Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lý nguyên tử: Mật độ mức và hàm lực thực nghiệm của các loại 49 Ti, 52 V, 59 Ni

phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng, Tuyển tập Hội nghị

vật lý hạt nhân toàn quốc lần thứ IX, 8/2011, (223-228).

9) Nguyễn An Sơn, Hồ Hữu Thắng, Vương Hữu Tấn, Phạm Đình

Khang, Nguyễn Xuân Hải, Nguyễn Đức Hòa, Nghiên cứu cường độ

chuyển dời và mật độ mức của 52V bằng phản ứng (n, 2



), Tuyển tập

Hội nghị vật lý hạt nhân toàn quốc lần thứ IX, 8/2011, (229-234).

10) Phạm Đình Khang, Nguyễn Xuân Hải, Nguyễn An Sơn, Hồ Hữu

Thắng, Nguyễn Đức Hòa, Mangeno Lumengnod, Đường cong hiệu

suất của phổ kế trùng phùng sử dụng hai đầu dò bán dẫn trong vùng

năng lượng từ 0,5 ÷ 8 MeV, Tuyển tập Tuyển tập Hội nghị vật lý hạt

nhân toàn quốc lần thứ IX, 8/2011, (235-239).

11) Phạm Đình Khang, Đoàn Trọng Thứ, Nguyễn Đức Hòa, Nguyễn An

Sơn, Nguyễn Xuân Hải, Hồ Hữu Thắng, Lê Đoàn Đình Đức, Bạch

Như Nguyện, Cải thiện chất lượng phổ bằng kỹ thuật đo trùng phùng

sự kiện – sự kiện, Tuyển tập Hội nghị vật lý hạt nhân toàn quốc lần

thứ IX, 8/2011, (266-271).

12) Hồ Hữu Thắng, Phạm Đình Khang, Nguyễn Xuân Hải, Nguyễn An

Sơn, Nguyễn Hoàng Xuân Phúc, Thiết lập các tham số cho khối

khuếch đại lọc lựa thời gian và khối gạt ngưỡng hằng trong hệ đo

trùng phùng gamma-gamma, Tuyển tập báo cáo hội nghị vật lý hạt

nhân toàn quốc lần thứ VIII, 11/2011, (362-366).

13) Nguyễn An Sơn, Phạm Đình Khang, Nguyễn Đức Hòa, Nguyễn Xuân

Hải, Phân rã gamma nối tầng của 59Ni trong phản ứng (nth, 2



), Tạp

chí Khoa học công nghệ, số 3A, 2010, (790-796).

14) Nguyễn An Sơn, Nguyễn Đức Hòa, Phạm Đình Khang, Nguyễn Xuân

Hải, Vương Hữu Tấn, Xác lập các tham số của hệ trùng phùng



cho

nghiên cứu cấu trúc hạt nhân và phân tích kích hoạt nơtron, The

7th national conference on physics, 11/2010, (227-232).

MỞ ĐẦU

Phương pháp trùng phùng gamma – gamma là phương pháp ghi đo

hiện đại được sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng,

với phương pháp trùng phùng ghi đo sự kiện – sự kiện và việc xử lý

phổ theo phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng đã tách ra

các dịch chuyển nối tầng hai gamma với độ chính xác cao hơn các

phương pháp khác.

Tại Việt Nam, đến cuối năm 2008 phương pháp trùng phùng gamma –

gamma đã được triển khai khá hoàn chỉnh. Hệ trùng phùng gamma –

gamma được lắp đặt tại KS3 của LPUHNDL. Tuy nhiên, do hạn chế

về thiết bị nên hệ đo hoạt động có khi không ổn định, tốc độ xử lý của

hệ chậm. Phương pháp thiết lập các tham số cho hệ đo còn mang tính

kinh nghiệm, chưa có quy trình cụ thể chọn lựa tham số. Không gian

bố trí thí nghiệm tại KS3 còn giới hạn và chưa tính đến các yếu tố đảm

bảo an toàn hạt nhân.

Các hạt nhân 49Ti, 52V, 59Ni nằm trong nhóm hạt nhân trung bình, có

cấu trúc không suy biến, đây là những hạt nhân liên quan đến vật liệu

dùng trong thiết kế lò phản ứng hạt nhân, do đó nghiên cứu phản ứng

bắt nơtron của các hạt nhân này là cần thiết đối với các nước đang

phát triển năng lượng hạt nhân như Việt Nam.

