J s⇒ l−s +l s, (3.14)
3.6.Suất của phản ứng 22Mg(α αα α,p)25Al
Suất phản ứng của 22Mg(α,p)25Al được tính toán bằng cách sử dụng số liệu các mức cộng hưởng của hạt nhân 26Si và theo các công thức trình bày trong chương 1. Trong đó, hàm lực cộng hưởng được xác định như trình bày trong bảng 3.7. Kết quả tính toán suất phản ứng với các thông số hàm lực nêu trên được trình bày trong bảng 3.8. Hình 3.11 trình bày suất phản ứng của 22Mg(α,p)25Al ứng với các mức cộng hưởng của 26Si. So sánh kết quả của nghiên cứu này với nghiên cứu về quá trình bắt proton, hình 3.12, và phân rã beta, kết quả trong bảng 3.9, cho thấy rằng sự cạnh tranh của
phản ứng bắt alpha nhỏ hơn so với bắt proton. Tốc độ phân rã beta của 22Mg nhanh hơn so với quá trình bắt alpha nhưng chậm hơn bắt proton. Do đó, tại vùng năng lượng khảo sát trên siêu tân tinh và X-ray Burst, quá trình bắt proton chiếm ưu thế và do đó nó bỏ qua cơ chế phân rã beta của 22Mg. Điều này ảnh hưởng đến việc quan sát tia gamma 1.275 MeV và sự bất thường của tỉ số22Ne/20Ne trong vấn đề Ne-E hiện nay.
Bảng 3.7. Hàm lực công hưởng của các mức kích thích của 26Si.
Level Er (MeV) ER = Er - Q (MeV) J π Γ (MeV) ωγ (MeV) 1 10.325 1.209 2+ 0.218 0.2725 2 10.678 1.512 0+ 0.194 0.0485 3 10.831 1.675 1- 0.186 0.1395 4 11.245 2.057 4+ 0.208 0.4680 5 11.493 2.306 3- 0.292 0.5180 6 11.807 2.640 0+ 0.156 0.0390
Bảng 3.8. Suất phản ứng 22Mg(α,p)25Al tính theo các mức cộng hưởng.
T9 1.209 MeV 1.512 MeV 1.675 MeV 2.057 MeV 2.306 MeV 2.640 MeV Tổng
0.5 9.6E-18 1.5E-21 9.8E-23 4.7E-26 1.6E-28 5.1E-33 9.6E-18 1.0 4.2E-12 2.2E-14 9.6E-15 3.8E-16 2.3E-17 3.7E-20 4.2E-12 1.0 4.2E-12 2.2E-14 9.6E-15 3.8E-16 2.3E-17 3.7E-20 4.2E-12 1.5 2.4E-10 4.2E-12 3.4E-12 6.0E-13 9.7E-14 5.5E-16 2.5E-10 2.0 1.6E-09 5.1E-11 5.7E-11 2.0E-11 5.4E-12 5.9E-14 1.8E-09 2.5 4.8E-09 2.1E-10 2.8E-10 1.6E-10 5.6E-11 9.0E-13 5.5E-09 3.0 9.4E-09 5.1E-10 7.9E-10 6.0E-10 2.5E-10 5.3E-12 1.1E-08 3.5 1.4E-08 9.4E-10 1.5E-09 1.5E-09 7.2E-10 1.8E-11 1.9E-08 4.0 1.9E-08 1.4E-09 2.6E-09 2.8E-09 1.5E-09 4.4E-11 2.8E-08
Hình 3.11. Suất phản ứng của 22Mg(α,p)25Al ứng với các mức cộng hưởng
Hình 3.12. Suất phản ứng của 22
Bảng 3.9. Tốc độ phản ứng 22Mg(p,γ)23Al, 22Mg(α,p)25Al và phân rã beta.
T9 (GK) Rαp (reaction/s) Rpγ (reaction/s) Rβ+ (decay/s)
1.0 2.99E-06 7.80E+03 0.178881
1.5 1.79E-04 2.47E+04 0.178881
2.0 1.26E-03 4.92E+04 0.178881
2.5 3.90E-03 7.80E+04 0.178881
10 7.50E-02 --- 0.178881
Số liệu suất phản ứng ghi nhận trong nghiên cứu này được so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết thống kê của Hauser-Feshbach với code NON-SMOKERWEB. Kết quảđược chỉ ra trong hình 3.13.
