172Yb VÀ 153Sm SỬ DỤNG HỆ PHỔ KẾ SACP TRÊN LPƯHNĐL
III.1. Nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của Sm và Yb
Các bia mẫu 152Sm và 171Yb là hợp chất giàu đồng vị của các nguyên tố này với ơxy và cĩ xuất xứ từ Nga [70,71], mỗi mẫu cĩ khối lượng 1g. Mẫu được đĩng gĩi trong túi polyetylen hàn kín cĩ kích thước 1×1,5 cm, khoảng cách từ mẫu đến mặt mỗi đetectơ là 4cm [4,8]. Thời gian tiến hành thực nghiệm với bia đồng vị 171Yb là 400 giờ đo và 152Sm là 600 giờ đo trong các đợt chạy lị từ tháng 7/2005 đến tháng 5/2008. Số liệu được thu nhận bằng hệ phổ cộng biên độ các xung trùng phùng dưới dạng mã biên độ, được lưu tích luỹ thành nhiều tập tin theo thời gian đo trên máy tính để tránh các hiệu ứng khơng ổn định của hệ đo trong quá trình đo làm ảnh hưởng đến kết quả đo. Một số kết quả nghiên cứu đã được cơng bố trong cơng trình [6].
Số liệu được xử lý theo các thuật tốn và quy trình xử lý của phương pháp được mơ tả trong II.3.1, theo quy trình gồm các bước sau [4,7,8]:
- Chuẩn số liệu,
- Tạo và xử lý phổ tổng,
- Tìm các phổ nối tầng bậc hai tương ứng với các đỉnh tổng tìm được, - Tính cường độ dịch chuyển gamma nối tầng và xây dựng sơ đồ mức, - Tính mật độ mức thực nghiệm theo cơng thức (1.8) và xác suất dịch
chuyển theo số đếm thu nhận được,
- Tìm và tính xác suất phân rã theo các kênh phân rã khác nhau của các trạng thái kích thích trung gian do các dịch chuyển sơ cấp mạnh tạo nên. Các cơng thức chuẩn số liệu, tìm phổ tổng, phổ nối tầng, hiệu chỉnh hiệu suất được trình bày trong chương IV tài liệu [8].
Sai số trong quá trình xác định năng lượng của dịch chuyển gamma chủ yếu phụ thuộc vào:
- Độ chính xác của quá trình chuẩn năng lượng: Sai số do quá trình chuẩn phụ thuộc vào sai số của số liệu thư viện được sử dụng và quá trình làm khớp số liệu. Sai số này cĩ thể giảm được bằng cách sử dụng các số liệu cĩ độ tin cậy cao và sử dụng các hàm khớp một cách hợp lý, cĩ thể sử dụng kết hợp thêm phương pháp phân đoạn hoặc hiệu chỉnh nhiều lần để chuẩn số liệu. Các đĩng gĩp do sai số này cĩ thể khống chế được ở mức 0,5 ÷ 2 keV.
- Sai số của quá trình xác định tâm đỉnh: Sai số này phụ thuộc vào số đếm thống kê tại kênh trung tâm, số đếm tại kênh trung tâm càng lớn thì sai số trong xác định vị trí của đỉnh càng bé. Sai số này chỉ cĩ thể giảm được bằng cách tăng thời gian đo và sử dụng thiết bị cĩ độ phân giải năng lượng tốt.
Sai số trong xác định cường độ dịch chuyển sẽ phụ thuộc chủ yếu vào:
- Sai số trong tính diện tích đỉnh: Sai số này phụ thuộc vào phương pháp tính diện tích hay làm khớp đỉnh và phụ thuộc vào số đếm thống kê của đỉnh. Sai số này cĩ thể giảm được bằng cách tăng thời gian đo và tính diện tích đỉnh một cách hợp lý.
- Sai số do xác định hiệu suất ghi của các đetectơ: Sai số này thường lớn và sai khác rõ rệt ở các vùng năng lượng khác nhau do sự thay đổi mạnh của hiệu suất ghi theo năng lượng. Sai số này cĩ thể giảm được bằng cách tăng thời gian đo để các đỉnh quan tâm cĩ được độ chính xác thống kê cần thiết. Ngồi ra sử dụng nguồn chuẩn hoặc bia chuẩn cĩ số liệu tin cậy cũng là yếu tố quan trọng để làm giảm sai số trong xác định cường độ dịch chuyển.
