa các photon và h¿t nhân Đ°ång cong tiÃt dián phă thuác năng xu¿t hián ßnh cáng h°çng có á ráng r¿t lãn nên ta gãi là cáng h°çng kháng lß Trong vùng cáng h°çng kháng lß, photon tãi t°¢ng tác vãi momen l°ÿng cực cąa h¿t nhân bia và h¿t nhân thoát khßi tr¿ng thái kích thích bằng cách phát ra các h¿t hoặc tia gamma thông qua c¢ chà cąa h¿t nhân hāp phÁn
Trang 28Đá giÁi thích hián t°āng cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß, Goldhaber và Teller [6,10] °a ra giÁ thiÃt coi n¢tron và proton cąa h¿t nhân nh° hai ch¿t lßng riêng biát Khi h¿t nhân h¿p thă các photon sÁ nhÃn thêm năng l°āng và xÁy ra dao áng cąa hai lo¿i ch¿t lßng này Steinwedel-Jensen ã giÁi thích cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß là sự thay thà xen kÁ lÁn l°āt cąa các proton và n¢tron trong ißu kián mÃt á các nucleon trong h¿t nhân không thay ái Sau ó Wikinson giÁi thích cáng h°çng kháng lß là mát sự chßng chÃp các óng góp cąa t¿t cÁ các nucleon riêng l¿ Khi h¿t nhân h¿p thă photon, mßi nucleon trong h¿t nhân nhÃn °āc mát phÁn năng l°āng Cáng h°çng kháng lß là táng cąa t¿t cÁ các cáng h°çng nhß ó
Sự phă thuác năng l°āng cąa tiÃt dián h¿p thă cáng h°çng kháng lß ái vãi h¿t nhân nặng và trung bình th°ång °āc biáu dißn gÁn úng bằng °ång cáng h°çng có
trong ó E0: năng l°āng cáng h°çng; ÷: á ráng cáng h°çng; ó0: giá trá tiÃt dián cực ¿i cąa phÁn ćng quang h¿t nhân, Ã(E) là tiÃt dián cąa phÁn ćng quang h¿t nhân So sánh tiÃt dián h¿p thă quang h¿t nhân toàn phÁn quan sát °āc vãi các kÃt quÁ tiên oán lý thuyÃt chß ra rằng, sự h¿p thă l°ÿng cực óng vai trò chính trong vùng cáng h°çng kháng lß Các kÃt quÁ thực nghiám trong vwng năng l°āng th¿p cho th¿y sự phw hāp tát vãi các tiên oán lí thuyÃt cąa mÁu h¿t nhân hāp phÁn Tuy nhiên vãi các photon năng l°āng cao, các kÃt quÁ tĉ thực nghiám cho th¿y có sự b¿t ái xćng trong phân bá góc và mÁu h¿t nhân hāp phÁn không giÁi thích °āc sự b¿t ái xćng này
Trong vwng năng l°āng sau cáng h°çng kháng lß Ãn ng°ÿng t¿o pion (khoÁng tĉ 30 Ãn140 MeV), b°ãc sóng cąa photon tãi nhß h¢n so vãi bán kính h¿t nhân và gÁn vãi khoÁng cách giữa các nucleon bên trong h¿t nhân, photon không t°¢ng tác vãi toàn bá h¿t nhân mà t°¢ng tác trực tiÃp vãi các nucleon riêng biát hoặc nhóm các nucleon và phát ra các h¿t mà không cÁn trÁi qua giai o¿n h¿t nhân hāp phÁn C¢ chà trực tiÃp cąa phÁn ćng quang h¿t nhân °āc giÁi thích nhå mÁu giÁ ¢tron do Levinger ß xu¿t
Trang 29Khi photon có năng l°āng cao h¢n, sau vùng cáng h°çng kháng lß, vai trò cąa t°¢ng tác trực tiÃp trç nên áng ká T°¢ng tác cąa photon tãi vãi các căm nucleon chiÃm °u thà h¢n t°¢ng tác giữa photon tãi vãi tĉng nucleon riêng l¿ Trong các t°¢ng tác cąa photon vãi căm hai nucleon cặp n¢tron-proton (giÁ ¢tron), cặp proton-proton và cặp n¢tron-n¢tron thì t°¢ng tác giữa photon vãi cặp n¢tron-proton-proton chiÃm °u thà Mặc dù kÃt quÁ thực nghiám và tiên oán lý thuyÃt vÁn tßn t¿i mát sá iám khác biát nh°ng các phép o phân bá góc và phá năng l°āng cąa các photonucleon năng l°āng cao ã khẳng ánh tính úng Ån cąa mô hình giÁ ¢tron