Hình 3.13. Suất phản ứng trong
nghiên cứu này tính toán từ thực nghiệm và từ lý thuyết thống kê thu
đượcbởi NON-SMOKERWEB
Hình 3.14. S-factor như một hàm theo năng lượng.
Thừa số S-factor là một thông số quan trọng trong việc xác định suất phản ứng. Trong nghiên cứu này, thừa sốđã được rút ra từ suất phản ứng và các mức cộng hưởng của 26Si như sau: ( ) 8 1/2 1 3/2 1/2 . exp i . i A i E b S E N v kT kT E σ πµ − − = + (3.18)
T là nhiệt độ trong môi trường sao ứng với các mức năng lượng E.
Kết quả S-factor của các mức cộng hưởng đã xác định được chỉ ra trong hình 3.14. và bảng 3.10.
Để có thể tính toán ngoại suy cho các mức năng lượng khác, các giá trị trên được làm khớp với hàm đa thức như sau:
Bảng 3.10. S-factor S(E) tại các mức năng lượng cộng hưởng.
E (MeV) Jπ S-factor (keV.barns) 1.209 2+ 1.506×104 ± 626.848 1.512 0+ 1.640×104 ± 542.486 1.675 1- 1.558×104 ± 478.484 2.057 4+ 1.175×104 ± 287.019 2.306 3- 7.008×103 ± 264.092 2.64 0+ 2.746×103 ± 128.035 Từ công thức (3.19) chúng ta có thể tính được suất phản ứng tại các mức năng lượng trong đỉnh Gamow như sau:
1/3 2 2 1 2 9 1/ 3 4.2487 9 1 2 0 2 9 7.83 10 ( ) e . (3.20) Z Z A T A Z Z N v S E AT σ − = ⋅ Kết luận và kiến nghị
Trong nghiên cứu này chúng tôi đã xác định được 06 mức kích thích trong vùng năng lượng trên ngưỡng alpha của hạt nhân giàu proton 26Si. Trong đó, có 03 mức trùng khớp với những nghiên cứu trước đây và 03 mức hoàn toàn mới lần đầu tiên được ghi nhận. Các trạng thái spin và chẵn- lẻ của 06 mức lần đầu tiên được xác định bởi nghiên cứu này. Cấu trúc nhóm của các mức này đã được đánh giá dựa trên những số liệu ghi nhận được từ hạt nhân 12C và 24Mg. Các mức năng lượng này có thểđược bổ sung vào sơ đồ mức của 26Si và góp phần trong việc xác định trạng thái lượng tử của hạt nhân gương 26Mg hiện tại còn rất thiếu. Kết quả này cũng góp phần bổ sung số liệu hạt nhân hiện nay. Tuy nhiên, việc thu thập các số liệu của 26Si bằng các nghiên cứu khác theo cả phương pháp lý thuyết và thực nghiệm là một việc làm rất cần thiết vì đây là những kết quả lần đầu tiên được ghi nhận.
Về vấn đề thiên văn học, suất phản ứng của 22Mg(α,p)25Al đã được tính toán và so sánh với các nhánh phân rã beta và bắt proton của 22Mg. Kết quả chứng tỏ rằng, ở vùng nhiệt độ T = 0.5 - 3 GK, quá trình bắt proton diễn ra nhanh hơn bắt alpha. Do đó, khi nhiệt độ tăng cao như trong vùng môi trường của siêu tân tinh và X-ray burst, khả năng cạnh trạnh của phân rã beta không đáng kể. Đây có thể là một trong những lý do mà tia gamma đặc
trưng 1.275 MeV bị bỏ qua trong quá trình tổng hợp hạt nhân trong các sao có nhiệt độ cao. Điều này tác động lên độ phổ biến của 22Na và tỉ số (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
22Ne/20Ne. Thừa số S-factor dùng cho tính toán phản ứng 22Mg(α,p)25Al
theo cơ chế trực tiếp cũng được xác định trong nghiên cứu này.
Về mặt thực nghiệm, nghiên cứu này đã tạo được chùm 22Mg thoả mãn điều kiện về cường độ và độ sạch để có thểđo trực tiếp tán xạ lên alpha. Một loại detector khí mới được thiết kế và phát triển để dùng trong các thực nghiệm vật lý hạt nhân, nghiên cứu cấu trúc và thiên văn theo cơ chếđộng học ngược một cách hiệu quả.
