i
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Viện Năng lượng Nguyên Tử Việt
Nam, Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Trung tâm Đào tạo Hạt nhân đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian nghiên cứu để thực hiện Luận
án.
Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Đà Lạt, Phòng TC-CB,
Khoa Vật lý, Khoa Kỹ thuật Hạt nhân đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi
trong nghiên cứu, học tập và công tác.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới hai Thầy
hướng dẫn là TS. Phạm Đình Khang và PGS. TS Nguyễn Đức Hòa đã tận
tình giúp đỡ tôi từ những bước đi đầu tiên xây dựng ý tưởng nghiên cứu,
cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án. Quý
thầy đã luôn ủng hộ, động viên và hỗ trợ những điều kiện tốt nhất để tôi
hoàn thành Luận án. Kính gửi đến quý thầy tấm lòng tri ơn của người học
trò. Mong rằng trí tuệ và sự độ lượng của quý thầy sẽ còn mãi để những
thế hệ mai sau có cơ hội tiếp cận và lĩnh hội.
Xin cảm ơn PGS. TS. Lê Bá Dũng, nguyên Hiệu trưởng trường Đại học Đà
Lạt đã luôn ủng hộ tinh thần học tập của cán bộ, tạo mọi điều kiện thuận
lợi trong công tác, cho phép tôi có được cơ hội tiếp tục nghiên cứu.
Xin cảm ơn TS. Nguyễn Xuân Hải, người đã cùng tôi trực tiếp làm thực
nghiệm, trao đổi, giúp đỡ tôi trong chuyên môn. Cảm ơn một người bạn
chân thành!
Cảm ơn ThS. NCS. Đặng Lành đã góp ý, giúp đỡ tôi trong chuyên môn cũng
như động viên kích lệ tôi trong nghiên cứu khoa học.
ii
Cảm ơn ThS. NCS. Phạm Ngọc Sơn, ThS. Hồ Hữu Thắng đã không ngại khó
khăn giúp đỡ tôi triển khai một số thực nghiệm.
Tôi xin cảm ơn các anh Phòng Vật lý – Điện tử đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho tôi nghiên cứu bằng mọi thiết bị hiện có. Cảm ơn Trung tâm Lò
phản ứng hạt nhân đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi được khai thác tại
kênh thực nghiệm số 3.
Cảm ơn các bạn cùng nhóm nghiên cứu: Th.S. NCS Trần Tuấn Anh, ThS.
NCS Nguyễn Văn Hải, ThS. NCS Trương Văn Minh, NCS Mangengo
Lumenganod đã cùng tôi trao đổi, thảo luận thẳng thắn vấn đề nghiên cứu
của Luận án.
Với tình yêu thương gia đình, con xin gửi lời cảm ơn đến Ba, Mẹ - xin nhận
nơi đây tấm lòng của người con. Cảm ơn các chị, anh và các em đã động
viên giúp đỡ tôi trong công việc hằng ngày.
Cuối cùng, cảm ơn vợ và hai con đã cho tôi một điểm tựa về tinh thần lẫn
vật chất để tôi có thể toàn tâm thực hiện Luận án.
Xin chân thành cảm ơn mọi người!
iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
1 Những nội dung trong luận án này là do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học trực tiếp của TS. Phạm Đình Khang và
PGS.TS. Nguyễn Đức Hòa.
2 Mọi tham khảo dùng trong luận án đều được trích dẫn rõ ràng
tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay
gian trá nếu có tôi chịu trách nhiệm hoàn toàn về bản luận án
này.
Người cam đoan
Nguyễn An Sơn
iv
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................. 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................ 3
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT .............................................................. 5
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 7
Chương một. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG
NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 10
1.1. Phương pháp trùng phùng gamma-gamma ................................ 10
1.1.1. Quá trình phát triển phương pháp ............................................................. 10
1.1.1.1. Trên thế giới ...................................................................................... 10
1.1.1.2. Tại Việt Nam ..................................................................................... 14
1.1.2. Hệ đo thực nghiệm tại Viện NCHN .......................................................... 15
1.1.2.1. Hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma ............................................ 15
1.1.2.2. KS3 của LPUHNDL .......................................................................... 18
1.2. Tình hình nghiên cứu các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni .................. 18
1.2.1. Hạt nhân 49Ti ............................................................................................ 18
1.2.2. Hạt nhân 52V ............................................................................................ 19
1.2.3. Hạt nhân 59Ni ........................................................................................... 20
1.3. Cơ sở lý thuyết tính toán trong luận án ....................................... 22
1.3.1. Cường độ dịch chuyển gamma nối tầng .................................................... 23
1.3.2. Mật độ mức .............................................................................................. 24
1.3.2.1. Tổng quan sự phát triển lý thuyết mật độ mức ................................... 24
1.3.2.2. Mẫu khí Fermi dịch chuyển ngược và công thức Gilbert-Cameron .... 26
v
1.3.3. Spin và độ chẵn lẻ .................................................................................... 28
1.3.4. Bậc đa cực, xác suất dịch chuyển, độ rộng mức và hàm lực...................... 31
1.3.4.1. Bậc đa cực và xác suất dịch chuyển ................................................... 31
1.3.4.2. Thời gian sống, độ rộng mức và hàm lực ........................................... 33
I.4. Kết luận chương ............................................................................... 35
Chương hai. TRIỂN KHAI NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .............. 36
Phần I. HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 36
2.1. Phát triển hệ thống thực nghiệm ................................................... 36
2.1.1. Cải tiến giao diện ..................................................................................... 36
2.1.1.1. Đánh giá thực trạng hệ đo .................................................................. 36
2.1.1.2. Chế tạo giao diện bằng PCI 7811R .................................................... 37
2.1.2. Thay đổi cấu trúc hệ thống che chắn, dẫn dòng nơtron ............................. 41
2.2. Xác lập các tham số cho hệ trùng phùng gamma-gamma ......... 42
2.3. Xây dựng hàm hiệu suất ................................................................. 43
Phần II. NGHIÊN CỨU PHÂN RÃ GAMMA NỐI TẦNG CỦA CÁC HẠT
NHÂN 49Ti, 52V VÀ 59Ni .......................................................................... 46
2.4. Chuẩn bị bia mẫu 49Ti, 52V và 59Ni ................................................ 46
2.5. Thu thập số liệu phân rã gamma nối tầng của 49Ti, 52V và 59Ni 47
2.6. Xử lý số liệu thực nghiệm ............................................................... 49
2.7. Xây dựng sơ đồ phân rã và xác định các đặc trưng lượng tử ... 51
2.7.1. Xây dựng sơ đồ phân rã ............................................................................ 51
2.7.2. Xác định các đặc trưng lượng tử ............................................................... 52
2.8. Đánh giá xác suất và hàm lực dịch chuyển gamma .................... 53
2.9. Kết luận chương ............................................................................... 55
vi
Chương ba. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................... 56
3.1. Kết quả hoàn thiện hệ thống thực nghiệm ................................... 56
3.1.1. Kết quả cải thiện giao diện ....................................................................... 56
3.1.2. Kết quả về phông của hệ đo...................................................................... 58
3.1.3. Kết quả về lựa chọn tham số cho hệ đo..................................................... 60
3.1.4. Kết quả xác định hàm hiệu suất ................................................................ 62
3.2. Kết quả ghi nhận phổ tổng và phổ nối tầng................................. 64
3.3. Kết quả số liệu phân rã nối tầng của 49Ti, 52V và 59Ni ................ 68
3.3.1. Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng ......................................... 68
3.3.2. Kết quả sắp xếp các dịch chuyển gamma nối tầng vào sơ đồ mức ............ 73
3.4. Hệ số rẽ nhánh và xác suất dịch chuyển điện từ ......................... 81
3.4.1. Hệ số rẽ nhánh ......................................................................................... 81
3.4.2. Kết quả tính xác suất dịch chuyển theo mẫu đơn hạt ................................ 86
3.5. Độ rộng mức, thời gian sống của mức và hàm lực ..................... 93
3.6. Kết luận chương ............................................................................... 99
KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................ 101
CÁC CÔNG TRÌNH LÀM CƠ SỞ CHO LUẬN ÁN ............................... 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 107
PHỤ LỤC 1. PHƯƠNG PHÁP CHUẨN CÁC THAM SỐ TFA VÀ CFD
CỦA HỆ TRÙNG PHÙNG GAMMA-GAMMA TẠI VIỆN NCHN........ 115
PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ SUẤT LIỀU SAU KHI THAY THIẾT BỊ CHE
CHẮN VÀ DẪN DÒNG KS3 ................................................................... 120
PHỤ LỤC 3. CÁC PHỔ NỐI TẦNG ....................................................... 126
PHỤ LỤC 4. XÁC ĐỊNH SPIN VÀ ĐỘ CHẴN LẺ ................................. 135
1
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ trùng phùng do Hoogenboom thiết kế ..................... 10
Hình 1. 2 Hệ đo trùng phùng nhanh chậm tại Dubna . ............................................ 12
Hình 1. 3 Hệ trùng phùng nhanh chậm tại Hungary . ............................................. 13
Hình 1. 4 Sơ đồ khối hệ trùng phùng cộng biên độ tại Viện NCHN. ...................... 14
Hình 1. 5 Hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại LPUHNDL. ....................... 15
Hình 1. 6 Mô tả phân rã gamma của hạt nhân hợp phần. ........................................ 23
Hình 1. 7 Minh họa spin, chẵn lẻ và bậc đa cực của một số dịch chuyển. ............... 30
Hình 2. 1 Bản mạch giao diện PCI 7811R. ............................................................. 38
Hình 2. 2 Sơ đồ phần cứng PCI 7811R .................................................................. 39
Hình 2. 3 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển viết cho giao diện. ................ 40
Hình 2. 4 Sơ đồ lắp đặt thiết bị bên trong và ngoài KS3. ........................................ 42
Hình 2. 5 Hình ảnh của các bia mẫu. ...................................................................... 46
Hình 2. 6 Hình chụp của hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại Viện NCHN. ..... 47
Hình 2. 7 Thuật toán xử lý số liệu. ......................................................................... 49
Hình 2. 8 Mô tả file lưu trữ các mã biên độ. ........................................................... 50
Hình 3.1 Giao diện ở chế độ MCA. ........................................................................ 57
Hình 3. 2 Giao diện của chương trình ở chế độ trùng phùng. ................................. 57
Hình 3.3 Phổ tổng của Cl35(n, 2)Cl36 đo thử nghiệm với giao diện PCI 7811R. .... 58
Hình 3. 4 Phổ phông của kênh sử dụng đetectơ GC2018, đo khi kênh mở và lò hoạt
động ở công suất 500 kW....................................................................................... 59
Hình 3. 5 Phổ phông của kênh sử dụng đetectơ EGPC20, đo khi kênh mở và lò hoạt
động ở công suất 500 kW....................................................................................... 60
Hình 3. 6 Phổ thời gian của 60Co (cửa sổ trùng phùng đặt 100 ns, ADC 1k). .......... 61
2
Hình 3. 7 Phổ năng lượng ở hai kênh. .................................................................... 62
Hình 3. 8 Hiệu suất ghi tương đối của hai đetectơ. ................................................. 63
Hình 3. 9 Một phần phổ tổng của 49Ti. ................................................................... 65
Hình 3. 10 Một phần phổ tổng của 52V. .................................................................. 65
Hình 3. 11 Một phần phổ tổng của 59Ni. ................................................................. 66
Hình 3. 12 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 8142,50 keV của 49Ti. ............. 66
Hình 3. 13 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 7310,68 keV của 52V. .............. 67
Hình 3. 14 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 8999,14 keV của 59Ni. ............. 67
Hình 3. 15 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 49Ti và spin, độ chẵn lẻ của các mức.... 75
Hình 3. 16 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 52V và spin, độ chẵn lẻ của các mức. ... 78
Hình 3. 17 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 59Ni và spin, độ chẵn lẻ của các mức. .. 80
Hình 3. 18 Xác suất dịch chuyển E1 của 49Ti từ Bn................................................ 87
Hình 3. 19 Xác suất dịch chuyển E1 của 52V từ Bn. ............................................... 90
Hình 3. 20 Xác suất dịch chuyển E1 của 59Ni từ Bn. .............................................. 92
Hình 3. 21 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 49Ti từ mức 8142,50 keV về các
mức trung gian. ...................................................................................................... 94
Hình 3. 22 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 52V từ mức 7310,68 keV về các
mức trung gian. ...................................................................................................... 97
Hình 3. 23 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 59Ni từ mức 8999,14 keV về các
mức trung gian. ...................................................................................................... 99
3
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Độ phổ biến đồng vị và tiết diện bắt nơtron nhiệt của các đồng vị
trong bia mẫu ....................................................................................... 46
Bảng 2. 2 Giá trị các tham số của hệ đo được chọn. ............................................... 48
Bảng 3. 1 Tỉ số đỉnh giữa các kênh trong trường hợp đo với .................................. 60
Bảng 3. 2 Hiệu suất tương đối của các đetectơ theo năng lượng ............................ 62
Bảng 3. 3 Các tham số của đỉnh tổng .................................................................... 64
Bảng 3. 4 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong
phản ứng 48Ti(n, 2)49Ti ....................................................................... 68
Bảng 3. 5 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong
phản ứng 51V(n, 2)52V ........................................................................ 69
Bảng 3. 6 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong
phản ứng 58Ni(n, 2)59Ni ...................................................................... 71
Bảng 3. 7 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của 49Ti ........................................... 74
Bảng 3. 8 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của 52V ........................................... 75
Bảng 3. 9 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của 59Ni .......................................... 79
Bảng 3. 10 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân 49Ti ................................ 82
Bảng 3. 11 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân 52V ................................. 82
Bảng 3. 12 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân 59Ni ................................ 84
Bảng 3. 13 Xác suất dịch chuyển điện từ của 49Ti từ Bn về mức cơ bản theo
phản ứng 48Ti(n, 2)49Ti so sánh lý thuyết và thực nghiệm ................... 86
Bảng 3. 14 Xác suất dịch chuyển điện từ của 52V từ Bn về mức cơ bản theo
phản ứng 51V(n, 2)52V so sánh lý thuyết và thực nghiệm .................... 87
Bảng 3. 15 Xác suất dịch chuyển điện từ của 59Ni từ Bn về mức cơ bản theo
phản ứng 58Ni(n, 2)59Ni so sánh lý thuyết và thực nghiệm .................. 90
4
Bảng 3. 16 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của
49Ti từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 48Ti(n, 2)49Ti ........................ 93
Bảng 3. 17 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của
52V từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 51V(n, 2)52V .......................... 95
Bảng 3. 18 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của
59Ni từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 58Ni(n, 2)59Ni ....................... 97
5
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
Khoa học công nghệ KHCN
Kênh số 3 KS3
LPUHNDL Lò phản ứng Hạt nhân Đà Lạt
Nghiên cứu hạt nhân NCHN
Nghiên cứu sinh NCS
Năng lượng nguyên tử NLNT
ADC
Analog – to - Digital
Converter Khối biến đổi tín hiệu tương tự
sang tín hiệu số
Amplifier Khuếch đại phổ Amp
BSFG
Back - Shifted Fermi
Gas Model Mẫu khí Fermi dịch chuyển
ngược
Khối gạt ngưỡng hằng CFD
Constant-Fraction
Discriminator
Coincidence Trùng phùng COIN
FPGA
Field-programmable
gate array
Vi mạch dùng cấu trúc mảng
phần tử logic mà người dùng có
thể lập trình được
FWHM
Full Width at Half
Maximum Độ rộng tại một nửa chiều cao
đỉnh phổ
HPGe
High-Purity
Germanium Đetectơ bán dẫn Ge siêu tinh
khiết
High Voltage Cao thế HV
Khối phân tích đa kênh MCA
Multi Chanel
Analyzer
6
NIM Chuẩn NIM
Nuclear Instrument
Module
PCI 7811R Giao diện 7811R
Pre. Amp Pre - Amplifier Tiền khuếch đại
Pulser Pulser Bộ phát xung
Khối phân tích đơn kênh SCA
Single Chanel
Analyzer
SRT Slow Rise Time Reject
Chế độ loại các xung có thời
gian tăng chậm
TAC
Time-to-Amplitude
Converter Khối biến đổi thời gian thành
biên độ
TFA
Timing Filter
Amplifier Khối khuếch đại lọc lựa thời
gian
Delay Khối làm trễ
7
MỞ ĐẦU
Nghiên cứu cấu trúc hạt nhân thực nghiệm nhằm thu thập, tìm kiếm và cung
cấp các bằng chứng về tính chất và cấu trúc của các hạt nhân, góp phần kiểm
chứng và hiệu chỉnh các mẫu cấu trúc hạt nhân, là công việc quan trọng trong
vật lý hạt nhân thực nghiệm. Bên cạnh đó, các số liệu thực nghiệm trong
nghiên cứu cấu trúc hạt nhân còn góp phần phát triển công nghệ và ứng dụng
kỹ thuật hạt nhân phục vụ mục đích năng lượng. Vì vậy, nhiều trung tâm
nghiên cứu lớn trên thế giới như Dubna, Cern, J-PARC,... đã và đang triển
khai nghiên cứu cấu trúc hạt nhân bằng thực nghiệm trên nhiều thiết bị nghiên
cứu lớn.
Nghiên cứu thực nghiệm về số liệu phân rã gamma nối tầng dựa trên phản
ứng bắt nơtron ngoài việc góp phần làm sáng tỏ cấu trúc hạt nhân, còn là
những số liệu quan trọng trong thiết kế các lò phản ứng hạt nhân, che chắn an
toàn bức xạ. Các số liệu này chỉ có thể thu được từ các phép đo bức xạ
gamma do hạt nhân bị kích thích phát ra. Tuy nhiên, việc loại trừ phông của
trường bức xạ gamma, loại trừ ảnh hưởng của quá trình tán xạ compton vẫn là
các vấn đề chưa được xử lý triệt để nếu sử dụng các hệ đo một đetectơ giảm
phông tốt.
Phương pháp trùng phùng gamma – gamma là phương pháp ghi đo 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.
Sự thành công của phương pháp thể hiện qua việc đóng góp số liệu mới vào
nghiên cứu cấu trúc hạt nhân, đáng kể nhất là các công trình của nhóm tác giả
8
tại Nga, trong gần 20 năm nghiên cứu có khoảng 40 hạt nhân biến dạng đã
được công bố. Các phát triển tiếp theo của phương pháp đã được một số
phòng thí nghiệm lớn ở một số nước như Hungary, Tiệp Khắc, Mỹ, Nhật, ...
triển khai.
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 khâu lắp ráp mạch
trong nước ở phần giao diện nên hệ đo hoạt động có khi không ổn định, tốc độ
ghi đo của hệ chậm. Phương pháp thiết lập các tham số cho hệ đo còn mang
tính kinh nghiệm, chưa thành 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 bức xạ.
Các hạt nhân 49Ti, 52V, 59Ni nằm trong nhóm hạt nhân trung bình và được
nghiên cứu từ khá sớm trên thế giới. Tuy nhiên, các tổng kết về số liệu của
những hạt nhân này trong thư viện cho thấy còn thiếu nhiều thông tin như
spin, độ chẵn lẻ ở các mức năng lượng lớn hơn 2 MeV. Mặt khác 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.
Luận án gồm các mục tiêu 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 bằng phương pháp đo trùng
phùng gamma - gamma;
2) Đánh giá số liệu thực nghiệm theo mẫu đơn hạt;
9
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;
Trên cơ sở các nội dung nghiên cứu đặt ra, luận án được bố cục gồm phần mở
đầu, ba chương chính và phần kết luận. Trong đó:
Chương một trình bày tổng quan về hệ đo và phương pháp trùng phùng
gamma-gamma ghi ”sự kiện-sự kiện”, tình hình nghiên cứu của các hạt nhân
được lựa chọn và cơ sở lý thuyết của luận án.
Chương hai trình bày về thiết kế, chế tạo giao diện mới nhằm nâng cao chất
lượng hệ đo; thiết kế và chế tạo một số thiết bị che chắn dẫn dòng trên KS3;
phương pháp lựa chọn các tham số cho hệ trùng phùng gamma-gamma; xây
dựng đo đạc thực nghiệm phân rã gamma nối tầng và phương pháp xử lý số
liệu của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni.
Chương ba trình bày kết quả về thiết kế, chế tạo giao diện mới, kết quả phông
của hệ đo; kết quả suất liều bức xạ nơtron và gamma trong không gian KS3;
kết quả nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni.
Phần kết luận nêu những thành công cũng như hạn chế trong nghiên cứu của
luận án; ý nghĩa khoa học; ý nghĩa thực tiễn và hướng nghiên cứu tiếp theo
của luận án.
10
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
1.1.1.1. Trên thế giới
Phương pháp trùng phùng gamma – gamma đã được Hoogenboom đề xuất và
thử nghiệm từ năm 1958 [33][34]. Trong nghiên cứu này, tác giả xây dựng hệ
đo dựa trên các đetectơ nhấp nháy và thử nghiệm trên các nguồn 60Co, 22Na và
các phản ứng 24Mg(p, 2)25Al và 29Si(p, 2)30P. Kết quả cho thấy sự hiệu quả
của phương pháp trong nghiên cứu và xây dựng sơ đồ phân rã của các hạt
n
ồ
u
g
N
CF2a
CF1a
PM1 CR1
CR2 PM2
CF2b
CF1b
R1 RV1 R2
Amp
Sum
Amp.1
Amp.2
D.D
Sum
Gate
MONITOR
MCA
nhân. Sơ đồ nguyên lý của hệ đo được trình bày trên Hình 1.1.
Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ trùng phùng do Hoogenboom thiết kế [33].
11
Trong đó: CR1 và CR2 là các tinh thể nhấp nháy; PM1 và PM2 là các ống
nhân quang; CF là lối ra catốt của ống nhân quang.
Nguyên tắc hoạt động của hệ như sau: tín hiệu từ lối ra của các catốt CF1a và
CF2a được khuếch đại bằng các Amp.1, 2. Tín hiệu từ lối ra của Amp. 1 được
đưa vào khối phân tích đa kênh để phân tích biên độ, tín hiệu từ lối ra của
Amp. 2 được đưa vào dao động ký để quan sát. Để điều khiển quá trình phân
tích, tín hiệu từ các lối ra CF1b và CF2b được cộng trên mạng các điện trở
R1, R2 và RV1. Tín hiệu sau khi cộng được khuếch đại bằng khuếch đại tổng
(Amp Sum), sau đó được đưa vào khối phân biệt ngưỡng tổng (D.D Sum) và
hình thành xung đóng mở cổng để điều khiển quá trình phân tích biên độ.
Do cách thiết kế nên việc lựa chọn tín hiệu trùng phùng phụ thuộc vào mạng
điện trở và điều chỉnh chiết áp RV1, hệ hoạt động như một hệ trùng phùng
chậm và có thời gian phân giải cỡ 3 s.
Năm 1965 John Duncan Hepburn ở Đại học British Columbia đã nghiên cứu
60Co và phản ứng 11B(p, 2)12C[42]. Hệ đo sử dụng hai đetectơ nhấp nháy tinh
các vấn đề liên quan đến hiệu suất của hệ trùng phùng chậm dựa trên nguồn
thể NaI(Tl), ADC 512 kênh, hệ số chuẩn năng lượng 30 keV/kênh, tốc độ
biến đổi của hai kênh tương ứng là 25 s và 0,5 s. Nghiên cứu làm cơ sở cho
ứng dụng phương pháp trùng phùng trong đo hoạt độ tuyệt đối và trong
nghiên cứu cường độ dịch chuyển nối tầng.
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. Phương pháp này khác xa nhiều so với
nguyên tắc ban đầu do Hoogenboom đưa ra. Nó cho phép tiết kiệm rất nhiều
lần thời gian thực hiện một nghiên cứu, độ chính xác cao hơn, loại trừ được
ảnh hưởng chênh lệch về thời điểm xuất hiện các xung từ đetectơ tương ứng
12
với một cặp chuyển dời nối tầng, khai thác và xử lý thông tin thuận lợi hơn.
Sơ đồ của hệ được trình bày trên hình 1.2.
Hình 1. 2 Hệ đo trùng phùng nhanh chậm tại Dubna [78].
Nguyên tắc hoạt động của hệ như sau: Các lượng tử gamma của một phân rã
nối tầng sẽ tạo nên hai xung điện xuất hiện đồng thời ở các lối ra của đetectơ.
Các xung ở lối ra T của hai đetectơ đi đến các khối khuếch đại nhanh (FFA),
phân biệt ngưỡng hằng và đến khối trùng phùng nhanh (FCOIN). Khối
FCOIN sẽ cho ra 1 xung điện khi hai lối vào có xung xuất hiện trong khoảng
thời gian T được lựa chọn trước. Các xung ở lối ra E sẽ được khuếch đại
bằng khuếch đại phổ. Các khối SCA cho ra xung nếu biên độ xung ở lối vào
nằm trong dải đo được lựa chọn tương ứng khoảng năng lượng từ 0,5 đến 8
MeV. Như vậy, từ một cặp gamma trùng phùng có năng lượng từ 0,5 đến 8
MeV được ghi nhận sẽ có một xung ra ở khối trùng phùng chậm. Xung ra ở
khối này là tín hiệu để các khoá tuyến tính (LG) mở cho các ADC nhận xung
phân tích và giao diện sẽ ghi nhận các giá trị bằng số (code) của biên độ xung
của cặp chuyển dời gamma nối tầng.
Sau đó, phương pháp đã được phát triển ở Cộng hòa Séc, Hungary và nhiều
nước khác trên thế giới trong đó có Việt Nam [39][65][67][68].
13
Về cơ bản, các hệ đo tại Cộng hòa Séc và Hungary đều dựa trên nguyên tắc
của hệ trùng phùng nhanh chậm dưới dạng số, nhưng sử dụng các đetectơ bán
dẫn có độ phân giải cao, các khối điện tử của các hãng nổi tiếng trên thế giới.
HV
Canberra
3105
Amp
Tennelec
TC245
ADC
Canberra
8077(16k)
Gate
Delay
Ortec
GG8010
E
T
Sơ đồ của hệ đo ở Hungary được trình bày trên hình 1.3.
FFA
Ortec
579
Delay
Ortec
GG8010
Multiplexer
Computer
ADC
KFKI (4k)
CFD
Phillips
730
Level
Transl
Phillips 720
Start
SCA
TAC
TAC/SCA
Tennelec
TC863
CFD
Phillips
730
Stop
FFA
Ortec
579
Delay
Ortec
GC8010
Đetectơ 2
HpGe
T
E
Gate
ADC
Canberra
8077(16k)
Amp
Canberra
2025
HV
Canberra
3106D
Đetectơ 1
HpGe
Hình 1. 3 Hệ trùng phùng nhanh chậm tại Hungary [65].
Ngày nay, sự phát triển của kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xử lý tín hiệu số đã cho
phép tích hợp các khối điện tử vào trong một vi mạch và điều khiển từ chương
trình máy tính nên hệ đo tương đối đơn giản, dễ sử dụng và hiệu quả cao[67].
Vì thế, hiện nay phương pháp trùng phùng gamma-gamma không chỉ ứng
14
dụng trong lĩnh vực số liệu cấu trúc hạt nhân mà còn ứng dụng trong các lĩnh
vực khác[23][39][44][65].
