Bài viết này trình bày các phương pháp hiện tại để đo lường và xử lý các kết quả thí nghiệm cũng như để tính toán cách thức sắp xếp năng lượng cường độ gamma (Bn).
Journal of Thu Dau Mot university, No2(4) – 2012 PHƯƠNG PHÁP ĐO CƯỜNG ĐỘ CHUYỂN DỜI GAMMA NỐI TẦNG BẰNG THỰC NGHIỆM TẠI VIỆN NGHIÊN CỨU HẠT NHÂN ĐÀ LẠT Nguyễn An Sơn(1); Phạm Đình Khang(2); Nguyễn Đức Hòa(1); Nguyễn Xuân Hải(3) (1) Trường Đại học Đà Lạt; (2) Trung tâm Đào tạo Hạt nhân (NTC – VAEI) (3) Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt TÓM TẮT Nghiên cứu cấu trúc hạt nhân thực nghiệm hướng nghiên cứu Việt Nam Với hệ đo cộng biên độ xung trùng phùng (SACP) lắp đặt kênh ngang số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, báo trình bày phương pháp đo đạc, xử lí kết thực nghiệm tính toán cường độ chuyển dời gamma nối tầng hạt nhân từ lượng liên kết với nơtron (Bn) Từ khoá: cấu trúc hạt nhân; hệ cộng biên độ xung trùng phùng (SACP) * Mở đầu hệ đo phương pháp SACP thiết lập cộng hoà Séc Sau số Phát thảo phương pháp nước khác Hungari, Bungari, Ai Cập, SACP Hoogenboom A.M đưa vào Triều Tiên, Mông Cổ Trung Quốc năm 1958 [1,2] việc sử dụng cử cán nghiên cứu tới Dubna để detector nhấp nháy Các thiết bò phân tìm hiểu cách triển khai phương pháp tích biên độ vào thời điểm máy nghiên cứu [5] phân tích biên độ 256 kênh Đến năm 1981, Viện Liên hợp nghiên cứu hạt Với phương pháp SACP, phân rã nhân Dubna đưa vấn đề ghi nhận, gamma nối tầng mật độ mức hạt lưu trữ xử lí số máy tính nhân ghi nhận phản ứng (n, thông tin thu từ hệ đo cộng biên độ ) (n, ) [3, 4, 5] Tại Việt Nam, xung trùng phùng Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm khác hẳn nguyên tắc ban đầu tiến hành lò phản ứng hạt nhân Hoogenboom A.M đưa [3, 5] Và cho Đà Lạt, công suất 500 kW, hệ đo SACP tới năm 2003, Viện Liên lắp đặt kênh nơtron số Từ hợp nghiên cứu hạt nhân Dubna sử dụng năm 2005, kênh số sử dụng cho phương pháp nghiên cứu mục đích nghiên cứu số liệu cấu trúc cấu trúc hạt nhân Sau năm 2003 có thêm hạt nhân thông qua phản ứng (n, ), (n, 28 Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 2(4) - 2012 ) đònh hướng nghiên cứu phản ứng đầu cuối (n, ) [4, 5] toàn phần trạng thái đầu trạng Cường độ chuyển dời nối tầng I i f độ rộng phóng xạ thái cuối E , (EC-E ) lượng liên chuyển dời sơ cấp, lượng chuyển quan mức ban đầu i mức cuối f qua trạng thái trung gian g tính dời thứ cấp theo công thức [4, 5, 6]: Hệ SACP Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt I ig E , EC E i với ig gf EC gf E (1) Hệ SACP Viện Nghiên cứu hạt f nhân Đà Lạt có sơ đồ trình bày độ rộng phóng xạ riêng phần chuyển dời Det hình trạng thái Amp1 ADC1 FFT1 CFD1 Fast Coin Source Det FFT2 CFD2 Amp2 ADC2 M P A P C Hình 1: Sơ đồ khối hệ SACP Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Khoảng cách từ nguồn phóng xạ đến mặt thời gian đầu dò) xác đònh đầu dò (Det) 5cm Nguồn điều kiện trùng phùng theo mặt tăng đặt cho xạ gamma phát xung Xung lối khối trùng phùng đến hai đầu dò đối xứng xung dương xung sử dụng để mở cổng (Gate) hai ADC Như vậy, Tín hiệu thời gian T lối từ phân rã gamma nối tầng ghi đầu dò khối khuếch đại nhanh hai đầu dò có xung dương (FFT) khuếch đại tạo dạng cần thiết, lối khối trùng phùng nhanh cho sau tín hiệu tới khối gạt ngưỡng phép hai ADC biến đổi nhanh (CFD) Gạt ngưỡng nhanh CFD Tín hiệu lượng E từ lối sử dụng để loại trừ nhiễu ảnh hưởng xạ mềm Xung từ hai đầu dò khối khuếch đại phổ khối gạt ngưỡng nhanh tới lối vào (Amp) khuếch đại tạo dạng xung cần khối trùng phùng nhanh (Fast Coin) thiết hai ADC biến đổi Tín hiệu Khối trùng phùng nhanh có độ rộng cửa lối khuếch đại phổ trễ so với sổ thời gian tối thiểu 10ns (cửa sổ thời tín hiệu lối vào khoảng thời gian tuỳ gian nhỏ độ phân giải theo thời gian hình thành xung 29 Journal of Thu Dau Mot university, No2(4) – 2012 s), tín hiệu hình Việc tạo phổ từ kết lối khối trùng phùng nhanh trễ hai kênh ghi đo khác kiện so với tín hiệu lối T đầu dò trùng phùng thực việc cộng cỡ vài ns Như để có đồng dồn file liệu lưu được, tạo phổ hai tín hiệu này, tín hiệu lối đơn kênh, sau tiến hành chuẩn khuếch đại (cỡ lượng dựa mức lượng phát khối trùng phùng nhanh phải gamma với hiệu suất phát cao (dựa vào số làm trễ khoảng tuỳ theo thời gian liệu thư viện IAEA) Tiếp tục tạo phổ hình thành xung khuếch đại phổ tổng cách dựa vào số lần xuất ADC nối với Card thu nhận liệu giá trò tổng E1+ E2 (E1 code biên độ từ (MPA) để truyền liệu vào máy tính ADC1, E2 code biên độ từ ADC2) Trong Thuật toán tạo xử lí phổ phổ tổng xuất đỉnh liên Tiến hành thu nhận giá trò phổ quan đến trình huỷ cặp, đỉnh thoát gamma dựa hệ SACP Bằng phương Độ rộng đỉnh phổ tổng phụ pháp ghi đo lưu tích lũy số liệu với thời thuộc chất lượng detector cân gian đo kéo dài, thu nhận số liệu dạng hệ số biến đổi lượng bò hấp ghi code - giá trò biên độ xung thụ lượng tử xạ gamma Thuật toán tạo phổ xử lí thành số kênh Số liệu lượng từ thư viện Chuẩn lượng Số liệu thực nghiệm dạng code Tạo phổ thu từ det 1, det Tạo phổ tổng Tạo phổ nối tầng ứng với đỉnh tổng Chuẩn hiệu suất Năng lượng chuyển dời Diện tích vị trí đỉnh Cường độ tương đối Cường độ tuyệt đối Hình 2: Sơ đồ thuật toán chương trình xử lí kết thực nghiệm 30 Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 2(4) - 2012 Tạo phổ nối tầng bậc hai: điều kiện phân bố liên tục (do trình tán xạ để xảy nối tầng bậc hai thời Compton gây nên) Từ đỉnh phổ gian trùng phùng xác lập, có hai SACP tạo hai phổ mức chuyển dời xảy Các chuyển dời detector sau hiệu chỉnh hiệu suất nối tầng có lượng tổng cộng ghi, ghép hai phổ lại ta thu phổ nối EC = E1 + E2 bò hấp thụ hoàn toàn tầng bậc hai Trong phổ nối tầng bậc hai hai detector ghi vào đỉnh có chứa thông tin thu phổ nối tầng bậc hai Từ số liệu phương