Ngồi các nguyên nhân sai số kể trên, các quá trình hiệu chuẩn thiết bị khơng chính xác cũng gây nên các sai số hệ thống, đĩng gĩp vào số liệu đo. Để giảm các sai số này, cần kiểm tra hiệu chuẩn thiết bị thường xuyên trước khi đo và luơn tuân thủ đúng các qui trình đo và xử lý số liệu.
Số liệu sau khi xử lý xong sẽ được đánh giá thống kê theo các phương pháp khác nhau để tìm ra các quy luật chung nhằm mục đích đánh giá quy luật phân rã, sự phân bố của các trạng thái kích thích cũng như sự dịch chuyển của nucleon trong lớp vỏ của các hạt nhân này ở trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản. Sự ảnh hưởng của vấn đề cấu trúc lên tham số mật độ mức cũng được xem xét rút ra từ qui luật của số liệu thực nghiệm.
III.1.1. Phổ và số liệu của 172Yb và 153Sm 6500 7000 7500 8000 100 1000 5000 5500 6000 1500 2000 2500 3000 3500 7002 7427 7941 8020 Count s keV 171Yb(n,γ)172Yb 545 3 57 73 5830 5858 Count s keV 152Sm(n,γ)153Sm Hình 3.1a: Một phần phổ tổng của phản
ứng 171Yb(n,γ)172Yb với nơtron nhiệt.
Hình 3.1b: Một phần phổ tổng của phản
0 200 400 600-20000 -20000 0 20000 40000 60000 80000 100000 400 600 800 1000 1200 0 5000 10000 15000 20000 25000 59 6 86 8 260 332 440 512 Co un ts keV E1+E2=1464 C ount s keV E1+E2=771
Hình 3.2a: Phổ gamma phân rã nối tầng bậc hai từ trạng thái Bn về mức cuối 5086 keV của 153Sm.
Hình 3.2b: Phổ gamma phân rã nối tầng bậc hai từ trạng thái Bn về mức cuối 6560 keV của 172Yb.
Khác với phổ của các hạt nhân trung bình như Cl, Ni, Ti,… mà nhĩm nghiên cứu đã đo đạc trình bày trong [8], phổ của 153Sm cĩ đỉnh tổng ứng với trạng thái Bn rất thấp so với các hạt nhân trung bình. Xuất hiện rất nhiều chuyển dời cường độ yếu và thường chỉ cĩ một số ít chuyển dời sơ cấp mạnh về trạng thái trung gian. Hình 3.3b là phổ của các chuyển dời gamma sơ cấp sau chuyển dời gamma thứ cấp cĩ năng lượng 5542 keV. Các chuyển dời này cĩ hệ số rẽ nhánh khá lớn (>10) về các mức kích thích thấp hơn. E1+E2=7946keV 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1 628 1255 1882 2509 3136 3763 4390 5017 5644 6271 6898 7525
Hình 3.3a: Phổ hai dịch chuyển nối tầng 5542 keV và 2402 keV của 172Yb.
Hình 3.3b: Phổ các dịch chuyển gamma từ mức 2482 ± 2 keV về các mức thấp hơn.
Các số liệu phân rã gamma nối tầng sau khi phản ứng với nơtron nhiệt của 172Yb và 153Sm được trình bày trong phụ lục. Kết quả nghiên cứu đã cơng bố trong cơng trình 6 và trong một số cơng bố khác, cĩ thể đánh giá như sau: - Với 172Yb đã tính và xếp được vào sơ đồ mức 65 năng lượng tia gamma, đánh giá xác suất phân rã từ trạng thái kích thích Bn về các trạng thái trung gian qua các dịch chyển sơ cấp. Đã đánh giá xác suất dịch chuyển của nucleon từ mức 2382 keV về các mức thấp hơn qua các dịch chuyển thứ cấp. - Với 153Sm đã tính và xếp được vào sơ đồ mức 214 năng lượng tia gamma, đánh giá xác suất phân rã từ trạng thái kích thích Bn về các trạng thái trung gian qua các dịch chuyển sơ cấp. Đã phát hiện và khẳng định được sự tồn tại của trạng thái kích thích thấp 8 ± 2 keV và nhiều trạng thái đồng phân khác. Dịch chuyển nối tầng bậc hai từ trạng thái Bn về trạng thái cơ bản cĩ cường độ khá yếu so với phân rã của các hạt nhân trung bình đã đo được [8], đặc biệt trong hạt nhân 153Sm khơng phát hiện được các dịch chuyển này.
Các dịch chuyển về một mức cuối khác khơng tạo nên các trạng thái đồng phân là kiểu phân rã chủ yếu của 153Sm (nếu bỏ qua khả năng phân rã β- và giả thuyết rằng các dịch chuyển nối tầng bậc hai cĩ cường độ lớn là phân rã từ trạng thái Bn).