1.1.1.2. Tại Việt Nam
Việc nghiên cứu về phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng đã được
tiến hành từ năm 1984 bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học tự nhiên
Hà Nội, trên cơ sở hệ phân tích biên độ 1 k, với đetectơ nhấp nháy NaI (Tl).
Sau đó, từ sự hợp tác nghiên cứu giữa Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội và
Viện NCHN, các thử nghiệm về hệ đo đã được thực hiện tại LPUHNDL. Sơ
đồ của hệ được trình bày trên hình 1.4. Đến cuối năm 2005, một hệ đo hoàn
chỉnh đã được lắp đặt tại KS3 của LPUHNDL. Đến năm 2009, hệ đo đã được
xây dựng với hai cấu hình dùng khối trùng phùng và dùng TAC. Trong giai
đoạn này, từ hệ đo được xây dựng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu
phân rã gamma nối tầng của một số hạt nhân như 153Sm,182Ta, 239U, 28Al, 36Cl,
65Cu[6][10][18]. Việc lựa chọn các tham số, các đặc trưng của hệ đã được
E
Amp
ADC
T
Đetectơ
TFA
CFD
COIN
PC
TFA
CFD
Đetectơ
I
N
T
E
R
F
A
C
E
T
Amp
ADC
E
nghiên cứu tổng hợp và xây dựng thành phương pháp[2][3][68].
Hình 1. 4 Sơ đồ khối hệ trùng phùng cộng biên độ tại Viện NCHN.
15
1.1.2. Hệ đo thực nghiệm tại Viện NCHN
1.1.2.1. Hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma
Hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại Viện NCHN được sử dụng với
hai cấu hình chính: cấu hình thứ nhất dùng khối trùng phùng (COIN) và cấu
hình thứ hai dùng TAC. So với hệ đo trùng phùng gamma - gamma nhanh
chậm truyền thống ở các nước trên thế giới thì hệ trùng phùng gamma –
gamma tại LPUHNDL có cấu trúc đơn giản hơn, đã bớt các khối khóa tuyến
tính, phân tích đơn kênh, trùng phùng chậm, nhưng vẫn đáp ứng được các yêu
cầu của một hệ trùng phùng nhanh chậm[56][68].
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 – sự kiện. Hệ
được đặt tại KS3 của LPUHNDL. Sơ đồ hệ phổ kế mô tả trên Hình
1.5[56][68].
Hình 1. 5 Hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại LPUHNDL.
Bia mẫu đặt lệch 450 so với chùm nơtron, hai đetectơ được đặt đối xứng nhau
1800. Các đetectơ được che chắn trong các khối chì đúc liền. Khối chì đúc
chắn gamma trực tiếp từ lò dày 14 cm, chiều dày lớp chì che chắn đối với
16
gamma từ chuẩn trục phụ là 10 cm. Toàn hệ được đặt trên bàn đỡ có thể di
chuyển dọc theo ray dẫn hướng giúp việc di chuyển hệ và đóng mở kênh dễ
dàng.
*. Một số thông số kỹ thuật cơ bản của các thiết bị:
- HpGe I Intertechnique: đetectơ EGPC20 của hãng Inter technique, hiệu
suất 20%, độ phân giải 1,8 keV tại năng lượng 1332 keV [61].
- HPGe II Canberra: đetectơ GC2018 của hãng Canberra, hiệu suất ghi
20%, độ phân giải 1,8 keV tại năng lượng 1332 keV [61].
- Cao thế Ortec 660 là cao thế kép của hãng Ortec, thế lối ra từ 0 đến 5
kV, dòng từ 0 đến 100 A, độ trôi nhiệt < 0,08%/0C trên dải từ 10
đến 500C, thăng giáng 0,3% trong dải điện thế lối ra từ 0,5 đến 5 kV
[60].
- Khuếch đại phổ kế 572A Ortec: Biên độ lối ra từ 0÷10 V với xung đơn
cực, và 0÷20V với xung lưỡng cực. Tốc độ xử lý 30,000 sự kiện/s, độ
phi tuyến tích phân < 0,05% tại shaping time 2 s) [58].
- ADC 7072 là ADC kép của hãng FastComtech, 8 k, thời gian biến đổi
500 ns, tín hiệu vào từ + 25 mV đến 10 V, mặt tăng của xung từ 250 ns
đến 25 s, sườn xuống từ 200 ns đến 100 s [51].
- ADC 8713 là ADC đơn của hãng Canberra, 16 k, thời gian biến đổi 6 s,
tín hiệu vào từ 0 đến 10 V, mặt tăng của xung từ 0,25 s đến 100 s, độ
rộng xung tối thiểu 0,5 s [77].
- TFA 474 là bộ khuếch đại lọc lựa thời gian của hãng Ortec, biên độ tín
hiệu xung lối vào từ 0 đến 1 V, biên độ lối ra từ 0 đến 5 V, độ phi
tuyến 0,05% [57].
17
- CFD 584 là khối gạt ngưỡng hằng của hãng Ortec sản xuất, biên độ xung
lối vào từ 0 đến – 5V, độ dài xung lối ra nằm trong dải 0,5 đến 2,5
s [59].
Nguyên tắc hoạt động của hệ: Khi hai đetectơ thu nhận hai bức xạ gamma nối
tầng thì các đetectơ sẽ sinh ra đồng thời hai tín hiệu là tín hiệu mang thông tin
năng lượng (E) và tín hiệu mang thông tin thời gian (T). Tín hiệu năng lượng
được đưa đến khối khuếch đại phổ 572A và sau đó đến ADC 7072. Tín hiệu
thời gian được đưa đến khối khuếch đại lọc lựa thời gian TFA 474 để tạo
dạng xung phù hợp, sau đó tín hiệu này được đưa đến khối gạt ngưỡng hằng
CFD 584, khối này loại trừ nhiễu và các xung tăng chậm. Xung ra từ hai khối
CFD 584 được đưa đến lối vào khởi phát (Start) và kết thúc (Stop) của khối
biến đổi thời gian thành biên độ TAC 566. Khi có tín hiệu khởi phát và tín
hiệu kết thúc đi đến TAC thì TAC 566 sẽ biến đổi khoảng thời gian chênh
lệch giữa hai sự kiện thành biên độ, và gửi tín hiệu tới ADC 8713; đồng thời
TAC còn phát tín hiệu ở lối Valid Convert gửi tới giao diện PCI 7811R. Khi
giao diện PCI 7811R nhận được tín hiệu Valid Convert từ TAC thì sẽ tạo ra
tín hiệu Gate, tín hiệu Gate này cho phép hai ADC 7072 biến đổi tín hiệu
tương tự thành dạng số.
Số liệu thu nhận được ghi thành bốn cột, trong đó hai cột tín hiệu có giá trị tỷ
lệ với năng lượng của hai bức xạ mà hai đetectơ ghi nhận (cột 3 và cột 4), giá
trị mã biên độ của cột thứ hai là khoảng chênh lệch thời gian của hai bức xạ
gamma mà hai đetectơ ghi nhận được, và giá trị mã biên độ của cột thứ nhất
(nếu có) là giá trị của dịch chuyển nối tầng bậc 3 trong thiết lập cấu hình 3
đetectơ. Mỗi file dữ liệu lưu trữ 4096 cặp sự kiện trùng phùng, khi kết thúc
một file thì giao diện PCI 7811R sẽ gửi file đó lên máy tính để lưu trữ và tiến
hành ghi nhận file tiếp theo.
18
1.1.2.2. KS3 của LPUHNDL
LPUHNDL được nâng cấp từ Lò TRIGA của Mỹ là loại lò bể bơi [30], công
suất cực đại 500 kW và thông lượng trung bình của nơtron nhiệt tại tâm vùng
hoạt có thể đạt 1,991013 nơtron/cm2/s [16]. Lò có 4 kênh ngang, ba kênh
ngang số 1, 2 và 4 (KS1, KS2 và KS4) hướng về tâm vùng hoạt và một kênh
ngang số 3 (KS3) tiếp tuyến với phần bên ngoài của vùng hoạt.
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. Đến năm 2003, KS3 đã khôi phục lại để
bố trí hệ đo trùng phùng gamma – gamma phục vụ nghiên cứu cấu trúc hạt
nhân. 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.
Vì KS3 là kênh tiếp tuyến nên dòng nơtron từ vùng hoạt đi ra chủ yếu là
nơtron nhiệt. Cấu trúc kênh bao gồm hai phần: phần phía trong là ống nhôm
có đường kính 15 cm dài 1,5 m và phần phía ngoài là ống thép có đường kính
20,3 cm dài 1,1 m cho phép dẫn dòng nơtron từ trong vùng hoạt ra ngoài.
Chùm nơtron được lọc bằng phin lọc Silic, bên ngoài phin lọc là ống chuẩn
trục chính có đường kính 1,5 cm, ống chuẩn trục được đúc bằng Paraphin trộn
B4C, hai đầu đặt hai tấm Cadmi.
1.2. Tình hình nghiên cứu các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni
1.2.1. Hạt nhân 49Ti
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f
Về mặt cấu trúc, hạt nhân 49Ti là hạt nhân chẵn – lẻ, gồm 22 prôton và 27
4
3/2
2
7/2
2
1/2
4
3/2
2
1/2
2
1/2
6
5/2
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f
nơtron. Cấu trúc theo mẫu lớp như sau: prôton: ;
4
3/2
7
7/2
2
1/2
4
3/2
6
5/2
2
1/2
2
1/2
nơtron: . Nếu so với hạt nhân hai lần magic 48Ca
thì lớp ngoài cùng dư 2 prôton và thiếu 1 nơtron.
19
50Ti(d, t)49Ti, 48Ca(, 3n)49Ti cho thấy trạng thái cơ bản của 49Ti được xác
định có spin 7/2- và trạng thái hạt nhân hợp phần là 1/2+. Các nghiên cứu này
Các nghiên cứu trên máy gia tốc [46][71] bằng các phản ứng 50V(t, )49Ti,
tập trung vào vùng năng lượng dưới 5 MeV, tồn tại một số trạng thái kích
thích có giá trị spin lớn. Tuy nhiên, một số kết quả về mức năng lượng kích
thích thu được giữa các thí nghiệm vẫn còn có sự khác biệt.
Nghiên cứu phản ứng (n, ) cũng cho thấy kết quả trạng thái cơ bản của 49Ti
được xác định có spin 7/2- và trạng thái hạt nhân hợp phần là 1/2+. Tuy nhiên
dải năng lượng kích thích cao hơn, số mức thu được nhiều hơn [41][62][64].
Trong công trình nghiên cứu của J. F. A. G. Ruyl và các cộng sự [41] đã thu
được 97 tia gamma, sắp xếp được 42 mức trung gian. Đây là công trình
nghiên cứu thu được nhiều thông tin thực nghiệm nhất về hạt nhân này.
Các tổng hợp về số liệu của 49Ti trong thư viện cho thấy hiện có 95 tia
gamma, nhưng chỉ mới xếp được 77 tia gamma vào sơ đồ mức, còn 18 tia
gamma chưa được xếp vào mức, nhiều mức chưa xác định được các đặc trưng
lượng tử.
1.2.2. Hạt nhân 52V
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f
Về mặt cấu trúc, hạt nhân 52V là hạt nhân lẻ – lẻ, gồm 23 prôton và 29 nơtron.
4
3/2
3
7/2
6
5/2
2
1/2
4
3/2
2
1/2
2
1/2
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f 2 p . Nếu so với hạt nhân hai lần magic 48Ca
4
3/2
8
7/2
1
1/ 2
2
1/2
2
1/2
4
3/2
6
5/2
2
1/2
Cấu trúc theo mẫu lớp: prôton: ; nơtron:
thì lớp ngoài cùng dư 3 prôton và 1 nơtron.
Các nghiên cứu bằng phản ứng (d, p), (d, ) trên máy gia tốc [72] cho thấy
các mức kích thích mới thu được các mức kích thích đến 3,3 MeV, đồng thời
xác định 52V ở trạng thái cơ bản có spin và độ chẵn lẻ là 3+, trạng thái hợp
phần là mức kép, có spin và độ chẵn lẻ 3- và 4-.
20
Có khá nhiều các nghiên cứu thực nghiệm dựa trên phản ứng bắt nơtron
[28][45][63][66][72], trong các nghiên cứu này đáng chú ý là công trình của
S. Michaelsen và các cộng sự [73]. Nghiên cứu này đã sắp xếp được 54 mức
trung gian dưới năng lượng liên kết Bn. Tổng hợp kết quả từ các nghiên cứu
này cho thấy còn có một số khác biệt về năng lượng dịch chuyển, mức trung
gian và cường độ dịch chuyển, nhưng hầu hết đều khẳng định sự tồn tại mức
kép ở trạng thái hợp phần của 52V, spin và độ chẵn lẻ của các mức kích thích
khá phức tạp. Các mức kích thích thấp có năng lượng rất gần nhau, không thể
phân tách được khi đo bằng các phương pháp thông thường.
Các tổng hợp về số liệu trong thư viện LANL [35] cho thấy có 306 tia
gamma, tuy nhiên chỉ mới xếp được 197 tia gamma vào sơ đồ mức. Như vậy
còn khá nhiều tia gamma chưa xếp được vào sơ đồ mức (109 tia gamma). Còn
nhiều mức chưa xác định được các đặc trưng lượng tử (36 mức).
1.2.3. Hạt nhân 59Ni
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f
Hạt nhân 59Ni là hạt nhân chẵn – lẻ, gồm 28 prôton và 31 nơtron, có cấu trúc
4
3/2
8
7/2
6
5/2
2
1/2
2
1/2
4
3/2
2
1/2
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f 2 p .
4
3/2
8
7/2
3
3/ 2
6
5/2
2
1/2
2
1/2
4
3/2
2
1/2
theo mẫu lớp như sau: prôton: ; nơtron:
Năm 1968, B. J. Allen và các cộng sự [24] nghiên cứu hạt nhân 59Ni trên máy
gia tốc Van de Graaff AAEC 3 MeV, xác định được 15 tia gamma, tính được
hàm lực dịch chuyển gamma ở vùng năng lượng thấp, đồng thời tính spin và
độ chẵn lẻ của các mức này, trong đó khẳng định rằng ở trạng thái cơ bản 59Ni
có spin và độ chẵn lẻ là 3/2-. Đến 1973, xuất hiện rất nhiều công trình nghiên
cứu 59Ni, có thể kể đến các công trình nghiên cứu tiêu biểu như: D. M. Van
Patter và các cộng sự [27] nghiên cứu 59Ni từ phân rã - của 59Cu. Trong
nghiên cứu này đã đo đạc được 17 tia gamma, sắp xếp được 10 mức năng
lượng và các thông tin về spin cũng như độ chẵn lẻ các mức này, đồng thời
21
khẳng định spin và độ chẵn lẻ của 59Ni ở trạng thái cơ bản là 3/2-; R. P. Singh
và các cộng sự [69] đã nghiên cứu xác suất dịch chuyển M1 và E2 của 59Ni
bằng phản ứng (n, ). Kết quả nghiên cứu đã xác định được một số xác suất
dịch chuyển ở vùng năng lượng < 2MeV và có so sánh với kết quả tính lý
thuyết mẫu đơn hạt; J. D. Huttonand và các cộng sự [38] nghiên cứu các mức
năng lượng thấp (< 2 MeV) của 59Ni bằng máy gia tốc với phản ứng 56Fe(,
n)59Ni. Trong công trình này, nhóm tác giả đã công bố được 10 tia gamma và
sắp xếp vào sơ đồ mức, đồng thời đã tính spin và độ chẵn lẻ các mức, trong
đó có mức cơ bản của 59Ni là 3/2-. M. S. Chowdhury và các cộng sự [47] đã
đo được 190 tia gamma phát ra từ phản ứng 58Ni(d, p)59Ni. Đây là công trình
công bố số tia gamma đo được nhiều nhất. Năng lượng gamma mà nhóm
nghiên cứu đo được lớn nhất là 7930 keV.
Năm 1976, D. C. S. White và các cộng sự [26] đã đo thời gian sống của các
mức năng lượng thấp của một số hạt nhân. Trong công trình này, bằng phản
ứng 59Co(p, n)59Ni, nhóm tác giả đã xác định được thời gian sống của 9 mức
năng lượng thấp < 2 MeV. Thời gian sống ngắn nhất là 0,18 ps và dài nhất là
120 ps.
59Ni phải kể đến là kết quả nghiên cứu của công bố năm 2004, sự kết hợp giữa
Công bố đầy đủ nhất về năng lượng, mức trung gian, spin và độ chẵn lẻ của
hai phòng thí nghiệm hàng đầu về số liệu hạt nhân là Phòng thí nghiệm quốc
gia Oak Ridge và Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos – USA, công trình
do S.Raman và các cộng sự [75] nghiên cứu và công bố (có sự tham khảo và
sử dụng số liệu của các nghiên cứu trước đó trên nhiều phản ứng hạt nhân
khác nhau). Trong công trình này, nhóm tác giả đã công bố spin và độ chẵn lẻ
22
của 59Ni ở trạng thái cơ bản là 3/2-, spin và độ chẵn lẻ của 59Ni ở trạng thái
hợp phần là 1/2+.
Ở trong nước, đã có công trình nghiên cứu về hạt nhân 59Ni [17]. Trong công
trình này nhóm nghiên cứu đã đưa ra kết quả nghiên cứu bắt nơtron nhiệt
bằng phản ứng 58Ni(n, 2)59Ni với thời gian đo là 150 giờ. Tuy nhiên, các kết
quả nghiên cứu ở công trình này chỉ dừng lại ở công bố kết quả đo đạc thực
nghiệm và phương pháp đo mà chưa tính toán các đặc trưng lượng tử của các
mức thực nghiệm.
Như vậy, ba hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni là những hạt nhân trung bình, rất thích
hợp cho việc nghiên cứu và kiểm chứng lý thuyết về cấu trúc lớp của hạt
nhân. Tuy vậy, cho đến hiện nay số liệu thực nghiệm thu được chủ yếu ở
vùng năng lượng < 2 MeV. Do đó cần phải có thêm các thực nghiệm để cung
cấp số liệu cho thư viện và các đánh giá mới nhằm làm sáng tỏ về mặt cấu
trúc và hoàn thiện hơn trong thư viện số liệu.
1.3. Cơ sở lý thuyết tính toán trong luận án
Khi năng lượng kích thích có giá trị nhỏ (khoảng nhỏ hơn 3 MeV) thì số liệu
thực nghiệm khá phù hợp với hầu hết các mẫu lý thuyết. Một số đặc trưng
lượng tử của các mức trung gian thường giải thích rất tốt giữa lý thuyết và
thực nghiệm. Tuy nhiên, khi năng lượng kích thích lớn, thì sự phù hợp không
còn nữa, và ứng với những nhóm hạt nhân khác nhau và năng lượng kích
thích khác nhau thì việc sử dụng các mẫu lý thuyết để giải thích số liệu thực
nghiệm cũng khác nhau [37]. Với những hạt nhân trung bình, mẫu lớp được
sử dụng nhiều hơn cả cho cách giải thích giữa thực nghiệm và lý thuyết
[4][22][37][40]. Lý thuyết sử dụng trong luận án này tập trung chủ yếu vào lý
23
thuyết mẫu đơn hạt cho việc giải thích giá trị thực nghiệm với cấu trúc của
các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni.
1.3.1. Cường độ dịch chuyển gamma nối tầng
Có thể minh hoạ quá trình phát gamma từ mức Bn (khi hạt nhân bắt nơtron
Trạng thái hợp phần
Bn
E1
Các trạng thái trung gian
nhiệt) về trạng thái cuối qua các trạng thái trung gian như sau:
Ef
Trạng thái cơ bản
E2
Hình 1. 6 Mô tả phân rã gamma của hạt nhân hợp phần.
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
f
thái cuối (f) theo công thức [10][13][17]:
I
i
i
f
(1.1)
Nếu có n mức trung gian được tạo bởi các dịch chuyển sơ cấp có năng lượng
n
f
nằm trong khoảng từ E đến E + E thì cường độ dịch chuyển tổng cộng là:
I
i
1
i
i
f
(1. 2)
24
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:
I
S
i
n
S
i
1
(1. 3)
iS
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
Mật độ mức hạt nhân được định nghĩa là số mức kích thích trên một khoảng
năng lượng. Do vậy, 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
E là:
N E
d
dE
(1. 4)
Khi xét mật độ mức theo các đặc trưng lượng tử, ta có mật độ mức riêng phần
(
E M
,
,
)
(
E J
,
,
)
là ρ(E, J, π), trong đó J là spin và là độ chẵn lẻ.
J M
(1. 5)
Trong thực tế, các tính toán mật độ mức dựa trên những đặc điểm đã biết về
hạt nhân. Các nghiên cứu đầu tiên xác định mật độ mức đã được tiến hành vào
cuối những năm 30 của thế kỷ trước bằng việc đưa ra quan điểm xem hạt
nhân như một chất khí Fermi không tương tác bên trong thể tích hạt nhân. Để
chính xác hơn, gần đúng bậc không đã được sử dụng và được gọi là mẫu cân
bằng. Công thức giải tích áp dụng tính mật độ mức toàn phần bằng phương
pháp đường yên ngựa (Saddle Point Method) được Bethe đề xuất vào năm
25
1937 [32]. Sau đó năm 1960, Ericson [32] đã đề xuất biểu thức giải tích để
tính mật độ mức riêng phần. Công thức mật độ mức riêng phần của Ericson đã
được sửa chữa và cải tiến nhiều lần, tuy nhiên mẫu cân bằng có quá ít các
thông tin vật lý để thu được biểu thức mô tả mật độ mức gần với thực tế.
Công thức được hiệu chỉnh bằng cách bổ sung các hiệu ứng để có được sự mô
tả một số đặc trưng phù hợp hơn với số liệu thực nghiệm. Để giải thích các
hiệu ứng này, cần phải loại trừ sự xấp xỉ gần đúng trong mẫu cân bằng và tính
mật độ mức theo mẫu lớp. Các phương pháp tính được sử dụng phổ biến
trong tính mật độ mức là:
(i) Phương pháp giải tích số tổng quát dựa vào sự gần đúng của điểm yên
ngựa (phương pháp hàm riêng);
(ii) Phương pháp tổ hợp, tiếp cận với cách phân bố của các nucleon trong
hạt nhân ứng với năng lượng kích thích xác định. Phương pháp này dựa
trên các mẫu hạt nhân khác nhau như:
1. Mẫu các Fermi độc lập (mẫu này cho phép dễ dàng đánh giá độ lớn của
các hàm riêng);
2. Mẫu cân bằng;
3. Mẫu lớp (so với hai mẫu trên, mẫu lớp phù hợp với thực nghiệm hơn
khi tính mật độ mức);
4. Mẫu các Fermi tương tác (hàm Hamilton do các tương tác dư trong mẫu
lớp đã được tính đến và thể hiện bằng các tương tác cặp của nucleon
bên trong hạt nhân). Bằng việc đưa vào khái niệm ghép cặp, sự mô tả lý
thuyết mật độ mức đã có nhiều phù hợp với thực nghiệm ở vùng năng
lượng thấp.
Ở vùng năng lượng thấp, mật độ mức được nghiên cứu khá kỹ. Kết quả giữa
thực nghiệm và lý thuyết tương đối phù hợp. Tuy nhiên, trong vùng năng
26
lượng cao hơn (khoảng lớn hơn 6 MeV, mật độ mức giữa thực nghiệm và lý
thuyết còn có nhiều khác biệt. Để giải thích cho sự khác biệt này, có nhiều giả
thuyết được đưa ra. Một trong các giả thuyết đó là tương tác cặp của các
nucleon trong hạt nhân làm giảm mật độ mức. Giả thuyết này đã được kiểm
A
chứng khi phân tích số liệu thực nghiệm của các hạt nhân [37]. Hiệu ứng chẵn
Z X được xác định như sau:
N
lẻ của hạt nhân
N cap
,
Z ap
,c
(1. 6)
trong đó δK,cap bằng 1 nếu K chẵn, bằng 0 nếu K lẻ.
1.3.2.2. Mẫu khí Fermi dịch chuyển ngược và công thức Gilbert-
Cameron
Các Fermion có thể ghép cặp, do đó để phá vỡ liên kết này thì cần phải có
một năng lượng bổ sung E1, ngoài năng lượng kích thích các Fermion. Như
vậy, tham số E1 chính là năng lượng cần thiết tách các cặp nucleon để hạt
nhân trở về trạng thái mà ta có thể xem chúng tựa như chất khí của các hạt
độc lập. Một cách gần đúng, giả sử rằng năng lượng cần cung cấp để phá vỡ
liên kết cặp là hằng số có giá trị bằng n đối với các nơtron và p đối với các
*
E
proton. Khi đó năng lượng mức kích thích của hạt nhân là:
E E
1
(1. 7)
Theo mẫu khí Fermi có dịch chuyển ngược (BSFG), mật độ mức toàn phần
exp[
2
(
])
EEa
1
(
E
)
được xác định như sau [11][49]:
4/1
4/5
12
2
a
(
)
EE
1
(1. 8)
1
)1
(
JE
,
)
exp
E
)
và mật độ mức riêng phần được xác định:
J
2
2
2
JJ
(
2
2
(
. (1. 9)
27
Trong đó a là tham số mật độ mức, là gọi tham số ngưỡng spin (spin cut-
off). E1 gọi là năng lượng liên kết cặp và được xác định theo biểu thức liên hệ
sau:
1E
p
n
đối với hạt nhân chẵn - chẵn;
1E
p
đối với hạt nhân lẻ nơtron;
1E
n
0 đối với hạt nhân lẻ - lẻ.
1E
đối với hạt nhân lẻ prôton;
Phân tích một cách hệ thống trên các hạt nhân có số khối khác nhau cho thấy
giá trị ước lượng của δp và δn phụ thuộc vào số khối A như sau:
p
n
12
A
, (1. 10)
E
1
12
A
do đó: . (1. 11)
Các kết quả tính toán lý thuyết khi so sánh với giá trị thực nghiệm đã cho thấy
rằng, trong các hạt nhân chẵn – lẻ tham số mật độ mức a ít phụ thuộc vào
năng lượng kích thích E*.
Trong công thức tính mật độ mức theo mẫu BSFG chỉ có hai tham số hiệu
chỉnh, nó cho phép xác định mật độ mức và mô tả tương đối phù hợp với số
liệu thực nghiệm ở các năng lượng kích thích xấp xỉ năng lượng liên kết của
nơtron với hạt nhân. Tuy nhiên ở các năng lượng kích thích gần giá trị E1,
công thức này lại phân kỳ. Để khắc phục sự phân kỳ đó, một phương pháp kết
hợp đã được Gilbert-Cameron đề xuất [19][37]. Khi mô tả mật độ mức cho
các hạt nhân có 22 A 245 trong vùng năng lượng kích thích đủ rộng,
Gilbert-Cameron đã sử dụng mẫu nhiệt độ không đổi để mô tả mật độ mức ở
vùng năng lượng kích thích thấp theo nhiệt độ hạt nhân T:
28
exp
T
1
T
E - E
0
T
(1. 12)
Ở năng lượng cao hơn, mật độ mức được xác định theo mẫu BSFG cải tiến
N Z E
,
,
N Z E J
,
,
,
như sau:
obs
J
(1. 13)
Giả thiết rằng phân bố của các mức theo các giá trị của spin J là như nhau, ta
,
N Z E
,
,
có phương trình:
obs N Z E
,
1
2
,N Z E
,
(1. 14)
trong đó là mật độ mức xác định theo mẫu BSFG.
