Nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của hạt nhân 170yb ra 158gd

TRNG DAI HOC TỊNG IlOP HA NOI Pham DÌnh Khang r: NGHIÉN CÙU PHÀN RÀ G A M M A NÓI TANG CÙA HAT NHÀN ^^^Yb VA ^^^Gé Chuyén ngành Ma so ^ Vàt ly hat nhàn nguyén tu 10203 f LUAN AN PHO TIEN SI KHOA HOC TOÀN LY •tu Co van Khoa hoc : PGS PTS Dàng Huy Uyén fU'^L^TiU i,4'\ i i'iji ^ HANOI 1993 MUC LUC Trang Ma dau CHUONG 1: CXC VAN DE VE LY THUYÈT, TÌNH TRANG THlTC NGHlfM NGHIÉN CÙtJ PHAN RÀ GAMMA NOI TANG I Tinh toàn ly thuyet doi vói phàn rà gamma noi tàng Tinh cxiàng phàn rà gamma noi tàng Tinh toàn mat mijfc va rpng phóng xa riéng phàn 11 2-1 Mat mùc 11 2-2 Do rong phóng xa riéng phan 17 II Tinh trang thiic nghiem nghién cijfu phàn rà gamma noi tàng 23 PhUdng phàp trùng phùng gamma - gamma Tinh trang th\lc CHUdNG 2: 23 nghiem nghién cù\j phàn rà gamma noi tàng 24 SU DUNG PHUdNG PHÀP CQNG BIÈN DQ CAC XUNG TRÙNG PHÙNG NGHIÉN COU PHÀN RÀ GAMMA NOI TÀNG Ò HAT NHÀN ^''^Yb VA ^^^Gd 27 I Phifdng phàp cpng bién dò càc xung trùng phùng 27 Vàn de chung 27 Dang phò thu dUdc 28 2-1 Dang phd tdng 28 2-2 Phd mot detector 29 2-3 Tinh hieu xuàt ghi 31 Càc hieu ufng ành hiiịng tói dang phd vi phàn 32 3-1 Trao ddi nàng lugng giua càc detector 32 3-2 Ành hng cùa trùng phùng phóng gamma - gamma 32 3-3 Tuang quan góc 33 Càc phUdng phàp nàng cao chat lUdng thóng tin thu dtfdc 33 4-1 Su dung tién khuyech dai co bào chdng chap xung 33 4-2 Su dung he nhiéu detector 34 II Bo tri thLfc nghiem dac 36 Do phàn rà gamma noi tàng dói vói hat nhan -*-'"Yb 36 E)o phàn rà gamma noi tàng cùa hat nhàn ^^^Gd 39 CHUONG 3: XAY DUNG Sd DO PHÀN RÀ VA CXC KET QUX THU BUOC 41 I Xày d\fng sd phàn rà 41 Xày diing sd mùc nhd phUdng phàp SACP 41 1-1 Xàc dinh thù tu càc chuyen 41 dai 1-2 Dành già tin cay cùa sa mùc Xày d'ufng sd mùc trén ed so 42 so lieu tu phàn ùng {n,}^) va (n, 22) 43 2-1 Chinh xàc già tri nàng luang càc chuyen dai thu dugc phàn ùng ( n, 23) theo so' lieu phàn ùng {n,lS) 43 2-2 Chinh xàc nàng luang cùa càc mùc trung gian 2-3 Xap xep vào sa phàn ùng {n,ÌÌ mùc càc chuyen dai quan 45 sàt duac ma khòng thà'y dugc phàn ùng (n, 2i() , ,45 2-4 Xàc dinh thù tu chuyen dai càc chuyen don le 2-5 Tinh dai noi tàng 46 tồn su càn bang cng chuyen dai thài kich thich lón 2-6 Xap xep càc chuyen dai tu phàn càc trang 47 ùng { n, ^ dua dugc vào sa mùc cùa phàn ùng (n, 2Jf) ) ma chùng khòng 48 - II Càc ket qua thu dUdc vói hai hat nhàn ^"^^Yb va ^^^Gd 50 Doi vói hat nhàn ^"^^yb 50 1-1 Càc ket qua 50 1-2 Nhan xét 58 Doi vói hat nhàn ^^^Gd 59 2-1 Sa phàn rà 59 