Hướng phát triển tiếp theo của luận án là xác định tiết diện của
22Mg(α,p)25Al để xác định suất phản ứng từ tiết diện, thay vì tính suất phản ứng bằng các mức cộng hưởng. Đây là một việc làm cần thiết đểđánh giá việc khảo sát suất phản ứng thông qua hai phương pháp, dùng các mức cộng hưởng và dùng tiết diện phản ứng. Trong đó, việc phát triển chương trình máy tính ANAROOT để xử lí số liệu thực nghiệm của 22Mg(α,p)25Al cũng sẽđược tiến hành. Ngoài ra, việc áp dụng các mẫu lý thuyết như mẫu quang học, mẫu lớp đểđánh giá các mức đã ghi nhận cùng với những kết quả thực nghiệm khác cũng sẽđược thực hiện.
Các công bố khoa học
Các công trình công bố quốc tế và nước ngoài
[1]. N. N. Duy, L. H. Khiem, S. Kubono, D. Kahl et al. (2013), “Low- energy radioactive ion beam production of 22Mg”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 723, pp. 99–101.
[2]. N. N. Duy, L. H. Khiem, S. Kubono, D. Kahl et al. (2013), “Exotic beam for direct measurement of the 22Mg+α”, Journal of Physical Science and Application (USA), Vol.3, No.2, pp.82 - 85.
[3]. N. N. Duy, L. H. Khiem, S. Kubono, D. Kahl et al. (2013), “Role of the
22
Mg(α,p)25Al reaction and its first direct measurement”, CNS Annual Report 2011 - the University of Tokyo, pp. 9 - 10.
[4]. N. N. Duy, L. H. Khiem, S. Kubono, D. Kahl et al. (2013), “RI beam production in the 22Mg+α experiment at CRIB”, CNS Annual Report 2011 - the University of Tokyo, pp. 7 - 8.
[5]. N. N. Duy, L. H. Khiem, S. Kubono, D. Kahl et al. (2012), “Active target measurement of the 22Mg+alpha system in inverse kinematics”,
RIKEN Accelerator Process Report 45, p.20.
[6]. H. Yamaguchi, S. Kubono, D. Kahl, L. H. Khiem, N. N. Duy et al. (2013), “α-resonance structure in 11C studied via resonant scattering of
7Be+α and with the 7Be(α,p) reaction”, Physics Review C 87, pp. 1 - 12.
[7]. H. Yamaguchi, S. Kubono, D. Kahl, L. H. Khiem, N. N. Duy et al. (2012), “Excitation function of 7Be+α elastic and inelastic scattering cross
sections”, CNS Annual Report 2010 - the University of Tokyo, pp. 1 - 2.
[8]. H. Yamaguchi, S. Kubono, D. Kahl, L. H. Khiem, N. N. Duy et al. (2011), “Measurement of alpha scattering on 7Be”, CNS Annual Report 2009 - the University of Tokyo, pp. 1 - 2.
[9]. D. Kahl, A.A.Chen, S. Kubono, H. Yamaguchi, S. Cherubini, N. N. Duy et al. (2012), “Measurement of the 30S+a system for type I X-ray
bursts”, XII International Symposium on Nuclei in the Cosmos, pp. 1 - 5.
Các công trình công bố trong nước
[10]. N.N.Duy and L.H. Khiem (2011), “Feasibility study of direct measurement of stellar reaction 22Mg(α, p)25Al”, Communications in Physics, Vol. 21, No.2, pp. 169 - 178.
[11]. N.N.Duy, L.H. Khiem and V. H. Tan (2012), “Investigation of gas gain of GEM-foil used in low energy radioactive beam experiment”,
Communications in Physics, Vol. 22, No.3, pp. 283 - 287.
[12]. N.N.Duy, L.H. Khiem and V. H. Tan (2011), “Gas gain measurement
of GEM-foil in Argon-Carbon dioxide mixture”, Tuyển tập báo cáo hội
nghị khoa học và công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ IX, Ninh Thuận 18- 19/8/2011, pp.209 - 211.
[13]. N.N.Duy and L.H. Khiem (2011), “Design of experiment for (α,p) reaction induced by 22Mg radioactive ion beam”, Proceedings of the topical conference on Nuclear Physics, High energy Physics and Astrophysics, Hanoi 9-11/11/2010, pp.90 - 95. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});