Chỉ khoảng 20% số vạch gamma cĩ giá trị năng lượng trùng khớp với các kết quả trong [23,30] trong khi nếu so sánh số liệu từ phổ đơn kênh thì số gamma trùng khớp cao hơn rất nhiều. Chứng tỏ trong hạt nhân này tồn tại các trạng thái kích thích rất gần nhau nên khi đo và xử lý số liệu theo phương pháp trùng phùng gamma nối tầng các mức này đã được tách ra. Độ phân giải của các đetectơ tăng theo năng lượng và cĩ thể lên đến giá trị từ 6 ÷ 10 keV trong vùng năng lượng từ 6 ÷ 10 MeV, hiệu suất ghi của đetectơ lại giảm từ 4 ÷ 5 bậc. Vì vậy, khi đo bằng các hệ phổ kế sử dụng 1 đetectơ rất khĩ cĩ khả năng
để tách các dịch chuyển gamma cĩ năng lượng sai khác nhau nhỏ hơn 10 keV. Tuy nhiên nhờ dựa vào đặc trưng sai khác giá trị năng lượng của tổng hai gamma phân rã nối tầng nên đã phân tách được các mức cách nhau trong phạm vi nhỏ hơn khả năng phân giải của đetectơ. Nhờ đĩ, các mức trung gian cách nhau trong khoảng năng lượng nhỏ hơn 5 keV ở vùng năng lượng trên 4 MeV đã được xác định ví dụ như 4113,67 keV và 4113,11 keV hoặc 5385,21 keV và 5383,09 keV trong 153Sm đã được xác định. Trong khi thử nghiệm với 36Cl các mức trung gian 1162 keV và 1164 keV cĩ cường độ dịch chuyển lệch nhau hơn 10 lần cũng đã được phân tách.
Các gamma ứng với dịch chuyển sơ cấp thu được chủ yếu cĩ giá trị trong
khoảng từ 0,3 ÷ 6 MeV cịn trong [23,30] chủ yếu cĩ năng lượng từ 3 ÷ 7 MeV. Sự khác nhau này cĩ thể là do loại đetectơ đang sử dụng trong thí
nghiệm (GC2018) chưa phải là loại đetectơ sử dụng cho các phép đo cĩ tốc độ đếm cao, hiệu suất ghi ở vùng năng lượng cao là khá thấp nên khả năng ghi được các dịch chuyển nối tầng cĩ năng lượng cao cường độ dịch chuyển bé (nhỏ hơn 10-4 trên tổng số phân rã ghi nhận được của dịch chuyển sơ cấp) là rất thấp.
Đặc điểm chung của cả hai hạt nhân này là tồn tại các trạng thái kích thích thấp, 8 keV trong 153Sm và 78 keV trong 172Yb. Các dịch chuyển nối tầng bậc hai từ trạng thái kích thích Bn về hai trạng thái này cĩ xác suất khá lớn và là kiểu phân rã chủ yếu của chúng.
III.1.2. Phân bố của các trạng thái kích thích trung gian tạo ra sau dịch chuyển gamma sơ cấp của 172Yb và 153Sm
Các mức kích thích tạo ra từ các dịch chuyển sơ cấp được nhận diện với giả thuyết năng lượng của các dịch chuyển gamma được xác định cĩ sai lệch khoảng 1 keV (về cả hai phía). Để ước lượng khoảng tin cậy của sơ đồ mức thực
nghiệm, các sơ đồ mức tương ứng với sai lệch cực đại về phía âm và dương đã được tính. Kết quả thu được cho thấy sai số mắc phải trong tính mật độ mức thực nghiệm vào khoảng từ 2 ÷ 33% tuỳ thuộc vào từng vùng năng lượng và tuỳ thuộc vào từng hạt nhân. Kết quả thực nghiệm cho thấy số dịch chuyển sơ cấp của 153Sm nhiều hơn số dịch chuyển sơ cấp của 172Yb từ 5 ÷ 10 lần. Tuy nhiên, cường độ dịch chuyển gamma sơ cấp trong cả hai hạt nhân khơng cĩ nhiều sự khác biệt. Các bảng 3.1 và 3.4 là năng lượng mức kích thích trung gian tạo ra sau dịch chuyển gamma sơ cấp được xác định với độ tin cậy ±1 keV. Các bảng 3.2, 3.3, 3.5 và 3.6 là giá trị của các mức năng lượng trung gian tạo ra sau dịch chuyển gamma sơ cấp nhưng được tính với giả định năng lượng của tia gamma sơ cấp đo được bị sai lệch về một phía do sai số hệ thống; phân bố mật độ của các mức được trình bày trên các đồ thị hình 3.4 và hình 3.5. Cường độ của các dịch chuyển gamma sơ cấp về một mức trung gian trình bày trong bảng 3.7 và bảng 3.8, phân bố của các cường độ dịch chuyển theo năng lượng được trình bày trên các đồ thị hình 3.6 và hình 3.7. 1 2 3 4 5 6 7 8 0 .0 0 0 0 .0 0 1 0 .0 0 2 0 .0 0 3 0 .0 0 4 0 .0 0 5 0 .0 0 6 ρ/ MeV M e V 1 7 2 Y b Hình 3.4: Mật độ mức thực nghiệm các trạng thái kích thích ứng với dịch chuyển gamma sơ cấp của 172Yb.