Nhằm nâng cao chất lượng thiết bị thực nghiệm và triển khai nghiên

cứu cấu trúc của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni, luận án tập trung

nghiên cứu giải quyết các vấn đề sau:

1) Nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng của các hạt

nhân 49Ti, 52V và 59Ni trong phản ứng bắt nơtron nhiệt;

2) Đánh giá số liệu thực nghiệm theo mẫu lý thuyết đơn hạt.

3) Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ trùng phùng gamma-

gamma; xây dựng phương pháp lựa chọn các tham số tối ưu

cho hệ đo trùng phùng gamma – gamma; quy hoạch lại không

gian KS3, thiết kế và chế tạo lại một số thiết bị che chắn, dẫn

dòng nhằm tạo không gian thuận tiện cho người làm thực

nghiệm, giảm phông và tăng mức độ an toàn của LPUHNDL;

Chương một

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

1.1. Phương pháp trùng phùng gamma-gamma

1.1.1. Quá trình phát triển phương pháp

Phương pháp trùng phùng gamma – gamma đã được Hoogenboom đề

xuất và thử nghiệm từ năm 1958. Sơ đồ của hệ đo được trình bày trên

Hình 1.1.

Hình 1. 1 Hệ trùng phùng do Hoogenboom thiết kế.

Từ năm 1981, tại Viện Liên hợp nghiên cứu Hạt nhân Dubna đã đưa

ra vấn đề ghi nhận, lưu trữ và xử lý số trên máy tính các thông tin thu

được từ hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng. Sơ đồ của hệ được

trình bày trên hình 1.2.

Hình 1. 2 Hệ đo trùng phùng nhanh chậm tại Dubna.

1.1.2. Hệ đo thực nghiệm tại Viện NCHN

1.1.2.1. Hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma

Hệ phổ kế sử dụng trong nghiên cứu phục vụ cho luận án là hệ trùng

phùng gamma – gamma dùng TAC ghi đo theo phương pháp sự kiện –

CF2a

Ngu

ồ

PM 1 CR1 CR2 PM 2

CF1a

CF1b

Am p.1

M CA

Am p.

Sum

D.D

Sum

CF2b

Amp.2

M ONITOR

R1 RV1 R2

Gat e

CÁC CÔNG TRÌNH LÀM CƠ SỞ CHO LUẬN ÁN

Công bố nước ngoài

1) Nguyen An Son, Pham Dinh Khang, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Xuan

Hai, Dang Lanh, Determination Gamma Width and Transition

Strength Of Gamma Rays from 48Ti(nth, 2 gamma)49Ti Reaction,

International Journal of Computational Engineering Research

(IJCER), Vol, 03, Issue 11, 2013, (pp.33-37).

2) Nguyen An Son, Pham Dinh Khang, Nguyen Duc Hoa, Vuong Huu

Tan, Nguyen Xuan Hai, Dang Lanh, Pham Ngoc Son, Ho Huu Thang,

Determining Experimental Transition Strengths of 52V by Two-Step

Gamma Cascades, International Organization of Scientific Research

Journal of Engineering (IOSRJEN) Vol 03, Issue 11, 2013, (pp16-21).

3) Nguyen An Son, Pham Dinh Khang, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Xuan

Hai, Dang Lanh, Truong Van Minh, Study of Gamma Cascades of 59Ni

by Thermal Neutron Reaction, Research Journal in Engineering and

Applied Sciences (RJEAS), Vol 02, Number 06, 2013, (pp. 409-412).

4) Nguyen Xuan Hai, Pham Dinh Khang, Vuong Huu Tan, Ho Huu

Thang, Nguyen An Son, Nguyen Duc Hoa, Gamma cascade

transition of 51V(n, gamma)52V reaction, World Journal of Nuclear

Science and Technology (WJNST) Vol 04, Number 1, 2014.

5) Nguyen An Son, Nguyen Van Kien, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Dac

Chau, Pham Dinh Khang, Nguyen Xuan Hai, Ho Huu Thang, Vuong

Huu Tan, Nguyen Nhi Dien, Gamma-gamma coincidence

measurement setup for neutron activation analysis and nuclear

structure studies, The first Academic Conference on Natural Science

for Master and PhD Students from Cambodia, Laos, Vietnam,

Proceedings 2010, (pp.304-309).