Công thức Gilbert-Cameron chỉ cho phép mô tả mật độ mức phù hợp trong
một khoảng năng lượng giới hạn, do đó khi mở rộng cho các năng lượng cao
thường phải hiệu chỉnh lại các tham số. Phạm vi áp dụng của công thức
Gilbert-Cameron được xác định chủ yếu cho các năng lượng kích thích nằm
dưới năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân. Ở khoảng năng lượng này,
vấn đề được quan tâm đề cập chủ yếu là các hiệu ứng liên quan tới cấu trúc
lớp và hiện tượng kết cặp, nên khi năng lượng kích thích tăng thì các giá trị
của a và E1 sẽ thay đổi và là một hàm có dạng phức tạp phụ thuộc vào nhiều
yếu tố.
1.3.3. Spin và độ chẵn lẻ
Spin và độ chẵn lẻ là hai đặc trưng lượng tử của hàm sóng. Hàm sóng này
J
thường được ký hiệu như sau [1] [22][35]:
J
(1. 15)
29
trong đó là độ chẵn lẻ và J là spin của hạt nhân. Độ chẵn lẻ gắn liền với tính
chất của hàm sóng ở phép biến đổi phản xạ gương P trong không gian toạ
( )
r
P
( )
r
( )
r
độ.
J
J
J
(1. 16)
Từ tính bất biến của trạng thái hạt nhân đối với phép biến đổi P , suy ra =
1. Trạng thái có = +1 gọi là trạng thái có độ chẵn lẻ dương, trạng thái có
Spin hạt nhân J
= -1 gọi là trạng thái có độ chẵn lẻ âm.
là mô men góc toàn phần xác định từ tổng mô men góc của
J .
các nucleon tham gia cấu trúc lên trạng thái
Độ chẵn lẻ và spin của hạt nhân là hai số lượng tử quan trọng đặc trưng cho
cấu trúc hạt nhân trong từng trạng thái vật lý của nó. Đây là hai đại lượng vật
lý luôn được bảo toàn trong các quá trình biến đổi hạt nhân gây bởi tương tác
mạnh.
Quá trình phân rã gamma của một hạt nhân gắn liền với chuyển dịch từ trạng
thái kích thích này về trạng thái kích thích khác trong hạt nhân. Do photon là
lượng tử của trường điện từ, nên các quá trình dịch chuyển hạt nhân khi phát
gamma được gọi là các dịch chuyển điện từ. Một dịch chuyển điện từ luôn
luôn bảo toàn năng lượng, spin và độ chẵn lẻ.
Nếu hạt nhân có năng lượng, spin và độ chẵn lẻ ở trạng thái đầu tương ứng là
Ei, Ji, i và trạng thái cuối là là Ef, Jf, f thì năng lượng của tia gamma phát ra
được xác định từ độ lệch giữa hai mức năng lượng:
(1. 17) E = Ei - Ef
Photon là một bozon có spin bằng 1, vì thế mô men góc L của photon phải là
f
i
J
J
nguyên dương. Trong dịch chuyển điện từ giữa hai trạng thái hạt nhân
i
f
thì mô men góc L của photon được xác định từ hệ thức sau:
30
J
J
L J
i
f
J
f
i
(1. 18)
Độ chẵn lẻ cũng được bảo toàn trong quá trình dịch chuyển điện từ.
(1. 19) if = 1
Như vậy độ chẵn lẻ của photon là dương nếu i=f và phải là âm nếu i=-f.
L
( 1)
Với dịch chuyển điện thì:
(1. 20)
L
( 1)
1
và dịch chuyển từ thì:
(1. 21)
Bức xạ gamma với L = 1 gọi là bức xạ lưỡng cực, L= 2 gọi là bức xạ tứ cực, L
= 3 gọi là bức xạ bát cực, …
Như vậy độ đa cực của bức xạ gamma được xác định bằng 2L . Do L > 0 nên
không tồn tại đơn photon ứng với dịch chuyển E0. Hình 1.6 minh họa các dịch
2+
1/2-
4+
E1 E2
E1 E1
E2 E4
1-
3/2+
2+
E1
M1 E2
E2
0+
1/2+
0+
chuyển điện từ và bậc đa cực [31].
Hình 1. 7 Minh họa spin, chẵn lẻ và bậc đa cực của một số dịch chuyển.
Như vậy, có thể thấy:
- Nếu trong dịch chuyển đã tồn tại dịch chuyển điện thì gần như không
xuất hiện dịch chuyển từ;
- Trong một dịch chuyển gamma không xuất hiện hai loại dịch chuyển
cùng loại, nghĩa là không tồn tại đồng thời các dịch chuyển điện khác
31
bậc đa cực, hay dịch chuyển từ khác bậc đa cực trong cùng một dịch
chuyển gamma;
- Dịch chuyển lưỡng cực từ kèm theo dịch chuyển tứ cực điện trong cùng
một dịch chuyển gamma.
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 cơ học lượng tử, quá trình phát photon trong phân rã gamma tương
đương với quá trình hấp thụ photon xảy ra khi hạt nhân bị kích thích bằng
quang phản ứng. Do vậy, để hiểu tường minh cơ chế phát hoặc hấp thụ tia
A
)
gamma, ta xét tương tác giữa hạt nhân chuyển động trong một trường điện từ
A
( ,
mô tả bởi véctơ . Hàm Hamilton toàn phần bao gồm 3 số hạng
A
field
int
H H
H
H
sau[1]:
fieldH
(1. 22)
AH là Hamilton hạt nhân,
2
fieldH
2
( , )
E r t
[
3
( , )]
B r t d r
Trong đó: là Hamilton trường điện từ.
1
8
(1. 23)
( , )
E r t
A B r t
, ( , )
A
Véctơ mật độ điện từ tính theo công thức Maxwell:
1
c t
(1. 24)
int
H
r t
( , ) ( , )
r t
3
( , )]
( , )
j r t A r t d r
Tương tác điện từ giữa hạt nhân và trường điện từ có dạng:
3
j A d r
[
c
1
c
1
c
( , )
j r t
(1. 25)
( , )
c r t
( , )
r t
Trong đó: mật độ điện tích hạt nhân, là mật độ dòng sinh bởi
mật độ véctơ mô men từ hạt nhân .
Khi trường điện từ là trường tĩnh điện thì:
32
int
H
( ) ( )
r
r
[
3
( )]
( )
r B r d r
c
(1. 26)
Xác suất dịch chuyển điện từ của hạt nhân được tính theo quy tắc vàng
2
int
f H i
Fermi[1]:
EL,ML
T
γ
2
(1. 27)
Với là mật độ các trạng thái cuối của hạt nhân. Sau khi khai triển cường độ
trường điện từ theo đa cực, xác suất dịch chuyển theo công thức (1.27) có thể
1
2
B E M J
) ,
(
(
J
)
viết [1][22]:
EL,ML
T
γ
f
i
1)
8 (
2
1)!!]
[(2
E
c
B(E(M)λ,J
J ) là xác suất dịch chuyển
(1. 28)
f
i
Với E là năng lượng của tia gamma.
rút gọn và được xác định với các yếu tố ma trận rút gọn của mô men đa cực
2
f Q i
B(E ,
J
)
J
f
i
2
1
j
i
điện Q hoặc theo mô men đa cực từ M như sau:
2
f M i
B(M ,
J
)
J
f
i
2
1
j
i
(1. 29)
Theo mẫu lớp, xác suất dịch chuyển điện từ được xác định như sau: [40]
2L+1
E
B(EL)
- Xác suất dịch chuyển điện:
EL
T =
γ
2 L
8π(L+1)e b
2
L[(2L+1)!!]
γ
c
(1. 30)
2L+1
L-1
E
B(ML)
- Xác suất dịch chuyển từ:
ML
T =
γ
2
8π(L+1)μ b
N
2
L[(2L+1)!!]
γ
c
(1. 31)
33
Với B(EL) và B(ML) là xác suất dịch chuyển rút gọn của dịch chuyển điện, từ
tương ứng.
Áp dụng mẫu đơn hạt, Weisskopf [40] đã tính xác suất dịch chuyển rút gọn
2
2L
B(EL) =
R
L
1
4πb
3
3+L
được xác định:
2
2L-2
B(ML) =
R
10
L-1
πb
3
3+L
(1. 32)
-19
2
-10
-10
c=197.327×10 keV.cm, =6.58212×10 keV.s, e =1.440×10 keV.cm,
2
-23
3
Nμ =1.5922×10 keV.cm , R = 1,210-13A1/3cm.
trong đó L là bậc đa cực của bức xạ gamma, E là năng lượng tia gamma,
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) [5][40] theo công thức:
m
(1. 33)
Thời gian sống trung bình liên hệ với chu kỳ bán rã theo công thức:
t
1/ 2
ln 2
(1. 34)
m
Thời gian bán rã của một mức phụ thuộc vào xác suất dịch chuyển gamma
t
theo bậc đa cực và loại dịch chuyển theo hệ thức sau:
1/2
ln 2
EL ML
,
T
. (1. 35)
Như vậy, thời gian sống trung bình của một mức tỷ lệ nghịch với xác suất
dịch chuyển gamma:
34
m
1
EL ML
,
T
, (1. 36)
nên độ rộng phóng xạ toàn phần của mức có thể viết:
,EL ML
T
m
. (1. 37)
Nếu một mức phân rã bằng cách phát gamma về các mức dưới có năng lượng
khác nhau, thì độ rộng mức được xác định như sau:
B R
.
i
i
i
. (1. 38)
Trong đó i là độ rộng mức riêng phần tương ứng với dịch chuyển gamma
thứ i, B.R(γi) là hệ số rẽ nhánh của mức tương ứng với gamma thứ i và được
I
i
B R
.
100%
xác định như sau:
i
I
tot
(1. 39) .
Iγi là cường độ dịch chuyển của bức xạ gamma thứ i và Itot là tổng cường độ
của các gamma dịch chuyển từ mức.
(1. 40) Itot = ΣIγi
Trường hợp dịch chuyển hỗn hợp tứ cực điện và lưỡng cực từ (E2 + M1) thì
độ rộng mức sẽ là [40][50]:
(
)
,
(1. 41) Гγ = Гγ(M1) + Гγ(E2)
M EL ML được xác định từ độ rộng phóng xạ
Hàm lực dịch chuyển gamma
(
EL ML
,
)
M EL ML
(
,
)
riêng phần theo công thức [40][70]:
(
EL ML
,
)
wu
(đơn vị w.u.) (1. 42)
35
(
)
wu 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
11
( 1) 6.7492 10
cực từ thì độ rộng phóng xạ riêng phần có thể xác định như sau:
wu E
3
2/3
A E
23
( 2)
4.7925 10
(1. 43)
wu E
5
4/3
A E
11
( 1)
2.0734 10
(1. 44)
wu M
3
E
(1. 45)
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.
36
Chương hai
TRIỂN KHAI NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Phần I. HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phát triển hệ thống thực nghiệm
2.1.1. Cải tiến giao diện
2.1.1.1. Đánh giá thực trạng hệ đo
Đến năm 2008, về cơ bản hệ trùng phùng gamma-gamma đã được lắp đặt hoàn
chỉnh trên KS3. Hệ đã cung cấp được số liệu phân rã gamma nối tầng của một
số hạt nhân biến dạng nặng. Hầu hết các khối điện tử của hệ đều được mua của
Ortec và Canberra. Do hệ trùng phùng gamma-gamma ghi sự kiện-sự kiện là
những hệ đo rất đặc thù, không có các giao diện được cung cấp thương mại
theo chuẩn NIM hoặc không đáp ứng được yêu cầu của hệ đo. Do đó nhóm
nghiên cứu đã tự thiết kế, chế tạo giao diện cho hệ đo. Giao diện này được ghép
nối với máy tính qua cổng USB. Do sử dụng EZ USB phiên bản 1.0 quản lý
vào ra 8 bit nên thời gian để hệ thống giao diện thu thập xong dữ liệu của một
cặp sự kiện trùng phùng ở hai ADC hết khoảng 25 s (nếu đặt sharping time
của khuếch đại phổ là 3 s [18]). Thời gian này là khá dài so với thời gian tính
từ khi các lượng tử gamma được thu góp từ đetectơ đến khi biến đổi xong ở
ADC (khoảng 13 s), làm cho thời gian chết của hệ đo lớn.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm lắp đặt giao diện cho 4 đường tín hiệu
với việc sử dụng FPGA. Kết quả mang lại là thời gian thu thập dữ liệu giảm
xuống còn khoảng 500 ns, tuy nhiên tồn tại một số nhược điểm sau:
- Mạch in chế tạo trong nước lắp ráp thủ công nên chất lượng lắp ráp
không cao;
37
- Chất lượng thiếc hàn giữa linh kiện với mạch in được thực hiện ở
phòng thí nghiệm không đảm bảo độ kết nối tốt. Lớp đồng tạo mạch
nhanh chóng bị rỉ, dẫn đến hoạt động chập chờn, hay bị treo hệ thống.
Tuy nhiên, thành công của đợt thử nghiệm này là khẳng định thuật toán thu
nhận dữ liệu cho hệ đo với bốn kênh đo là đúng, cung cấp các số liệu thử
nghiệm như đã dự đoán. Đây là tiền đề để viết chương trình cho giao diện
thay thế sau này.
2.1.1.2. Chế tạo giao diện bằng PCI 7811R
Để khắc phục các nhược điểm trên, nhóm nghiên cứu đã thực hiện việc thay
giao diện thiết kế trong nước bằng thiết bị NI PCI7811R. Đây là thiết bị giao
diện đa chức năng của hãng National Instrument (NI) có tích hợp công nghệ
FPGA, giao tiếp PCI và hỗ trợ lập trình bằng ngôn ngữ đồ họa LabView. Nếu
sử dụng đầy đủ chức năng, PCI7811R cho phép điều khiển thu nhận số liệu
đến16 kênh đo đồng thời. Cấu hình hệ đo sử dụng giao diện với TAC như
Hình 1.5 ở chương một.
Chip FPGA trên PCI7811R là loại Virtex-II 1M, cho phép người sử dụng thiết
kế các khối phần cứng thực hiện giao tiếp với thiết bị ngoại vi (ADC,
DAC…), điều khiển, truyền dữ liệu lên máy tính và thực hiện các giải thuật
xử lý số hoạt động ở tốc độ cao và ổn định. Việc thiết kế các khối chức năng
bằng phần cứng và giao tiếp PCI 32 bit tốc độ cao trên PCI 7811R làm tăng
khả năng chống nhiễu của hệ thống, đảm bảo sự hoạt động ổn định với thời
gian dài ở tốc độ cao (một tác vụ thực hiện trong khoảng 25 ns và có thể giảm
thời gian xuống còn 8 ns) [8][18].
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng các thuật toán và viết chương trình trên
LabView để cấu hình cho giao diện PCI 7811R.
38
Hình 2. 1 Bản mạch giao diện PCI 7811R.
Nguyên tắc hoạt động của giao diện với PCI 7811R có thể tóm lược như sau
[8][18][68]:
Khi các tín hiệu Start và Stop ở lối vào của TAC 556 nằm trong cửa sổ biến
đổi thì lối ra Valid convert của TAC xuất hiện xung dương, chuẩn TTL. Lấy
mặt trước của xung Valid convert để thực hiện các tác vụ sau:
1) Hình thành các xung dương TTL có độ trễ thay đổi được từ 0 đến 10
s, độ rộng thay đổi được từ 250 ns đến 6 s để tác động vào Gate của
3 ADC (2 ADC cho kênh năng lượng, 1 ADC cho kênh thời gian);
2) Hình thành xung âm TTL độ rộng 250 ns để gửi đến Data Accepted của
ADC 8713 (cho phép các ADC thực hiện phép biến đổi mới nếu có
xung vào ADC);
3) Khởi phát một chu trình đọc ghi.
Chu trình đọc ghi như sau:
1) Kiểm tra Data Ready của ADC 1 và 2, nếu có cả hai Data Ready thì
tiến hành đọc dữ liệu từ hai ADC này;
39
2) Kiểm tra Data Ready của ADC thứ 3, nếu có Data Ready và Inhibit
không treo cờ thì đọc dữ liệu từ ADC này;
3) Ghi dữ liệu vào bộ nhớ theo thứ tự của các ADC.
Như vậy, tín hiệu từ lối ra Valid Convert của TAC được sử dụng làm tín hiệu
báo cho hệ thống biết đã có cặp sự kiện trùng phùng ở hai đetectơ, giao diện
sẽ tạo ra xung mở cổng (xung Data Ready), để các ADC 7072 phân tích giá trị
biên độ xung của cặp sự kiện trùng phùng này và đọc các giá trị biên độ phân
tích được lưu vào bộ nhớ.
Đồng thời, giao diện cũng đọc giá trị của ADC 8713 tương ứng với độ chênh
lệch thời gian giữa hai lượng tử gamma ghi nhận được. Sau khi đọc xong số
liệu, hệ thống sẽ ở trạng thái chờ tín hiệu của cặp sự kiện trùng phùng tiếp
theo. Nếu vì bất cứ lý do nào đó mà sau khi có tín hiệu trùng phùng nhưng
không xuất hiện tín hiệu Data Ready, dữ liệu từ các ADC sẽ không được đọc.
Điều kiện này đảm bảo cho các cặp sự kiện trùng phùng được ghi nhận có độ
chính xác và tin cậy cần thiết cho các nghiên cứu vật lý. Đồng thời, cách làm
này cho phép thay đổi cửa sổ thời gian một cách linh động.
Dual
RAM
Dual
RAM
Dual
RAM
B
U
S
P
C
I
a) Sơ đồ phần cứng khối đa
kênh cấu hình trên FPGA. b) Sơ đồ phần cứng khối trùng
phùng cấu hình trên FPGA.
Hình 2. 2 Sơ đồ phần cứng PCI 7811R
40
Bắt đầu
MCA
Event-Event
Even-Even
MCA hay Even-
Event
Event
Even?
S
Chọn kênh đo (1,2,3,4)
Có sự kiện trùng
phùng?
Đ
Đọc ADC1,
ADC2, ADC3
Đọc dữ liệu từ
các dual ram
Đ
Vẽ phổ
Số sự kiện=4096?
Lưu kết
quả
S
Đ
S
Ngưng đo?
Lưu kết quả ?
Lưu kết
quả.
Đ
S
S
Ngưng đo?
Đ
Kết thúc
Hình 2. 3 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển viết cho giao diện.
Để thuận tiện trong quá trình sử dụng, giao diện được cấu hình theo hai chế
độ: đa kênh và trùng phùng. Ở chế độ đa kênh, giao diện điều khiển thu nhận
số liệu từ hai đetectơ một cách đồng thời và độc lập với nhau. Ở chế độ trùng
phùng, giao diện điều khiển thu số liệu trùng phùng từ hai đetectơ gồm năng
lượng và thời gian, sau đó ghi lại dưới dạng “sự kiện-sự kiện”. Chương trình
41
điều khiển và cấu hình cho FPGA được viết bằng ngôn ngữ LabView, sơ đồ
thuật toán mô tả trên Hình 2.3 [8][18].
2.1.2. Thay đổi cấu trúc hệ thống che chắn, dẫn dòng nơtron
Năm 2003, KS3 sau một thời gian không sử dụng đã được khôi phục để bố trí
hệ đo trùng phùng gamma - gamma. 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
nghiên cứu phân rã gamma nối tầng. Cấu trúc của hệ thống thí nghiệm được
mô tả chi tiết trong các tài liệu tham khảo [10][17]. Đến năm 2010, do yêu
cầu qui hoạch lại không gian của kênh và tăng độ an toàn bức xạ của lò phản
ứng nên các thiết bị che chắn phóng xạ, dẫn dòng nơtron cần phải được thiết
kế, chế tạo lại cho phù hợp với yêu cầu mới. Các nội dung công việc mà tác
giả cùng nhóm thực hiện đề tài đã thực hiện gồm có [9]:
1. Tháo dỡ tường bao xung quanh KS3;
2. Thay cơ cấu đóng dòng nơtron bằng nước bởi thiết bị đóng dòng cơ học
mới được làm từ nhôm và các vật liệu che chắn nơtron;
3. Thiết kế, chế tạo lại các chuẩn trực và thiết bị kín nước cho kênh;
4. Lắp đặt lại khối cản xạ ở miệng kênh để đảm bảo an toàn bức xạ;
5. Thiết kế, chế tạo khối chắn chùm nơtron.
Các thiết bị mới sau khi chế tạo đã được lắp đặt vào KS3 và cân chỉnh để đảm
bảo: dòng nơtron đi qua đúng vị trí đặt mẫu đo, tâm của các đetectơ bán dẫn
và mẫu cùng nằm trên một đường thẳng, dòng nơtron sau khi đi qua mẫu sẽ
kết thúc ở tâm của khối chặn dòng nơtron. Sơ đồ bố trí các thiết bị được lắp
đặt mới trên kênh được mô tả trên Hình 2.4.
42
152
80
Chuẩn
trực
Cản
20
xạ
3
Chắn
dòng
Thiết
bị
kín
nước
thứ 1
Thiết bị
chuẩn
trực và
đóng
dòng
1500
Bàn thí
nghiệm,
buồng chì,
các detector
và ray dẫn
hướng
3150
Phin lọc Si
Hình 2. 4 Sơ đồ lắp đặt thiết bị bên trong và ngoài KS3.
2.2. Xác lập các tham số cho hệ trùng phùng gamma-gamma
Trong sử dụng hệ phổ kế trùng phùng, chọn lựa các tham số cho hệ là một
trong những khâu quan trọng quyết định đến chất lượng của số liệu thu được.
Ở nước ngoài, công việc này thường do các nhóm điện tử thực hiện. Ở Việt
Nam công việc này thường dựa vào kinh nghiệm của người sử dụng hệ đo.
Dựa trên các kết quả khảo sát về sự phụ thuộc của số liệu đo vào các tham số
của hệ, nhóm nghiên cứu đã đưa ra một phương pháp để chọn lựa các tham số
tối ưu cho hệ. Phương pháp đã được công bố trong công trình [2][68]. Nội
dung của phương pháp như sau:
Thông tin thu được với một hệ trùng phùng “sự kiện - sự kiện” được phân làm
hai loại, thông tin có ích và thông tin nhiễu. Các thông tin này sẽ được thể
hiện trên các phổ năng lượng và thời gian thu được. Các tham số thiết lập cho
một hệ trùng phùng sự kiện-sự kiện được coi là tối ưu khi diện tích các đỉnh
quan tâm thu được trên toàn bộ số đếm thu được là cực đại và độ phân giải
thời gian tốt nhất. Do đó nếu gọi F là hàm đặc trưng cho chất lượng của số
liệu thu được thì với hệ trùng phùng sự kiện-sự kiện, hàm F sẽ phụ thuộc vào
các tham số của các khối TFA và CFD. Các tham số được chọn giữa hai kênh
càng tốt thì phổ thu được càng đối xứng. Về mặt nguyên tắc, khi các tham số
được chọn là tối ưu, tỉ số diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần trong chế độ có
43
điều khiển và không điều khiển (hoặc trên tổng số đếm thu được) sẽ đạt giá trị
cực đại. Do diện tích đỉnh và số đếm thu được phụ thuộc vào tham số của hệ,
n
F
f
(
f
f
)
nên ta có thể biểu diễn F qua các giá trị này như sau:
Sum
Peak
i
cp
(2. 1)
i
1
f
Sum
f
cs
f
s
Trong đó: là tỷ số giữa tốc độ đếm tổng có điều khiển trên tốc độ
f
f
Peak
đếm tổng khi không điều khiển;
i
cp
f
p
i
là tỷ số giữa tốc độ đếm tại đỉnh thứ i trong trường
hợp có điều khiển và không điều khiển. Phương pháp trên đã được xây dựng
thành quy trình trình bày trong phụ lục 1.
2.3. Xây dựng hàm hiệu suất
Với hệ đo trùng phùng gamma - gamma, ngoài sự phụ thuộc phức tạp vào
năng lượng của tia gamma, mật độ, số khối trung bình của vật liệu làm
đetectơ và hình học đo, hiệu suất của hệ còn phụ thuộc vào sự tương quan
hiệu suất của từng đetectơ và xác suất xảy ra trùng phùng giữa các sự kiện
xuất hiện ở hai đetectơ.
Giả sử hai tia gamma 1 và 2 trùng phùng với nhau và có năng lượng tương
ứng là E01 và E02. Hai tia này có phân bố biên độ xung là f1(E1-E01) và f2(E2-
E02) tương ứng với các đỉnh năng lượng toàn phần có độ rộng đỉnh là 1 và
2. Mô tả toán học cho sự đóng góp của hai tia gamma này vào đỉnh tổng có
dạng fs(E1+E2-E)0s và độ rộng đỉnh tổng là s được thiết lập ở vị trí E0s =
E01+E02. Các hàm f1 và f2 có dạng phân bố chuẩn và có mức đóng góp tương
ứng với hiệu suất vào đỉnh toàn phần là 1 và 2.
44
Nhân f1, f2 và lấy tích phân theo E2 ta thu được phân bố xung tại đỉnh tổng
2
2
2
s
1
tương ứng với tia 1. Độ rộng s1 của đỉnh được xác định theo công thức [33]:
s
1
2
2
2
s
1
2
1
(2. 2)
Kết quả này cho thấy độ rộng đóng góp vào đỉnh tổng hẹp hơn so với phổ đơn
kênh tương ứng. Độ phân giải năng lượng tốt nhất thu được (s1 và
2s) là:
1
s
s
2
2
1
2
2
1
2
(2. 3) .
Trong trường hợp này, các đỉnh trong phổ trùng phùng tổng tương ứng với 1
và 2 có độ rộng bằng nhau. Cả hai đỉnh đều hẹp hơn so với trong trường hợp
phổ đơn kênh.
Nếu quá trình hiệu chỉnh hệ đo tối ưu sao cho hai phổ năng lượng đối xứng
2 ln 2 /
nhau, hiệu suất trùng phùng s1 của 1 là:
s
1
2
2
2
1 2
s
2
s
1
(2. 4)
Như vậy, các diện tích đỉnh của từng kênh trong các phổ nối tầng bậc hai thu
)
(
(
E
)
được từ các phản ứng bắt nơtron nhiệt được chuẩn hiệu suất với hệ số:
ES
(
1
E
)
2
B
n
f
E
(2. 5)
Trong đó: Bn và Ef là năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân và năng
lượng mức cuối của nối tầng, 1 và 2 là hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần
tích luỹ được với từng kênh.
Như vậy, bài toán xác định hiệu suất ghi trùng phùng của hệ quay về bài toán
xác định hàm hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần theo năng lượng của từng
đetectơ [76].