2-2 Tinh dac biet cùa phàn rà gamma nói tàng cùa -^^°Gd 2-3 Càc chuyen dai nó'i tang khòng phàn 66 tàch dugc va sai so' he thò'ng 71 2-4 Nhan xét 72 Ket luan 74 Tài lieu tham khào 77 Tieng Anh 77 Tieng Nga 80 Phu lue 85 - Mò dàu Trong chuyén ngành vat vùng nàng lugng va ly nàng phd hat nhàn, tàng sd lugng hat thuc nghiem mot dinh Doi vai vùng nàng lugng kich thich lién ket cùa ( Bn - nàng lugng nàng lugng kich thich thap E^ < cùa càc trang thài nàng lugng lién thuc té^ bi bị trang thài tién natron vói hat nhàn) va vùng nhung quy luàt xàc dinh kich thich Trong lue dò kich thich c6 nàng ké't cùa natron compound gap khó khan phd co vói hat nhàn) nghién cùu càc ca bàn mat cao, tiet dien phàn ùng ddi vói tùng mùc nhị, bàn dàn, lón han B^^ 1-2 MeV phd hoc natron va phd ngò Ve mat thuc nghiem, gamma bang detector quan cùa hat nhàn vùng trang thài tién compound (trang thài lugng nhò han ma rong nhàn dugc nghién cùu huóng nghién cùu hoc hat nhàn co dien cho phép tim tinh chat viee dò mùc ghi bue xa dang phùc tap qua trình tàn xa compton làm tàng phòng, qua trinh tao càp E > 1022 KeV cung làm ành hng manh tói dang phd Ve mat ly thu't, qua trình dịng hoc cùa trang thài mot hat chuyé'n sang trang thài phùc tap chua dugc de càp mot càch xàc dàng Nhu vay dà phàp thuc hình thành nhung nghiem mói de u cau chung nghién cùu càc ddi vói phuang trang thài tién compound: - Co khà nàng nghién cùu hat nhàn ben bà't ky va nghién cùu hat nhàn phàn rà phóng xa Thu dugc thòng tin cu the ve càc tinh chat cùa càc trang thài cùa hat nhàn vùng nàng lugng kich thich róng nhà't - Co the so sành truc tié'p càc ké't qua thuc nghiem va tién dồn màu nhàm kiem tra dị chinh xàc va vùng su dung màu Hien co nhung phuang phàp nghién cùu tinh chat càc trang thài tién compound nhu sau: a) Phàn tich phd tia X cùa càc phàn ùng (n, X) b) Nghién cùu phàn ùng ( n, JJ«) e) Nghién cùu phàn ùng bùt va bàt mot phàn Tuy nhién, khà nàng su dung cùa càc phuang phàp trén, rò ràng'chùng chua dàp ùng càc yéu càu nghién cùu thuc nghiem càc mùc tién compound nhu dà liét ké Tu nàm 1983, tai Dupna xuàt hién phuang phàp nghién cùu phàn rà bàt natron nhiét thòng bào dàu tién ve gamma nói tàng nhị su dung cùa hat nhàn detector Ge(Li) vói càc thịng sd binh thuóng (hieu suàt ghi, phàn giài nàng lugng phàn giài thài gian) co the tao càc dang va phàn tich càc chuyén dói nói trang thài compound phàn lón phàn rà gamma nói tàng gamma cùa va càc mùc chuyén dói gamma sa mai sé thu compound han càc ( trang thài hat nhàn hgp phàn) trang thài thòng phuang phàp khàc tin Bòi vi compound phàn rà tién compound dugc nhiéu ve tàng ve bac phàn rà cùa càp nén su dung phuang dugc phd don giàn tao thành sau phàp thuc nghiem ve trang thài tién - Dang thóng tin thu dugc nhu sau: a) So dò phàn rà ( vùng nàng lugng < E ^ < MeV ) dugc tao nén bịi chun dói sa càp dù manh b) Càc thịng so trung bình cùa phàn rà : cùa tàt cà càc Tdng lyw - cuóng dị tàng giùa càc chun dói noi trang thài hat nhàn hgp phàn va trang thài kich thich thàp E^ < MeV, phàn bị' cùa chùng lày trung bình khồng nàng lugng dù lón co 500 KeV De thu ; dugc nhiéu sd lieu ve compound va so liéu the hién tinh gamma, vùng càc trang thài tién phi thòng ké phàn rà chùng tòi dà chpn càc hat nhàn -'-^Yb va cuc dai' 4S cùa hàm ^ Gd a vùng lue natron làm ddi tugng nghién nhùng hat nhàn tòn tai nhùng cùu a trang thài trung gian riéng biét dugc tao tu càc chuyén dói nói tàng manh Muc tiéu cu thè cùa luan àn nhu sau: - Tié'p tue nghién cùu thuc nghiem chuyén dói gamma nói tàng giùa trang thài compound ve nhóm mùc kich thich thàp cùa hat nhàn hgp phàn -^^° Gd vùng cuc dai 4S cùa hàm lue natron Trén ca sa càc ndi tàng, già tri nàng lugng chuyén dói cùa càc chuyén dói xày dung sa dò phàn rà cùa hat nhàn Qua su so sành càc già tri cng dị chun dói ndi tàng thuc nghiem vói tinh tồn ly thuyet, thuc nghiem rùt càc ket luàn cà ve ly thuyet - - Nghién cùu phàn rà ndi phàn rà phóng xa p : -^'^ tàng cùa hat nhàn ^ ^ Yb Lu —»- -'-^^ Yb Thu thàp càc sd lieu ve cuóng phàn rà nói tàng, sa mùc va càc dac trung khàc cùa càc trang thài kich thich trung gian cùa hat nhàn 3- Tim kiem càc khà thòng tin thu nàng nàng cao dung lugng dugc dói vói phuang phàp thuc Yb va chat lugng nghiem dugc su dung Càc nghién cùu thuc nghiem dugc hồn thành nhó phuang phàp cpng bién dò xung trùng phùng ( Method of Summation Àmplitude of Coinciding Pules) - gpi phuang phàp SACP cùu phàn ùng ( n, 2f) trén he phd ké' gdm phòng thi nghiem vàt - nghién detector Hp Gè tai ly natron Dupna Càc ké't qua chinh thu dugc nhu sau: - Phd càc chuyén dói nói tàng trung gian cùa hat nhàn san phàm Dà xàc dinh dugc càc chuyén dói ndi tàng kép tao nén càc trang thài vùng nàng lugng rpng già tri nàng lugng va cuóng doi vói hat nhàn tói thu dugc phàn 138 " Gd Ngoài chùng bd trung bình cng dị chun dói ndi tàng phu thc vào nàng lugng chun dói càc dị cùa sa càp E-, va rùt ké't luan ve tinh toàn ly thuyet cng dị chun dói gamma ndi tàng - Dà thu dugc 57 phd vi phàn phàn rà P cùa hat nhàn -^'^ sung vào sa mùc cùa hat nhàn ^'^ cùa càc chuyén dói ndi tang Lu —^-'-^^ Yb Sàp xep va