Công bố trong nước

6) Nguyễn An Sơn, Phạm Đình Khang, Nguyễn Đức Hòa, Xác định thời

gian bán rã, độ rộng mức và hàm lực dịch chuyển E1 của 49Ti bằng

phản ứng 48Ti(n, 2



)49Ti , Tạp chí khoa học Đại học sư phạm Tp

HCM, số 51, 2013 (131-137).

7) Nguyễn An Sơn, Phạm Đình Khang, Nguyễn Đức Hòa, Nguyễn Xuân

Hải, Phương pháp đo cường độ chuyển dời gamma nối tầng bằng thực

nghiệm tại Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, Tạp chí Đại học Thủ

Dầu một, số 2, 2012, (28-34).

8) Nguyễn An Sơn, Nguyễn Đức Hòa, Phạm Đình Khang, Nguyễn Xuân

Hải, Kết quả nghiên cứu cường độ và năng lượng của các chuyển dời

gamma nối tầng của 59Ni trong phản ứng 58Ni(nth, 2



)59Ni bằng

1. Đã sắp xếp được hai tia gamma chuyển dời gamma nối tầng là:

4950,46 keV và 4050,44 keV của hạt nhân 59Ni vào sơ đồ mức.

Mức trung gian được xác định là 4048,69 keV;

2. Đã tính được spin và độ chẵn lẻ của một số mức mà thư viện

LANL chưa xếp hoàn chỉnh của cả 03 hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni.

Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu:

1. Không thể xác định được đơn trị các giá trị spin ở mức trung gian

với các nghiên cứu trên những hạt nhân isomer hay những đồng vị

sống dài;

2. Rất khó xác định được những cặp chuyển dời đơn lẻ với cường độ

phát thấp do không thể xác định các cặp chuyển dời này bằng

phương pháp phổ tổng.

Các triển khai nghiên cứu tiếp theo:

Dựa trên các kết quả đã đạt được của luận án, có thể triển khai nghiên

cứu thêm các vấn đề sau:

1. Phát triển hệ nhiều đetectơ trong nghiên cứu (n, 3) sử dụng TAC;

2. Đánh giá cường độ chuyển dời nối tầng bằng thực nghiệm của các

hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni qua tính toán tiết diện riêng phần, tiết

diện toàn phần của các mức.

sự kiện. Hệ được đặt tại KS3 của LPUHNDL. Sơ đồ hệ phổ kế mô tả

trên Hình 1.5.

Hình 1. 5 Hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại LPUHNDL.

1.1.2.2. KS3 của LPUHNDL

LPUHNDL được nâng cấp từ Lò TRIGA của Mỹ là loại lò bể bơi,

công suất cực đại 500 kW và thông lượng trung bình của nơtron nhiệt

tại tâm vùng hoạt có thể đạt 1,991013 nơtron/cm2/s. Lò có 4 kênh

ngang, KS3 của LPUHNDL được đưa vào sử dụng từ rất sớm sau khi

khôi phục lại Lò phản ứng. Ban đầu, KS3 được sử dụng cho mục đích

chụp ảnh nơtron và phân tích kích hoạt gamma tức thời. Các thiết bị

chuẩn trực, dẫn dòng, đóng mở kênh được thiết kế, chế tạo lại cho phù

hợp với việc bố trí thí nghiệm.

1.3. Cơ sở lý thuyết tính toán trong luận án

1.3.1. Cường độ dịch chuyển gamma nối tầng

Cường độ dịch chuyển gamma nối tầng (I) liên quan đến độ rộng

mức riêng phần ở trạng thái đầu (i), độ rộng mức toàn phần ở trạng

thái đầu (i), độ rộng mức riêng phần ở trạng thái cuối (f) và độ rộng

mức toàn phần ở trạng thái cuối (f) theo công thức:

i f

 



 



 

(1.1)

Trong thực nghiệm trùng phùng gamma-gamma, cường độ dịch

chuyển gamma nối tầng tỷ lệ với diện tích đỉnh tương ứng với dịch

chuyển nối tầng và được xác định theo công thức:

S I



 



(1. 2)

trong đó



là số đếm đỉnh của dịch chuyển gamma nối tầng thứ i sau

khi đã hiệu chỉnh hiệu suất ghi.