pháp cộng biên độ xung trùng biên độ mà tổng chúng rơi vào phần phùng như: diện tích đỉnh (tỉ lệ với cường phổ SACP tương ứng với đỉnh quan sát độ chuyển dời nối tầng), vò trí đỉnh được, xây dựng nên hai phổ hai đầu dò (năng lượng chuyển dời), sơ đồ mức… Phần phổ SACP tổng kiện Kết đo thực nghiệm với thực cộng với phông Phông loại ) trừ nhờ phần bổ sung tích luỹ từ biên độ 48 Ti(n, 49 Ti Tiến hành thí nghiệm kênh xung trùng phùng mà tổng chúng ngang số Lò phản ứng hạt nhân Đà rơi vào hai bên đỉnh phổ tổng Lạt Đo đạc chuyển dời gamma nối Như phổ tạo nên từ giá tầng có lượng lượng liên trò code mà tổng code hai đường tín kết Bn nơtrôn với hạt nhân Đo 140 hiệu Ec nguyên tắc chứa với bia đỉnh hấp thụ toàn phần không chứa 48 Ti chùm nơtrôn nhiệt, thu số kết sau: Hình Phổ đơn kênh 49 Ti đo hai detector Hình Phổ nối tầng bậc hai 49 Ti với đỉnh tổng 8142keV Bảng 1: Số liệu phân rã nối tầng 48 Ti(n, )49Ti đo thực nghiệm 31 Journal of Thu Dau Mot university, No2(4) – 2012 với nơtrôn nhiệt lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt E1 (keV) E2 (keV) i (%) i (%) EL, keV E1+E2=8142keV, Ef=0keV 1381.74 6760.26 24.8423 0.2580 6760.26 1585.87 6556.08 2.2775 0.0907 6556.08 E1+E2=7801keV, Ef=341keV 1039.05 6761.00 3.0514 0.1418 1381.00 1381.56 6418.28 29.5231 0.2610 6760.44 1586.36 6213.76 0.7575 0.0712 6555.64 E1+E2=6249keV, Ef=1893keV 1381.75 4886.26 4.4704 0.1612 6760.25 2404.61 3842.00 0.0791 0.0225 4300.00 2515.81 3732.26 0.3566 0.0377 4409.74 2770.95 3476.41 0.0834 0.0262 4665.59 3025.54 3222.23 0.4764 0.0523 5116.46 E1+E2=3259keV, Ef=4883keV 1380.84 1877.09 1.2978 0.0846 6761.16 1496.97 1761.04 2.7971 0.0901 6380.96 1585.08 1672.69 0.3401 0.0481 6556.92 E1+E2=3173keV, Ef=4967keV 341.54 2830.91 0.0304 0.0134 7800.46 509.24 2662.44 0.0542 0.0183 7632.76 1123.00 2048.70 0.0371 0.0456 7019.00 1380.40 1791.63 2.3328 0.0834 6761.60 E1+E2=2095keV, Ef=6047keV 509.46 1584.53 0.8001 0.0645 7632.54 712.86 1381.26 1.0131 0.1034 6760.74 E1+E2=1890keV, Ef=6252keV 340.26 1549.60 0.1302 0.0341 7801.74 509.59 1380.41 7.5455 0.1758 7632.41 907.20 982.53 0.0748 0.0341 7159.47 0.1801 7802.28 E1+E2=1720keV, Ef=6422keV 339.72 1380.28 5.4311 32 Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 2(4) - 2012 510.12 1209.81 2.1783 0.2184 7631.88 0.1095 7632.59 E1+E2=847keV, Ef=7295keV 336.60 509.41 2.1850 Ghi chú: E1 E2 lượng gamma chuyển dời nối tầng sơ cấp thứ cấp (KeV); EL lượng mức trung gian (KeV); E f lượng mức cuối (keV); i i cường độ chuyển dời sai số cường độ chuyển dời (%) Nhận xét kết luận liệu, đặc biệt vật liệu sử dụng thiết kế lò phản ứng hạt nhân Trong trình làm thực nghiệm nhận thấy có đóng góp đáng Với thời gian thực nghiệm chưa dài 48 kể phông gamma từ lò phản ứng (140 giờ) bia Ti thu đo đơn, đo kó thuật trùng chuyển dời nối tầng dải phùng khả loại bỏ phông lượng từ 0.5MeV đến ~8MeV (Bn), kết cao