bd Yb thém 52 mùc mói, cung - càp càc sd liéu tao nén càc ve cng nhóm dị chun da bịi Diéu the diém cùa phuang phàp SACP co khà phàn cùa da bịi dói nàng lugng rat gàn dù nàng lugng hién mot uu nàng phàn tàch càc thành cùa càc chuyén dói gamma rat gàn Càc ké't qua thu dugc dà khang dinh tinh uu viet cùa phuang phàp SACP va co thè thày phuang phàp buóc tié'n mói ve nguyén tàc nghién cùu hat nhàn phàn rà phóng xa 3- Ké't luan ve viéc nàng cao chat lugng va dung lugng thòng tin thu dugc qua viéc su dung he nhiéu detector CHUdNG CÀC VAN DE VE LY THUYET, TINH TRANG THl/C NGHIEM NGHIÉN CÙtJ PHÀN RÀ GAMMA NOI TANG NĨI CHUNG Rị ràng chi co viéc dành già y nghia so sd liéu thuc sành vói càc ké't thu't Tu su so sành dị ta co the dói tugng dugc nghién cùu, xày dói tugng sé xem xét mot qua tinh tồn ly rùt mot so' ké't luan ve ve ly thuyé't mó tà càc qua trình dị Trong chuang a càch ngàn gpn tồn cng dị phàn rà nghiem thu dugc mot so màu ly thuyet de gamma nói tàng Phàn thù lai tinh trang thuc nghiem nghién cùu phàn thù nhàt tinh hai he thịng phàn rà gamma nói tàng tu trt tói I TINH TỒN LY THUYET DOI VĨI PHÀN RÀ GAMMA NOI TANG Cng phàn rà gamma noi tàng Cng dị phàn rà nói tang i^^ lién quan giùa mùc ban dàu X va mùc cuòi f qua trang thài trung gian g biéu thi nhu sau: ÌXX(E,E^) = vói r va r £ dị rpng phóng dói gamma F^ va F dò , (1.1) xa riéng phàn cùa càc chuyén rpng phóng xa tồn phàn, lugng chun dói sa càp E^ va thù càp E Neu co mùc trung gian dugc sa càp co nàng lugng nàm cng dị tdng cpng sé bang: nàng - E^ tao nén bai càc chun dói khồng E^, den E^^ + AE thi - iep bang 1) - - 98 (1") 99 >00 :oi !02 • 506 5067,16 507 1" 2289,1/+ 1* 81 2400,03 1" 81 8^1 — 2496,05 1" 0,13 1,7 ( ) 2 , " , ( ) 13S')-,41 " 81 81 1341,1 - 1,05(26) 1425,09 2" 81 1615,1 n 1592,2 P 1592,5)^ - 1998,50 1761,27 985,05 1306,16 1221,86 1564,61 , ( ) , ( ) e*l 16999,5(15; 1 , 0* 0,5 , 2* 0,1 , 2* 2,1(5) 1564,45 1" 0,24 , 1 " 8^1 - 802,48 509 1761,27 1705,24 510 1705,24 211 508 • 691,75 595,70 5091,7(5) 1066.4 H !*• 1727.5 H 1666,6 H 505 ' ^ t !03 >04 91 2289,14 2515,80 2411,77 0,11 0,16 1,47 0,43 1,09 1142,2 1279,0 1615,2)J 1,0 0,84 1,1 5,1 5,5 112 1410,40 1002,10 1280,15 1575,76 1901,14 215 792,00 ;5].'v 792,00 215 5,5 0,10 , (,?•'•: 2,50 0,56 1985,40 " 81 2275,31 5,0 0,25 2275,51 ' 5,6 0,50 0,10 2275,31 1" 2GG0,97 81 406,25 2191,05 2660,97 1995,58 1856,60 985,05 1144,12 8,2 2ia 1758,96 1306,16 219 220 1758,96 1221,86 1364,41 216 3061,98 =517 l" 221 1700,90 1700,90 1,47 5,9 2,0 0,7 - 224 225 1550,57 226 228 1490,7 959,15 9^1-0,0 22