45
Thực nghiệm xây dựng hàm hiệu suất với hệ trùng phùng gamma – gamma tại
Viện NCHN đã sử dụng bia mẫu NH4Cl được nén với áp suất 2 tấn/cm3. Bia
mẫu có dạng hình đĩa, đường kính 1,5 cm, dày 2 mm. Phép đo phông được
thực hiện trong 12 giờ, phép đo với bia mẫu được tiến hành trong 10 giờ.
Diện tích các đỉnh trong phổ gamma tức thời của Cl36 được tính bằng chương
trình Colegram. Để xác định hiệu suất ghi tương đối tại các đỉnh năng lượng
toàn phần, các diện tích đỉnh sau khi xử lý được chuẩn theo diện tích và
tương đối của từng đetectơ được khớp từ số liệu thực nghiệm theo phương
cường độ phát của đỉnh 517,08 keV cho từng đetectơ. Hàm hiệu suất ghi
pháp bình phương tối thiểu. Quá trình khớp với từng hàm sẽ được lặp theo
phương pháp Levenberg Marquardt cho đến khi hội tụ (giá trị 2 đạt cực tiểu).
Quá trình khớp được thực hiện trên phần mềm Origin 7.5.
Hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần của các đetectơ thường có dạng đa
thức bậc cao với các hệ số được xác định từ thực nghiệm [43][74]. Các hàm
log (
)
a
log(
E
)
[log(
E
2
)]
(2.6), (2.7) và (2.8) được sử dụng trong quá trình khớp.
E
a
1
2
a
3
n
log (
)
log
, (2. 6)
E
a
i
, (2. 7)
E
1022
i
0
i
)
(
)
(
)
(
0
0
0
EE
a
EE
a
EE
a
3
5
7
(
E
)
a
1
ea
2
ea
6
ea
4
(2. 8)
Việc sử dụng hàm tuyến tính (2.6), (2.7) hay hàm phi tuyến (2.8) là phụ thuộc
vào giá trị thực nghiệm trên dải năng lượng cần xác định hiệu suất. Thực
nghiệm cho thấy hàm hiệu suất phụ thuộc chính vào các đetectơ.
46
Phần II. NGHIÊN CỨU PHÂN RÃ GAMMA NỐI TẦNG CỦA CÁC
HẠT NHÂN 49Ti, 52V VÀ 59Ni
2.4. Chuẩn bị bia mẫu 49Ti, 52V và 59Ni
Bia mẫu 49Ti, 52V và 59Ni được sử dụng trong nghiên cứu phân rã gamma nối
tầng ở dạng kim loại hoặc oxyt kim loại, đây là những bia mẫu tự nhiên, độ
giàu bia mẫu đạt 99,99%, độ phổ biến đồng vị và tiết diện bắt nơtron nhiệt
của các đồng vị này được trình bày trong bảng 2.1. Hình 2.5 là ảnh chụp của
các bia mẫu. Thông số chi tiết của các bia mẫu như sau:
- Bia mẫu titan được làm từ titan kim loại, có dạng hình tròn, đường kính
2 cm, dày 0,5 cm, khối lượng 7,02 gam;
- Bia mẫu vanadi được nén từ V2O5 dạng hình tròn, đường kính 2,2 cm,
dày 0,5 cm, khối lượng 11,61 gam;
- Bia mẫu niken là niken kim loại, có dạng tấm kích thước 2,2 cm 2,4
cm 0,6 cm, khối lượng 28,19 gam.
a) b) c)
a) bia mẫu titan, b) bia mẫu vanadi, c) bia mẫu niken.
Hình 2. 5 Hình ảnh của các bia mẫu.
Bảng 2. 1 Độ phổ biến đồng vị và tiết diện bắt nơtron nhiệt của các đồng vị
trong bia mẫu [25].
Stt Bia mẫu Tiết diện bắt
nơtron (barn)
1 Titan Đồng vị
trong mẫu
46Ti Độ phổ biến
đồng vị (%)
8,25 0,6000
47
2 Vanadi
Niken 3
47Ti
48Ti
49Ti
50Ti
50V
51V
58Ni
60Ni
61Ni
62Ni
64Ni
7,44
73,72
5,41
5,18
0,25
99,75
68,08
26,22
2,50
14,50
0,93
1,6000
7,9000
1,9000
0,1790
21,0000
4,9000
4,6000
2,9000
1,1399
3,6345
1,5800
2.5. Thu thập số liệu phân rã gamma nối tầng của 49Ti, 52V và 59Ni
Thực nghiệm nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân được tiến
hành trên KS3 của LPUHNDL, thông lượng của chùm nơtron tại vị trí chiếu
mẫu ~106 n/cm2/s tỉ số nơtron nhiệt đo với 197Au trong trường hợp có bọc cadmi
và không bọc cadmi ~ 900 (hộp Cadmi dày 1mm). Hệ đo có cấu hình như Hình
1.5. Hình 2.6 là hình chụp thực của hệ thực nghiệm.
Hình 2. 6 Hình chụp của hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại Viện NCHN.
48
Các tham số của hệ đo được chọn theo phương pháp đã trình bày trong phần 2.2.
Các giá trị tham số cụ thể được trình bày trong bảng 2.2.
Bảng 2. 2 Giá trị các tham số của hệ đo được chọn.
THAM SỐ KÊNH NĂNG LƯỢNG
Tham số của khuếch đại Cao thế
(kV)
Đetectơ GC2018
1,75
Đetectơ EGPC20 2,50
- Gain: 11,3
- Coarse gain: 20
- Shaping time: 3s
- Gain: 3,8
- Coarse gain: 100
- Shaping time: 3s
THAM SỐ KÊNH THỜI GIAN
THAM SỐ TFA
Coarse gain Fine gain
Đetectơ GC2018 Dif
(ns)
200 6 8
Đetectơ EGPC20 Max 200 1
Int
(ns)
Out
(500)
Out
(500)
THAM SỐ CFD
Ngưỡng (mV)
40
20
30 20
30
30 Đetectơ CG2018
Đetectơ EGPC20
Độ trễ
CF (ns)
Chương trình đo được đặt ở chế độ trùng phùng sự kiện-sự kiện, số liệu được
lưu tự động trên đĩa cứng của máy tính và xử lý sau.
Số liệu phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni được đo
tích lũy theo thời gian. Thời gian đo của 49Ti là 300 giờ, của 52V là 280 giờ và
của 59Ni là 400 giờ. Thời điểm tiến hành các thí nghiệm là thời điểm các đợt
chạy lò theo lịch chạy lò của Viện NCHN, các đợt tháng 03, 04, 05, 06/2010;
10, 11, 12/2010 và 01, 02, 03, 04/2011.
49
2.6. Xử lý số liệu thực nghiệm
Số liệu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng sau khi đo được xử lý theo
phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng [10][18]. Sơ đồ thuật toán
xử lý của phương pháp được mô tả trên hình 2.7. Chương trình xử lý phổ là
chương trình Gacasd 2.4 do nhóm nghiên cứu tự xây dựng, các hướng dẫn và
Thư viện
Phổ kênh A
Phổ kênh B
Các hệ số chuẩn năng
lượng của từng kênh
1B
1A
Chuẩn các cặp sự kiện
trùng phùng
Phổ tổng
C1 = 1A + 1B
nA
nB
Các
cặp sự
kiện
trùng
phùng
đã
chuẩn
Ecn . . .Ec1
1A và 1B thỏa
E1 + E2 = Ei ∆Eci
chi tiết sử dụng được trình bày trong các tài liệu [9] [10][17].
Ecn
Ec1
Phổ nối tầng
Phổ nối tầng
bậc hai thứ 1
Phổ nối tầng
bậc hai thứ n
.......
Hiệu chỉnh hiệu
suất
Hiệu chỉnh hiệu
suất
Hiệu chỉnh
hiệu suất
Phổ nối tầng
bậc hai ...
Phổ nối tầng
bậc hai thứ n đã
hiệu chỉnh hiệu
suất
Phổ nối tầng
bậc hai thứ 1 đã
hiệu chỉnh hiệu
suất
Hình 2. 7 Thuật toán xử lý số liệu.
50
*. Tạo phổ từng kênh: thông tin lưu trữ từ thực nghiệm của một file số liệu
gồm 4 cột. Hai giá trị mã biên độ ở cột 3 và cột 4 mang thông tin về năng
lượng, giá trị mã biên độ ở cột 2 mang thông tin về thời gian (độ lệch thời
Mã biên độ mang
thông tin thời gian
Mã biên độ mang
Mã biên độ mang thông
tin năng lượng bậc 3
thông tin năng lượng
của kênh 2
Mã biên độ mang thông
tin năng lượng của kênh 1
gian giữa hai sự kiện).
Hình 2. 8 Mô tả file lưu trữ các mã biên độ.
Tạo phổ từng kênh được thực hiện bằng việc cộng dồn các file lưu trữ mã
biên độ. Đường cong xuất hiện tỷ lệ với xác suất ghi nhận của từng năng
lượng cũng như thời gian trùng phùng.
*. Chuẩn năng lượng: chuẩn năng lượng được thực hiện dựa vào phổ từng
kênh. Sử dụng thông tin năng lượng từ thư viện (n, ) cung cấp, chọn những
dịch chuyển mạnh và các dịch chuyển nằm trên toàn dải năng lượng cần quan
tâm. Chương trình chuẩn theo phương pháp bình phương tối thiểu đến bậc 4
[10][17], sau đó tự động dịch chuyển theo tỷ lệ kênh/keV để thuận lợi cho
việc xử lý sau này. Trong thực nghiệm đo đạc, kết quả xác định vị trí đỉnh có
những sai số nhất định và các đỉnh này được xác định với sai số khoảng từ 0,5
2 keV phụ thuộc vào quá trình chuẩn số liệu và phụ thuộc và độ tuyến tính
của khuếch đại phổ và ADC.
51
*. Tạo phổ tổng: Từ phổ năng lượng đã được chuẩn, thống kê số lần xuất
hiện các cặp mã biên độ của hai đetectơ. Đường cong thể hiện số lần xuất hiện
giá trị tổng E1+ E2 chính là phổ tổng (E1 là mã biên độ của đetectơ 1 đã chuẩn
năng lượng, E2 là mã biên độ từ đetectơ 2 đã chuẩn năng lượng). Trong phổ
tổng cũng xuất hiện những đỉnh liên quan đến quá trình huỷ cặp. Độ rộng của
các đỉnh phổ trong phổ tổng do chất lượng của đetectơ và sự cân bằng của hệ
4
1
2
10
số biến đổi năng lượng bị hấp thụ của lượng tử thành chỉ số kênh. Nếu độ
KK
K
1
sai khác tương đối của hệ số biến đổi là thì độ rộng của các
đỉnh phổ được xác định bởi năng lượng của các dịch chuyển [10][17].
*. Tạo phổ nối tầng
Các dịch chuyển nối tầng có cùng năng lượng tổng cộng EC = E1 + E2 khi bị
hấp thụ hoàn toàn bởi hai đetectơ sẽ được ghi vào một đỉnh của phổ tổng. Từ
các số liệu về biên độ mà tổng của chúng rơi vào phần đỉnh của phổ tổng sẽ
xây dựng nên phổ nối tầng. Như vậy về nguyên tắc thì phổ nối tầng chỉ chứa
các đỉnh hấp thụ toàn phần và không chứa các phân bố liên tục do tán xạ
Compton gây nên. Từ một đỉnh của phổ tổng sẽ tạo ra được một phổ nối tầng.
Sau khi hiệu chỉnh hiệu suất ghi ta thu được các thông tin cần quan tâm như
diện tích đỉnh (tỷ lệ với cường độ dịch chuyển nối tầng), vị trí của đỉnh (năng
lượng dịch chuyển).
2.7. Xây dựng sơ đồ phân rã và xác định các đặc trưng lượng tử
2.7.1. Xây dựng sơ đồ phân rã
Để xây dựng được sơ đồ phân rã, cần xác định dịch chuyển là sơ cấp hay thứ
cấp. Với phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng, sơ đồ phân rã
được xây dựng theo quy tắc sau [13][18]:
52
1) Nếu một tia gamma xuất hiện trong hai phổ nối tầng trở lên được xem là
các chuyển dời gamma sơ cấp, các dịch chuyển nối tầng tương ứng sẽ là
dịch chuyển gamma thứ cấp tạo ra. Mức trung gian sẽ có năng lượng
bằng Bn-E, Bn là năng lượng kích thích của hạt nhân hợp phần khi phân
rã gamma;
2) Trường hợp cả hai tia gamma của một dịch chuyển nối tầng chỉ xuất hiện
duy nhất trong một phổ nối tầng, việc lựa chọn dịch chuyển sơ cấp hay
i) Thứ tự dịch chuyển là khả dĩ nhất khi trong sơ đồ mức có thể đưa
thứ cấp có thể tham khảo từ kết quả phép đo (n, ) theo các quy tắc sau:
vào nhiều nhất các dịch chuyển, mà dịch chuyển đó không thể xếp
ii) Sự sai lệch giữa tổng năng lượng của dịch chuyển thứ cấp và năng
được theo thuật toán đã nêu trên;
iii) Tổng cường độ các dịch chuyển thứ cấp về mức trung gian giả định
lượng mức cuối Ef là nhỏ nhất;
không khác nhiều so với các mức bên cạnh đo bằng phương pháp
(n, 2).
Bên cạnh đó, xây dựng sơ đồ mức theo phương pháp (n, 2) cần có một số
điều kiện sau:
1) Cường độ nối tầng phải lớn hơn 10-4 phân rã/s;
2) Năng lượng mức cuối phải nhỏ hơn 2 MeV.
2.7.2. Xác định các đặc trưng lượng tử
Quy tắc chọn lựa spin, bậc đa cực và độ chẵn lẻ được xác định theo điều kiện
2
(1.18) và (1.19). Vì tỷ số giữa xác suất dịch chuyển của bậc đa cực L+1 và
3
R
L
(2
3)
bậc đa cực L xấp xỉ (R là bán kính hạt nhân) [4], nên thường trong
53
thực nghiệm chỉ có thể đo được các đa cực bậc thấp và có thể bỏ qua các đa
cực bậc cao. Thực nghiệm chứng tỏ các kết quả sau [4][31]:
1) Không tồn tại đơn photon ứng với dịch chuyển đơn cực E0;
2) Dịch chuyển lưỡng cực điện E1 có xác suất lớn nhất;
3) Nếu dịch chuyển hỗn hợp thì thường chỉ gồm hai thành phần với bậc đa
cực sai khác nhau một đơn vị;
4) Không có dịch chuyển hỗn hợp của hai bức xạ cùng loại;
5) Nếu trong dịch chuyển hỗn hợp, đa cực bậc thấp nhất L đã tương ứng
với bức xạ từ thì bức xạ hỗn hợp có đa cực L + 1 phải là bức xạ điện;
6) Nếu trong dịch chuyển có đa cực bậc thấp nhất L đã là dịch chuyển
điện thì dịch chuyển từ với bậc đa cực L+1 thường không xảy ra;
7) Đối với một dịch chuyển hỗn hợp xác định thì tỷ số cường độ của các
thành phần M(L) và E(L+1) là hằng số và chỉ phụ thuộc vào cấu trúc
bên trong hạt nhân mà không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài;
8) Với cùng một giá trị L thì xác suất dịch chuyển điện lớn hơn 10 – 102
lần. Nguyên nhân của điều này là do tương tác từ yếu hơn tương tác
điện khá nhiều;
9) Khi bậc đa cực tăng và năng lượng của lượng tử gamma giảm thì xác
suất dịch chuyển giảm, thời gian sống sẽ tăng lên.
2.8. Đánh giá xác suất và hàm lực dịch chuyển gamma
Có nhiều phương pháp để đánh giá xác suất và hàm lực dịch chuyển gamma
[37][40]. Trong nghiên cứu này, các hạt nhân được chọn nghiên cứu là những
hạt nhân trung bình, có số nucleon gần với các số magic, về mặt lý thuyết có
thể áp dụng mẫu lớp để giải thích cấu trúc của các hạt nhân này. Vì vậy, các
54
kết quả của mẫu đơn hạt được sử dụng để tính xác suất và hàm lực dịch
chuyển gamma cho các hạt nhân này.
Áp dụng các công thức (1.30)(1.32) để tính xác suất dịch chuyển và các
công thức (1.42)(1.45) để tính hàm lực chuyển dời gamma. Xét với các hạt
nhân 49Ti, 52V và 59Ni ta có:
6
T =1.3726×10 E
3
γ
E1
γ
-5
T =1.3050×10 E
5
γ
E2
γ
4
Xác suất dịch chuyển điện từ:
- Với 49Ti:
T =3.1483×10 E
3
γ
M1
γ
-7
T =2.9934×10 E
5
γ
M2
γ
(2. 9)
6
T =1.4280×10 E
3
γ
E1
γ
-5
T =1.4127×10 E
5
γ
E2
γ
- Với 52V:
4
T =3.1483×10 E
3
γ
M1
γ
-7
T =3.1143×10 E
5
γ
M2
γ
(2. 10)
6
T =1.5535×10 E
3
γ
E1
γ
-5
T =1.6717×10 E
5
γ
E2
γ
- Với 59Ni:
4
T =3.1483×10 E
3
γ
M1
γ
-7
T =3.3879×10 E
5
γ
M2
γ
(2. 11)
E
( 1)
M E
( 1)
11
90.3753 10
3
E
E
( 2)
M E
( 2)
Hàm lực dịch chuyển gamma:
- Với 49Ti:
23
859.3239 10
5
E
M M
( 1)
M
( 1)
11
2.0734 10
3
E
(2. 12)
55
E
( 1)
M E
( 1)
11
94.0274 10
3
E
E
( 2)
M E
( 2)
- Với 52V:
23
930.1791 10
5
E
M M
( 1)
M
( 1)
11
2.0734 10
3
E
(2. 13)
E
( 1)
M E
( 1)
11
102.2870 10
3
E
E
( 2)
M E
( 2)
- Với 59Ni:
23
1100.7740 10
5
E
M M
( 1)
M
( 1)
11
2.0734 10
3
E
(2. 14)
2.9. Kết luận chương
Chương hai trình bày việc thay đổi giao diện, thay đổi thiết kế kênh số 3, bia
mẫu thực nghiệm, phương pháp xây dựng sơ đồ phân rã, phương pháp đánh
giá xác suất và hàm lực dịch chuyển gamma theo mẫu đơn hạt. Các kết quả
chính của chương gồm:
- Thiết kế giao diện cho hệ đo bằng PCI 7811R;
- Phương pháp khảo sát và lựa chọn các tham số của hệ đo;
- Phương pháp xây dựng hàm chuẩn hiệu suất;
52V và 59Ni;
- Nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân 49Ti,
- Phương pháp xây dựng sơ đồ phân rã và xác định các đặc trưng lượng
tử;
- Cách tính xác suất dịch chuyển và hàm lực dịch chuyển gamma theo
mẫu đơn hạt.
56
Chương ba
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả hoàn thiện hệ thống thực nghiệm
3.1.1. Kết quả cải thiện giao diện
Sau khi thay giao diện cũ bằng giao diện PCI 7811R, các thông số đạt được
như sau:
- Thời gian thu thập dữ liệu đã giảm từ 500 ns xuống còn 100 ns cho cả 4
đường tín hiệu. Tổng thời gian chết của hệ đo dưới 12 s (nếu đặt
sharping time của khuếch đại phổ ở 3 s). Cụ thể, tổng thời gian đạt
đỉnh của khuếch đại phổ, thời gian biến đổi của ADC và thời gian đọc
ghi của giao diện: 5,4 s + 5,9 s + 0,10 s = 11,4 s;
- Ngoài chức năng giao diện của hệ trùng phùng sự kiện - sự kiện, PCI
7811R còn cấu hình ở chế độ làm giao diện đa kênh điều khiển, thu
nhận số liệu đồng thời từ 3 ADC. Hệ có thể sử dụng ở chế độ trùng
phùng sự kiện - sự kiện hoặc 3 phổ kế đa kênh tích hợp trong các ứng
dụng đo phổ thông thường.
- Chương trình điều khiển được thiết kế chạy dưới môi trường Windows,
có giao diện thân thiện, dễ sử dụng. Hình 3.1 và hình 3.2 là giao diện
của chương trình chạy ở chế độ MCA và chạy ở chế độ trùng phùng.
Các chức năng của chương trình như sau:
Chế độ MCA: cho phép hiển thị đồng thời các phổ của ba kênh, báo các nút
điều khiển, cho phép lưu dữ liệu đo được, chế độ đọc và hiệu chỉnh thời gian
chết cũng được bổ sung thêm so với các giao diện được thiết kế và lắp đặt
trước đây.
57
Hình 3.1 Giao diện ở chế độ MCA.
Chế độ trùng phùng: cho phép thay đổi một số tham số của hệ, các cửa sổ
hiển thị giá trị tức thời của các ADC, phổ tổng…. Trong chế độ trùng phùng,
các tham số điều khiển quá trình đóng mở Gate của các ADC được thiết lập từ
phần mềm với độ chính xác đến nanô giây (so với phiên bản trước các giá trị
này vào cỡ micro giây). Trên cửa sổ chính bổ sung thêm chức năng hiện phổ
tổng giúp người dùng quan sát trực tiếp và hiệu chỉnh các tham số hệ thống.
Hình 3. 2 Giao diện của chương trình ở chế độ trùng phùng.
58
Kết quả thử nghiệm giao diện mới trên nguồn 60Co và bia 36Cl cho thấy giao
diện đã hoạt động đúng nguyên tắc thiết kế và hoàn toàn đáp ứng được các
yêu cầu về giao diện của một hệ phổ kế trùng phùng sự kiện-sự kiện. Ngoài
ra, nếu được trang bị đầy đủ các conector, giao diện có thể điều khiển thu
nhận số liệu cho từ 4 đến 16 kênh đo đồng thời. Sau ba năm sử dụng, hệ luôn
hoạt động ổn định, không xảy ra trình trạng treo làm mất dữ liệu. Các hạn chế
về bộ nhớ, thời gian chết và hiệu chỉnh, các lỗi treo do chất lượng mạch in
hay nhiễu điện lưới đã hoàn toàn được khắc phục. Hình 3.3 là phổ tổng đang
trong quá trình đo với phản ứng Cl35(n, 2)Cl36.
Hình 3.3 Phổ tổng của Cl35(n, 2)Cl36 đo thử nghiệm với giao diện PCI
7811R.
3.1.2. Kết quả về phông của hệ đo
Phổ phông của từng kênh đo được trình bày trên Hình 3.4 và Hình 3.5. Giá trị
tích phân của số đếm phông trong dải năng lượng 250 keV đến hơn 8 MeV đo
59
khi kênh mở và lò hoạt động ở công suất 500 kW có giá trị 283,5 số đếm/giây
đối với kênh sử dụng đetectơ GC2018 và 321,5 số đếm/giây đối với kênh sử
dụng đetectơ EGPC20. Theo công bố trước đây, tốc độ đếm là 294 số
đếm/giây đối với đetectơ GC2018 và 396 số đếm/giây đối với đetectơ
EGPC20 [10].
Theo công thức tính trùng phùng ngẫu nhiên: N = 2N1.N2
trong đó N là số sự kiện trùng phùng ngẫu nhiên, N1 và N2 là số sự kiện ngẫu
nhiên ở hai đầu dò. Như vậy giá trị phông tại vị trí đặt bia mẫu đã được giảm
xuống, giá trị này đảm bảo cho trùng phùng ngẫu nhiên của hệ không vượt
quá 0,5 sự kiện trùng phùng/giây khi sử dụng TAC với dải 500 ns, còn nếu
chọn cửa sổ thời gian là 50 ns thì tốc độ trùng phùng ngẫu nhiên sẽ là 0,05 sự
kiện/giây, đây là yếu tố quan trọng quyết định sự thành công của thực
nghiệm.
Hình 3. 4 Phổ phông của kênh sử dụng đetectơ GC2018, đo khi kênh mở và
lò hoạt động ở công suất 500 kW.
60
Hình 3. 5 Phổ phông của kênh sử dụng đetectơ EGPC20, đo khi kênh mở và
lò hoạt động ở công suất 500 kW.
3.1.3. Kết quả về lựa chọn tham số cho hệ đo
Sau khi lựa chọn các tham số của hệ theo phương pháp trong phần 2.2, số liệu
giữa các kênh đo trong chế độ trùng phùng đã trở nên tương đồng. Số liệu
đánh giá tỉ số đỉnh giữa các kênh khi đo với phản ứng 35Cl(n, 2)Cl36 được
trình bày trên bảng 3.1. Độ phân giải thời gian của hệ đạt 14,3 ns. Hình 3.6 là
phổ thời gian của hệ khi đo với 60Co, hình 3.7 là các phổ trùng phùng của
từng kênh khi đo với 36Cl trong hai trường hợp tham số không tối ưu và tối
ưu.
Bảng 3. 1 Tỉ số đỉnh giữa các kênh trong trường hợp đo với
phản ứng 35Cl(n, 2)Cl36
Các tham số Các tham số Năng lượng (keV) tương đồng không tương đồng
0,981 0,003 0,6220,007 517,08
61
786,03 0,9520,005 0,7840,008
1327,42 0,9460,008 0,9760,012
2311,41 1,0000,011 1,2450,016
3061,86 0,8710,012 1,6240,018
3821,58 0,9300,015 1,5130,023
4979,71 1,1640,016 1,6010,026
5715,19 1,0070,016 1,6750,028
6110,85 0,9880,016 1,7420,029
6627,75 0,9230,024 1,7980,043
7413,95 0,9610,042 1,9040,075
m
ế
đ
ố
S
Kênh
7790,32 0,8680,067 2,0700,116
Hình 3. 6 Phổ thời gian của 60Co (cửa sổ trùng phùng đặt 100 ns, ADC 1k).
62
10000
1st channel
2nd channel
1st channel
2nd channel
1000
t
1000
m
ế
đ
ố
S
n
u
o
C
1000
t
n
u
o
C
m
ế
đ
ố
S
C
o
u
n
m
ế
đ
ố
S
t
100
100
100
10
10
0
2000
6000
8000
4000
0
2000
6000
8000
4000
keV
keV
a) Chỉnh chưa đúng các tham số thời gian;
b) Đã hiệu chỉnh đúng các tham số thời gian.
Hình 3. 7 Phổ năng lượng ở hai kênh.
3.1.4. Kết quả xác định hàm hiệu suất
Hiệu suất ghi tương đối của hệ khi đo với bia 36Cl được trình bày trong bảng
3.2. Hình 3.8 là đồ thị biểu diễn các đường cong hiệu suất ghi tương đối của
hệ.
Bảng 3. 2 Hiệu suất tương đối của các đetectơ theo năng lượng [12]
Đetectơ EGPC20 (%) Đetectơ GC2018 (%)
E(keV) Chuẩn theo 517,08 keV của Cl36 Chuẩn theo 517,08 keV của Cl36
100,00 (218) 100,00(178) 517,08
76,01(190) 60,96(139) 788,43
55,26(162) 40,57(113) 1162,78
45,47(147) 27,94(94) 1601,08
33,74(127) 25,82(90) 1959,36
22,30(103) 14,40(67) 2863,82
18,86(95) 11,93(61) 3061,86
63
4979,71 10,89(72) 08,88(53)
5715,19 06,02(53) 04,43(37)
6627,75 04,75(46) 03,66(34)
7413,95 02,58(35) 02,05(26)
7790,32 01,76(29) 01,27(20)
1 .1
------- H P G e I
1 .0
H P G e II
0 .9
0 .8
0 .7
0 .6
)
E
0 .5
(
0 .4
0 .3
0 .2
0 .1
0 .0
0
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
E (k eV )
Hình 3. 8 Hiệu suất ghi tương đối của hai đetectơ.