1.3.2. Mật độ mức

1.3.2.1. Tổng quan sự phát triển lý thuyết mật độ mức

Nếu gọi hàm mật độ mức phụ thuộc năng lượng là ρ(E), số mức kích

thích là N(E), thì mật độ mức kích thích trong vùng năng lượng  E là:

   

E N E



 (1. 3)

1.3.3. Spin và độ chẵn lẻ

Photon là một bozon có spin bằng 1, vì thế mô men góc L của photon

phải là nguyên dương và phụ thuộc vào spin của trạng thái đầu Ji và

spin của trạng thái cuối Jf:

   

i f i f

J J L J J

(1. 4)

Độ chẵn lẻ cũng được bảo toàn trong quá trình dịch chuyển điện từ.

if = 1 (1. 5)

Như vậy độ chẵn lẻ của photon  là dương nếu i=f và  phải là âm nếu

i=-f (i , f lần lượt là độ chẵn lẻ của trạng thái đầu và trạng thái cuối).

Với dịch chuyển điện thì:

( 1)

 





(1. 6)

và dịch chuyển từ thì:

( 1)



 





(1. 7)

1.3.4. Bậc đa cực, xác suất dịch chuyển, độ rộng mức và hàm lực

1.3.4.1. Bậc đa cực và xác suất dịch chuyển

Theo mẫu lớp, xác suất dịch chuyển điện từ được xác định như sau:

- Xác suất dịch chuyển điện:

2L+1

2 L γ

γ2

8π(L+1)e b

T = B(EL)

L[(2L+1)!!] c

 

 

 

 

(1. 8)

- Xác suất dịch chuyển từ:

2L+1

2 L-1 γ

ML N

γ2

8π(L+1)μ b

T = B(ML)

L[(2L+1)!!] c

 

 

 

 

(1. 9)

Với B(EL) và B(ML) là xác suất dịch chuyển rút gọn của dịch chuyển

điện, từ tương ứng; L là bậc đa cực của bức xạ gamma, E là năng

lượng tia gamma,



là hằng số Dirac, 2 -10

e =1.440×10 keV.cm,

2 -23 3

μ =1.5922

×10 keV.cm ,

R = 1,210-13A1/3cm.

1.3.4.2. Thời gian sống, độ rộng mức và hàm lực

Độ rộng mức toàn phần của dịch chuyển gamma (Гγ) phụ thuộc vào

thời gian sống trung bình của mức (τm) theo công thức:

KẾT LUẬN CHUNG

Luận án đã hoàn thành được các mục tiêu nghiên cứu đặt ra, các kết

quả chính của luận án đạt được như sau:

A. Về mặt số liệu:

1. Đã đo đạc phân rã gamma nối tầng của 3 hạt nhân 49Ti, 52V, 59Ni

dựa trên các phản ứng bắt nơtron nhiệt 48Ti(n, 2



)49Ti, 51V(n,



)52V và 58Ni(n, 2



)59Ni; các số liệu này là cơ sở để nghiên cứu,

đánh giá các trạng thái kích thích trung gian nằm dưới năng lượng

liên kết của nơtron với hạt nhân;

2. Đã nghiên cứu sơ đồ mức, xác suất và hàm lực dịch chuyển

gamma của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni; kết quả quả đã được so

sánh với dự đoán của mẫu đơn hạt;

3. Sự phù hợp giữa thực nghiệm của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni

với mẫu đơn hạt. Các số liệu thực nghiệm này được thu nhận tại

KS3 của LPUHNDL trên hệ trùng phùng gamma-gamma.

B. Về hệ thống thực nghiệm:

1. Đã xây dựng giao diện mới dùng PCI 7811R cho hệ phổ kế trùng

phùng gamma – gamma ghi đo theo phương pháp “sự kiện – sự

kiện”; kết quả của việc thay đổi giao diện đã làm hệ hoạt động ổn

định, tin cậy và dễ sử dụng hơn, thời gian thu thập dữ liệu giảm từ

500 ns xuống còn 100 ns;

2. Thiết kế, chế tạo được hệ che chắn, dẫn dòng nơtron mới cho

KS3 đảm bảo an toàn phóng xạ và an toàn hạt nhân, tạo không gian

thuận lợi cho bố trí thí nghiệm và khai thác hệ đo hiệu quả hơn;