Bảng 3.1: Các mức kích thích trung gian do dịch chuyển gamma sơ cấp từ mức Bn của 172Yb (số liệu được xác định với độ tin cậy ±1 keV của năng lượng dịch chuyển gamma).
1764,94 2008,95 2873,38 3854,18 6724,42 6923,12 7062,14 7427,23 1787,07 2022,09 3389,09 5621,27 6735,37 6929,61 7155,74 7514,23 1792,88 2195,04 3506,23 6552,05 6819,41 6948,63 7165,56 7524,16 1808,86 2329,95 3539,76 6558,92 6904,21 7027,28 7416,47 7547,17
Bảng 3.2: Các mức kích thích trung gian do dịch chuyển gamma sơ cấp từ mức Bn của 172Yb (số liệu được xác định với sai lệch +1 keV của năng lượng dịch chuyển gamma).
868,28 1792,88 2613,15 6558,92 6923,12 7081,59 7427,23 1204,61 2008,95 2873,38 6724,42 6929,61 7087,44 7428,08 1471,95 2022,09 3389,09 6729,72 6930,52 7105,38 7428,27 1549,76 2195,04 3506,23 6747,11 6948,63 7156,02 7514,23 1635,12 2329,95 3539,76 6820,26 7027,28 7156,86 7514,39 1764,94 2414,35 3559,73 6904,21 7062,14 7416,47 7517,07 1787,07 2480,73 3854,18 6905,31 7062,75 7417,72 7529,29
Bảng 3.3: Các mức kích thích trung gian do dịch chuyển gamma sơ cấp từ mức Bn của 172Yb (số liệu được xác định với sai lệch -1 keV của năng lượng dịch chuyển gamma).
1170,57 2022,09 3389,09 6552,05 6819,41 6947,37 7155,74 7513,17 1764,94 2195,04 3506,23 6558,92 6904,21 6948,63 7165,56 7514,23 1787,07 2329,46 3539,76 6724,42 6921,61 7027,28 7416,47 7524,16 1792,88 2329,95 3854,18 6735,37 6923,12 7060,44 7427,05 7529,29 2008,95 2873,38 5621,27 6740,08 6929,61 7062,14 7427,23 7547,17 2 . 5 3 . 0 3 . 5 4 . 0 4 . 5 5 . 0 5 . 5 0 . 0 0 0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 0 . 0 2 5 0 . 0 3 0 M e V ρ/ MeV 1 5 3S m Hình 3.5: Mật độ mức thực nghiệm các trạng thái kích thích ứng với dịch chuyển gamma sơ cấp của 153Sm.
Bảng 3.4: Các mức kích thích trung gian do dịch chuyển gamma sơ cấp từ mức Bn của 153Sm (số liệu được xác định với độ tin cậy ±1 keV của năng lượng dịch chuyển gamma). 5575,97 5255,15 4951,68 4672,29 4506,37 4108,45 3830,38 3544,03 5545,36 5230,00 4898,69 4666,87 4477,31 4084,88 3780,11 3384,16 5532,12 5227,45 4861,91 4663,20 4462,89 4072,29 3757,34 3381,73 5525,64 5198,26 4810,51 4661,18 4457,15 4048,40 3725,83 3376,10 5506,12 5182,65 4769,51 4658,79 4441,88 4043,91 3708,62 3330,73 5462,88 5146,54 4760,57 4656,31 4384,00 4014,65 3705,90 3321,92 5419,68 5121,44 4756,97 4641,63 4371,97 3993,88 3688,40 3310,58 5385,21 5105,08 4753,78 4639,00 4307,39 3962,55 3685,23 3296,60 5383,09 5048,15 4701,79 4623,34 4302,14 3945,04 3660,16 3288,70 5380,73 5041,38 4697,46 4607,68 4222,50 3936,55 3649,02 3272,46 5348,60 5028,30 4694,29 4562,00 4173,13 3928,17 3642,60 3243,69 5290,20 5025,31 4691,97 4525,75 4116,72 3877,78 3636,76 3157,07 5275,45 5020,99 4688,57 4518,12 4113,11 3842,06 3556,52 2980,86 5263,26 4991,27 4676,38
Bảng 3.5: Các mức kích thích trung gian do dịch chuyển gamma sơ cấp từ mức Bn của 153Sm (số liệu được xác định với sai lệch +1 keV của năng lượng dịch chuyển gamma).
5675,63 5383,09 5229,38 5025,31 4697,46 4525,75 4072,29 3660,16 5575,97 5380,73 5229,03 5020,99 4694,29 4518,12 4043,91 3649,02 5545,36 5350,09 5227,45 4992,27 4691,97 4506,37 4014,65 3642,60 5532,12 5349,80 5199,43 4991,27 4690,27 4477,31 3993,88 3636,76 5526,86 5349,40 5199,37 4951,68 4688,57 4462,89 3962,55 3556,52 5525,95 5349,33 5198,26 4898,69 4676,38 4457,15 3945,04 3544,03 5525,92 5348,81 5182,65 4876,79 4672,29 4441,88 3936,55 3447,07 5525,81 5348,70 5148,16 4874,64 4666,87 4384,00 3928,17 3381,73 5506,12 5348,60 5146,54 4861,91 4664,06 4371,97 3877,78 3376,10 5420,99 5290,20 5122,23 4812,14 4663,20 4307,39 3842,06 3330,73 5420,65 5287,76 5122,20 4810,51 4661,18 4302,14 3830,38 3321,92 5420,58 5275,58 5121,44 4769,51 4658,79 4222,50 3780,11 3310,58 5420,20 5275,45 5105,08 4760,57 4656,31 4173,13 3757,34 3296,60 5419,92 5264,01 5090,38 4757,61 4641,63 4116,72 3725,83 3288,70 5419,90 5263,71 5048,15 4756,97 4639,00 4113,67 3708,62 3272,46 5419,68 5263,49 5041,38 4754,58 4623,34 4113,11 3705,90 3243,69 5385,33 5263,26 5029,66 4753,78 4607,68 4108,45 3688,40 3157,07 5385,32 5255,15 5028,30 4701,79 4562,00 4084,88 3685,23 2980,86 5385,21 5230,00
Bảng 3.6: Các mức kích thích trung gian do dịch chuyển gamma sơ cấp từ mức Bn của 153Sm (số liệu được xác định với sai lệch -1 keV của năng lượng dịch chuyển gamma). 5575,97 5380,29 5182,65 4898,69 4666,87 4441,88 3962,55 3636,76 5545,36 5376,27 5146,54 4861,91 4663,20 4384,00 3945,04 3556,52 5544,86 5348,60 5146,06 4810,51 4661,18 4371,97 3936,55 3544,03 5532,12 5348,27 5121,44 4793,27 4658,79 4307,39 3928,17 3384,16 5525,64 5290,20 5121,10 4769,51 4656,31 4302,14 3877,78 3381,73 5525,38 5275,45 5120,16 4760,57 4656,14 4222,50 3842,06 3376,10 5524,45 5274,57 5105,08 4756,97 4641,63 4173,13 3830,38 3330,73 5506,12 5263,26 5048,15 4753,78 4639,00 4116,72 3780,11 3321,92 5462,88 5263,17 5041,38 4701,79 4623,34 4113,11 3757,34 3310,58 5457,91 5262,75 5028,30 4697,46 4607,68 4108,45 3725,83 3296,60 5444,37 5262,71 5025,31 4694,29 4562,00 4084,88 3708,62 3288,70 5419,68 5255,15 5019,66 4691,97 4525,75 4072,29 3705,90 3272,46 5419,61 5244,64 4991,27 4688,57 4518,12 4071,33 3688,40 3243,69 5385,21 5230,00 4990,33 4687,91 4506,37 4048,40 3685,23 3157,07 5383,09 5227,45 4989,47 4687,67 4477,31 4043,91 3660,16 2980,86 5382,76 5198,26 4951,68 4676,38 4462,89 4014,65 3649,02 3642,60 5380,73 5196,77 4951,26 4672,29 4457,15 3993,88 3647,85 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0 - 5 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 I% K e V 1 7 2 Y b