(Đường đứt nét: hiệu suất của đetectơ EGPC20, đường liền nét: hiệu suất của
đetectơ GC2018.)
Từ số liệu trong bảng 3.2, làm khớp theo phương pháp bình phương tối thiểu,
hàm hiệu suất ghi của các kênh đo có dạng như sau [12]:
(
E
397.79)
(
397.79)
(
397.79)
460.90
E
2263.19
E
2263.19
(
E
)
0.00019 0.47792
e
1.0217
e
0.35837
e
- Với đetectơ EGPC20:
Giá trị hệ số tương quan (correlation coefficient) r2 = 0,997, 2 = 0,00029.
(3. 1)
(
E
397.79)
(
397.79)
(
397.79)
305.88
E
2674.94
E
2674.94
(
E
)
0.01028 0.85991
e
0.85913
e
0.41317
e
- Với đetectơ GC2018:
(3. 2)
64
Giá trị hệ số tương quan (correlation coefficient) r2 = 0,998, 2 = 0,00014.
3.2. Kết quả ghi nhận phổ tổng và phổ nối tầng
Hình 3.9, hình 3.10 và hình 3.11 là phổ tổng của 49Ti, 52V và 59Ni. Số sự kiện
trùng phùng thu được với 49Ti là ~30106, 52V là ~55106 và 59Ni là ~33106;
số đếm thống kê tại đỉnh tổng 8142,50 keV của 49Ti là >10.000 số đếm, tại
đỉnh tổng 7310,68 keVcủa 52V là > 6.000 và với đỉnh tổng 8999,14 keV của
59Ni là > 6.000 số đếm. Bảng 3. 3 trình bày tham số của các đỉnh tổng.
Bảng 3. 3 Các tham số của đỉnh tổng [52][53][55].
TT FWHM
(keV) Số đếm
thống
kê Năng
lượng
đỉnh tổng
(keV)
Năng
lượng
mức
cuối
(keV)
0
Các đỉnh tổng
của 49Ti
Các đỉnh tổng
của 52V
Các đỉnh tổng
của 59Ni
5
4
4
4
4
5
5
5
4
4
3
5
5
5
4
4
4 8142,50
6761,08
6419,04
3260,38
3175,64
7310,68
7293,52
7162,83
6874,51
6517,34
1793,38
8999,14
8660,04
8533,53
3181,70
2893,66
2415,41 1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6 >10.000
>25.500 1381,42
1723,46
>6.000
0
>6.000
0
>5.000
0
>6.000
17,16
>5.500
147,85
>6.200
436,34
>6.100
793,34
>8.000
0
>8.300
0
>6.000
339,36
>5.400
465,37
>5.500
0
>6.400
0
>6.700
0
>6.900 Spin, độ
chẵn lẻ
mức
cuối
7/2-
3/2-
3/2-
7/2-
7/2-
3+
2+
4+
2+, 3+
2+, 3+
3+
3/2-
1/2-
1/2-
3/2-
3/2-
3/2-
Đo đạc thực nghiệm với thời gian dài, kết quả ở bảng 3.3 cho thấy các phổ
tổng của 3 hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni có số đếm khá lớn, điều này đảm bảo ảnh
hưởng của sai số thống kê trong việc đóng góp vào kết quả tính cường độ các
chuyển dời là không đáng kể. Độ rộng cực đại nửa chiều cao của các đỉnh
65
tổng nằng trong khoảng từ 45 keV, do đó năng lượng các phổ nối tầng có sai
4 0 0 0
,
V
e
k
2
4
.
1
8
3
1
=
f
E
V,
e
k
8
0
.
1
6
7
6
3 5 0 0
V
e
V
k
e
6
k
4
6
.
9
3
.
2
2
2
7
7
1
1
=
=
f
E
f
E
,
V
V,
e
e
k
k
4
4
0
0
.
.
9
9
1
1
4
4
6
6
3 0 0 0
V
e
k
2
1
V
.
2
e
8
k
8
4
0
=
=
f
f
E
E
V,
V
e
e
k
k
8
8
3
3
.
0
.
6
0
2
6
3
2
3
V
e
k
6
V
8
e
.
6
k
6
0
9
4
=
f
=
E
f
E
,
V
V,
e
k
e
k
4
4
1
1
.
.
5
5
7
7
1
1
3
3
2 5 0 0
2 0 0 0
số nhỏ.
m
ế
r
đ
e
t
ố
n
S
u
o
C
1 5 0 0
V
e
k
0
=
f
E
V,
e
k
0
5
.
2
4
1
8
1 0 0 0
5 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
E (ke V )
.
,
1400
.
V
e
k
4
3
9
3
7
=
f
E
V
e
k
4
3
7
1
5
6
1200
.
.
1000
,
,
,
800
V
e
k
4
3
6
3
4
=
f
E
V
e
k
1
5
.
4
7
8
6
V
e
k
5
8
7
4
1
=
f
E
V
e
k
3
8
.
2
6
1
7
,
Hình 3. 9 Một phần phổ tổng của 49Ti.
r
e
m
t
n
ế
u
đ
o
C
ố
S
600
V
e
k
0
=
f
E
V
e
k
8
6
.
0
1
3
7
V
e
k
6
1
.
7
1
=
f
E
V
e
k
2
5
.
3
9
2
7
400
200
6400
6600
6800
7000
7200
7400
E (keV)
Hình 3. 10 Một phần phổ tổng của 52V.
66
1000
l
i
800
l
e
p
a
c
s
e
e
g
n
S
-
-
-
e
p
a
c
s
e
e
b
u
o
D
2
/
1
,
600
l
2
/
3
,
V
e
k
0
=
i
f
e
p
a
c
s
e
e
g
n
S
E
m
ế
t
n
đ
u
o
ố
C
S
400
2
/
1
,
V
e
k
7
3
.
5
6
4
=
f
V
e
k
0
1
.
9
3
3
=
E
f
E
200
0
7800
8000
8200
8400
8600
8800
9000
9200
E (keV)
Hình 3. 11 Một phần phổ tổng của 59Ni.
400
E1+E2=8142.50 keV
2
4
.
1
8
3
1
8
0
.
1
6
7
6
300
200
Hình 3.12, hình 3.13 và hình 3.14 là phổ nối tầng tương ứng với đỉnh tổng Bn
của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni.
m
t
n
u
ế
o
đ
C
ố
S
100
4
4
.
6
8
5
1
6
0
.
6
5
5
6
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
E(keV)
Hình 3. 12 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 8142,50 keV của 49Ti.
67
200
E1+E2 = 7310,68 keV
150
0
3
,
6
3
4
9
0
,
5
7
8
6
4
4
,
8
5
5
1
6
9
,
2
5
7
5
4
3
,
3
9
7
5
3
,
5
4
8
100
4
0
,
5
6
4
6
5
0
,
8
1
5
6
m
ế
t
n
đ
u
ố
o
C
S
50
3
9
,
8
7
5
5
7
4
,
5
9
7
1
7
9
,
2
9
8
5
2
4
,
8
1
4
1
6
4
,
2
3
7
1
3
9
,
6
1
5
5
9
8
,
1
1
2
5
1
5
,
9
6
1
2
8
8
,
2
4
1
5
1
5
,
1
0
1
2
6
8
,
3
9
9
4
5
5
,
7
2
4
2
3
5
,
7
1
3
2
5
8
,
4
8
8
4
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
E(keV)
120
100
E1+E2=8999,14 keV
3
5
,
3
3
5
8
7
3
,
5
6
4
80
t
60
2
5
,
1
2
1
8
n
u
o
C
Hình 3. 13 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 7310,68 keV của 52V.
m
ế
đ
ố
S
7
3
,
8
7
8
1
5
,
40
8
3
,
,
9
4
7
9
6
7
,
2
4
1
4
7
4
,
7
4
,
,
2
0
3
1
,
,
4
4
3
4
3
4
,
,
6
4
,
,
5
4
4
4
4
8
2
4
,
3
8
5
6
1
8
1
3
20
5
1
4
2
7
1
8
5
5
3
4
5
6
4
2
1
3
5
0
5
0
4
6
8
6
3
4
6
5
3
0
5
9
4
5
1
7
4
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
E(keV)
Hình 3. 14 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 8999,14 keV của 59Ni.
68
3.3. Kết quả số liệu phân rã nối tầng của 49Ti, 52V và 59Ni
3.3.1. Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng
Năng lượng và cường độ của các dịch chuyển nối tầng được xác định từ các
phổ nối tầng bậc hai tương ứng với các đỉnh tổng trong phổ tổng. Giá trị
cường độ được xác định theo công thức (1.3), hiệu suất được hiệu chỉnh theo
công thức (3.1) và (3.2). Sai số trong xác định năng lượng của dịch chuyển
gamma phụ thuộc vào sai số của quá trình chuẩn năng lượng và làm khớp
đỉnh, giới hạn của dụng cụ đo. Sai số cường độ được tính theo công thức
truyền sai số với sự đóng góp của 2 thành phần sai số là sai số thống kê, sai số
do chuẩn hiệu suất. Kết quả về năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng
của các đồng vị nghiên cứu được trình bày trong các bảng 3.4, bảng 3.5 và
bảng 3.6.
Bảng 3. 4 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong
phản ứng 48Ti(n, 2)49Ti [52].
Chuyển dời Chuyển dời Cường độ Năng lượng
sơ cấp thứ cấp chuyển dời mức trung gian
EL (keV) E1(keV) E2 (keV) I( I) (%)
Đỉnh tổng 8142,50 keV, Ef = 0 keV
6761,08(101) 1381,42 1381,42(070) 46,300(269)
6556,06(079) 1586,44 1585,44(083) 5,919(312)
Đỉnh tổng 6761,08 keV, Ef = 1381,42 keV
6419,04(078) 1723,46 341,29(050) 4,145(437)
4966,86(098) 3175,64 1793,47(089) 2,703(213)
4713,83(122) 3428,67 2046,50(092) 0,494(104)
4353,78(133) 3788,72 2405,54(105) 0,468(231)
69
3920,73(164) 4221,77 2839,60(121) 1,561(311)
3026,62(135) 5115,88 3733,71(156) 2,626(376)
Đỉnh tổng 6419,04 keV, Ef = 1723,46 keV
3920,73(164) 4221,77 2498,55(113) 0,999(102)
3475,68(164) 4666,82 2943,61(132) 2,175(78)
3026,62(135) 5115,88 3389,66(154) 1,045(94)
Đỉnh tổng 3260,38 keV, Ef = 0 keV
1498,43(077) 1761,95 1761,46(071) 10,203(167)
1674,45(054) 1585,93 1585,44(083) 2,292(134)
Đỉnh tổng 3175,64 keV, Ef = 0 keV
1793,47(089) 1381,67 1381,42(070) 7,324(209)
Bảng 3. 5 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong
phản ứng 51V(n, 2)52V [54].
Chuyển dời Chuyển dời Cường độ Năng lượng
sơ cấp thứ cấp chuyển dời mức trung gian
EL (keV) E1(keV) E2 (keV) I( I) (%)
7310,68 keV, Ef = 0 keV
6875,09(102) 435,59 436,30(055) 2,913(35)
6518,05(094) 792,63 793,34(062) 3,700((40)
6465,04(098) 845,64 845,35(064) 4,324(43)
5892,97(142) 1417,71 1418,42(077) 2,511(33)
5752,96(123) 1557,72 1558,44(088) 9,461(64)
5578,93(104) 1731,75 1732,46(089) 0,487(14)
70
5516,93(076) 1793,75 1795,47(092) 0,855(19)
5211,89(089) 2098,79 2101,51(114) 0,974(20)
5142,88(098) 2167,80 2169,51(121) 0,540(15)
4993,86(102) 2316,82 2317,53(124) 0,294(11)
4884,85(114) 2425,83 2427,55(146) 0,435(14)
7293,52 keV, Ef = 17,16 keV
6875,09(102) 435,59 419,30(052) 1,849(28)
6465,04(098) 845,64 823,35(063) 4,433(44)
5892,97(142) 1417,71 1401,42(077) 1,317(24)
5516,93(076) 1793,75 1778,47(089) 3,776(40)
5211,89(089) 2098,79 2083,50(112) 0,837(19)
5142,88(098) 2167,80 2146,51(121) 3,382(38)
4884,85(114) 2425,83 2410,54(132) 0,802(19)
4452,80(146) 2857,88 2842,60(145) 0,871(19)
3579,69(165) 3730,99 3716,71(168) 0,625(16)
7162,83 keV, Ef = 147,85 keV
6875,09(102) 435,59 295,28(049) 1,130(22)
6518,05(094) 792,63 645,33(060) 7,957(58)
6465,04(098) 845,64 698,33(059) 1,229(23)
5752,96(123) 1557,72 1410,42(078) 1,569(26)
5551,93(101) 1758,75 1612,45(054) 0,732(18)
5211,89(089) 2098,79 1953,49(095) 1,780(28)
5142,88(098) 2167,80 2021,50(102) 0,949(20)
71
4452,80(146) 2857,88 2710,58(165) 0,581(16)
6874,51 keV, Ef = 436,34 keV
6518,05(094) 792,63 356,29(051) 0,978(20)
5892,97(142) 1417,71 982,37(066) 0,539(15)
5516,93(076) 1793,75 1358,41(073) 4,012(41)
5211,89(089) 2098,79 1664,45(054) 1,669(27)
6517,34 keV, Ef = 793,34 keV
5516,93(076) 1793,75 1002,37(070) 1,654(27)
5211,89(089) 2098,79 1307,41(072) 1,262(23)
4884,85(114) 2425,83 1634,45(056) 0,954(20)
1793,38 keV, Ef = 0 keV
1358,41(073) 437,05 436,30(055) 0,018(3)
1002,37(070) 793,10 793,34(062) 0,025(4)
Bảng 3. 6 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong
phản ứng 58Ni(n, 2)59Ni [53].
Chuyển dời Chuyển dời Cường độ Năng lượng
sơ cấp thứ cấp chuyển dời mức trung gian
EL (keV) E1(keV) E2 (keV) I( I) (%)
8999,14 keV, Ef = 0 keV
8533,53(146) 465,61 465,37(052) 18,425(70)
8121,52(138) 877,62 878,37(078) 4,800(72)
7697,51(133) 1301,63 1302,38(098) 1,705(95)
72
6583,49(121) 2415,65 2415,41(134) 0,934(99)
5817,47(103) 3181,67 3181,42(147) 1,290(89)
5435,47(082) 3563,68 3564,43(132) 1,177(96)
5312,46(088) 3686,68 3686,43(132) 0,751(94)
4950,46(091) 4048,69 4050,44(097) 1,147(87)
4284,44(093) 4714,70 4715,45(095) 0,927(99)
8660,04 keV, Ef = 339,36 keV
6105,48(113) 2893,66 2554,41(143) 4,341(70)
5817,47(103) 3181,67 2843,41(163) 5,015(96)
5312,46(088) 3686,68 3347,42(153) 1,280(103)
8533,53 keV, Ef = 465,37 keV
6583,49(121) 2415,65 1950,40(132) 2,474(92)
4858,45(086) 4140,69 3676,43(120) 3,706(76)
3181,70 keV, Ef = 0 keV
2843,41(163) 338,29 339,36(049) 2,367(83)
2717,41(157) 464,29 465,37(052) 2,974(81)
2304,40(129) 877,30 878,37(078) 2,578(76)
1993,40(138) 1188,30 1188,38(077) 5,627(81)
1880,39(135) 1301,31 1302,38(098) 2,237(74)
1447,39(103) 1734,72 1735,39(121) 2,388(107)
2893,66 keV, Ef = 0 keV
73
2554,41(143) 339,27 339,36(049) 1,739(73)
2016,40(121) 877,28 878,37(078) 3,609(106)
1703,39(113) 1190,29 1188,38(077) 0,555(62)
2415,41 keV, Ef = 0 keV
1950,40(132) 464,20 465,37(052) 4,539(107)
1537,39(114) 877,21 878,37(078) 4,611(71)
1226,38(083) 1188,22 1188,38(077) 2,738(111)
Kết quả thực nghiệm đã đo được năng lượng tia gamma và cường độ tương
đối các chuyển dời, cụ thể [52][53][54][55]:
- Với 49Ti đã đo được năng lượng 23 tia gamma; sắp xếp 14 cặp chuyển
dời nối tầng; xác định cường độ chuyển dời của các cặp chuyển dời;
- Với 52V đã đo được năng lượng 49 tia gamma; sắp xếp 36 cặp chuyển
dời nối tầng; xác định cường độ chuyển dời của các cặp chuyển dời;
- Với 59Ni đã đo được năng lượng 37 tia gamma; sắp xếp 26 cặp chuyển
dời nối tầng; xác định cường độ chuyển dời của các cặp chuyển dời.
3.3.2. Kết quả sắp xếp các dịch chuyển gamma nối tầng vào sơ đồ mức
Mức thực nghiệm được sắp xếp theo nguyên tắc ở mục 2.7.1, spin và độ chẵn
lẻ xác định theo nguyên tắc ở mục 1.3.3; đồng thời để xác định chính xác spin
theo dịch chuyển điện hoặc từ và bậc đa cực theo mẫu lớp thì cần chú ý đến
xác suất dịch chuyển ở mục 2.7.2 (spin phụ thuộc vào cường độ chuyển dời).
Phương pháp xác định spin của từng mức với từng hạt nhân cụ thể được trình
bày ở phụ lục 4. Kết quả trình bày ở bảng 3.7, bảng 3.8 và bảng 3.9. Hình
3.15, hình 3.16 và hình 3.17 là sơ đồ mức của 49Ti, 52V và 59Ni.
74
Bảng 3. 7 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của 49Ti [52].
EL EL E1 E2
(keV) (keV) (keV) (keV) Dịch
chuyển
spin theo
LANL Dịch
chuyển
spin theo
LANL Dịch
chuyển
spin theo
thực
nghiệm Dịch
chuyển
spin theo
thực
nghiệm
6761,08 1/2+3/2- 1/2+3/2- 1381,42 1381,42 3/2-/2- 3/2-/2-
0
0
6556,06 1/2+3/2- 1/2+3/2- 1586,44 1585,44 3/2-/2- 3/2-/2-
Đỉnh tổng 8142,50 keV
6419,04 1/2+1/2- 1/2+1/2- 1723,46 341,29 1/2-/2- 1/2-2- 1381,42
4966,86 1/2+1/2- 1/2+1/2- 3175,64 1793,47 1/2-3/2- 1/2-3/2- 1381,42
Đỉnh tổng 6761,08 keV
4713,83 1/2+1/2+ 1/2+3/2- 3428,67 2046,50 1/2+/2- 3/2-2- 1381,42
4353,78 1/2+1/2+ 1/2+3/2- 3788,72 2405,54 1/2+/2- 3/2-2- 1381,42
3920,73 1/2+1/2- 1/2+1/2- 4221,77 2839,60 1/2-/2- 1/2-2- 1381,42
3026,62 1/2+1/2- 1/2+1/2- 5115,88 3733,71 1/2-/2- 1/2-2- 1381,42
3920,73 1/2+1/2- 1/2+1/2- 4221,77 2498,55 1/2-/2- 1/2-3/2- 1723,46
3475,68 1/2+1/2- 1/2+1/2- 4666,82 2943,61 1/2-/2- 1/2-3/2- 1723,46
3026,62 1/2+1/2- 1/2+1/2- 5115,88 3389,66 1/2-/2- 1/2-3/2- 1723,46
Đỉnh tổng 6419,04 keV
Đỉnh tổng 3260,38 keV
75
0
1498,43 1/2-3/2- 1/2-5/2- 1761,95 1761,46 3/2-/2- 5/2-/2-
0
1674,45 1/2-3/2- 1/2-3/2- 1585,93 1585,44 3/2-/2- 3/2-/2-
1793,47 1/2-3/2- 1/2-3/2- 1381,67 1381,42 3/2-/2- 3/2-/2-
0
Đỉnh tổng 3175,64 keV
8142.50 (1/2+)
8000
7000
6000
5000
)
4000
5115.88(1/2-)
4666.82(1/2-)
4221.77(1/2-)
3788.72(1/2+)
V
e
k
(
E
3000
3428.67(1/2+)
3260.38(1/2-)
3175.64(1/2-)
2000
1000
0
Ghi chú: (E1: năng lượng chuyển dời sơ cấp, E2: năng lượng chuyển dời thứ
cấp, EL: năng lượng mức dưới.)
1761.95(3/2-)
1723.46(1/2-)
1584.44(3/2-)
1381.42(3/2-)
0 (7/2-)
Hình 3. 15 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 49Ti và spin, độ chẵn lẻ của các
mức.
Bảng 3. 8 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của 52V [55].
76
EL EL E E
Đỉnh tổng 7310,68 keV
0
6875,09 3-,4-2+,3+ 3-,4-2+ 435,59 436,30
2+3+
0
6518,05 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 792,63 793,34
3+3+
0
6465,04 3-,4-3+,4+ 3-,4-4+ 845,64 845,35
4+3+
0
3+3+
5892,97 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 1417,71 1418,42
(keV) (keV) (keV) (keV) Dịch chuyển
spin theo
thực
nghiệm Dịch
chuyển
spin theo
LANL Dịch
chuyển
spin theo
thực
nghiệm Dịch
chuyển
spin
theo
LANL
0
5752,96 3-,4-2-,3- 3-,4-4+ 1557,72 1558,44
4+3+
0
3+
5578,93 3-,4-2+,4+ 3-,4-? 1731,75 1732,46
0
2+3+
5516,93 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 1793,75 1795,47
0
3+3+
5211,89 3-,4-2+,3+ 3-,4-4+ 2098,79 2101,51
0
4+3+
5142,88 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 2167,80 2169,51
0
4993,86 3-,4-2-,3- 3-,4-? 2316,82 2317,53
?3+
0
3+
4884,85 3-,4-23+ 3-,4-? 2425,83 2427,55
Đỉnh tổng 7293,52 keV
17,16
6875,09 3-,4-2+,3+ 3-,4-2+ 435,59 419,30
2+2+
22,29
6465,04 3-,4-3+,4+ 3-,4-4+ 845,64 823,35
4+5+
17,16
3++
5892,97 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 1417,71 1401,42
17,16
3+2+
5516,93 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 1793,75 1778,47
77
17,16
3++
5211,89 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 2098,79 2083,50
22,29
3+5+
5142,88 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 2167,80 2146,51
17,16
4884,85 3-,4-23+ 3-,4-? 2425,83 2410,54
?+
4452,80 3-,4-3+
17,16
3-,4-? 2857,88 2842,60
3+2+
?+
3579,69 3-,4-3+
17,16
3-,4-3+ 3730,99 3716,71
3+2+
3+2+
Đỉnh tổng 7162,83 keV
140,30
6875,09 3-,4-2+,3+ 3-,4-2+ 435,59 295,28
147,30
6518,05 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 792,63 645,33
147,30
6465,04 3-,4-3+,4+ 3-,4-4+ 845,64 698,33
147,30
5752,96 3-,4-2+,3+ 3-,4-4+ 1557,72 1410,42
147,30
5551,93 3-,4-2-,3- 3-,4-2+ 1758,75 1612,45
147,30
5211,89 3-,4-2+,3+ 3-,4-4+ 2098,79 1953,49
147,30
5142,88 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 2167,80 2021,50
4452,80 3-,4-3+
147,30
3-,4-? 2857,88 2710,58
Đỉnh tổng 6874,51 keV
435,59
6518,05 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 792,63 356,29
435,59
5892,97 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 1417,71 982,37
435,59
5516,93 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 1793,75 1358,41
435,59
5211,89 3-,4-2+,3+ 3-,4-4+ 2098,79 1664,45
Đỉnh tổng 6517,34 keV
78
792,63
5516,93 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 1793,75 1002,37
792,63
5211,89 3-,4-2+,3+ 3-,4-3+ 2098,79 1307,41
792,63
4884,85 3-,4-23+ 3-,4-? 2425,83 1634,45
Đỉnh tổng 1793,38 keV
1358,41
437,05 436,30
2+
0
1002,37
793,10 793,34
3+
0
7310.68 (3-,4-)
7000
6000
5000
)
4000
3730.99 (3+)
V
e
k
(
E
3000
2000
1000
2857.88 (3+)
2425.83 (2+,3+)
(2-, 3-)
2316.82 (2-,4-)
2167.80 (2+,3+)
2098.79 (2+,3+)
1793.75 (2+,3+)
(2-, 3-)
1758.75 (3-,5-)
1557.72 (2-,3-)
1417.71 (2+,3+)
845.64 (3+,4+)
793.10 (2+,3+)
0
435.59 (2+,3+)
146.30 (4+)
21.29 (5+), 15.29 (2+)
52V 3+
Hình 3. 16 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 52V và spin, độ chẵn lẻ của các
mức.
79
Bảng 3. 9 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của 59Ni [53].
EL
(keV) EL
(keV) E1
(keV) E2
(keV) Dịch chuyển
spin theo
thực nghiệm Dịch chuyển
spin theo
thực nghiệm Dịch
chuyển
spin theo
LANL Dịch
chuyển
spin
theo
LANL
8533,53
1/2+1/2-
1/2+1/2- 465,61 465,37
1/2-3/2-
1/2-3/2- 0,00
8121,52
1/2+1/2-
1/2+3/2- 877,62 878,37
1/2-3/2-
3/2-3/2- 0,00
7697,51
1/2+1/2-
1/2+1/2- 1301,63 1302,38
1/2-3/2-
1/2-3/2- 0,00
6583,49
1/2+3/2-
1/2+3/2- 2415,65 2415,41
3/2-3/2-
3/2-3/2- 0,00
5817,47 1/2+3/2-, 1/2- 1/2+3/2+ 3181,67 3181,42 1/2-, 3/2-3/2- 3/2+3/2- 0,00
Đỉnh tổng 8999,14 keV
5435,47
0,00
1/2+1/2-
1/2+ 3563,68 3564,43
1/2-3/2-
?3/2-
5312,46
1/2+3/2-
1/2+3/2+ 3686,68 3686,43 1/2-,3/2-3/2- 3/2+3/2- 0,00
4950,46
4048,69 4050,44
?