Khi photon có năng l°āng trên ng°ÿng t¿o pion (lãn h¢n 140 MeV), ßng khái °āc t¿o ra bên trong h¿t nhân bia do t°¢ng tác giữa photon và các nucleon riêng l¿ bên trong h¿t nhân Sau ó, quá trình phân rã cąa ßng khái thành mát pion và mát nucleon c¿nh tranh vãi quá trình h¿p thă photon cąa các giÁ ¢tron Đái vãi các h¿t nhân trung bình và h¿t nhân nặng, phÁn ćng photospallation là kênh phÁn ćng chiÃm °u thà h¢n ç vwng năng l°āng cao Serber ã ß xu¿t mô hình thác lũ bên trong h¿t nhân á giÁi thích c¢ chà cąa phÁn ćng photospallation Theo Serber, tán x¿ cąa các pion và các nucleon giÃt lwi cũng nh° sự h¿p thă các pion bên trong h¿t nhân bia t¿o thành mát thác lũ các nucleon bên trong h¿t nhân sÁ dÁn tãi sự phát x¿ các n¢tron cũng nh° proton và các pion Các h¿t này cũng có thá phát trián thành quá trình thác lũ nái tÁng
Trong phÁn ćng quang h¿t nhân, năng l°āng cąa phÁn ćng °āc xác ánh theo công thćc [3,6]:
�㕄 = ý012 ý02 = ý2 2 E1 = �㔀�㗾(þ∗) 2 �㔀Ā(þ∗), (1.19) trong ó ¸´(O*) và ¸b(O*) lÁn l°āt là năng l°āng liên kÃt cąa l°āng tử gamma và h¿t nhân b vãi h¿t nhân hāp phÁn Do năng l°āng liên kÃt cąa bćc x¿ gamma vãi h¿t nhân hāp phÁn bằng 0 nên theo công thćc (1.19) năng l°āng cąa phÁn ćng quang h¿t nhân mang giá trá âm Vì vÃy, phÁn ćng quang h¿t nhân là phÁn ćng thu năng l°āng Đißu kián cÁn thiÃt á mát phÁn ćng quang h¿t nhân xÁy ra là năng l°āng cąa bćc x¿ gamma tãi phÁi lãn h¢n hoặc bằng năng l°āng ng°ÿng cąa phÁn ćng
Đái vãi photon hãm, năng l°āng ng°ÿng cho phÁn ćng h¿t nhân lo¿i (÷,n) °āc tính theo công thćc sau:
Trang 30Đái vãi phÁn ćng sinh nhißu h¿t lo¿i (÷,xnyp), năng l°āng ng°ÿng °āc tính theo công thćc sau [6,10]:
trong các công thćc (1.20) và (1.21) : x, y là sá n¢tron và proton phát ra; mn, mp là khái l°āng cąa n¢tron và proton; M là khái l°āng cąa h¿t nhân bia, m là khái l°āng cąa h¿t tãi
Khi năng l°āng photon hãm nhß h¢n năng l°āng ng°ÿng thì phÁn ćng không xÁy ra Chß những photon có năng l°āng tĉ giá trá năng l°āng ng°ÿng tham gia phÁn ćng nên su¿t l°āng phÁn ćng quang h¿t nhân °āc xác ánh theo biáu thćc sau [3,10]:
�㕌 = �㔂ý ∫�㔸�㕚�㕎�㕥σ(E)Φ(E)
�㔸�㕡h ýý, (1.22) trong ó Eth là năng l°āng ng°ÿng cąa phÁn ćng, Emax là năng l°āng cực ¿i cąa photon, N là sá h¿t nhân bia trong vùng nhìn th¿y cąa chùm photon tãi
÷ Phản ứng quang nơtron:
Khi h¿t nhân h¿p thă photon có năng l°āng lãn h¢n năng l°āng liên kÃt cąa mát nucleon hoặc cąa mát h¿t nặng h¢n, ngoài khÁ năng phát x¿ bćc x¿ gamma, h¿t nhân còn có thá phát ra n¢tron hay các h¿t mang ián Trong vùng cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß, óng góp phÁn ćng phát ra n¢tron chiÃm °u thà h¢n so vãi các phÁn ćng t¿o ra các h¿t tích ián Đái vãi các h¿t nhân trung bình và h¿t nhân nặng, do vai trò cąa rào thà Coulomb giãi h¿n khÁ năng phát x¿ proton và các h¿t tích ián, vì vÃy tiÃt dián h¿p thă photon toàn phÁn chą yÃu là do tiÃt dián cąa các phÁn ćng phát n¢tron toàn phÁn [6,8,10]
Trong các phÁn ćng phát x¿ n¢tron thì phÁn ćng (´,n) có vai trò quan trãng nh¿t Ng°ÿng cąa phÁn ćng này bằng vãi năng l°āng liên kÃt cąa n¢tron vãi h¿t nhân và giÁm tĉ 15 MeV ái vãi các h¿t nhân nhẹ xuáng còn 8 MeV ái vãi các h¿t nhân nặng Đôi khi các phÁn ćng (´,2n), (´,3n) và thÃm chí phÁn ćng phát ra nhißu n¢tron h¢n phÁi °āc °a vào á phân tích nÃu không tìm °āc ßng vá phóng x¿ thích hāp
Trang 31cho phÁn ćng (´,n) TiÃt dián cąa các phÁn ćng phát ra nhißu n¢tron th¿p h¢n r¿t nhißu so vãi phÁn ćng phát mát n¢tron Năng l°āng ng°ÿng cąa các phÁn ćng (´,2n) bằng hai lÁn năng l°āng ng°ÿng cąa phÁn ćng (´,n) và vãi photon tãi có năng l°āng khoÁng 30 MeV, tiÃt dián phÁn ćng (´,2n) bằng 1/10 tiÃt dián cąa phÁn ćng (´,n)
÷ Phản ứng tạo các hạt mang điện:
Sự phát x¿ h¿t tích ián tĉ h¿t nhân kích thích bá giãi h¿n bçi lực h¿t nhân và rào thà Coulomb Trong phÁn ćng quang h¿t nhân, bằng năng l°āng ng°ÿng cąa phÁn ćng bằng năng l°āng liên kÃt cąa h¿t phát ra vãi h¿t nhân kích thích Trong mát vài tr°ång hāp, khi năng l°āng cąa photon v°āt qua giá trá năng l°āng ng°ÿng cąa phÁn ćng nh°ng xác su¿t phát ra h¿t tích ián vÁn r¿t nhß do vai trò cąa rào thà Coulomb Tuy nhiên, nhå hiáu ćng °ång ngÁm trong c¢ hãc l°āng tử nên xác su¿t phát h¿t tích ián vÁn khác không Khi năng l°āng kích thích trên ng°ÿng nh°ng th¿p h¢n rào thà Coulomb, tiÃt dián cąa phÁn ćng quang h¿t nhân t¿o ra h¿t tích ián tăng r¿t chÃm nh°ng khi năng l°āng kích thích v°āt qua giá trá rào thà Coulomb, tiÃt dián cąa phÁn ćng t¿o h¿t tích ián l¿i tăng nhanh [3,6] Do á cao rào thà tăng theo sá khái cąa h¿t nhân nên tiÃt dián cąa các phÁn ćng này phă thuác r¿t nhißu vào ián tích h¿t nhân hay sá khái cąa h¿t nhân H¿t nhân càng nặng thì tiÃt dián cąa phÁn ćng càng nhß
÷ Phản ứng quang hạt nhân sinh nhiều hạt:
Khi chùm photon tãi có năng l°āng tĉ 40 MeV trç lên, ái vãi h¿t nhân trung bình và h¿t nhân nặng, phÁn ćng sinh nhißu h¿t (÷,xnyp) là mát kênh phÁn ćng chiÃm °u thÃ, trong ó x là sá n¢tron, y là sá proton phát ra sau phÁn ćng (x ó 1, y ó1)
Đá giÁi thích c¢ chà cąa các phÁn ćng (÷,xnyp), chúng ta có thá sử dăng mô hình thác lũ bên trong h¿t nhân do Serber ß xu¿t Theo mô hình cąa Serber, phÁn ćng quang h¿t nhân ç vùng năng l°āng cao xÁy ra theo hai giai o¿n Trong giai o¿n Áu, h¿t tãi va ch¿m vãi các nucleon riêng l¿ trong h¿t nhân bia, sự tán x¿ cąa các nucleon giÃt lùi, sự tái h¿p thă các pion t¿o nên mát thác lũ các nucleon, pion bên trong h¿t nhân Trong giai o¿n này, h¿t nhân có thá phát x¿ các nucleon riêng l¿ hoặc các nhóm nucleon hay các pion Giai o¿n tiÃp theo, các h¿t nhân vĉa t¿o thành ç tr¿ng thái kích thích có năng l°āng cao, quá trình khử kích thích có thá xÁy ra thông qua hai kênh c¿nh tranh là phân h¿ch và quá trình bay h¢i các h¿t Nhìn chung, trong quá trình khử kích thích cąa các h¿t nhân d°, sự phát x¿ các h¿t theo c¢ chà bay h¢i
Trang 32có xác xu¿t lãn nh¿t Quá trình bay h¢i sÁ tiÃp tăc cho Ãn khi năng l°āng kích thích cąa h¿t nhân d° nhß h¢n ng°ÿng phát x¿ và chß có thá giÁi phóng d°ãi d¿ng các bćc x¿ gamma [6,10]
Đánh giá su¿t l°āng cąa những phÁn ćng này tĉ sá liáu kích ho¿t nói chung là khá phćc t¿p Phân bá su¿t l°āng phÁn ćng quang h¿t nhân sinh nhißu h¿t °āc phân tích trên c¢ sç cąa công thćc bán thực nghiám cąa Rudstam [11]
1.4 PhÁn ąng h¿t nhân gây bßi các h¿t mang đián
Khi mát h¿t mang ián t°¢ng tác vãi h¿t nhân sÁ cháu Ánh h°çng cąa rào thà xuyên tâm và rào thà Coulomb Mßi d¿ng thà năng có vai trò khác nhau phă thuác lo¿i h¿t tãi, ián tích, khái l°āng cąa h¿t nhân bia và tr¿ng thái cąa các h¿t tham gia phÁn ćng
1.4.1 Vai trò của hàng rào thế Coulomb và thế xuyên tâm
Khi h¿t tích ián t°¢ng tác h¿t nhân, thà năng Coulomb phă thuác vào khoÁng Vãi Z là sá hiáu h¿t nhân bia và z là sá hiáu cąa h¿t tãi mang ián, r là khoÁng cách giữa h¿t nhân bia và h¿t tãi T¿i biên cąa h¿t nhân r = R (bán kính h¿t nhân) rào thà Coulomb °āc xác ánh bçi công thćc:
NÃu h¿t tãi có áng năng T < BC, theo quan iám cąa c¢ hãc cá ián, h¿t tãi sÁ không thá v°āt qua rào thà á i vào h¿t nhân Tuy nhiên, hián t°āng h¿t tãi có áng năng T < BC vÁn có xác su¿t i qua hàng rào thà có thá °āc giÁi thích bằng hiáu ćng °ång ngÁm trong c¢ hãc l°āng tử Xác su¿t á h¿t i qua hàng rào thà còn °āc gãi là á th¿m th¿u [3,6]
Theo c¢ hãc l°āng tử, thà xuyên tâm (Vxt) phă thuác vào tr¿ng thái cąa h¿t và °āc xác ánh bçi công thćc, vãi l là sá l°āng tử quỹ ¿o:
Trang 33Giá trá nhß nh¿t cąa rào thà xuyên tâm (Bxt)min ćng vãi l =1 T¿i vá trí biên h¿t nhân, thà năng toàn phÁn trong t°¢ng tác cąa h¿t tích ián vãi h¿t nhân:
V(R)ý Bxt BC
Gãi l0 là giá trá sá l°āng tử quỹ ¿o mà t¿i ó rào thà Coulomb bằng rào thÃ
Twy thuác vào giá trá cąa l và Z mà thà Coulomb và thà xuyên tâm có vai trò
khác nhau Vãi những h¿t nhân nhẹ (Z<8) rào thà xuyên tâm nhß nh¿t cũng có giá trá lãn h¢n rào thà Coulomb nên vai trò cąa rào thà Coulomb ái vãi những h¿t nhân bia nằm trong vwng này là không áng ká Đái vãi những h¿t nhân bia nằm giữa bÁng tuÁn hoàn rào thà Coulomb óng vai trò chą yÃu nên t°¢ng tác giữa các h¿t tích ián
vãi h¿t nhân nặng có xác su¿t nh° nhau vãi các giá trá l nhß
Giá trá l0không phă thuác vào năng l°āng cąa h¿t tãi Do ó, khác vãi n¢tron, các h¿t tích ián có áng năng T < BC có xác su¿t t°¢ng tác bằng nhau ćng vãi các
giá trá l = 0 và l = 1,2 l0
Vãi tr°ång hāp T > BC, h¿t tích ián t°¢ng tác vãi h¿t nhân t°¢ng tự nh°
t°¢ng tác cąa neutron Vãi l ≠ 0, t°¢ng tác sÁ xÁy ra nÃu:
ý T T BC þBxt (1.28)
1.4.2 Phản ứng hạt nhân gây bởi proton
Phản ứng (p,³): phÁn ćng này là phÁn ćng tßa nhiát Đáng năng cąa phÁn ćng
Q = ¸p-¸³ Vãi t¿t cÁ các h¿t nhân bßn ³ trong bÁng tuÁn hoàn, năng l°āng liên kÃt cąa proton vãi h¿t nhân ¸p ≈ const và vào cÿ khoÁng 8 MeV Còn năng l°āng liên kÃt cąa ³ thay ái tĉ giá trá nhß nh¿t ¸³ = 0 vãi Z = 60 Ãn giá trá cao nh¿t ¸³ = 8 MeV vãi Z = 8, vãi Z > 60 thì năng l°āng liên kÃt cąa ³ mang giá trá âm Do ó:
Qýõpõñ þ0 (1.29)
Trang 34Vãi các h¿t nhân nặng rào thà Coulomb t°¢ng ái lãn (bằng 28 MeV vãi Z = 80) nên h¿t ³ bay ra khßi h¿t nhân bá c¿m m¿nh H¿t alpha bay ra làm h¿t nhân dách chuyán xuáng các mćc th¿p h¢n và có mÃt á tr¿ng thái th°a h¢n Do trãng sá tháng kê cąa mát tr¿ng thái °āc ánh nghĩa bçi mÃt á mćc h¿t nhân, nên dÁn Ãn xác su¿t phÁn ćng (p,³) th¿p Đißu kián này không áp dăng cho h¿t nhân nhẹ, vì khi ó hàng rào thà Coulomb nhß
Phản ứng (p,n): Đái vãi các h¿t nhân bßn, phÁn ćng lo¿i này luôn là phÁn ćng
thu nhiát vãi ng°ÿng phÁn ćng lãn h¢n 0.8 MeV ThÃt vÃy, xét phÁn ćng A(p,n)B ta có [3,6]: mnmp ý1.3MeV và MBMAþ 0.5MeV, (1.30) NÃu ißu kián thć hai không thßa mãn thì h¿t nhân A sÁ chuyán thành h¿t nhân B thông qua phân rã beta Năng l°āng cąa phÁn ćng:
ø Bnùø Apù 1.3 0.5 0.8
Q ý M m M m þý MeV , (1.31)
Phản ứng (p,p): NÃu áng năng cąa h¿t tãi lãn h¢n rào thà Coulomb, xác su¿t
cąa các phÁn ćng (p,p) và (p,n) là t°¢ng °¢ng nhau Trong vwng năng l°āng th¿p h¢n, phÁn ćng (p,p) °āc dùng trong các nghiên cću khi phÁn ćng (p,n) không xÁy ra [3,6]
Phản ứng (p,γ): Do xác su¿t phát l°āng tử ´ tĉ h¿t nhân hāp phÁn th¿p h¢n
xác su¿t phát ra các h¿t khác nên phÁn ćng (p,´) có su¿t l°āng r¿t th¿p Tuy nhiên, vì lý do nào ó, h¿t phát ra có thá bá c¿m thì lúc ó phÁn ćng (p,´) óng vai trò quan trãng Ví dă, nÃu Tp< Eth cąa phÁn ćng (p,n), thì sÁ quan sát °āc phÁn ćng (p,´) bên c¿nh phÁn ćng (p,p) Mát thí dă thú vá vß phÁn ćng (p,´) có su¿t l°āng cao chính là phÁn ćng 7Li(p,´)8Be [3,6,8]
Phản ứng (p,d): So vãi các phÁn ćng khác, phÁn ćng này r¿t hiÃm vì ¢tron là
h¿t có liên kÃt yÃu (¸d = 2.22 MeV) và cÁn l°āng lãn năng l°āng á hình thành nó Do ó, phÁn ćng (p,d) th°ång là phÁn ćng thu nhiát, còn nÃu là phÁn ćng tßa nhiát thì giá trá Q r¿t nhß (nh° phÁn ćng: ýþ(�㕝, ý) ýþ39 48 có Q = 0.56 MeV)
1.5 Tình hình nghiên cąu trên th¿ giãi và trong n°ãc
1.5.1 Nghiên cứu trên thế giới
PhÁn ćng quang h¿t nhân óng vai trò quan trãng trong nghiên cću vÃt lý c¢ bÁn và ćng dăng Đây là thành ngußn sÁn phÁn chính óng góp vào quá trình táng hāp h¿t nhân trong vũ tră [12] và cũng là mát trong những ph°¢ng pháp quan trãng dùng á sÁn xu¿t các ßng vá phóng x¿ y tà [12-14], kiám tra ch¿t l°āng ái vãi ch¿t thÁi phóng x¿, và t¿o ra ngußn n¢tron tĉ máy gia tác electron tuyÃn tính Tuy nhiên,
Trang 35do thiÃu các ngußn cung photon năng l°āng cao nên phÁn lãn nghiên cću tr°ãc ây tÃp trung trong vwng năng l°āng cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß (GDR), nghĩa là tĉ ng°ÿng phÁn ćng tãi khoÁng 30 MeV Trong vài thÃp niên trç l¿i ây, do sự ra åi cąa nhißu ngußn photon hãm trên máy gia tác và sự phát trián cąa các thiÃt bá o bćc x¿ giúp cho viác nhÃn dián và ánh l°āng các sÁn ph¿m phÁn ćng ngày càng chính xác [12] ã làm cho nghiên cću phÁn ćng quang h¿t nhân trong phòng thí nghiám hßi sinh m¿nh mÁ
PhÁn ćng quang h¿t nhân thuác lo¿i phÁn ćng có năng l°āng ng°ÿng Vãi các photon năng l°āng th¿p (d°ãi 30 MeV) chą yÃu gây ra các phÁn ćng h¿t nhân ¢n h¿t nh° (´,n) và (´,p) Các phÁn ćng dißn ra theo c¢ chà hāp phÁn, hay còn gãi là phÁn ćng hai giai o¿n Các ngußn photon năng l°āng cao h¢n có thá t¿o ra các phÁn ćng h¿t nhân sinh nhißu h¿t (´,xnyp), vãi x,y g 1 và quá trình phÁn ćng xÁy ra thông qua những c¢ chà phćc t¿p h¢n Ngoài c¢ chà hāp phÁn, những c¢ chà c¿nh tranh khác nh° tißn cân bằng, trực tiÃp, phân h¿ch và vÿ văn (spallation) có thá xu¿t hián Đây là v¿n ß ã và ang °āc quan tâm nghiên cću sâu ráng, ßng thåi ặt ra yêu cÁu ngày càng cao vß ph°¢ng pháp và kỹ thuÃt á có thá xác ánh °āc chính xác các sá liáu thực nghiám
Cũng nh° phÁn ćng h¿t nhân vãi notron và vãi các h¿t mang ián, ặc tr°ng quan trãng nh¿t cÁn xác ánh ái vãi phÁn ćng quang h¿t nhân là tiÃt dián và/hoặc su¿t l°āng cąa phÁn ćng Các sá liáu h¿t nhân thực nghiám thu °āc góp phÁn quan trãng vào viác kiám ánh á tin cÃy cąa các mô hình h¿t nhân ã °āc tiên oán lý thuyÃt Do ó, yêu cÁu ặt ra là cÁn nghiên cću mát cách có há tháng các phÁn ćng quang h¿t nhân trên nhißu h¿t nhân bia khác nhau Đá o các ặc tr°ng cąa phÁn ćng h¿t nhân nói chung và o tiÃt dián nói riêng cÁn có những há tháng thiÃt bá chuyên biát, °āc thiÃt kà riêng cho mßi phép o [15] Đái vãi phÁn ćng quang h¿t nhân xÁy ra vãi bćc x¿ hãm có năng l°āng liên tăc thì viác o tiÃt dián vi phân gặp nhißu khó khăn nên thay vì o tiÃt dián vi phân, ng°åi ta th°ång o tiÃt dián trung bình [16-18], tiÃt dián tích phân [19-20, 65], su¿t l°āng phÁn ćng [21-24] và tỷ sá su¿t l°āng ßng phân [25-29]
Cho tãi nay IAEA và mát vài Quác gia có tißm lực khoa hãc và công nghá h¿t nhân ã s°u tÃp và/hoặc o các sá liáu h¿t nhân, lÃp các th° viên sá liáu, nh°ng vÁn ch°a thá áp ćng °āc nhu cÁu nghiên cću và ćng dăng Trong phiên bÁn tháng 6
Trang 36năm 2013 cąa c¢ sç dữ liáu phÁn ćng h¿t nhân thực nghiám EXFOR (Experimental Nuclear Reaction Data) cho th¿y có tãi 1350 măc cho phÁn ćng (´,n), 313 măc cho phÁn ćng (´,2n), 64 măc cho (´,3n) và chß 14 cho (´,4n) Đßng thåi có 789 măc cho phÁn ćng (´,p) nh°ng chß có 7 măc cho phÁn ćng (´,2p) [15] Mát c¢ sç dữ liáu thử nghiám khác, ó là th° vián dữ liáu quang h¿t nhân cąa IAEA cũng chća 146 măc tiÃt dián °āc ánh giá, trong ó cũng chß có 21 măc cho phÁn ćng (´,2n), 12 măc cho phÁn ćng (´,p) và 8 măc cho phÁn ćng (´,2p) [15] Mát sá ćng dăng thực tà cąa t°¢ng tác quang h¿t nhân phă thuác vào sự sẵn có cąa bá dữ liáu, tuy nhiên cho tãi nay các ặc tr°ng cąa phÁn ćng chß °āc o cho mát ph¿m vi h¿t nhân h¿n chà Có thá th¿y rằng, có r¿t ít dữ liáu vß các phÁn ćng quang h¿t nhân sinh nhißu h¿t [15] Vì vÃy, viác tiÃp tăc nghiên cću phÁn ćng quang h¿t nhân, bá sung vào th° vián sá liáu h¿t nhân những sá liáu mãi, ặc biát là những sá liáu liên quan tãi các phÁn ćng xÁy ra vãi photon năng l°āng trung bình và năng l°āng cao, t¿o ra các phÁn ćng sinh nhißu h¿t vÁn ang là mát h°ãng nghiên cću quan trãng trong vÃt lý h¿t nhân
So vãi phÁn ćng quang h¿t nhân thì phÁn ćng xÁy ra vãi các h¿t mang ián nói chung và proton nói riêng °āc nghiên cću sâu ráng h¢n do sự áp ćng tát cąa các chùm h¿t gia tác Mặt khác, hàm kích thích cąa phÁn ćng còn là mát kênh quan trãng giúp nghiên cću sâu h¢n vß các c¢ chà phÁn ćng cũng nh° nghiên cću ánh l°āng trong quá trình chà t¿o các ßng vá phóng x¿ y tà Hián có mát sá nghiên cću ang trián khai m¿nh mÁ vß phÁn ćng h¿t nhân vãi proton trong dÁi năng l°āng mà chúng tôi quan tâm Sự quan tâm chính là kÃt hāp nghiên cću thực nghiám và tính toán lý thuyÃt hàm kích thích, su¿t l°āng và tỷ sá ßng phân cąa các sÁn ph¿m phÁn ćng Các nhóm tác giÁ M.U Khandaker, S.C Yang, M.S Uddin ã thực hián o tiÃt dián phÁn ćng h¿t nhân trên bia natMo, natZr và nat Pd gây bçi chùm proton trên máy gia tác Cyclotron MC-50 t¿i KIRAM, Hàn Quác [88, 90, 96] Các nhóm nghiên cću M Murakami, F Szelecsényi, F Tárkányi ã o tiÃt dián các phÁn ćng h¿t nhân trên bia natZr khi bÅn phá bçi chùm proton tĉ máy gia tác Cyclotron [91, 92, 93] R Michel và cáng sự [94] ã thực hián các nghiên cću phÁn ćng proton ç vwng năng l°āng th¿p và trung bình trên các bia C, N, O, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, Au Nhóm nghiên cću P P Dmitriev ã xác ánh su¿t l°āng cąa các h¿t nhân phóng x¿ t¿o thành trong các bia dày vãi chwm proton năng l°āng 22 MeV [83]
Trang 37F Ditrói và cáng sự ã thực hián các thí nghiám o tiÃt dián phÁn ćng h¿t nhân trên các bia natPd và natV trong vwng năng l°āng proton tĉ 37-65 MeV [110]
Đi ôi vãi nghiên cću thực nghiám, trong vài thÃp nên trç l¿i ây các mô hình tính toán lý thuyÃt cũng °āc nghiên cću phát trián So sánh kÃt quÁ thực nghiám vãi tiên oán lý thuyÃt làm c¢ sç á ánh giá á tin cÃy cąa các tiên oán lý thuyÃt và thực hián những sự ißu chßnh cÁn thiÃt
Nghiên cću phÁn ćng h¿t nhân °āc bÅt Áu tiÃn hành t¿i Viát Nam tĉ cuái những năm bÁy m°¢i cąa thà kỷ tr°ãc Tuy nhiên, do h¿n chà vß thiÃt bá nên chß có thá nghiên cću vãi các phÁn ćng h¿t nhân ¢n giÁn, gây bçi n¢tron và photon trong dÁi năng l°āng d°ãi 15 MeV Tĉ năm 2000 tãi nay, trên c¢ sç mç ráng hāp tác Quác tÃ, các nghiên cću vãi proton và photon năng l°āng cao h¢n ã °āc thực hián
T¿i Vián VÃt lý, trên c¢ sç hāp tác vãi Vián Liên hāp nghiên cću h¿t nhân Dubna, Liên bang Nga, nhóm nghiên cću do GS.TS TrÁn Đćc Thiáp ćng Áu ã tiÃn hành nghiên cću vß các phÁn ćng quang h¿t nhân (÷,n), (÷,p), (÷,2n), (÷,np) trong vùng năng l°āng tĉ ng°ÿng phÁn ćng Ãn 25 MeV và thu °āc nhißu kÃt quÁ có giá trá [30-35] Các nghiên cću vß tß sá ßng phân cąa mát lo¿t phÁn ćng quang h¿t nhân °āc gây bçi chwm bćc x¿ hãm có năng l°āng trong vwng cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß (10-25 MeV) nh°: 74Se(´,n)73m,gSe; 82Se(´,n)81m,gSe [31]; KBa(´,n)(K-1)m,gBa, vãi K = 130, 132, 134 [32]; 165Ho(´,n)164m,gHo và 175Lu(´,n)174m,gLu [33]; 119Sn(y, np)117m,gIn vãi năng l°āng cực ¿i cąa chwm bćc x¿ hãm là 20 MeV; 197Au(´, n)196m,gAu có E´Max tĉ 10 Ãn 25 MeV; nghiên cću vß tỷ sá ßng phân cąa 137m,gCe
°āc t¿o ra trong phÁn ćng (´,n) vãi bćc x¿ hãm có năng l°āng tĉ 14 Ãn 17, tĉ 21 Ãn 23 MeV và t¿i 19 MeV [34]; hay kÃt quÁ nghiên cću tß sá ßng phân cąa sÁn ph¿m phân h¿ch 135Xe cąa phÁn ćng quang phân h¿ch trên các bia 232Th và 233U gây bçi chwm bćc x¿ hãm có năng l°āng cực ¿i 13,5 MeV [35]
Trên c¢ sç hāp tác vãi Trung tâm gia tác Pohang, Hàn Quác, nhóm nghiên cću do GS.TS Nguyßn Văn Đß, Vián VÃt lý ćng Áu ã nghiên cću và thu °āc nhißu kÃt quÁ vß phÁn ćng quang h¿t nhân trên các máy gia tác năng l°āng trung bình và năng l°āng cao Nhóm nghiên cću ã óng góp các sá liáu h¿t nhân mãi [36-41], trong ó có những phÁn ćng h¿t nhân sinh nhißu h¿t, có c¢ chà phćc t¿p và góp phÁn
Trang 38làm sáng tß mát sá v¿n ß liên quan tãi c¢ chà cąa phÁn ćng h¿t nhân Mát sá kÃt quÁ cąa nhóm nghiên cću trong thåi gian gÁn ây vß phÁn ćng quang h¿t nhân ã °āc công bá trên các t¿p chí ISI nh° nghiên cću vß tỷ sá su¿t l°āng cąa các cặp h¿t nhân ßng phân 120m,g,122m,gSb °āc t¿o thành trong phÁn ćng natSb(´,xn) vãi bćc x¿ hãm năng l°āng cực ¿i 40, 45, 50 và 60 MeV [36]; tỷ sá su¿t l°āng cąa các cặp h¿t nhân ßng phân 99m,g;101m,g;102m,gRh t¿o °āc thành tĉ phÁn ćng natPd(´,pxn) vãi bćc x¿ hãm 50, 55, 60, 65 và 70 MeV [37]; tỷ sá su¿t l°āng cąa các cặp h¿t nhân ßng phân 106m,g;104m,gAg t¿o thành tĉ phÁn ćng h¿t nhân natAg(÷,xn) vãi bćc x¿ hãm năng l°āng 40, 45, 50, 55 và 60 MeV [38]; tỷ sá su¿t l°āng cąa cặp h¿t nhân ßng phân 44 m,gSc t¿o thành trên bia 45Sc và natTi vãi chwm bćc x¿ hãm 50, 60 và 70 MeV [39]; tỷ sá su¿t l°āng cąa cặp h¿t nhân ßng phân 85m,gSr t¿o thành tĉ các phÁn ćng quang h¿t nhân (´,n), (´,2n), và (´,3n) trên các ßng vá cąa Sr vãi bćc x¿ hãm năng l°āng 55, 60 và 65 MeV [40] Đặc biát, nghiên cću cũng ã tiÃn hành vãi các bćc x¿ hãm năng l°āng cao, 2.5 GeV ái vãi các phÁn ćng quang h¿t nhân 45Sc(÷,n), natTi(÷,xnp), natFe(÷,xn5p) và natCu(÷,xn8p) á t¿o ra cặp h¿t nhân ßng phân 44m,gSc Nghiên cću rút ra sự phă thuác cąa tỷ sá ßng phân vào sự chênh lách sá khái giữa h¿t nhân bia và h¿t nhân sÁn ph¿m cąa phÁn ćng [41]
Bên c¿nh ó, cũng ã thực hián mát sá nghiên cću vß phÁn ćng h¿t nhân vãi chwm proton Đã tiÃn hành nghiên cću hàm kích thích cąa các phÁn ćng h¿t nhân natZr(p,x)95Zr, natZr(p,x)95mNb và natZr(p,x)95gNb vãi proton trong dÁi năng l°āng 10.6 – 43.6 MeV [89], sử dăng ph°¢ng pháp kích ho¿t chßng mÁu trên Cyclotron MC-50 và các phÁn ćng chu¿n natCu(p,x)65,62Zn T°¢ng tự, cũng ã xác ánh hàm kích thích cąa phÁn ćng h¿t nhân natPd(p,x)100m,gRh trong vwng năng l°āng tĉ 8.37 Ãn 42.61 MeV [102], và phÁn ćng h¿t nhân natZr(p,x)96Nb trong dÁi năng l°āng tĉ 10.58 tãi 43.61 MeV [108] Các kÃt quÁ nghiên cću ã °āc so sánh vãi tiên oán lý thuyÃt sử dăng mã TALYS
Các kÃt quÁ nghiên cću ã °āc công bá cho th¿y sự h¿p dÁn và tính thåi sự cąa h°ãng nghiên cću phÁn ćng h¿t nhân vãi photon và proton Tuy nhiên, khi năng l°āng kích thích tăng lên thì mćc á phćc t¿p cąa các phÁn ćng cũng tăng dÁn và phă thuác vào nhißu yÃu tá Cho Ãn nay phÁn lãn các nghiên cću phÁn ćng quang h¿t nhân tÃp trung ç vwng năng l°āng kích thích th¿p, ặc biát là vwng năng l°āng cáng h°çng kháng lß, các sá liáu thu °āc tĉ thực nghiám phw hāp vãi các tiên oán lí
Trang 39thuyÃt Trong vwng năng l°āng cao h¢n, các sá liáu h¿t nhân còn ít, do ó viác nghiên cću các phÁn ćng quang h¿t nhân ç vwng năng l°āng sau cáng h°çng l°ÿng cực kháng lß bên c¿nh viác bá sung các sá liáu h¿t nhân, còn góp phÁn làm sáng tß h¢n vß c¢ chà phÁn ćng, góp phÁn kiám chćng mćc á phw hāp cąa các mÁu lí thuyÃt, ßng thåi có thá mç ra những h°ãng ćng dăng mãi
Trang 40CH¯¡NG 2 PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĄU
Trong nghiên cću thực nghiám ã áp dăng ph°¢ng pháp kích ho¿t kÃt hāp vãi o phá gamma trß cąa các ßng vá phóng x¿ t¿o thành sau phÁn ćng Các kÃt quÁ sÁ °āc so sánh vãi kÃt quÁ cąa các tác giÁ khác và kÃt quÁ tính lý thuyÃt sử dăng mã TALYS
2.1 Nghiên cąu thāc nghiám sử dāng ph°¢ng pháp kích ho¿t
2.1.1 Phương pháp kích hoạt
Hián nay ph°¢ng pháp kích ho¿t kÃt hāp vãi o phá gamma trß (o gamma off-line) °āc sử dăng phá biÃn trong nghiên cću phÁn ćng h¿t nhân thực nghiám [1] ¯u iám cąa ph°¢ng pháp kích ho¿t là nó cho phép xác ánh chính xác các kênh phÁn ćng, các ßng vá phóng x¿ là sÁn ph¿m cąa phÁn ćng và ho¿t á cąa các ßng vá phóng x¿ ó Viác bá trí thí nghiám o phá gamma off-line ¢n giÁn, Áu t° cho phòng thí nghiám và thiÃt bá o ít tán kém so vãi Áu t° cho các há o phá online
PhÁn ćng h¿t nhân biÃn các ßng vá bßn thành những ßng vá phóng x¿ Các sÁn ph¿m cąa phÁn ćng (là các ßng vá phóng x¿) sau ó °āc nhÃn dián dựa vào năng l°āng cąa các tia gamma ặc tr°ng và chu kỳ bán rã cąa chúng TiÃt dián và su¿t l°āng cąa phÁn ćng °āc xác ánh thông qua ho¿t á phóng x¿ o °āc cąa các h¿t nhân sÁn ph¿m Tuy nhiên trong thực tißn, á có thá xác ánh °āc chính xác ho¿t á phóng x¿ cąa các sÁn ph¿m phÁn ćng ngoài viác lựa chãn các thông sá thực nghiám tái °u, tiÃn hành o nhißu lÁn còn cÁn phÁi thực hián những hiáu chính cÁn thiÃt Nái dung c¢ bÁn cąa ph°¢ng pháp phân tích ho¿t phóng x¿ °āc trình bày tóm tÅt d°ãi ây:
Gãi N0 là sá h¿t nhân bia, N(t) là sá h¿t nhân phóng x¿ t¿i thåi iám t, ö là thông l°āng bćc x¿ kích ho¿t (h¿t/cm2/giây), Ã là tiÃt dián cąa phÁn ćng h¿t nhân (cm2), » là hằng sá phân rã (1/giây) NÃu thåi gian chiÃu mÁu là ti thì ho¿t á phóng x¿ sau khi ngĉng chiÃu mát thåi gian t tþ ilà A(ti,t) °āc xác ánh bằng [1]:
øùø tiù t
A t , týN 1 eö ó ü .eü , (2.1) Ho¿t á phóng x¿ th°ång °āc xác ánh theo ph°¢ng pháp o phá gamma Đá xác ánh ho¿t á phóng x¿ cąa mÁu, mÁu th°ång °āc o trong mát khoÁng thåi gian tĉ t1 Ãn t2, vãi t2 þ þt1 ti Hình 2.1 mô tÁ ho¿t á tích phân o °āc trong thåi gian tm Táng ho¿t á phóng x¿ C(ti,t1,t2) hay ho¿t á phóng x¿ ghi nhÃn °āc