cho thấy phù hợp với kết mà IAEA công bố [7] nhiều phản ứng hạt Kết nghiên cứu cho thấy, phương nhân khác bia 48Ti pháp hoàn toàn nghiên cứu cấu trúc hạt nhân thực nghiệm với Phương pháp SACP thể đồng vò có thời gian bán rã ngắn hiệu nghiên cứu cấu trúc hạt (chúng tiến hành thí nghiệm với nhân với bia mẫu có độ giàu không đạt phân rã gamma tức thời) Đây đến 100% Điều có nhờ thuật hướng nghiên cứu tích cực Việt Nam toán tạo phổ tổng phổ vi phân tách lónh vực cấu trúc hạt nhân, từ đồng vò có lẫn mẫu cần biết tính chất hạt nhân vật phân tích * THE METHODS TO MEASURE GAMMA CASCADE INTENSITY BY EXPERIMENT AT DALAT NUCLEAR RESEARCH INSTITUTE Nguyen An Son(1); Pham Dinh Khang(2); Nguyen Duc Hoa(3), Nguyen Xuan Hai(3) (1) University of Dalat; (2) Nuclear Training Center; (3) Nuclear Research Institute ABSTRACT Today, the study of nuclear structure by experiment is one of the new researches in Vietnam The Summation of Amplitudes of Coinciding Pulses (SACP) system has been installed in the horizontal 3rd channel of Dalat nuclear reactor This article presents current methods to measure and procedure experiment results as well as to calculate how gamma cascades intensity energy arrangement (Bn) Keyword: nuclear structure; The Summation of Amplitudes of Coinciding Pulses (SACP) TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 Journal of Thu Dau Mot university, No2(4) – 2012 [1] Hoogenboom, A.M., A new method in gamma-ray spectroscopy: A two crystal scintillation spectrometer with improved resolution, Nuclear Instruments, Volume: 3, Issue: (1958), pp 57-68, 1958 [2] Hoogenboom A M., The Sum-Coincidence Methold and Its Application to Gamma Ray Scintillation Spectroscopy, PhD Thesis, 127 p, 1958 [3] Khitrov V A., Kholnov Yu V., Sukhovoj A M., Vojnov A V., The Possibility for Experimental Discovery of Multiplets of Low-Lying Levels, Proceedings of a Specialists’ Meeting on Measurement, Calculation and Evaluation of Photon Production Data, Bologna, Italy, 1994, PP 303-308 [4] Nguyễn Xuân Hải, 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 só vật lí, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, 2010 [5] Vương Hữu Tấn cộng sự, 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, Đà Lạt, 2006 [6] Phạm Đình Khang, Nghiên cứu phân rã gamma nối tầng hạt nhân 170Yb 158Gd, Luận án phó tiến só khoa học toán lí, Hà Noäi, 1993 [7] http://www-nds.iaea.org/pgaa/PGAAdatabase/LANL/isotopic/22ti48 34 ... g tính dời thứ cấp theo công thức [4, 5, 6]: Hệ SACP Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt I ig E , EC E i với ig gf EC gf E (1) Hệ SACP Viện Nghiên cứu hạt f nhân Đà Lạt có sơ đồ trình bày độ rộng... Nguyễn Xuân Hải, 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 só vật lí, Viện Năng lượng Nguyên tử... Tấn cộng sự, 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, Đà Lạt, 2006