0,00
1/2+1/2-
1/2-3/2-
4284,44
0,00
1/2+1/2-
1/2+ 4714,70 4715,45
1/2-3/2-
?3/2-
6105,48
1/2+3/2-
1/2+3/2- 2893,66 2554,41
3/2-1/2-
3/2-5/2- 339,10
5817,47 1/2+3/2-, 1/2- 1/2+3/2+ 3181,67 2843,41
3/2-1/2-
3/2-5/2- 339,10
5312,46
1/2+3/2-
1/2+3/2+ 3686,68 3347,42
3/2-1/2-
3/2+5/2- 339,10
Đỉnh tổng 8660,04 keV
6583,49
1/2+3/2-
1/2+3/2- 2415,65 1950,40
3/2-1/2-
3/2-1/2- 465,37
Đỉnh tổng 8533,53 keV
4858,45
1/2+3/2-
1/2+ 4140,69 3676,43
3/2-1/2-
1?1/2- 465,37
2843,41
3/2-1/2-
3/2+5/2- 339,27 339,36
1/2-3/2-
5/2-3/2- 0,00
2717,41
3/2-1/2-
3/2+1/2- 465,61 465,37
1/2-3/2-
1/2-3/2- 0,00
Đỉnh tổng 3181,70 keV
80
2304,40
3/2-1/2-
3/2+3/2- 877,62 878,37
1/2-3/2-
3/2-3/2- 0,00
1993,40
3/2-1/2-
3/2+5/2- 1188,38 1188,38
1/2-3/2-
5/2-3/2- 0,00
1880,39
3/2-1/2-
3/2+1/2- 1301,31 1302,38
1/2-3/2-
1/2-3/2- 0,00
1447,39
1/2-3/2-
3/2- 1734,72 1735,39
3/2-1/2-
3/2-1/2- 0,00
2554,41
3/2-1/2-
3/2-5/2- 339,27 339,36
1/2-3/2-
5/2-3/2- 0,00
2016,40
3/2-1/2-
3/2-/2- 877,62 878,37
1/2-3/2-
3/2-3/2- 0,00
1703,39
3/2-1/2-
3/2-5/2- 1190,29 1188,38
1/2-3/2-
5/2-3/2- 0,00
Đỉnh tổng 2893,66 keV
1950,40
3/2-1/2-
3/2-1/2- 465,61 465,37
1/2-3/2-
1/2-3/2- 0,00
1537,39
3/2-1/2-
3/2-3/2- 877,62 878,37
1/2-3/2-
3/2-3/2- 0,00
1226,38
3/2-1/2-
3/2-5/2- 1188,22 1188,38
1/2-3/2-
5/2-3/2- 0,00
8999.14 (1/2+)
9000
8000
7000
6000
5000
)
4000
V
e
k
(
E
3000
4714.70 (1/2-)
4140.69 (3/2-)
4048.69 (1/2-)
3686.68 (1,2-,3/2-)
3563.68 (1/2-)
3181.70 (1/2-,3/2-)
2893.68 (3/2-)
2000
1000
2415.65 (3/2-)
1446.31 (1/2-)
1301.63 (1/2-)
1188.309 (1/2-)
877.62 (1/2-)
465.61 (1/2-)
339.27 (1/2-)
0
Ni59 3/2-
59Ni 3/2-
Ground State
Đỉnh tổng 2415,41 keV
Hình 3. 17 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 59Ni và spin, độ chẵn lẻ của các
mức.
81
Kết quả ở thực nghiệm này đã bổ sung được spin, độ chẵn lẻ và mức của 3 hạt
nhân mà LANL, đồng thời có một số khác biệt về giá trị spin và độ chẵn lẻ.
Cụ thể [52][53][54][55]:
Hạt nhân 49Ti: kết quả thực nghiệm và lý thuyết cho thấy xác định xác suất
dịch chuyển điện từ từ Bn về các mức 3428,67 keV và 3788,72 keV không
phải là dịch chuyển lượng cực điện mà là dịch chuyển lưỡng cực từ. Theo số
liệu từ thư viện LANL hai mức này có spin và độ chẵn lẻ là 3/2-, trong thực
nghiệm này xác định hai mức này có spin và độ chẵn lẻ là 1/2+.
Hạt nhân 52V: Thực nghiệm cho thấy các chuyển dời từ Bn về các mức
1557,72 keV, 1758,75 keV và 2316,82 keV là chuyển dời lượng cực từ. Kết
quả spin và độ chẵn lẻ các mức như sau: 1557,72 keV(2-, 3-), 1758,75 keV(2-,
3-) và 2316,82 keV(2-, 3-). Cũng trong nghiên cứu này đã bổ sung spin và độ
chẵn lẻ một số mức: 1731,75 keV (2+, 4+), 2425,83 keV (2+, 3+), 2857,88 keV
(3+).
Hạt nhân 59Ni: Thực nghiệm xác định được hai tia gamma 4950,46 keV và
4050,44 keV là cặp chuyển dời nối tầng từ Bn về mức cơ bản và đã xác định
mức mới cho cặp chuyển dời này là mức 4048,69 keV (1/2-). Hai tia gamma
này chưa được xếp vào sơ đồ mức trong thư viện, nếu theo kết quả thu được
có thể xem tia gamma có năng lượng 4950,46 keV là sơ cấp và tia gamma
năng lượng 4050,44 keV là tia gamma thứ cấp. Về bổ sung spin và độ chẵn lẻ
các mức: 3563,68 keV(1/2-), 4048,69 keV(1/2-), 4140,69 keV (3/2-) và
4714,70 kev (1/2-).
3.4. Hệ số rẽ nhánh và xác suất dịch chuyển điện từ
3.4.1. Hệ số rẽ nhánh
Hệ số rẽ nhánh của một mức được xác định như là xác suất dịch chuyển của
các tia gamma đóng góp vào một mức năng lượng nào đó. Sử dụng công thức
82
(1.39) để xác định hệ số rẽ nhánh bằng thực nghiệm, kết quả được trình bày
trong các bảng 3.10, bảng 3.11 và bảng 3.12.
Bảng 3. 10 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân 49Ti
thu được từ phản ứng 48Ti(n, 2)49Ti.
Hệ số rẽ nhánh từ thực nghiệm Mức trên
(keV) E
(keV) (B.Rγi) (%)
6761,08 67,655(393)
6556,06 8,650(465)
6419,04 6,057(639)
4966,86 3,950(311)
8142,50 4713,83 0,721(152)
4353,78 0,684(337)
3920,73 3,741(478)
3475,68 3,178(114)
3026,62 5,364(567)
3733,71 71,537(800) 5115,88 3389,66 28,463(200)
2839,60 60,962(753) 4221,77 2498,55 39,038(247)
1674,45 18,346(445) 3260,38 1498,43 81,654(555)
Bảng 3. 11 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân 52V
thu được từ phản ứng 51V(n, 2)52V [55].
Mức trên Hệ số rẽ nhánh từ thực nghiệm E
(keV) (keV) (B.Rγi) (%)
6875,09 8,255(84) 7310,68 6518,05 17,701(122)
83
6465,04 13,990(109)
5892,97 6,118(72)
5752,96 15,453(128)
5578,93 0,682(24)
5551,93 1,026(29)
5516,93 14,425(115)
5211,89 9,136(84)
5142,88 6,823(76)
4993,86 0,412(19)
4884,85 3,069(51)
4452,80 2,033(60)
3579,69 0,875(27)
2842,60 60,006(551) 2857,88 2710,58 39,994(449)
2427,55 19,877(261)
2410,54 36,593(354) 2425,83
1634,45 43,530(386)
2169,51 11,084(207)
2146,51 69,442(518) 2167,80
2021,50 19,474(275)
2101,51 14,937(175)
2083,50 12,831(162)
1953,49 27,300(236) 2098,79
1664,45 25,586(229)
1307,41 19,346(199)
84
1358,41 38,970(41)
1002,37 16,247(65) 1793,75 1795,47 8,269(288)
1778,47 36,514(606)
1558,44 85,774(711) 1557,72 1410,42 14,226(289)
1418,42 57,508(457)
1401,42 1417,71 30,149(331)
982,37 12,343(348)
845,35 43,296(393)
823,35 845,64 44,394(398)
698,33 12,310(209)
793,34 29,426(40)
645,33 792,63 62,846(711)
356,29 7,729(249)
436,30 49,587(52)
419,30 436,30 31,289(532)
295,28 19,124(416)
Bảng 3. 12 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân 59Ni
thu được từ phản ứng 58Ni(n, 2)59Ni.
Mức trên Hệ số rẽ nhánh từ thực nghiệm E
(keV) (keV) (B.Rγi) (%)
8533,53 38,410(56)
8121,52 8999,14 10,005(56)
7697,51 3,554(77)
85
6583,49 5,157(74)
6583,49 1,946(8)
6105,48 9,049(56)
5817,47 2,688(72)
5817,47 10,455(78)
5435,47 2,453(78)
5312,46 1,566(77)
5312,46 2,668(83)
4950,46 2,39(7)
4858,45 7,726(62)
4284,44 1,933(8)
3686,43 36,977(484) 3686,68 3347,42 63,023(516)
3181,42 4,013(136)
2843,41 22,971(194)
2717,41 9,254(127)
2304,40 8,023(132) 3181,67
1993,40 17,507(133)
1880,39 6,959(121)
1735,39 7,429(162)
2554,41 31,276(337)
2016,40 32,457(331) 2893,66
1703,39 4,992(341)
2415,41 4,185(23) 2415,65 1950,40 31,437(328)
86
1537,39 20,667(194)
1226,38 12,275(248)
3.4.2. Kết quả tính xác suất dịch chuyển theo mẫu đơn hạt
Ba hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni là những hạt nhân trung bình, áp dụng mẫu đơn
hạt để so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm. Kết quả tính và so sánh xác suất
dịch chuyển điện từ giữa lý thuyết và thực nghiệm được trình bày ở bảng
3.13, bảng 3.14 và bảng 3.15. Hình 3.18, hình 3.19, hình 3.20 là xác suất dịch
chuyển E1 từ Bn.
* Với 49Ti
E,M
E,M
E1
M1
γT
γT
γT
γT
Bảng 3. 13 Xác suất dịch chuyển điện từ của 49Ti từ Bn về mức cơ bản theo
phản ứng 48Ti(n, 2)49Ti so sánh lý thuyết và thực nghiệm [52].
E
E,M
E,M
Mức
trên
/
γT
γT
(keV)
(1015)
(1015)
(keV)
lý thuyết
(%)
thực nghiệm
(%)
---
6761,08
424,21
27,90
70,76 (39)
0,39
---
6556,06
386,78
25,44
9,05 (46)
2,81
---
6419,04
363,03
23,87
6,34 (64)
3,77
8142,50
---
4966,86
168,18
11,06
4,13 (31)
2,68
---
3920,73
82,73
5,44
2,39 (48)
2,28
---
3475,68
57,63
3,79
3,32 (11)
1,14
---
3026,62
38,05
2,50
4,01 (57)
0,62
4713,83
3,30
55,93
31,04(15)
1,80
8142,50
4353,78
2,60
44,07
68,96(34)
0,64
5115,38 3733,71
---
1,64
57,20
71,54(80)
0,80
87
---
1,23
42,80
28,46(20)
1,50
3389,66
---
0,72
59,48
60,96(75)
0,98
2839,6
4221,27
---
0,49
40,52
39,04(25)
1,04
2498,55
---
0,15
58,25
18,35(45)
3,18
1674,45
3260,08
---
0,11
41,75
81,65(56)
0,51
1498,43
TE1
1,0
Lý thuyết
0,9
Thực nghiệm
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
E(keV)
Hình 3. 18 Xác suất dịch chuyển E1 của 49Ti từ Bn.
* Với 52V
E,M
E,M
E1
M1
γT
γT
γT
γT
Bảng 3. 14 Xác suất dịch chuyển điện từ của 52V từ Bn về mức cơ bản theo
phản ứng 51V(n, 2)52V so sánh lý thuyết và thực nghiệm [54].
E
E,M
E,M
Mức
trên
/
γT
γT
(keV)
(1015)
(1015)
(keV)
lý thuyết
(%)
thực nghiệm
(%)
88
---
6875,09
464,06
16,55
10,71(84)
1,55
---
6518,05
395,45
14,10
13,60(122)
1,04
---
6465,04
385,88
13,76
15,89(109)
0,87
---
5892,97
292,24
10,42
9,23(72)
1,13
---
5752,96
271,90
9,70
34,77(128)
0,28
---
8,55
7310,68
5516,93
239,79
3,14(115)
2,72
---
7,21
3,58(84)
2,01
5211,89
202,18
---
6,93
1,98(76)
3,49
5142,88
194,25
---
5,94
1,60(51)
3,71
4884,85
166,45
---
4,50
3,20(60)
1,40
4452,8
126,08
---
2,34
2,30(27)
1,02
3579,69
65,51
---
5578,93
247,97
7,14
33,7(12)
1,10
---
7310,68
5551,93
244,38
7,03
49,0(24)
0,74
---
4993,86
177,85
5,12
17,3(13)
1,53
---
2842,6
0,89
7,2310-1
53,56
60,01(551)
2857,88
---
2710,58
1,16
6,2710-1
46,44
39,99(449)
---
2427,55
4,5010-1
43,77
19,88(261)
2,20
---
2425,83
2410,54
4,4110-1
42,90
36,59(354)
1,17
---
1634,45
1,3710-1
13,33
43,53(386)
0,31
---
2169,51
3,23
3,2210-1
36,06
11,08(207)
2167,80
---
2146,51
0,50
3,1110-1
34,83
69,44(518)
89
2021,50
1,49
---
2,6010-1
29,12
19,47(275)
2101,51
---
2,9210-1
35,96
14,94(175)
2,41
2083,5
---
2,8510-1
35,10
12,83(162)
2,74
2098,79
1953,49
---
2,3510-1
28,94
27,30(236)
1,06
1664,45
---
1,4510-1
17,86
25,59(229)
0,70
1307,41
---
7,0410-2
8,67
19,37(199)
0,45
1795,47
---
1,8210-1
38,76
38,97(41)
4,67
1778,47
---
1,7710-1
37,69
16,25(65)
1,03
1793,75
1358,41
---
7,8910-2
16,80
8,27(288)
0,43
1002,37
---
3,1710-2
6,75
36,51(606)
0,42
1558,44
0,67
---
1,1910-1
57,40
85,77(711)
1557,72
1410,42
3,00
---
8,8310-2
42,60
14,23(289)
1418,42
1,03
---
8,9810-2
43,53
57,51(457)
0,86
---
1417,71
1401,42
8,6710-2
42,03
30,15(331)
982,37
1,59
---
2,9810-2
14,44
12,34(348)
845,35
0,93
---
1,9010-2
40,17
43,30(39)
---
845,64
823,35
0,84
1,7610-2
37,21
44,39(39)
698,33
1,84
---
1,0710-2
22,62
12,31(20)
793,34
2,09
---
1,5710-2
61,38
29,43(40)
792,63
645,33
0,53
---
8,4610-3
33,07
62,85(71)
90
356,29
0,72
---
1,4210-3
5,55
7,73(49)
436,3
0,92
---
2,6110-3
45,46
49,59(52)
435,59
419,3
1,29
---
2,3210-3
40,41
31,29(32)
295,28
0,74
---
8,1110-4
14,13
19,12(46)
T
E1
0,20
0,18
0,16
Lý thuyết
Thực nghiệm
0,14
0,12
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
E(keV)
Hình 3. 19 Xác suất dịch chuyển E1 của 52V từ Bn.
* Với 59Ni
E1
M1
E,M
E,M
γT
γT
γT
γT
Bảng 3. 15 Xác suất dịch chuyển điện từ của 59Ni từ Bn về mức cơ bản theo
phản ứng 58Ni(n, 2)59Ni so sánh lý thuyết và thực nghiệm [53].
E
Mức
E,M
E,M
/
γT
γT
trên
(keV)
lý thuyết
thực nghiệm
(1015)
(1015)
91
(%)
(%)
(keV)
8533,50
965,37
21,08
42,7(11)
0,49
---
---
18,17
11,1(8)
1,64
8121,50
832,18
---
15,47
4,0(3)
3,87
7697,50
708,53
---
9,68
3,5(5)
2,77
6583,50
443,28
---
7,72
10,1(8)
0,76
6105,50
353,56
---
6,68
8,2(5)
0,81
8999,14
5817,50
305,85
---
5,45
2,7(2)
2,02
5435,50
249,47
---
5,09
4,4(3)
1,16
5312,50
232,91
---
4,12
2,7(2)
1,53
4950,50
188,47
---
3,89
8,6(4)
0,45
4858,50
178,16
---
2,67
2,1(2)
1,27
4284,40
122,18
02
57,2
3686,40
---
1,55
3686,68
01
3347,40
---
42,8
0,68
36,97(48)
2843,40
---
30,01
30,2(16)
0,99
7210-2
2717,40
---
21,43
12,2(18
1,76
6310-2
---
3181,67
2304,40
18,70
10,5(8)
1,78
3910-2
1993,40
---
11,41
23,0(12)
0,50
2510-2
1880,40
---
7,38
9,1(7)
0,81
2110-2
63,02(56)
92
6,20
9,8(6)
0,63
---
1735,40
1610-2
01
4,87
5,3(6)
0,92
---
3181,40
55,92
59,3(11)
0,94
---
2554,40
5210-2
2893,68
2016,40
27,50
35,2(10)
0,78
---
2610-2
1703,40
16,58
5,4(12)
3,07
---
1610-2
E1
γT
0.45
Lý thuyết
0.40
Thực nghiệm
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000
E(keV)
Hình 3. 20 Xác suất dịch chuyển E1 của 59Ni từ Bn.
Từ số liệu các bảng 3.13, bảng 3.14 và bảng 3.15 cho thấy xác suất dịch
chuyển gamma của các hạt nhân được nghiên cứu phù hợp với dự đoán của
mẫu đơn hạt. Cụ thể [52][53][54]:
- Hạt nhân 49Ti có tỉ số xác suất dịch điện từ giữa lý thuyết và thực
nghiệm dao động trong khoảng từ 0,35 đến 3,77 lần, rất nhiều vùng
93
năng lượng có xác suất dịch chuyển điện từ giữa lý thuyết và thực
nghiệm gần bằng nhau. Ở xác suất dịch chuyển E2 và M1 trong công
bố [26] cho thấy tỉ số giữa lý thuyết và thực nghiệm lớn nhất là 40 lần
và nhỏ nhất là 2 lần;
- Hạt nhân 52V có tỉ số xác suất dịch chuyển điện từ so sánh giữa lý
thuyết và thực nghiệm nằm trong khoảng 0,42 đến 3,71 lần; đồng thời
kết quả cho thấy rất nhiều vùng năng lượng có xác suất chuyển dời
tương đồng với tính toán lý thuyết. Ở công trình [66] cho thấy kết quả
so sánh tỉ số xác suất dịch chuyển ở những mức thấp (các mức 147
keV, 436 keV, 793 keV, 846 keV) nằm trong khoảng từ 0,45 đến 34
lần;
Với hạt nhân 59Ni, tỉ số xác suất dịch chuyển điện từ so sánh giữa lý -
thuyết và thực nghiệm nằm trong khoảng từ 0,32 đến 3,87 lần. Trong
khi đó, các công bố trước đây chưa thấy có sự so sánh xác suất dịch
chuyển điện từ giữa lý thuyết và thực nghiệm.
3.5. Độ rộng mức, thời gian sống của mức và hàm lực
Từ kết quả của năng lượng chuyển dời nối tầng, kết hợp với spin, độ chẵn lẻ
và bậc đa cực theo dịch chuyển điện từ, kết quả tính độ rộng mức, thời gian
sống trung bình của một số mức và hàm lực dịch chuyển của 49Ti, 52V và 59Ni
được trình bày ở các bảng 3.16, bảng 3.17 và bảng 3.18; hình 3.21, hình 3.22,
hình 3.23.
* Với 49Ti
Bảng 3. 16 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực
của 49Ti từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 48Ti(n, 2)49Ti [52].
Mức trên
(keV) Độ rộng
mức (eV) Năng lượng chuyển
dời E (keV)
8142,50 Thời gian sống
trung bình của
mức (s)
4,8959910-16 1,34 6761,08 Hàm lực tính
theo đơn vị
Weisskopf
1,48
94
6556,06 11,62
6419,04 16,39
4966,86 24,99
4713,83 14,92
4353,78 20,40
3920,73 27,02
3475,68 1,48
3026,62 0,06
3733,71 1,40 5115,38 6,6768310-16 0,99 3389,66 3,52
2839,60 1,64 4221,27 1,6431410-15 1,60 2498,55 2,56
30
25
20
1674,45 5,51 3260,08 8,6539410-15 0,08 1498,43 1,27
,
15
(
)
L
M
L
E
M
10
5
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
E(keV)
Hình 3. 21 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 49Ti từ mức 8142,50 keV
về các mức trung gian.
95
* Với 52V
Bảng 3. 17 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực
của 52V từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 51V(n, 2)52V [55].
Mức trên
(keV) Độ rộng
mức (eV) Năng lượng chuyển
dời E (keV) Thời gian sống
trung bình của
mức (s) Hàm lực tính
theo đơn vị
Weisskopf
6875,09 12,04
6518,05 5,65
6465,04 7,14
5892,97 16,39
5752,96 6,45
5578,93 142,81
5551,93 99,96 7310,68 3,563810-18 18,695 5516,93 6,94
5211,89 10,99
5142,88 14,70
4993,86 24,92
4884,85 32,25
4452,80 49,98
3579,69 111,08
2842,60 1,67 2857,88 1,467810-15 0,448 2710,58 2,50
2427,55 5,02 2425,83 4,447310-15 0,148 2410,54 2,73
96
1634,45 2,29
2169,51 9,02
2167,80 3,326210-15 0,198 2146,51 1,44
2021,50 5,12
2101,51 6,70
2083,50 7,82
2098,79 6,642310-15 0,099 1953,49 3,67
1664,45 3,90
1307,41 5,15
1795,47 12,03
1778,47 2,74 1793,75 1,257210-14 0,052 1358,41 2,56
1002,37 6,17
1558,44 1,16 1557,72 8,818210-15 0,075 1410,42 7,04
1418,42 2,36
1417,71 1,337010-14 0,049 1401,42 2,06
982,37 10,97
845,35 2,31
845,64 5,951210-14 0,011 823,35 0,96
698,33 1,57
793,34 3,40 792,63 1,473010-13 0,004 645,33 1,59
97
356,29 12,94
436,30 2,01
435,59 5,604610-13 0,001 419,30 3,19
160
140
120
100
295,28 5,24
,
80
(
)
L
M
L
E
M
60
40
20
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
E(keV)
Hình 3. 22 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 52V từ mức 7310,68 keV
về các mức trung gian.
* Với 59Ni
Bảng 3. 18 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực
của 59Ni từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 58Ni(n, 2)59Ni [53].
Mức trên
(keV) Độ rộng
mức (eV) Năng lượng chuyển
dời E (keV) Thời gian sống
trung bình của
mức (s) Hàm lực tính
theo đơn vị
Weisskopf
8533,5 2,43
8999,14 2,359910-18 27,917 8121,5 8,66
7697,5 24,69
98
6583,5 25,77
6105,5 11,20
5817,5 11,96
5435,5 29,68
5312,5 19,51
4950,5 39,29
4858,5 13,05
4284,4 38,96
3686,4 0,07 3686,68 7,681010-16 0,857 3347,4 0,03
3181,4 0,05
2843,4 0,14
2717,4 0,12
2304,4 0,06 3181,67 2,384910-15 0,276
1993,4 0,19
1880,4 0,16
1735,4 2,32
2554,4 0,03
2016,4 0,06 2893,68 2,840910-15 0,232
1703,4 0,39
2415,4 0,33
1950,4 0,04 2415,65 7,811910-15 0,084 1537,4 0,06
1226,4 0,12
99
40
35
30
25
,
20
(
)
L
M
L
E
M
15
10
5
4000
5000
6000
7000
8000
9000
E(keV)
Hình 3. 23 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;
100
- 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.
101
KẾT LUẬN CHUNG
Kết quả đạt được của luận án:
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, 2)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 được so sánh với kết quả tính lý
thuyết theo 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;
102
2. 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;
3. 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.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
1. Kết quả luận án 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 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:
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.
103
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.
104
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).
105
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 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
106
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).
107
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
[1] Đào Tiến Khoa, Vật lý hạt nhân hiện đại, tập 1, Nhà xuất bản khoa học
và kỹ thuật, 2010.
[2] Hồ Hữu Thắng, Phạm Đình Khang, Nguyễn An Sơn, Nguyễn Hoàng
Xuân Phúc, Nguyễn Xuân Hải, Xác lập tham số cho các 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 khoa học và công nghệ
hạt nhân toàn quốc lần thứ VIII, 2009.
[3] Hồ Hữu Thắng và cộng sự, Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn nhanh
các tham số cho hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng sử dụng
trong nghiên cứu số liệu và cấu trúc hạt nhân, Báo cáo nhiệm vụ, Viện
NCHN, Đà Lạt, 2011.
[4] Hoàng Hữu Thư, Bài giảng về cấu trúc hạt nhân, NXB ĐH & THCN,
1972.
[5] Ngô Quang Huy, Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật, 2006.
[6] Nguyễn Đức Hoà và các cộng sự , Nghiên cứu phản ứng (n, 2) trên
các bia 48Ti và 58Ni, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp bộ,
Trường đại học Đà Lạt, 2011.
[7] Nguyễn Hoàng Xuân Phúc, Một số vấn đề về hệ thống xử lý thời gian
của hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng tại Lò phản ứng hạt nhân
Đà Lạt, Luận văn thạc sĩ Vật lý kỹ thuật, Đà Lạt, 2009.
[8] Nguyễn Văn Kiên, Ghép nối, thu nhận số liệu cho hệ phổ kế nghiên
cứu cấu trúc hạt nhân nhiều đầu dò tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt,
Luận văn thạc sĩ, Trường đại học Đà Lạt, 2009.
108
[9] Nguyễn Xuân Hải và cộng sự, Báo cáo nhiệm vụ - Quy hoạch không
gian kênh nơtron số 3 phục vụ một só nghiên cứu cơ bản và ứng dụng,
đảm bảo an toàn bức xạ và thuận tiện trong bố trí thí nghiệm, Viện
NCHN, Đà Lạt, 3/2012.
[10] Nguyễn Xuân Hải, Ứng dụng phương pháp cộng biên độ các xung
trùng phùng nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của hạt nhân Yb và
Sm trên Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Luận án Tiến sĩ vật lý, Viện
năng lượng nguyên tử Việt Nam, 2010.
[11] Phạm Đình Khang (2003), Mật độ mức hạt nhân - Iu.P. Sokolov,
Nhà xuất bản năng lượng nguyên tử Maxcơva - 1991, Bản dịch tiếng
Việt, ĐHQGHN, Hà Nội.
[12] 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).
[13] Phạm Đình Khang, Nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của hạt
nhân 170Yb và 158Gd, Luận án phó tiến sĩ khoa học toán lý, Trường
đại học tổng hợp Hà Nội, 1993.
[14] TCVN 6866:2001, An toàn bức xạ - Giới hạn liều đối với nhân viên
bức xạ và dân chúng, 2001.
[15] Trần Tuấn Anh và cộng sự, Báo cáo tổng kết đề tài – Tính toán thiết
kế che chắn phóng xạ kênh nơtron số 3 phục vụ một số nghiên cứu cơ
bản và ứng dụng, Viện NCHN, Đà Lạt, 2009.
[16] Viện NCHN, Báo cáo các đặc trưng kỹ thuật của Lò phản ứng hạt
nhân Đà Lạt - Tài liệu dùng để xin tái cấp phép cho Lò phản ứng hạt
nhân Đà Lạt, 2009.
109
[17] Vương Hữu Tấn và các cộng sự , Báo cáo tổng kết đề tài khoa học
công nghệ cấp bộ, Nghiên cứu cường độ chuyển dời gamma nối tầng
và sơ đồ mức kích thích vùng năng lượng trung gian của các hạt
nhân 153Sm, 182Ta, 59Ni và 239U bằng phương pháp cộng biên độ các
xung trùng phùng, Viện NCHN, Đà Lạt, 2006.
[18] Vương Hữu Tấn và cộng sự, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp bộ -
Nghiên cứu phát triển hệ thống phổ kế hạt nhân đo trên chùm nơtron
phục vụ nghiên cứu chuyển dời gamma nối tầng, đo đạc số liệu hạt
nhân và các ứng dụng liên quan, Viện NCHN, Đà Lạt, 2010.
TIẾNG NƯỚC NGOÀI
[19] A. Gilbert and A. G. W. Cameron, A composite nuclear-level density
formula with shell corrections, Can. J. Phys. 43, 1446 (1965).
[20] A. N. Behkami and M. Soltani - Spin cut-off parameter of nuclear
level density and effective moment of inertia, Physics department,
Shiraz university, Shiraz 71454, Iran.
[21] A. V. Ignatyuk, Statitical Properties of Excited Atomic Nuclei,
Report INDC-233 (L) (IAEA Vienna 1985).
[22] Aage Bohn, Ben R. Mottelson, Nuclear structure, Volume I, W. A.
Benjamin, INC, 1975.
[23] B. E. Tomlin, R. Zeisler, R. M. Lindstrom, Coincidence
spectrometer for instrumental neutron-activation analysis, Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research A589 (2008) 243-249.
[24] B. J. Allen, M. J. Kenny and R. J. Sparks, keV neutron capture in
nickel, Nuclear Physics A122 (1968) 220-233.
[25] Chart of the nuclides, 7th edition 2006.
110
[26] D. C. S. White, W. J. Mc Donald, D. A. Hutcheon and G. C.
Neilson, Pulsed beam lifetime measurements in 64Cu, 59Ni, 65Zn,
45,47,49Ti and 47,49, 50,51V, Nuclear Physics A260 (1976) 189-212.
[27] D. M. Van Patter, F. Ruch and B. Seim, Gamma transitions in 59Ni
following the + decay of 59Cu, Nuclear Physics A204 (1973) 172-
184.
[28] D.H.White, B.G.Saunders, W.John and R.W.Jewell
(1965),
Neutron-capture gamma ray studies of low-lying 52V levels, Nuclear
Physics 72, pp. 241 to 253.
[29] EG&G ORTEC Nuclear Instruments and Systems, 1986.
[30] General Atomic, Triga Mark II reactor general specifications and
desription, California, 1961.
[31] Gordon Gilmore, Practical gamma ray spectrometry, 2nd Edition,
2008 John Wiley& Sons.
[32] H. Bethe, Rev. Mod. Phys. 9, 69 (1937).
[33] Hoogenboom A.M. (1958), A New Method in Gamma-Ray
Spectroscopy: A Two Crystal Scintillation Spectrometer with
Improved Resolution, Nucl. Instrum. Vol. 3, (57-68).
[34] Hoogenboom A.M. (1958), The Sum-Coincidence Method and Its
Application to Gamma - Ray Scintillation Spectroscopy, PhD. Thesis.
[35] http://www-nds.iaea.org/pgaa/PGAAdatabase/
[36] http://www-ds.iaea.org/pgaa/PGAAdatabase/LANL/isotopic/22Ti48
[37] IAEA-TECDOC-1034 (1998), Handbook for Calculations of
Nuclear Reaction Data, RIPL-1, IAEA Vienna.
[38] J. D. Huttonand, N. R. Roberson, A study of low-lying levels in 59Ni,
Nuclear Physics A206 (1973) 403-416.
[39] J. Jakubek, P. Nuiten, J. Pluhar, S. Pospõsil, M.Sinor, I.Stekl, S.
Timoracky, M. Vobecky, Coincidence gamma - gamma spectroscopy
111
system for instrumental neutronactivation analysis, Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research A414 (1998) 261-264.
[40] J. M. Blatt and V. F. Weisskopf, Theoretical Nuclear Physics, John
Wiley and Sons, Newyork, 1952.
[41] J.F.A.G. P.M. Endt, Investigation of the 48Ti(n,)49Ti reaction,
Nuclear Physics A407 (1983) 60-76.
[42] John Duncan Hepburn, Coincidence methods for determining
scintillation counter efficiency, B. Sc. The University of British
Columbia, 1965.
[43] K. Debertin and R. G. Helmer, Gamma and X ray with
semiconductor detector, North Holland, 1988.
[44] Kouichi Toyoshima, Yutaka Hirayoshi,Takasi Endo, Hitoshi Kondo,
A coincidence counting system for a high count rate and very small
true-to-accidental ratio, Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research A 414 (1998) 386-390.
[45] L. V. Groshev, A. M. Demidov, V. N. Lutsenko and V. I.
Pelekhov, Invertigation of rays emitted when thermal neutron are
captured by Vanadium, Manganese, Cobalt and Aluminium nuclei, J.
Nuclear Energy II, 1958. Vol. 8, pp. 127 to 147.
[46] M. Berhar, A. Filevich. G. Garcia Bermudez, Ma. . J. Mariscotti and
E. Ventura, High spin states in 49Ti and the empirical model, Nuclear
Physics A366 (1981) 61-67.
[47] M. S. Chowdhury and H. M. Sen Gupta, A study of nuclear structure
in 59Ni from the (d, p) reaction on 58Ni, Nuclear Physics A205 (1973)
454-474.
[48] M.H. Brennan and A. M. Bernstein, j-j Coupling model in odd-odd
nuclei. Phys. Rev., 120, 927 (1960)
112
[49] Margarit Rizea, et al. (2005), Calculation of Nuclear Level Density
Relevant for Thorium-Based Reactors, Romanian Reports in
Physics, Vol. 57, (757-794).
[50] Mayyada M. Hamarashid, Determination Multipole Mixing Ratios
and Transition Strengths of Gamma Rays from Level Studies of 93Mo
(p, n ) Reaction, Journal of Physical Science and Application 2 (7)
(2012) 253-257.
[51] Model 7072 Dual ADC ADC / SVA
[52] 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
[53] 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, (pp.16-21).
(IJCER), Vol, 03, Issue 11, 2013, (pp.33-37).
[54] 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. 4, Number 1, 2014.
[55] 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).
[56] Nguyen An Son, Nguyen Van Kien, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Dac
Chau, Pham Dinh Khang, Nguyen Xuan Hai, Ho Huu Thang, Vuong
113
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).
[57] ORTEC®, 474 Timing Filter Amplifier
[58] ORTEC®, 572A Amplifier
[59] ORTEC®, 584 Constant Fraction Discriminator
[60] ORTEC®, 660 Dual 5-kV Detector Bias Supply
[61] ORTEC®, Semiconductor radiation detector, USA.
[62] P. Carlos, J. Matuszek, A. Audias, B. P. Maier, H. Nifenecker, G.
Perrin et R. Sammama, Capture radiative de neutrons thermiques
dans 48Ti, Nuclear Physics A107 (1968) 436-448.
[63] P. Carlos, R. Samama et A. Audias, Corrélations angulaires -
dans la réaction 51V(n, )52V, Nuclear Physics A93 (1967) 631-647.
[64] P. Fettweis and M. Saidane, The level scheme of 48Ti and 49Ti as
studied by the neutron capture ray spectra, Nuclear Physics A139
(1969) 113 - 131.
[65] P. P. Ember, T. Belgya, J. L. Weil, G. L. Molnár, Coincidence
measurement setup for PGAA and nuclear structure studies, Applied
Radiation and Isotopes 57 (2002) 573-577.
[66] P. Van assche, U. Gruber, B. P. Maier, H. R. Koch and O. W. B.
Schult, Level scheme and gamma transition in 52V, Nuclear Physics
79 (1966) 565-576.
[67] Pham Dinh Khang, Nguyen Nhi Dien, Dang Lanh, Nguyen Xuan
Hai, Pham Ngoc Tuan, Nguyen Duc Hoa, Nguyen An Son, A Design
Configuration of an FPGA-Based Coincident Spectrometry System,
Journal of Analytical Sciences, Methods and Instrumentation, 2013,
3, 158-162.
114
[68] Pham Dinh Khang, V.H. Tan, N.X. Hai, N.N. Dien, Gamma-gamma
coincidence spectrometer setup for neutron activation analysis and
nuclear structure studies, Nucl. Instr. and Meth. A631 (2011).
[69] R. P. Singh, R. Raj and M. L. Rustgi, M1 and E2 transitions in 59Ni,
Physics letters, Volume 44B, number 5, 1973.
[70] R.B. Firestone, Table of Isotopes, 8th edition, John Wiley & Sons,
New York, 1999.
[71] S. Asgaard Andersen, Ole Hansen and L. Vistisen, A spectroscopic
study of 49Ti, Nuclear Physics A125 (1969) 65-79.
52V, Nuclear Physics A93 (1967) 252-256.
[72] S. D. Bloom and L. G. Mann, Correlation measurements and spin of
[73] S. Michaelsen, K. P. Lieb and S. J. Robison, Complete spectroscopy
of 51,52V via the 51,52V(n, ) reaction, Z. Phys. A - Hadrons and Nuclei
338, 371-387 (1991).
[74] S. Raman, C. Yonezawa, H. Matsue, H. Iimura, N.Shinohara,
Efficiency calibration of a Ge detector in the 0,1-11,0 MeV region,
Nucl. Instr. and Meth. Vol 454, pp. 389-402.
[75] S.Raman, Xiaoping Ouyang, M.A.Islam, J.W.Starner, E.T.Jurney
and J.E.Lynn, Thermal-neutron capture by 58Ni,59Ni, and 60Ni,
Physical review C 70, 044318 (2004).
[76] Thomandl, M.Sc. Thesis, A study of photon strength functions by
means of the two-step cascade measurement, Charles University,
February 10, 1999.
[77] User's manual Model 8713, 1999.
Разрешения Спектров Каскадов Гамма-Переходов При Обработке
Кодов Собпадений На Электронной Выисислительной Машине,
Приборы и техника эсперимельта, T.5 c.27.
[78] Суховой А.М. и др. (1984), Метод Улучшения Амплитудного
115
PHỤ LỤC 1
PHƯƠNG PHÁP CHUẨN CÁC THAM SỐ TFA VÀ CFD CỦA HỆ
TRÙNG PHÙNG GAMMA-GAMMA TẠI VIỆN NCHN
Với hệ trùng phùng gamma – gamma tại Viện NCHN, tín hiệu lối ra từ tiền
khuếch đại của các đetectơ được chia làm hai: tín hiệu năng lượng và tín hiệu
thời gian. Cách ghép nối hai đường tín hiệu như Hình 1 và Hình 2.
572
Amp
Lối ra năng lượng
từ đetectơ
ADC
7072
P
C
I
7
8
1
1
R
Gate
TFA
Hình 1 Sơ đồ ghép nối kênh tín hiệu năng lượng.
474
584
Valid convert
CFD
Start
TAC
ADC
566
Stop
P
C
I
7
8
1
1
R
Lối ra kênh
thời gian từ
đetectơ.
Hình 2 Sơ đồ ghép nối kênh tín hiệu thời gian.
Trong thực nghiệm, chúng tôi chọn các tham số ở kênh năng lượng sao cho tỷ
lệ tương ứng kênh/keV và độ tuyến tính cao trên toàn dải của ADC 7072.
Việc xác định các tham số kênh năng lượng khá đơn giản, tuy nhiên, ở kênh
thời gian thì rất phức tạp. Kênh thời gian gồm khối TFA và khối CFD. Với
116
các đetectơ HPGe, xung ra từ tiền khuếch đại có biên độ và thời gian tăng
nằm trong dải rộng, nên cần có khối TFA để tạo dạng xung và khuếch đại tín
hiệu từ đetectơ trước khi vào khối CFD.
Kênh thời gian của hệ trùng phùng gamma – gamma quyết định chất lượng số
liệu thu nhận. Nếu việc chọn lựa tham số của hai khối TFA và CFD không
đúng sẽ dẫn đến phổ bị vênh, mất đối xứng, và như vậy quá trình xử lý sẽ mất
tín hiệu dẫn đến kết quả thiếu chính xác.
a) b)
a) Chỉnh chưa đúng các tham b) Đã hiệu chỉnh đúng các tham
số thời gian. số thời gian.
Hình 3 Phổ năng lượng ở hai kênh.
Mục đích của việc chọn lựa tối ưu các tham số TFA và CFD là làm cho độ
phân giải thời gian tốt nhất có thể, nhưng không làm giảm hiệu suất ghi. Chọn
lựa thông số tối ưu của khối TFA sẽ làm giảm tối đa sự biến động (hiệu ứng
jitter) của xung từ tiền khuếch đại vào TFA. Việc chọn thời hằng thích hợp
cho TFA sẽ loại bỏ gần như hoàn toàn hiệu ứng jitter, nếu chọn thời hằng quá
thấp sẽ không loại bỏ được hiệu ứng jitter, còn nếu cao quá sẽ mất đi các sự
kiện trùng phùng thực. Do vậy cần tìm ra phương pháp để tìm các thông số
đó.
117
Ở khối CFD, việc lựa chọn giá trị ngưỡng của các khối CFD cũng rất quan
trọng, vì nếu quá thấp sẽ xuất hiện trùng phùng với phông gamma mềm hoặc
gamma tán xạ giữa hai đetectơ, nếu cao quá thì sẽ mất các dịch chuyển có
năng lượng thấp.
Phương pháp lựa chọn tham số TFA
Để giảm thời gian khảo sát, dao động ký được sử dụng cho việc chọn nhanh
tổ hợp các giá trị cho TFA theo tiêu chí tín hiệu phải có biên độ lớn và tuyến
TFA 474 (1)
Đetectơ
GC1518
Dao động ký
HM2005
Nguồn
TFA 474 (2)
Đetectơ
EGPC 20
Dao động ký
HM2005
tính. Cấu hình khảo sát TFA như Hình 4.
Hình 4 Cấu hình khảo sát các thông số tối ưu cho TFA.
Sử dụng các đồng vị đơn năng là cần thiết trong quá trình khảo sát tham số
cho các khối TFA, vì khi dùng nguồn đơn năng thì sẽ quan sát được xung trên
dao động ký dễ dàng hơn các nguồn đa năng.
Phương pháp lựa chọn tham số CFD
Việc chọn các tham số của CFD sao cho fSum và fPeak tiến tới giá trị cực đại,
nhưng tốc độ đếm tại các đỉnh phải lớn, tức hiệu suất ghi không giảm. Muốn
n
F
f
(
f
f
)
Sum
Peak
i
cp
vậy, giá trị hàm F phải đạt cực đại:
i
1
f
Sum
f
cs
f
s
Trong đó: là tỷ số giữa tốc độ đếm tổng có điều khiển trên tốc độ
đếm tổng khi không điều khiển,
118
f
f
Peak
i
cp
f
p
i
là tỷ số giữa tốc độ đếm tại đỉnh thứ i trong trường
hợp có điều khiển và không điều khiển.
Hình 5 Phổ thời gian xuất hiện nhiều đỉnh giả do các tham số CFD chưa xác
lập đúng.
Việc đặt ngưỡng cho khối CFD được thực hiện ở các giá trị tuỳ thuộc vào
mục đích tiến hành thực nghiệm. Ở giá trị được chọn, ngưỡng được đặt không
quá thấp để tránh ảnh hưởng của nhiễu, đồng thời vừa đủ cao nhưng không
cắt mất tín hiệu. Sau khi đã ước lượng được giá trị ngưỡng bằng dao động ký,
tiến hành các phép đo khảo sát thực hiện quanh các giá trị này để chọn ra giá
trị tối ưu. Giá trị được chọn sao cho độ phân giải thời gian tốt nhất, nhưng
không ảnh hưởng đến hiệu suất ghi. Vì vậy các giá trị DIFF và INT của các
khối CFD được chọn phải thỏa mãn điều kiện là FWHM nhỏ và tốc độ đếm
lớn nhất.
Cố định giá trị tối ưu của TFA để khảo sát CFD. Nguồn phóng xạ dùng khảo
sát có đỉnh quang điện nằm ngay trên vùng cần cắt. Nếu ngưỡng cắt được
chọn đúng thì số đếm ở đỉnh này bị cắt ít nhất, và phông được cắt nhiều nhất.
Để biết được điều này, ta phải tiến hành hai phép đo:
119
1) Phép đo không điều khiển, tức là không có vai trò của kênh thời gian,
khi đó ta sẽ nhận được tất cả các tín hiệu đến từ đetectơ. Từ đây ta thu
được phổ chứa đầy đủ thông tin về tín hiệu và nhiễu. Kết quả thu được
tốc độ đếm tổng và tốc độ đếm tại các đỉnh khảo sát cho trường hợp
không điều khiển;
2) Phép đo có điều khiển, có đóng góp vai trò của kênh thời gian. Đối với
chế độ SRT, với mỗi ngưỡng ta cần khảo sát theo thời gian trễ. Ứng với
mỗi trường hợp, thu được phổ đã bị cắt ngưỡng, qua đó xác định được
tốc độ đếm tổng, tốc độ đếm tại các đỉnh.
PCI 7811R
Đetectơ
572A
7072
PC
Nguồn
Hình 6 Cấu hình đo khảo sát CFD không điều khiển.
572A
ADC 7072
PC
Nguồn
Đetectơ
P
C
I
7
8
1
1
R
TFA 474
CFD 584
Hình 7 Cấu hình khảo sát CFD có điều khiển.
120
PHỤ LỤC 2
KẾT QUẢ SUẤT LIỀU SAU KHI THAY THIẾT BỊ CHE CHẮN VÀ
DẪN DÒNG KS3
Suất liều ở các vị trí trên KS3 trước và sau khi thay thiết bị che chắn và dẫn
dòng được trình bày trên bảng 1 và bảng 2. Hình 8 là các vị trí được chọn để
đo liều bức xạ, mỗi vị trí được đo ba điểm theo độ cao cách mặt đất 0,5 m; 1,0
m và 1,5 m. Hình 9, hình 10, hình 11 và hình 12 là phân bố suất liều nơtron và
gamma ở các vị trí đo [9].
Hình 8 Các vị trí đo liều bức xạ.
121
Bảng 1 Phân bố suất liều gamma và nơtron trong trường hợp lò hoạt động
500kW, kênh mở.
Cao 0,5m
Cao 1m
Cao 1,5m
Vị
trí
Dg
(Sv/h)
Dn
(Sv/h)
Dg
(Sv/h)
Dn
(Sv/h)
Dg
(Sv/h)
Dn
(Sv/h)
M
C
M
C
M
C
M
C M
C M
C
1,4
0,6
<0,3
0,3
1,65
0,6 <0,3 0,3 1,5
0,6 <0,3 0,3
1
2,4
0,6
<0,3
0,3
2,2
1,0 <0,3 0,4 2,1
0,7 <0,3 0,3
2
5,8
4,2
<0,3
0,5
4,9
4,2 <0,3 0,2 4,7
3,7 <0,3 0,4
3
4,5
10
<0,3
0,8
4,8
11,5 <0,3
1
4,6
13 <0,3 1,1
4
4,4
12
<0,3
0,5
3,9
12
<0,3 0,6 4,2 12,5 <0,3 1
5
3,2
20
<0,3
0,5
2,8
10
<0,3 0,8 3,0 14,5 <0,3 0,9
6
8,2
8,5
<0,3
0,4
7,9
5,5 <0,3 0,4 8,5
5,5 <0,3 0,3
7
13,1 17,5 ~0,4
1,5
12,5
18
<0,3 1,2 12,4 18 <0,3 1,3
8
21,2
19
~0,4
1,3
18,6
3,6 <0,3 1,2 19,2 16,5 <0,3 1,1
9
10 30,6 20,5 <0,3
1,3
32,5
26
<0,3 1,4 28,8 26,5 <0,3 1,4
11 55,5
18
<0,3
0,9
62,3 24,5 <0,3 1,1 50,8 31 <0,3 1
12 23,8
1,3
<0,3
0,1
25,6
2,5 <0,3 0,2 23,5 3,1 <0,3 0,1
13 14,5 0,65 <0,3
0,1
15,1 0,75 <0,3 0,2 13,7 0,8 <0,3 0,1
14 10,0 0,55 <0,3
0,2
8,5
0,5 <0,3 0,1 8,1 0,46 <0,3 0,1
15
6,4
0,5
<0,3
0,2
6,9
0,6 <0,3 0,3 7,0
0,5 <0,3 0,2
16
3,7
0,6
<0,3
0,2
2,9
0,5 <0,3 0,2 6,8
0,8 <0,3 0,1
17
2,4
0,65 <0,3 0,25
2,1
0,7 <0,3 0,4 2,5
0,5 <0,3 0,2
Ghi chú: Dg liều gamma, Dn liều nơtron, M giá trị hiện tại, C giá trị trước
khi thay đổi.
122
60.0
Suất liều gamma hiện tại
50.0
)
v
S
Suất liều gamma trước khi
tháo dỡ kênh
40.0
o
r
c
i
M
(
30.0
20.0
u
ề
i
l
t
ấ
u
S
10.0
0.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Vị trí
1.60
Suất liều nơtron hiện tại
1.40
1.20
Suất liều nơtron trước khi tháo dỡ
kênh
)
v
S
1.00
o
r
c
i
M
0.80
(
u
ề
0.60
i
l
t
ấ
u
S
0.40
0.20
0.00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Vị trí
Hình 9 Phân bố suất liều gamma trong trường hợp lò hoạt động 500kW, kênh
mở.
Hình 10 Phân bố suất liều nơtron trong trường hợp lò hoạt động 500kW,
kênh mở.
123
Bảng 2 Phân bố suất liều nơtron trong trường hợp lò hoạt động 500kW, kênh
đóng.
Cao 0,5m
Cao 1m
Cao 1,5m
Dg (Sv/h) Dn (Sv/h) Dg (Sv/h) Dn (Sv/h) Dg (Sv/h) Dn (Sv/h)
Vị
trí
M
C M
C M
C M
C M
C M
C
1
1,6
0,7 <0,3 0,2 1,45 0,7 <0,3 0,2
2,2
0,7 <0,3 0,2
2
3,0 1,05 <0,3 0,3
3,6 0,86 <0,3 0,3
2,55 0,75 <0,3 0,3
3
5,2
3,7 <0,3 0,2
5,2
3,5 <0,3 0,2
4,7
3,5 <0,3 0,2
4
4,6
6,2 <0,3 0,3
4,2
5,6 <0,3 0,3
5,8
5
<0,3 0,3
5
3,0
5,4 <0,3 0,3
3,3
4,5 <0,3 0,2
5,3
4,2 <0,3 0,2
6
2,7 14,2 <0,3 0,2 2,47 8,5 <0,3 0,4
4,3
5,6 <0,3 0,3
7
8,2
6,5 <0,3 0,3 10,5 4,6 <0,3 0,2
9,8
5,5 <0,3 0,3
8
13
10,5 <0,3 0,4 13,2
14 <0,3 0,5
10,8
12 <0,3 0,5
9 18,5 21,4 <0,3 0,4 18,1 16,2 <0,3 0,3
15,9 16,8 <0,3 0,4
10
23
18,2 <0,3 0,3 23,5 25,5 <0,3 0,4
25,6
22 <0,3 0,5
11 41,6 17,5 <0,3 0,3
45
29,5 <0,3 0,7
39,5
32 <0,3 0,8
12 20,5 1,21 <0,3 0,1
21
2,35 <0,3 0,21
15
2,6 <0,3 0,2
13 10,5 0,65 <0,3 0,2 9,15 0,68 <0,3 0,2
9,1
0,95 <0,3 0,2
14 7,5 0,46 <0,3 0,1
7,7
0,5 <0,3 0,2
7,2
0,52 <0,3 0,1
15 6,6
0,3 <0,3 0,1
7,8
0,4 <0,3 0,1
7,2
0,2 <0,3 0,1
16 2,2
0,7 <0,3 0,1
1,8
0,5 <0,3 0,2
4,2
0,5 <0,3 0,2
17 1,0
0,2 <0,3 0,1
1,3
0,2 <0,3 0,1
4,4
0,1 <0,3 0,1
124
Suất liều gamma hiện tại
)
v
S
Suất liều gamma trước khi tháo
dỡ kênh
o
c
i
M
(
u
ề
i
l
t
ấ
u
S
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Vị trí
Suất liều nơtron hiện tại
0.7
0.6
)
v
S
Suất liều nơtron trước khi tháo dỡ
kênh
0.5
o
r
c
i
0.4
M
(
0.3
u
ề
0.2
i
l
t
ấ
u
S
0.1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Vị trí
Hình 11 Phân bố suất liều gamma trong trường hợp lò hoạt động 500kW,
kênh đóng.
Hình 12 Phân bố suất liều nơtron trong trường hợp lò hoạt động 500kW,
kênh đóng.
Từ các bảng 1, bảng 2, biểu đồ hình 9, hình 10, hình 11 và hình 12 về phân bố
suất liều gamma và nơtron trước và sau khi tháo dỡ tường bao có thể thấy:
125
- Tại các vị trí 8, 9, 10 và 11 khi đóng kênh suất liều vẫn ở mức lớn hơn
10 Sv/h. Như vậy nguyên nhân gây ra liều cao tại một số vị trí không
có nguồn gốc từ KS3;
- Việc tháo dỡ tường bao không làm suất liều gamma và nơtron ảnh
hưởng đến hệ đo và người làm thí nghiệm nhưng làm tăng phân bố liều
gamma ở một số vị trí gần cột nhiệt;
- Thiết bị mới lắp đặt đã giảm được liều nơtron đến mức gần như tối đa.
Về an toàn hạt nhân vấn đề chống rò nước ra nhà lò đã được khắc phục với độ
an toàn cao. Đánh giá thử nghiệm cho thấy thiết bị có thể chịu được áp lực 1,5
Bar, áp lực này lớn hơn rất nhiều so với áp lực của nước trong thùng lò trong
trường hợp thủng thùng lò có thể tác động lên thiết bị chống rò nước được lắp
đặt ở miệng kênh. Thiết bị được lắp đặt cũng cho phép dễ dàng kiểm tra sự rò
nước từ thùng lò qua kênh ngang số 3 nhờ bổ sung ven kiểm tra rò nước.
Việc lắp đặt trở lại khối cản xạ theo thiết kế nguyên thuỷ của lò TRIGA cũng
góp phần tăng tính an toàn phóng xạ và an toàn hạt nhân của kênh.
Như vậy về mặt thiết kế, kênh ngang số 3 sau khi cải tạo, quy hoạch lại có độ
an toàn hạt nhân cao hơn trước đây và so với các thiết kế đã có được triển
khai trên các kênh ngang của LPUHNDL.
126
PHỤ LỤC 3
CÁC PHỔ NỐI TẦNG
)
)
50
%
0
0
3
.
6
4
(
8
0
.
1
6
7
6
%
0
0
3
.
6
4
(
2
4
.
1
8
3
1
40
30
Phổ nối tầng của 49Ti
)
%
(
I
)
)
20
10
%
0
9
0
.
5
(
4
4
.
5
8
5
1
%
0
9
0
.
5
(
6
0
.
6
5
5
6
0
0
2000
6000
8000
4000
E (keV)
6
)
)
%
5
4
1
.
%
5
4
1
.
4
(
4
(
4
0
.
.
)
)
)
)
9
1
4
6
9
2
1
4
3
4
.
%
6
2
6
%
6
2
6
.
.
.
%
3
0
7
2
(
2
(
2
(
)
)
Hình 13 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 8142,50 keV.
)
6
8
.
6
6
9
4
2
6
.
6
2
0
3
1
7
.
3
3
7
3
%
%
3
0
7
2
(
7
4
.
3
9
7
1
(
I
)
)
)
)
2
%
1
6
5
.
1
(
0
6
.
9
3
8
2
%
1
6
5
.
1
(
3
7
.
0
2
9
3
%
4
9
4
.
0
(
0
5
.
6
4
0
2
%
4
9
4
.
0
(
3
8
.
3
1
7
4
%
8
6
4
.
0
(
4
5
.
5
0
4
2
%
8
6
4
.
0
(
8
7
.
3
5
3
4
0
0
2000
4000
6000
E (keV)
127
)
)
3
%
5
7
1
.
2
(
1
6
.
3
4
9
2
%
5
7
1
.
2
(
8
6
.
5
7
4
3
2
)
)
)
)
Hình 14 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 6761,08 keV.
)
%
(
I
%
5
4
0
.
1
(
2
6
.
6
2
0
3
%
5
4
0
.
1
(
6
6
.
9
8
3
3
%
9
9
9
.
0
(
3
9
.
0
2
9
3
%
9
9
9
.
0
(
5
5
.
8
9
4
2
1
4000
0
2000
E (keV)
)
)
12
%
3
0
2
.
0
1
(
3
4
.
8
9
4
1
%
3
0
2
.
0
1
(
7
5
.
1
6
7
1
10
8
Hình 15 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 6419,04 keV.
)
)
)
6
%
(
I
%
2
9
2
%
2
9
2
.
.
4
2
(
5
4
2
(
4
4
.
.
4
7
6
1
5
8
5
1
2
0
1400
1600
1800
2000
E (keV)
128
)
)
10
8
%
4
2
3
.
7
(
2
4
.
1
8
3
1
%
4
2
3
.
7
(
7
4
.
3
9
7
1
6
Hình 16 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 3260,38 keV.
)
%
(
I
4
2
0
1000
1200
1400
1600
1800
2000
E (keV)
Hình 17 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 3260,38 keV.
)
)
12
10
%
1
6
4
.
9
(
4
4
.
8
5
5
1
%
1
6
4
.
9
(
6
9
.
2
5
7
5
8
)
)
)
Phổ nối tầng của 52V
)
)
6
%
)
)
)
(
I
)
%
4
2
3
.
4
(
4
6
.
5
4
8
%
0
0
7
.
3
(
5
0
.
%
3
1
9
.
%
4
2
3
.
4
(
4
0
.
5
6
4
6
%
0
0
7
.
3
(
4
3
%
3
1
9
8
1
5
6
.
3
9
7
4
2
(
9
0
.
5
7
8
6
.
2
(
0
3
.
6
3
4
%
1
1
5
.
2
(
2
4
.
8
1
4
1
%
1
1
5
.
2
(
7
9
.
2
9
8
5
2
)
5
5
8
.
0
(
7
4
.
5
9
7
1
)
%
4
7
9
.
0
(
9
8
.
1
1
2
5
)
5
5
8
.
0
(
3
9
.
6
1
5
5
)
%
7
8
4
.
0
(
3
9
.
8
7
5
5
)
%
7
8
4
.
0
(
6
4
.
2
3
7
1
)
%
5
3
4
.
0
(
5
5
.
7
2
4
2
)
%
0
4
5
.
0
(
8
8
.
2
4
1
5
)
%
5
3
4
.
0
(
5
8
.
4
8
8
4
)
%
4
7
9
)
%
.
)
0
%
(
0
1
4
4
5
5
9
.
.
2
1
0
.
0
(
0
1
(
1
2
5
3
.
5
9
.
6
7
1
1
2
3
2
)
%
4
9
2
.
0
(
6
8
.
3
9
9
4
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
E (keV)
Hình 18 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 7310,68 keV.
129
)
)
%
3
3
4
.
%
3
3
4
.
4
(
4
(
4
0
5
.
.
)
6
7
7
.
.
5
3
3
2
8
5
6
4
6
)
6
7
7
3
(
3
9
)
2
8
3
)
2
8
3
.
.
.
.
3
(
3
(
4
6
1
5
5
3
(
7
4
8
7
7
1
.
.
1
5
6
4
1
2
8
8
2
4
1
5
3
)
9
4
8
.
.
)
1
(
)
9
4
8
1
(
.
%
.
0
3
.
)
)
(
I
.
)
)
9
0
5
7
8
6
2
9
1
4
)
7
1
3
1
(
7
9
.
)
)
)
7
1
3
1
(
2
4
.
.
.
.
.
.
.
2
9
8
5
%
7
3
8
0
(
9
8
.
.
1
0
4
1
%
7
3
8
0
(
0
5
.
.
)
2
0
8
0
(
4
5
%
1
7
8
0
(
0
6
%
1
7
8
0
(
0
8
%
5
2
6
0
(
.
.
.
)
2
0
8
0
(
5
8
.
9
6
1
%
5
2
6
0
(
1
7
1
1
2
5
3
8
0
2
.
.
0
1
4
2
2
4
8
2
2
5
4
4
4
8
8
4
6
1
7
3
9
7
5
3
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
E (keV)
)
)
9
%
7
5
9
.
7
(
3
3
.
5
4
6
%
7
5
9
.
7
(
5
0
.
8
1
5
6
8
7
6
5
Hình 19 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 7293,52 keV.
)
)
%
)
)
)
4
(
I
)
)
.
.
)
)
)
.
.
)
)
)
3
.
.
%
0
8
7
1
(
9
4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
%
0
3
1
1
(
)
9
2
2
1
(
.
.
.
.
.
3
5
9
1
%
0
8
7
1
(
9
8
1
1
2
5
2
.
.
.
.
%
9
6
5
1
(
2
4
0
1
4
1
%
9
6
5
1
(
6
9
2
5
7
5
.
.
.
.
8
2
5
9
2
3
3
8
9
6
)
9
2
2
1
(
4
0
5
6
4
6
%
0
3
1
1
(
9
0
5
7
8
6
%
9
4
9
0
(
0
5
1
2
0
2
%
9
4
9
0
(
8
8
2
4
1
5
%
2
3
7
0
(
5
4
2
1
6
1
1
%
2
3
7
0
(
3
9
1
5
5
5
%
1
8
5
0
(
0
8
2
5
4
4
%
1
8
5
0
(
8
5
0
1
7
2
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
E (keV)
Hình 20 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 7162,83 keV.
130
)
)
5
%
2
1
0
.
4
(
1
4
.
8
5
3
1
%
2
1
0
.
4
(
3
9
.
6
1
5
5
4
)
)
3
)
%
)
)
(
I
2
)
%
9
6
6
.
1
(
5
4
.
4
6
6
1
%
9
6
6
.
1
(
9
8
.
1
1
2
5
)
%
8
7
9
.
0
(
9
2
.
6
5
3
%
8
7
9
.
0
(
5
0
.
8
1
5
6
1
%
1
4
.
0
(
7
3
.
2
8
9
%
1
4
.
0
(
7
9
.
2
9
8
5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
E (keV)
)
)
%
4
5
6
%
4
5
6
2
.
.
1
(
7
3
1
(
3
9
.
.
)
)
2
0
0
1
6
1
5
5
%
2
6
2
%
2
6
2
.
.
)
)
1
(
1
4
1
(
9
8
.
.
%
4
5
9
%
4
5
9
.
.
7
0
3
1
1
1
2
5
0
(
5
4
0
(
5
8
.
.
4
3
6
1
4
8
8
4
Hình 21 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 6874,51 keV.
)
1
%
(
I
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
E (keV)
Hình 22 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 6517,34 keV.
131
0.04
)
)
)
0.03
)
%
5
2
0
.
0
(
7
3
.
2
0
0
1
)
%
5
2
0
.
0
(
4
3
.
3
9
7
%
(
I
0.02
%
8
1
0
.
0
(
0
3
.
6
3
4
%
8
1
0
.
0
(
1
4
.
8
5
3
1
0.01
0.00
0
500
1500
2000
1000
E (keV)
Hình 23 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 1793,38 keV.
)
)
20
18
%
7
2
4
.
8
1
(
7
3
.
5
6
4
%
7
2
4
.
8
1
(
3
5
.
3
3
5
8
16
14
12
Phổ nối tầng của 59Ni
)
)
10
)
%
(
I
8
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
6
%
0
0
8
.
4
(
2
5
.
1
2
1
8
%
0
0
8
.
4
(
7
3
.
8
7
8
4
%
5
0
7
.
1
(
8
3
.
2
0
3
1
%
5
0
7
.
1
(
1
5
.
7
9
6
7
%
0
9
2
.
1
(
7
4
.
7
1
8
5
2
%
0
9
2
.
1
(
2
4
.
1
8
1
3
%
4
3
9
.
0
(
1
4
.
5
1
4
2
%
7
7
1
.
1
(
3
4
.
4
6
5
3
%
7
4
1
.
1
(
6
4
.
0
5
9
4
%
4
3
9
.
0
(
9
4
.
3
8
5
6
%
7
4
1
.
1
(
4
4
.
9
4
0
4
%
7
2
9
.
0
(
4
4
.
4
8
2
4
%
7
2
9
.
0
(
5
4
.
5
1
7
4
%
7
7
1
.
1
(
7
4
.
5
3
4
5
%
1
5
7
.
0
(
3
4
.
6
8
6
3
%
1
5
7
.
0
(
6
4
.
2
1
3
5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
E (keV)
Hình 24 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 8999,14 keV.
132
8
)
)
)
)
6
%
6
1
0
.
5
(
1
4
.
3
4
8
2
%
6
1
0
.
5
(
7
4
.
7
1
8
5
%
1
4
3
.
4
(
1
4
.
4
5
5
2
%
1
4
3
.
4
(
8
4
.
5
0
1
6
)
4
%
)
)
(
I
2
%
0
8
2
.
1
(
2
4
.
7
4
3
3
%
0
8
2
.
1
(
6
4
.
2
1
3
5
0
2000
3000
4000
5000
6000
7000
E (keV)
)
)
5
)
4
%
0
8
2
.
1
(
3
4
.
6
7
6
3
%
0
8
2
.
1
(
5
4
.
.
7
5
8
4
)
3
%
4
7
4
.
2
(
0
4
.
0
5
9
1
%
4
7
4
.
2
(
9
4
.
3
8
5
6
Hình 25 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 8660,04 keV.
)
%
(
I
2
1
0
1500
3000
6000
7500
4500
E (keV)
Hình 26 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 8533,53 keV.
133
)
)
7
6
%
7
2
6
.
5
(
8
3
.
8
8
1
1
%
7
2
6
.
5
(
0
4
.
3
9
9
1
)
5
)
)
)
)
)
)
)
)
)
4
)
%
%
4
7
9
.
2
(
1
4
.
7
1
7
2
%
4
7
9
.
2
(
7
3
.
5
6
4
(
I
3
%
9
7
5
.
2
(
7
3
.
8
7
8
%
9
7
5
.
2
(
0
4
.
4
0
3
2
%
7
6
3
.
2
(
0
1
.
9
3
3
%
8
8
3
.
2
(
9
3
.
5
3
7
1
%
7
6
3
.
2
(
1
4
.
3
4
8
2
%
8
8
3
.
2
(
9
3
.
7
4
4
1
%
7
3
2
.
2
(
9
3
.
0
8
8
1
%
7
3
2
.
2
(
8
3
.
2
0
3
1
2
1
0
0
1000
2000
3000
E (keV)
)
5
)
.
.
%
0
1
6
3
(
.
.
4
7
3
8
7
8
%
0
1
6
3
(
0
4
6
1
0
2
)
)
3
%
9
3
7
.
.
Hình 27 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 3181,42 keV.
)
%
1
(
1
4
.
.
(
I
)
)
2
%
9
3
7
1
(
0
1
9
3
3
4
5
5
2
1
%
5
5
5
.
0
(
8
3
.
8
8
1
1
%
5
5
5
.
0
(
9
3
.
3
0
7
1
0
0
1000
2000
3000
E (keV)
Hình 28 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 2893,66 keV.
134
)
)
)
)
6
.
.
.
.
%
1
1
6
4
(
%
0
4
5
4
(
.
.
.
.
5
7
3
8
7
8
%
1
1
6
4
(
9
3
7
3
5
1
7
3
5
6
4
%
0
4
5
4
(
0
4
0
5
9
1
)
)
4
.
.
.
.
)
3
%
%
9
3
7
2
(
8
3
8
8
1
1
%
9
3
7
2
(
8
3
6
2
2
1
(
I
2
1
0
0
500
1000
1500
2000
2500
E (keV)
Hình 29 Các chuyển dời nối tầng ứng với đỉnh tổng 2415,41 keV.
135
PHỤ LỤC 4
XÁC ĐỊNH SPIN VÀ ĐỘ CHẴN LẺ
Với 49Ti
Hạt nhân 49Ti ở trạng thái cơ bản có spin và độ chẵn lẻ là 7/2-, trạng thái hợp
phần là 1/2+. Như vậy các dịch chuyển lưỡng cực điện từ trạng thái hợp phần
về mức thấp hơn sẽ có spin và độ chẵn lẻ khả dĩ là: 3/2- và 1/2-, nếu xảy ra
dịch chuyển hỗn hợp lưỡng cực từ và tứ cực điện thì spin và độ chẵn lẻ khả dĩ
sẽ là 3/2+ và 1/2+. Kết quả thực nghiệm chuyển dời gamma nối tầng cho thấy
các mức sau đây là mức của dịch chuyển bậc 1 từ Bn: 1381,42 keV, 1586,44
keV, 1723,46 keV, 3175,64 keV, 3428,67 keV, 3788,72 keV, 4221,77 keV,
4666,82 keV, 5115,88 keV.
Để xác định chính xác spin và độ chẵn lẻ ở các mức này thì ta xét các dịch
chuyển tiếp theo sau, chú ý trạng thái cơ bản của 49Ti là 7/2-; đồng thời quan
tâm đến xác suất dịch chuyển điện từ theo mẫu đơn hạt để kết luận sự phù
hợp. Nếu các mức trên có dịch chuyển trực tiếp về mức cơ bản thì có thể là
các dịch chuyển từ 3/2- 7/2- hoặc 1/2- 7/2-. Trường hợp dịch chuyển từ
3/2- về 7/2- được chọn, và đây là dịch chuyển tứ cực điện E2 và lưỡng cực từ
M1. Như vậy, từ mức dịch chuyển bậc 1 nếu có dịch chuyển trực tiếp về mức
cơ bản thì mức trung gian đó có spin và độ chẵn lẻ là 3/2-.
Thực nghiệm xác định các mức sau có dịch chuyển trực tiếp về cơ bản là:
1381,42 keV, 1586,44 keV, nên spin và độ chẵn lẻ của hai mức này là 3/2-.
Cũng từ thực nghiệm các mức 1723,46 keV, 3175,64 keV, 4221,77, 4666,82
keV, 5115,88 keV dịch chuyển trực tiếp về mức 1381,42 keV (3/2-). Phân tích
tương tự như trên, đồng thời quan tâm đến xác suất dịch chuyển với sự phù
hợp của mẫu đơn hạt, các mức này có spin và độ chẵn lẻ khả dĩ là 1/2- và 3/2-.
136
Xét hai mức còn lại là 3260,38 keV và 3175,14 keV. Đây là 2 mức của dịch
chuyển trực tiếp từ Bn về. Như vậy spin và độ chẵn lẻ của hai mức này là 3/2-
và 1/2-. Hai mức này có các dịch chuyển về mức trung gian với spin và độ
chẵn lẻ mức trung gian là 3/2- (các mức 1761,46 keV, 1586,44 keV và
1381,42 keV). Như vậy, mức 3260,38 keV và mức 3174,15 keV sẽ có spin và
độ chẵn lẻ là 1/2-.
Hai mức còn lại 3428,67 keV, 3788,72 keV có dịch chuyển trực tiếp về mức
1381,42 keV, tuy nhiên nếu xét theo xác suất chuyển dời điện từ thì dịch
chuyển của các tia gamma từ Bn về hai mức này không phải là chuyển dời
lưỡng cực điện mà là chuyển dời hỗn hợp lưỡng cực từ và tứ cực điện. Nếu
các chuyển dời từ Bn về hai mức trên là chuyển dời lưỡng cực điện thì so sánh
tỉ số xác suất chuyển dời giữa lý thuyết và thực nghiệm có độ vênh đến 11,23
lần, trong khi đó nếu xem các dịch chuyển từ Bn về hai mức này là dịch
chuyển hỗn hợp lưỡng cực từ và tứ cực điện thì xác suất chuyển dời giữa lý
thuyết và thực nghiệm gần bằng nhau. Do vậy, như phân tích trên, các mức
3428,67 keV, 3788,72 keV có spin và độ chẵn lẻ khả dĩ là 1/2+ và 3/2+. Mặc
khác hai mức này có chuyển dời trực tiếp về mức 1381,42 keV (3/2-), do vậy
hai mức ,67 keV, 3788,72 keV chỉ có thể nhận giá trị spin là 1/2+.
Với 52V
Hạt nhân 52V ở trạng thái cơ bản có spin và độ chẵn lẻ là 3+, trạng thái hợp
phần có mức kép với 2 giá trị spin và độ chẵn lẻ khả dĩ là 3- và 4-. Như vậy
các dịch chuyển điện lưỡng cực điện E1 trực tiếp từ trạng thái hợp phần về
mức thấp hơn sẽ có spin và độ chẵn lẻ khả dĩ: 2+, 3+, 4+ và 5+; dịch chuyển
hỗn hợp lưỡng cực từ và tứ cực điện có spin và độ chẵn lẻ khả dĩ: 2-, 3-, 4-, 5-.
Kết quả thực nghiệm cho thấy các mức sau đây là mức của dịch trực tiếp từ
Bn: 435,59 keV, 792,63 keV, 845,64 keV, 1417,71 keV, 1557,72 keV,
137
1731,75 keV, 1758,75 keV, 1793,75 keV, 2098,79 keV, 2167,80 keV,
2316,82 keV, 2425,83 keV, 2857,88 keV, 3730,99 keV.
Để xác định spin và độ chẵn lẻ ở mức trung gian, việc xét xác suất dịch
chuyển điện từ bằng thực nghiệm và so sánh sự phù hợp với lý thuyết là cần
thiết; đồng thời sử dụng một số kết quả đả nghiên cứu 52V của các công trình
trước đây về spin và độ chẵn lẻ ở các mức thấp.
Xét các dịch chuyển tiếp theo sau, nếu các mức trên chỉ có dịch chuyển trực
tiếp về mức cơ bản thì đó có thể là các dịch chuyển: lưỡng cực điện E1 hoặc
dịch chuyển hỗn hợp lưỡng cực từ M1 và tứ cực điện E2.
Thực nghiệm xác định các trường hợp dịch chuyển bậc hai nối tầng từ Bn về
mức cơ bản gồm hai mức sau: 1557,72 keV, 1731,75 keV, 1758,75 keV và
2316,82 keV. Theo kết quả tính giữa lý thuyết và thực nghiệm về xác suất
dịch chuyển điện từ cho thấy dịch chuyển gamma về mức 1731,75 keV là
dịch chuyển lưỡng cực điện; dịch chuyển gamma về mức 1557,72 keV, mức
1758,75 keV và mức 2316,82 keV là dịch chuyển hỗn hợp M1 và E2. Như
vậy các mức sẽ có spin và độ chẵn lẻ là: 1731,75 keV (2+, 4+), 1557,72 keV
(2-, 4-), 1758,75 keV (2-, 4-) và 2316,82 keV (2-, 4-).
Bây giờ ta xét các mức còn lại theo thứ tự từ mức năng lượng thấp đến mức
năng lượng cao. Các nghiên cứu trước đây cho thấy ở mức 17,16 keV phát
gamma về mức cơ bản là dịch chuyển hỗn hợp M1 và E2, spin và độ chẵn lẻ
của mức này là 2+. Ở mức 22,29 keV dịch chuyển tứ cực điện E2, spin và độ
chẵn lẻ của mức này là 5+.
Xét mức 435,59 keV. Dịch chuyển từ Bn về mức 435,59 keV là dịch chuyển
E1, vậy spin và độ chẵn lẻ khả dĩ là 2+, 3+, 4+ và 5+. Các dịch chuyển từ mức
435,59 keV về mức thấp hơn là dịch chuyển hỗn hợp M1 và E2. Vì mức
17,16 keV là 2+ và mức cơ bản là 3+. Như vậy mức 435,59 keV chỉ có thể
138
nhận hai giá trị khả dĩ là 2+ và 3+. Có thể mình hoạ quá trình dịch chuyển như
7310,68 3-, 4-
435,59 2+, 3+
17,16 2+
0 3+
sau:
Hình 30 Minh hoạ các dịch chuyển của mức 435,59 keV.
Tương tự như mức 435,59 keV, dịch chuyển từ Bn về mức 792,63 keV là dịch
chuyển E1, vậy spin và độ chẵn lẻ khả dĩ là 2+, 3+, 4+ và 5+. Các dịch chuyển
7310,68 3-, 4-
792,63 2+, 3+
436,34 2+, 3+
147,30 4+
22,29 5+
0 3+
từ mức 792,63 keV về mức thấp hơn là dịch chuyển hỗn hợp M1 và E2. Vì
mức 435,59 keV là 2+, 3+, 140,30 keV là 1+, 22,29 keV là 5+ và mức cơ bản là
3+. Như vậy mức 792,63 keV chỉ có thể nhận hai giá trị khả dĩ là 2+ và 3+,
mức 147,30 keV là 4+. Có thể mình hoạ quá trình dịch chuyển như sau:
Hình 31 Minh hoạ các dịch chuyển của mức 792,63 keV.
Áp dụng cách tính này cho các mức còn lại. Kết quả spin và độ chẵn lẻ các
mức như sau: 845,64 keV (3+,4+), 1417,71 keV (2+,3+), 1793,75 keV (2+,3+),
2098,79 keV (2+,3+), 2167,80 kev (2+,3+), 2425,83 keV (2+,3+), 2857,88 keV
139
7310,68 3-, 4-
1417,71 2+, 3+
436,34 2+, 3+
17, 16 2+
0 3+
(3+), 3730,99 keV (3+). Hình 30, hình 31, hình 32, hình 33 và hình 34 mô tả
một số mức có dịch chuyển phức tạp của 52V.
7310,68 3-,4-
1793,75 2+,3+
792,63 2+,3+
436,34 2+,3+
17, 16 2+
0 3+
Hình 32 Minh hoạ các dịch chuyển của mức 1417,71 keV.
7310,68 3-,4-
2098,79 2+,3+
792,63 2+,3+
436,34 2+,3+
147,30 4+
17,16 2+
0 3+
Hình 33 Minh hoạ các dịch chuyển của mức 1793,75 keV.
Hình 34 Minh hoạ các dịch chuyển của mức 2098,79 keV.
140
Với 59Ni
Hạt nhân 59Ni ở trạng thái cơ bản có spin và độ chẵn lẻ là 3/2-, trạng thái hợp
phần là 1/2+. Như vậy các dịch chuyển lưỡng cực điện từ trạng thái hợp phần
về mức trung gian sẽ có spin và độ chẵn lẻ khả dĩ là: 3/2- và 1/2-. Kết quả thực
nghiệm cho thấy các mức sau đây dịch chuyển trực tiếp từ Bn: 465,61 keV,
877,62 keV, 1301,63 keV, 2415,65 keV, 2893,66 keV, 3181,67 keV, 3563,68
keV, 3686,68 keV, 4048,69 keV, 4140,69 keV, 4714,70 keV.
Thực nghiệm cho thấy chỉ có các mức sau 465,61 keV, 877,62 keV, 1301,63
keV, 3563,68 keV, 4048,69 keV, 4714,70 keV có dịch chuyển trực tiếp về
mức cơ bản. Vì mức cơ bản có spin và độ chẵn lẻ là 3/2-, nên chỉ có giá trị
1/2- ở các mức này được chấp nhận. Dịch chuyển từ Bn về các mức này là
dịch chuyển lưỡng cực điện E1, dịch chuyển trực tiếp ở các mức này về mức
cơ bản là dịch chuyển hỗn hợp lượng cực từ M1 và tứ cực điện E2.
Các mức còn lại 2415,65 keV, 3181,67 keV, 3686,68 keV vừa có dịch chuyển
trực tiếp về mức cơ bản, vừa có dịch chuyển nối tầng bậc hai về mức cơ bản.
3686, 68
3181, 67
Có thể mô tả quá trình dịch chuyển ở các trường hợp này như Hình 35.
2415,65
465, 61
J=?
339, 27
Ef 3/2-
1/2-, 3/2-
Hình 35 Mô tả dịch chuyển một số mức của 59Ni.
Theo lý thuyết, bậc đa cực càng thấp thì thời gian sống của mức càng ngắn và
năng lượng dịch chuyển thấp. Kết quả đo đạc bằng thực nghiệm cho thấy các
dịch chuyển này dịch chuyển trực tiếp về mức cơ bản có cường độ bé hơn
141
nhiều so với các dịch chuyển trung gian, do vậy mức độ ưu tiên bậc đa cực sẽ
tính cho dịch chuyển gián tiếp về mức trung gian trước khi về mức cơ bản.
Nếu ta chỉ xét L = 1 thì rõ ràng các mức 2415,65 keV, 3181,67 keV, 3686,68
keV có spin và độ chẵn lẻ là 3/2-. Dịch chuyển từ Bn về các mức này là dịch
chuyển lưỡng cực điện E1, dịch chuyển từ mức này về các mức dưới là dịch
chuyển hỗn hợp lưỡng cực từ M1 và tứ cực điện E2. Các mức trung gian là
339,27 keV, 465,61 keV, 877,62 keV, 1188,38 keV, 1301,63 keV, 1447,39
keV có spin và độ chẵn lẻ là 1/2- và dịch chuyển của các mức trung gian này
về mức cơ bản cũng là dịch chuyển hỗn hợp M1 và E2.
Bây giờ ta xét hai mức còn lại của dịch chuyển bậc 1 trực tiếp từ Bn là mức
2893,66 keV và mức 4140,69 keV. Mức 2893,66 keV và mức 4140,69 keV
dịch chuyển bậc 1 trực tiếp từ Bn và là dịch chuyển E1 nên spin và độ chẵn lẻ
khả dĩ là 1/2- và 3/2-. Ở các mức này có dịch chuyển hỗn hợp M1 và E2 và là
dịch chuyển trực tiếp về các mức có spin và độ chẵn lẻ 1/2- (các mức trung
gian là 339,10 keV, 465,61 keV và 877,62 keV, 1118,38 keV), như vậy mức
2893,66 keV và mức 4140,69 keV chỉ có thể là 3/2-.