3. Xây dựng được phương pháp và quy trình chọn lựa các tham số

một cách tối ưu cho hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma; do đó

số liệu thực nghiệm thu được có độ tin cậy cao hơn.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

1. Kết quả luận án đã khẳng định sự phù hợp giữa kết quả thực

nghiệm của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni với tính toán của mẫu

đơn hạt;

2. Luận án ứng dụng dòng nơtron nhiệt tại KS3 của LPUHNDL trong

việc nghiên cứu cấu trúc hạt nhân ở các hạt nhân trung bình;

3. Khẳng định sự thành công trong việc ứng dụng hệ trùng phùng

gamma – gamma trong nghiên cứu cấu trúc hạt nhân thực nghiệm.

Tính mới của luận án:

4000 5000 6000 7000 8000 9000

M(EL,ML)

E(keV)

Hình 3. 6 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 59Ni từ mức 8999,14

keV về các mức trung gian.

3.6. Kết luận chương

Nội dung chương này trình bày kết quả thực nghiệm thu được của

luận án gồm kết quả nâng cao chất lượng của hệ đo và hệ thống che

chắn dẫn dòng; kết quả nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối

tầng của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni. Cụ thể:

- Đã thiết kế chế tạo được giao diện mới cho hệ đo dùng PCI

7811R làm hệ hoạt động tin cậy, ổn định và dễ sử dụng hơn;

- Đã thiết kế, chế tạo được hệ che chắn, dẫn dòng nơtron cho

KS3 đảm bảo an toàn phóng xạ và an toàn hạt nhân mới, tạo

không gian thuận lợi cho bố trí thí nghiệm và khai thác hệ đo

hiệu quả hơn;

- Xây dựng được phương pháp và quy trình chọn lựa các tham

số một cách tối ưu cho hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma;

- Xác định năng lượng chuyển dời gamma nối tầng và cường độ

tương đối của các chuyển dời, xác định các đặc trưng lượng tử

của các mức và xây dựng sơ đồ phân rã gamma, tính xác suất

dịch chuyển và hàm lực gamma của 49Ti, 52V và 59Ni; kết quả

đã được so sánh với dự đoán của mẫu đơn hạt.





 



(1. 10)

Thời gian bán rã của một mức t1/2 phụ thuộc vào xác suất dịch chuyển

gamma theo bậc đa cực và loại dịch chuyển theo hệ thức sau:

1/2 ,

ln 2

EL ML



 (1. 11)

Nếu một mức phân rã bằng cách phát gamma về các mức dưới có

năng lượng khác nhau, thì độ rộng mức toàn phần





được xác định

theo độ rộng mức riêng phần





và hệ số rẽ nhánh

B R



i i

B R

  

  

 (1. 12)

Hàm lực dịch chuyển gamma

( , )

M EL ML

được xác định từ độ rộng

mức theo công thức:

( , )

EL ML

M EL ML

EL ML







(đơn vị w.u.) (1. 13)

( , )

EL ML



 là độ rộng phóng xạ riêng phần của dịch chuyển tính theo

đơn vị Weisskopf. Trong trường hợp dịch chuyển là lưỡng cực, tứ cực

điện và lưỡng cực từ thì độ rộng phóng xạ riêng phần có thể xác định

như sau:

11 2/3 3

( 1) 6.7492 10

E A E

 



   (1. 14)

23 4/3 5

( 2) 4.7925 10

E A E

 



   (1. 15)

11 3

( 1) 2.0734 10

M E

 



   (1. 16)

trong đó A là số khối của hạt nhân và Eγ là năng lượng bức xạ gamma

(keV).

I.4. Kết luận chương

Chương một trình bày về các vấn đề sau:

- Tổng quan về phương pháp trùng phùng gamma-gamma, hệ phổ kế

trùng phùng gamma-gamma và ứng dụng cũng như sự phát triển

của phương pháp này tại Việt Nam;

- Tổng quan về tình hình nghiên cứu và số liệu thực nghiệm của các

hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni;

- Các cơ sở lý thuyết và tính toán được sử dụng trong luận án như:

cường độ dịch chuyển, các đặc trưng lượng tử, độ rộng phóng xạ,

mật độ mức và hàm lực dịch chuyển gamma.

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lý nguyên tử: Mật độ mức và hàm lực thực nghiệm của các loại 49 Ti, 52 V, 59 Ni

Chủ đề:

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi