intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân trong phản ứng quang hạt nhân của Europium tự nhiên gây bởi chùm bức xạ hãm có năng lượng cực đại trong vùng cộng hưởng khổng lồ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:61

Thêm vào BST
Báo xấu
16
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả lựa chọn nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân trong phản ứng quang hạt nhân của Europium tự nhiên gây bởi chùm bức xạ hãm có năng lượng cực đại trong vùng cộng hưởng lưỡng cực khổng lồ. Cụ thể, phản ứng mà chúng tôi quan tâm là 153Eu(y, n)152m1,m2Eu gây bởi chùm bức xạ hãm có năng lượng cực đại 17 MeV và 20.3 MeV.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân trong phản ứng quang hạt nhân của Europium tự nhiên gây bởi chùm bức xạ hãm có năng lượng cực đại trong vùng cộng hưởng khổng lồ

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -----oOo----- BÙI MINH HUỆ NGHIÊN CỨU TỶ SỐ SUẤT LƢỢNG ĐỒNG PHÂN TRONG PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN CỦA EUROPIUM TỰ NHIÊN GÂY BỞI CHÙM BỨC XẠ HÃM CÓ NĂNG LƢỢNG CỰC ĐẠI TRONG VÙNG CỘNG HƢỞNG KHỔNG LỒ Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lƣợng cao Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Phan Việt Cƣơng Hà Nội - 2013
  2. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 3 CHƢƠNG I: PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN .................................................... 5 1.1. Phản ứng quang hạt nhân ............................................................................ 5 1.1.1. Khái niệm về phản ứng quang hạt nhân .................................................. 5 1.1.2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng quang hạt nhân ........................ 6 1.1.3. Tiết diện và suất lƣợng của phản ứng quang hạt nhân ........................... 7 1.1.3.1. Tiết diện phản ứng quang hạt nhân ........................................................ 7 1.1.3.2. Suất lượng phản ứng quang hạt nhân ................................................... 10 1.2. Khái niệm trạng thái đồng phân hạt nhân ................................................ 11 1.3. Dịch chuyển gamma ................................................................................... 12 1.3.1. Bức xạ đa cực điện và bức xạ đa cực từ trong các hệ lƣợng tử. ............ 13 1.3.2. Dịch chuyển giữa các trạng thái của hạt nhân ...................................... 13 1.3.3. Quy tắc chọn lọc trong dịch chuyển gamma .......................................... 14 1.4. Cấu trúc hạt nhân và sự hình thành trạng thái đồng phân ...................... 17 1.4.1. Mẫu vỏ hạt nhân ..................................................................................... 17 1.4.2. Mẫu hạt nhân biến dạng - Mẫu Nilson .................................................. 21 1.4.3. Tính chất phổ của các đồng vị Eu .......................................................... 25 1.5. Tỷ số suất lƣợng đồng phân ....................................................................... 27 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM ............................................................................. 31 2.1. Phƣơng pháp thực nghiệm ác định tỷ số suất lƣợng đồng phân................ 31 2.2. Thí nghiệm đo tỷ số suất lƣợng đồng phân................................................ 34 2.2.1 Nguồn bức xạ hãm từ máy gia tốc electron MT - 25 ............................. 34 2.2.2. Thí nghiệm ác định tỷ số suất lƣợng đồng phân .................................. 35 2.2.2.1. Bố trí thí nghiệm ................................................................................. 35 2.2.2.2. Đo và xử lý phổ gamma ...................................................................... 36 2.2.2.3. Một số phép hiệu chỉnh nâng cao độ chính xác kết quả đo ................... 38 2.2.2.3.1. Hiệu ứng sự hấp thụ tia gamma trong mẫu.................................... 38 2.2.2.3.2. Hiệu ứng thời gian chết và chồng chập xung ................................. 38 2.2.2.3.3. Hiệu ứng cộng đỉnh ....................................................................... 39 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 40 3.1. Hiệu suất ghi của Detector ......................................................................... 40 3.2. Đoán nhận đồng vị phóng xạ ...................................................................... 42 3.3. ác định tỷ số suất lƣợng đồng phân ......................................................... 48 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 53 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 56 Vật lý hạt nhân 2
  3. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ MỞ ĐẦU Trạng thái đồng phân hạt nhân là trạng thái kích thích của hạt nhân có thời gian sống dài hơn so với trạng thái kích thích thông thường của hạt nhân (>109s) được tạo thành do sự kích thích một hoặc nhiều nucleon trong nó. Trạng thái này còn được gọi là trạng thái kích thích giả bền (meta-stable state). Hạt nhân ở trạng thái này có thể khử kích thích trở về trạng thái kích thích thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản (ground state) bằng cách phát bức xạ gamma hay trải qua quá trình phân rã (ví dụ như phân rã β-…) và biến thành hạt nhân khác. Sự tồn tại của các trạng thái này đã được Weizsacker giải thích là do sự khác nhau rất lớn giữa spin của nó so với trạng thái cơ bản cũng như năng lượng dịch chuyển thấp. Mặc dù trạng thái đồng phân là một trạng thái đơn giản (simple state) nhưng sự tồn tại của nó cũng như các đặc trưng lượng tử liên quan có thể được giải thích bằng rất nhiều mẫu cấu trúc hạt nhân khác nhau như: mẫu vỏ, mẫu biến dạng, mẫu tập thể,… Trạng thái đồng phân có thể hình thành thông qua phản ứng hạt nhân gây bởi các loại hạt khác nhau. Trong thực nghiệm, người ta thường quan tâm đến tỷ số tiết diện hình thành nên trạng thái đồng phân và trạng thái cơ bản ⁄ hay đối với trường hợp chùm hạt gây phản ứng có năng lượng biến đổi liên tục thì đại lượng này là tỷ số giữa suất lượng hình thành nên trạng thái đồng phân và trạng thái cơ bản ⁄ (trong nhiều trường hợp còn được tính bằng ⁄ để cập đến suất lượng hình thành nên trạng thái có spin cao và trạng thái có spin thấp), tỷ số này được gọi là tỷ số đồng phân, ký hiệu là IR. Tỷ số đồng phân có thể cho chúng ta những thông tin quan trọng về cấu trúc mức năng lượng của hạt nhân cũng như cơ chế phản ứng. Bằng việc so sánh tỷ số đồng phân xác định bằng thực nghiệm và tỷ số đồng phân tính toán bằng lý thuyết theo mẫu thống kê của Huizenga và Vandenbosch, chúng ta có thể thu được thông tin quan trọng về sự phụ thuộc vào spin của mật độ mức hạt nhân. Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân trong phản ứng quang hạt nhân của Europium tự nhiên gây bởi chùm bức xạ hãm có năng lượng cực đại trong vùng cộng hưởng lưỡng cực khổng lồ. Cụ thể, 153 phản ứng mà chúng tôi quan tâm là Eu(, n)152m1,m2Eu gây bởi chùm bức xạ hãm có năng lượng cực đại 17 MeV và 20.3 MeV. Sở dĩ, chúng tôi chọn phản ứng này là vì hạt nhân 153Eu và 152Eu là các hạt nhân biến dạng được thể hiện qua việc tiết diện phản 153 ứng quang hạt nhân Eu(, n)152Eu có hai đỉnh. Ngoài ra, các trạng thái đồng phân trong hạt nhân 152Eu cũng có các tham số biến dạng khác nhau. Chính vì thế, số liệu về tỷ số đồng phân trong phản ứng này cũng sẽ cung cấp những thông tin quan trọng về Vật lý hạt nhân 3
  4. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ sự ảnh hưởng của tham số biến dạng vào xác xuất kích thích các trạng thái đồng phân. Phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu của chúng tôi là phương pháp kích hoạt. Thí nghiệm được tiến hành trên máy gia tốc điện tử Microtron MT-25, tại phòng thí nghiệm về phản ứng hạt nhân Flerov, Viện liên hợp nghiên cứu hạt nhân Dubna, Nga. Các số liệu thực nghiệm được cung cấp bởi nhóm nghiên cứu của GS.TS.Trần Đức Thiệp hiện đang công tác tại Trung tâm Vật lý Hạt nhân - Viện Vật lý Bản luận văn với đề tài “Nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân trong phản ứng quang hạt nhân của Europium tự nhiên gây bởi chùm bức xạ hãm có năng lượng cực đại trong vùng cộng hưởng khổng lồ”, gồm có 3 chương : Chƣơng 1: Tổng quan l thuyết về phản ứng quang hạt nhân, hiện tượng đồng phân hạt nhân và tỷ số suất lượng đồng phân. Chƣơng 2: Trình bày phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm sử dụng trong việc xác định tỷ số suất lượng đồng phân. Chƣơng 3: Kết quả thu được về tỷ số suất lượng đồng phân của phản ứng quang hạt nhân153Eu(,n)152m1,m2Eu gây bởi chùm bức xạ hãm năng lượng cực đại 20,3MeV và 17MeV. Vật lý hạt nhân 4
  5. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ CHƢƠNG I: PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN 1.1. Phản ứng quang hạt nhân 1.2. Khái niệm trạng thái đồng phân hạt nhân 1.3. Dịch chuyển gamma 1.4. Cấu trúc hạt nhân và sự hình thành trạng thái đồng phân 1.5. Tỷ số suất lƣợng đồng phân hạt nhân 1.1. Phản ứng quang hạt nhân 1.1.1. Khái niệm về phản ứng quang hạt nhân Bức xạ gamma là bức xạ điện từ. Tùy thuộc vào năng lượng của nó khi đi vào môi trường vật chất, tia gamma tương tác với hạt nhân hay nguyên tử trong môi trường vật chất và có thể gây ra các hiện tượng khác nhau như: quang điện, Compton, tạo cặp…hay gây ra phản ứng hạt nhân và thường được gọi là phản ứng quang hạt nhân. Xét phản ứng quang hạt nhân:   A B  b (1.1) Trong đó hạt tới là lượng tử gamma, A là hạt nhân bia, B là hạt nhân sản phẩm hay còn gọi là hạt nhân dư và dừng lại trong bia, b là các hạt nhẹ hoặc bức xạ phát ra. Phản ứng quang hạt nhân là phản ứng ngưỡng, tức là chỉ xảy ra khi năng lượng của photon tới lớn hơn một giá trị nào đó, hay còn gọi là năng lượng ngưỡng của phản ứng hạt nhân. Vì vậy cần phải có các chùm photon có năng lượng và cường độ đủ lớn để gây phản ứng. Trong thực tế người ta thường dùng chùm bức xạ hãm sinh ra khi các electron được gia tốc với năng lượng lớn tương tác với các bia nặng (ví dụ như W, Pb, Ta…). Đặc điểm của chùm bức xạ hãm là có phổ liên tục, thông lượng lớn. Năng lượng cực đại của bức xạ hãm bằng năng lượng của chùm hạt tích điện được gia tốc, vì vậy có thể tạo ra chùm bức xạ hãm có thông lượng lớn và năng lượng có thể lên tới hàng GeV bằng các máy gia tốc. Cũng như các phản ứng hạt nhân dưới tác dụng của các hạt tích điện và nơtron, phản ứng quang hạt nhân phụ thuộc mạnh vào năng lượng của chùm lượng tử gamma tới. Tùy theo năng lượng photon tới, phản ứng quang hạt nhân phát xạ nơtron, proton hoặc các loại hạt khác tương ứng với nhiều loại phản ứng khác nhau như: phản ứng đơn giản: (γ, n), (γ, p); phản ứng sinh nhiều nơtron (γ,xn); phản ứng photospallation (γ, xnyp); phản ứng tạo pion (γ,πxn); phân hạch hạt nhân (γ, f); hiện tượng phân mảnh (γ,fr)…[16,23]. Vật lý hạt nhân 5
  6. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ 1.1.2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng quang hạt nhân Khi một phản ứng quang hạt nhân xảy ra sẽ bị chi phối bởi các định luật bảo toàn [4,13]: Định luật bảo toàn điện tích và số baryon: trong phản ứng quang hạt nhân, tổng điện tích của hạt tới tham gia phản ứng bằng với tổng điện tích của các hạt sản phẩm. Và trong bất kỳ phản ứng quang hạt nhân nào, tổng số baryon phải là một hằng số. Định luật bảo toàn số baryon cho phép giải thích tính bền vững của proton. Định luật bảo toàn năng lượng: Năng lượng toàn phần trước phản ứng và sau phản ứng bằng nhau. Đối với quá trình (1.1) định luật bảo toàn năng lượng được viết: E01  T1  E02  T2 (1.2) trong đó E01, E02 lần lượt là tổng năng lượng nghỉ của các hạt trước và sau phản ứng. Còn T1, T2 lần lượt là tổng động năng của các hạt trước và sau phản ứng. Định luật bảo toàn moment động lượng: trong phản ứng A(γ,b)B, gọi ⃗⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗⃗ là moment động lượng của các hạt tham gia phản ứng, định luật bảo toàn moment động lượng được viết: ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ (1.3) Định luật bảo toàn moment góc: tổng moment góc của các hạt tham gia phản ứng là bảo toàn cũng như thành phần hình chiếu lên phương được chọn. Áp dụng cho phản ứng A(γ,b)B ta có: ⃗⃗⃗⃗ + ⃗⃗⃗ + ⃗⃗⃗⃗⃗ =⃗⃗⃗ +⃗⃗⃗ +⃗⃗⃗⃗⃗ (1.4) với ⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗ ,⃗⃗⃗ là spin tương ứng với các hạt tham gia phản ứng. Các spin này có thể đo bằng thực nghiệm hoặc tính toán (dùng mẫu vỏ). Proton, notron có spin là ½, các hạt nhân chẵn-chẵn có spin bằng không.... Spin của hạt nhân là moment góc riêng của hạt nhân ở trạng thái cơ bản. Các đại lượng ⃗⃗⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗⃗⃗ là moment góc quỹ đạo của các cặp hạt tương ứng, đặc trưng cho chuyển động tương đối giữa các hạt. Momen quỹ đạo góc nhận các giá trị nguyên (0,1,2....). Định luật bảo toàn chẵn lẻ: Trong tương tác điện từ và tương tác mạnh, tính chẵn lẻ được bảo toàn. Phản ứng quang hạt nhân cũng thuộc vào các loại tương tác này, nên định luật bảo toàn chẵn lẻ cũng có giá trị. Xét phản ứng A(γ,b)B, định luật bảo toàn chẵn lẻ được viết: (1.5) Vật lý hạt nhân 6
  7. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ Pγ, PA, PB, Pb là tính chẵn lẻ riêng tương ứng với từng hạt tham gia phản ứng. Cũng như các định luật bảo toàn khác, định luật bảo toàn chẵn lẽ dẫn đến quy tắc chọn lọc làm giới hạn các phản ứng có thể xảy ra. Định luật bảo toàn spin đồng vị: Phản ứng A(γ,b)B cũng tuân theo định luật bảo toàn spin đồng vị ⃗ . Theo định luật này thì spin toàn phần của các hạt trước và sau phản ứng bằng nhau: ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ (1.6) Spin đồng vị đặc trưng cho mức hạt nhân, các hạt nhân ở các trạng thái năng lượng khác nhau thì có spin đồng vị khác nhau, thay đổi từ Tmin=(N-Z)/2 đến Tmax=A/2. Trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích yếu nhận giá trị spin đồng vị thấp nhất. Các định luật bảo toàn đưa ra giới hạn nhất định đối với phản ứng quang hạt nhân, và do đó cho phép chúng ta viết ra được chính xác các phản ứng quang hạt nhân có thể xảy ra và có được các thông tin quan trọng về các đặc tính của các hạt tham gia phản ứng và các hạt sản phẩm. 1.1.3. Tiết diện và suất lƣợng của phản ứng quang hạt nhân 1.1.3.1. Tiết diện phản ứng quang hạt nhân Tiết diện phản ứng là thước đo xác suất để phản ứng hạt nhân xảy ra. Tiết diện toàn phần của phản ứng quang hạt nhân bao gồm [16]: TA = (,n)+(,p)+(,xn) +(,xnyp)+ (,xn) + (,f)+ (,fr) (1.7) Tiết diện phản ứng E(MeV) 1 10 100 I II III IV Hình 1.1. Sự phụ thuộc của tiết diện phản ứng quang hạt nhânvào năng lượng photon. Trong vùng I năng lượng photon dưới ngưỡng của phản ứng (,n) do đó chỉ có các tán xạ đàn hồi và không đàn hồi của photon, đường cong tiết diện đôi khi có các cực đại là do sự dịch chuyển giữa các mức của hạt nhân bia. Vật lý hạt nhân 7
  8. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ Vùng II tương ứng với việc hạt nhân hấp thụ photon và bị kích thích lên các trạng thái kích thích đơn hạt liên tục nhưng các mức năng lượng vẫn còn tách rời nhau. Vùng III tương ứng với sự chồng chập các mức của hạt nhân hợp phần. Sự hấp thụ photon dẫn đến hình thành trạng thái hạt nhân hợp phần, các hạt nhân này có thể phân rã theo nhiều cách ví dụ như phát xạ nơtron, proton, bức xạ gamma…. Tiết diện phản ứng quang hạt nhân đạt cực đại và có dạng hình gauss được gọi là cộng hưởng khổng lồ với năng lượng photon trong khoảng từ 5 MeV đến 35 MeV. Đặc trưng tiêu biểu của cộng hưởng này là độ rộng nửa cực đại lớn và được giải thích theo các quan điểm sau:  Goldhaber và Teller giả thiết dao động hạt nhân gây bởi trường điện từ của lượng tử gamma. Một photon với năng lượng Eγ có bước sóng: hc 1, 2 1010   E E   (1.8) trong đó, được tính theo cm và E γ được tính theo MeV, h là hằng số Plăng, c là vận tốc ánh sáng. Kết quả là, tất cả các proton trong hạt nhân đều phải có cùng pha với trường điện từ của lượng tử gamma và vectơ điện E phải dịch chuyển chúng theo cùng một hướng. Toàn bộ proton trong hạt nhân dịch chuyển tương đối với toàn bộ nơtron gây nên sự phân cực của hạt nhân, tạo thành dao động hạt nhân lưỡng cực. Có thể d dàng đánh giá sự phụ thuộc của tần số cộng hưởng khổng lồ vào số khối A. Tần số cộng hưởng ω0 được xác định bởi độ cứng k và khối lượng vật dao động m ( √ ). Trong cơ chế của dao động lưỡng cực (còn gọi là mô hình Goldhaber – Teller) vai trò của lực phục hồi được thay thế bởi tương tác của các nucleon chuyển dời với hạt nhân. Số nucleon như vậy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt hạt nhân(~ R2) và khối lượng các nucleon dao động tỷ lệ thuận với (~R3). Do đó, ta có : ω √ √ (1.9) Goldhaber đã tính được hệ số tỷ lệ là 35, khi đó: (Eγ)res = 35.A-1/6MeV [13].  Trong mô hình Steinwedel – Jensen về vùng cộng hưởng khổng lồ, các chất lỏng proton và nơtron là hai chất lỏng thâm nhập vào nhau có thể nén được, chuyển động trong một bề mặt cố định của hạt nhân ban đầu. Sau đó trường photon tới tạo nên Vật lý hạt nhân 8
  9. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ hai sự thay đổi khác nhau cho mật độ proton ρp và mật độ nơtron ρn bên trong hạt nhân, trong khi đó phân bố khối lượng toàn phần của các nucleon không bị xáo trộn bởi dao động của các chất lỏng proton và nơtron. Mấu chốt của l thuyết là ở ch có lực hồi phục tỷ lệ thuận với số hạng đối xứng trong công thức khối lượng Weizsacker, gây ra xu hướng trở về các giá trị ρp và ρn thông thường. Do đó, tần số dao động được dự đoán bởi mô hình này như sau:   k / m  1/ R  A1/3 (1.10) Các tính toán cho thấy hệ số tỷ lệ là 60, do đó năng lượng cộng hưởng được tính bằng: (Eγ)res = 60.A-1/3MeV [31]. Hai mô hình của dao động lưỡng cực (G.T. model và S.J. model) dự đoán sự phụ thuộc của cộng hưởng lưỡng cực khổng lồ vào A là A-1/3 và A-1/6. So sánh các tính toán này với số liệu thực nghiệm đưa đến công thức gần đúng tính năng lượng cộng hưởng sau [13, 31]: Eres = 31.2A-1/3 + 20.6A-1/6 (1.11) với Eres được tính bằng MeV. Theo gần đúng này, vị trí của cộng hưởng lưỡng cực khổng lồ các hạt nhân có số khối từ 16 đến 250 biến thiên trong dải năng lượng từ 25,5 MeV xuống 13,5 MeV. Đối với các hạt nhân nặng có thể dùng biểu thức đơn giản sau [13]: Eres = 78A-1/3 (MeV) (1.12) Tiết diện phản ứng (xác suất xảy ra phản ứng trên một hạt nhân trong một giây khi thông lượng của dòng hạt tới bằng 1 hạt/cm2/giây) của cộng hưởng khổng lồ có thể tính gần đúng bằng công thức Lorent (đối với hạt nhân nhẹ) [31]: (E ) 2  0 2 ( E  E 02 )  (E ) 2 (1.13) trong đó, E0 là năng lượng cộng hưởng;  là độ rộng cộng hưởng (≈ 4 ÷8 MeV); 0 là giá trị tiết diện cực đại. So sánh tiết diện hấp thụ quang hạt nhân toàn phần quan sát được và các tiên đoán l thuyết cho thấy sự hấp thụ lưỡng cực đóng vai trò chính trong vùng cộng hưởng khổng lồ. Vật lý hạt nhân 9
  10. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ Vùng IV tương ứng với photon có năng lượng lớn hơn vùng năng lượng cộng hưởng khổng lồ cho đến hàng trăm MeV, đây là vùng xảy ra nhiều quá trình phức tạp như hiệu ứng giả đơtron (quasi-deuteron), phát xạ pion.... Trong vùng năng lượng giữa cộng hưởng khổng lồ và ngưỡng pion (30 ÷ 140 MeV) khi đó bước sóng của photon tới gần với khoảng cách giữa các nucleon bên trong hạt nhân, khi đó quá trình cặp nơtron- proton (dưới dạng giả đơtron) trong hạt nhân bia hấp thụ photon trở thành quá trình chiếm ưu thế, và quá trình này thường phát triển thành thác lũ (cascade). Đối với vùng năng lượng trên ngưỡng pion (> 140 MeV ) tương tác giữa photon và các nucleon riêng lẻ bên trong hạt nhân dẫn tới đồng khối  được tạo ra bên trong hạt nhân bia, đồng khối này phân rã thành một pion và một nucleon, quá trình này cạnh tranh với quá trình hấp thụ photon của các giả đơtron. Tán xạ của các pion và các nucleon giật lùi cũng như sự hấp thụ các pion bên trong hạt nhân bia tạo thành một thác lũ các nucleon (intranuclear cascade) bên trong hạt nhân và dẫn tới sự phát xạ các nơtron cũng như proton và các pion. Các hạt này cũng phát triển thành quá trình thác lũ nối tầng. 1.1.3.2. Suất lƣợng phản ứng quang hạt nhân Suất lượng của phản ứng là số phản ứng xảy ra trên bia trong một đơn vị thời gian. Suất lượng của phản ứng hạt nhân ký hiệu là Y [hạt/s], trong trường hợp chùm hạt đơn năng, suất lượng Y được xác định theo công thức [14]: Y =N0.. (1.14) Trong đó: N0 là số hạt nhân trên bia;  là thông lượng chùm hạt tới [hạt/cm2/s];  là tiết diện phản ứng quang hạt nhân [cm2]. Trường hợp chùm hạt tới có phổ năng lượng liên tục, gọi (E) là thông lượng chùm bức xạ trong vùng năng lượng E, còn (E) là tiết diện phản ứng trong vùng năng lượng E. Hàm (E).(E) được gọi là hàm hưởng ứng hay hàm kích thích trong vùng năng lượng E. Tốc độ phản ứng, đối với hạt tới có năng lượng từ E đến E+dE là dR được xác định theo công thức: dR = (E).(E)dE (1.15) Tốc độ phản ứng dR thực chất là số phản ứng xảy ra trên một hạt nhân trong một đơn vị thời gian do các hạt tới có năng lượng từ E đến E+dE gây ra. Tích phân hai vế của phương trình (1.15), ta có:  R    ( E ). ( E )dE (1.16) 0 trong đó R chính là tốc độ phản ứng hay số phản ứng xảy ra trên một hạt nhân bia trong một đơn vị thời gian. Vật lý hạt nhân 10
  11. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ Xét trường hợp phản ứng có ngưỡng là Eth, chùm bức xạ tới có năng lượng cực đại là Emax. Do tiết diện phản ứng bằng không khi năng lượng chùm hạt tới nhỏ hơn ngưỡng của phản ứng. Khi đó biểu thức (1.16) được viết lại như sau: E max R   ( E ). ( E )dE Eth (1.17) Khi đó suất lượng phản ứng hạt nhân Y, được xác định theo công thức: Emax Y  N0   ( E ). ( E )dE Eth (1.18) 1.2. Khái niệm trạng thái đồng phân hạt nhân Theo giả thuyết của Weisacker, một cặp đồng phân là một hạt nhân tồn tại ở hai trạng thái. Một trong hai trạng thái là trạng thái kích thích giả bền (metastable state), trạng thái này có thời gian sống đủ dài (  10-9 giây) chính là trạng thái đồng phân. Các hạt nhân có cùng khối lượng và điện tích, nhưng khác nhau bởi một số tính chất, ví dụ như chu kỳ bán rã, trạng thái spin, chẵn lẻ được gọi là những đồng phân. Hiện tượng đồng phân hạt nhân lần đầu tiên được Hahn phát hiện năm 1921. ng tìm ra chất phóng xạ UZ1, hạt nhân này đồng phân và đồng khối với một hạt nhân UX2, nhưng chúng có các đặc tính phóng xạ khác nhau. Cả hai chất đều là kết quả của 234 sự phân rã beta của cùng một nguyên tố UX1 ( 90 Th ),và đều tạo nên từ hạt nhân 234 91 Pa , nhưng có thời gian sống khác nhau: UZ 1 có thời gian sống là 1,22 phút, còn UX2 có thời gian sống là 6,7 giờ [13 . UZ2 β UX1 - UX2 β - Sự phát hiện ra phóng xạ nhân tạo vào năm 1934, đặc biệt là sự phát triển của phương pháp tạo ra đồng vị phóng xạ bằng quá trình bắn phá nơtron vào các bia hạt nhân bền đưa đến sự phát hiện thêm nhiều trường hợp đồng phân hạt nhân. Năm 1935, 80 I. Kurchatov và cộng sự đã làm thí nghiệm với brom. Họ đã phát hiện ra đồng vị 35 Br có hai chu kỳ bán rã khác nhau (18 phút và 4,4 giờ). Sự tồn tại hai giá trị chu kỳ bán 80 rã, chỉ có thể giải thích được khi giả thiết rằng hạt nhân 35 Br được tạo thành ở hai Vật lý hạt nhân 11
  12. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ trạng thái đồng phân khác nhau: một trạng thái cơ bản, và một trạng thái kích thích có thời gian sống khá dài (giả bền). Trong một số trường hợp, hạt nhân có thể có hai trạng thái giả bền và quan sát 124 được ba chu kỳ bán rã. Một trong những hạt nhân như vậy là 51 Sb , phát xạ electron với các chu kỳ bán rã 60 ngày, 20 phút và 93 giây. Hiện tượng đồng phân cũng xuất hiện dưới dạng một số chu kỳ bán rã cho sự tự phân hạch của hạt nhân. Ví dụ như hạt 242 nhân Am, trong trạng thái đồng phân trải qua phân rã tự phát với T1/2 = 1.4×10-2 giây, trong khi T1/2 của trạng thái cơ bản là 108 năm. Trạng thái giả bền cũng có thể quan sát ở các hạt nhân bền β. Khi đó, trạng thái nửa bền giải kích thích bằng cách phát xạ lượng tử gamma và biến hoán electron. Một ví dụ về đồng phân bền β là hạt nhân 113 49 In , có một mức năng lượng nửa bền là 0.393 MeV và thời gian sống là 104 phút. Trạng thái đồng phân hạt nhân được tạo thành bằng nhiều cách khác nhau như từ sự kích thích điện từ, từ các phản ứng hạt nhân, ngoài ra sự va chạm không đàn hồi của các hạt e-, p, và d cũng có thể kích thích hạt nhân lên các trạng thái tương tự. Trong đa số trường hợp, quá trình hình thành trạng thái đồng phân hạt nhân xảy ra theo hai bước: bước thứ nhất là sự hình thành trạng thái hạt nhân kích thích cao và sau đó là sự phân rã từ các trạng thái này xuống các trạng thái giả bền bằng quá trình phân rã nối tầng. Khi hạt nhân bắt một hạt nào đó (n, p, ) thì quá trình tạo hạt nhân đồng phân trực tiếp cũng không thể xảy ra vì hạt nhân sau thời điểm bắt thường tồn tại ở trạng thái kích thích có năng lượng cỡ vài MeV, năng lượng này lớn hơn nhiều so với năng lượng của một trạng thái đồng phân. Ngoài ra, cũng cần phải lưu rằng sự kích thích của các bức xạ điện từ không thể hình thành một cách trực tiếp các trạng thái đồng phân bởi vì chính các quy tắc chọn lọc đảm bảo cho sự tồn tại của các trạng thái nửa bền cũng sẽ ngăn cấm một hạt nhân ở trạng thái cơ bản sau khi hấp thụ một bức xạ điện từ tương ứng có thể chuyển lên các trạng thái nửa bền. Sự hình thành các trạng thái đồng phân có liên quan đến xác suất dịch chuyển gamma giữa các trạng thái và các quy tắc chọn lọc cũng như cấu trúc của hạt nhân. Các vấn đề này sẽ được trình bày ở phần sau để giải thích rõ hơn về sự hình thành các trạng thái đồng phân. 1.3. Dịch chuyển gamma Dịch chuyển gamma là quá trình hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích có năng lượng cao xuống trạng thái kích thích có năng lượng thấp hoặc trạng thái cơ bản Vật lý hạt nhân 12
  13. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ bằng cách phát ra một bức xạ điện từ gọi là bức xạ gamma. Năng lượng của bức xạ gamma bằng hiệu năng lượng của 2 mức dịch chuyển [13]: (1.19) Trong đó là bước sóng của bức xạ gamma; Ed, Ec là năng lượng trạng thái đầu và trạng thái cuối trong dịch chuyển. Vì các mức năng lượng hạt nhân là gián đoạn nên phổ gamma do các hạt nhân phát ra là phổ vạch. M i hạt nhân phát ra một số vạch gamma có năng lượng hoàn toàn xác định đặc trưng cho hạt nhân đó. Thí dụ Co60 phát ra vạch gamma năng lượng 1,17MeV và 1,33MeV còn Cs137 phát bức xạ gamma 661,65 KeV. Bình thường hạt nhân nằm ở trạng thái cơ bản. Trạng thái kích thích của hạt nhân có thể hình thành từ phản ứng hạt nhân, trong quá trình kích thích Coulomb hạt nhân bởi các hạt tích điện hoặc có thể được hình thành do quá trình phân rã alpha hoặc beta...Hạt nhân con tạo thành ở trạng thái kích thích trở về trạng thái cơ bản bằng cách phát ra một số bức xạ gamma có năng lượng đặc trưng cho hạt nhân đó. Cạnh tranh với quá trình bức xạ gamma là quá trình biến hoán nội và biến hoán tạo cặp. 1.3.1. Bức xạ đa cực điện và bức xạ đa cực từ trong các hệ lƣợng tử. Tùy theo quá trình xảy ra bên trong hạt nhân liên quan tới dịch chuyển gamma người ta chia dịch chuyển gamma thành dịch chuyển điện và dịch chuyển từ. Hay bức xạ phát ra được phân thành bức xạ điện và bức xạ từ. Dịch chuyển liên quan tới sự sắp xếp lại điện tích bên trong hạt nhân được gọi là dịch chuyển điện và ký hiệu bằng chữ “E”. Còn dịch chuyển liên quan tới sự sắp xếp lại momen từ bên trong hạt nhân được gọi là dịch chuyển từ, được ký hiệu bằng chữ “M”. Dùng ký hiệu EL, ML để chỉ loại dịch chuyển điện, dịch chuyển từ có độ đa cực L. Dịch chuyển E1 được gọi là dịch chuyển lưỡng cực điện, bức xạ gamma phát ra trong trường hợp này gọi là bức xạ lưỡng cực điện. Dịch chuyển E2 được gọi là dịch chuyển tứ cực điện Dịch chuyển E3 được gọi là dịch chuyển bát cực điện Dịch chuyển M1 được gọi là dịch chuyển lưỡng cực từ Dịch chuyển M2 được gọi là dịch chuyển tứ cực từ Dịch chuyển M3 được gọi là dịch chuyển bát cực từ 1.3.2. Dịch chuyển giữa các trạng thái của hạt nhân Theo lý thuyết nhi u loạn xác suất dịch chuyển P từ trạng thái lượng tử đầu được mô tả bởi hàm sóng ψd đến trạng thái cuối được mô tả bởi hàm sóng ψc được xác định theo công thức [13]: Vật lý hạt nhân 13
  14. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ |M|2 (1.20) Trong đó ∫ là yếu tố ma trận dịch chuyển của toán tử Hamilton H, là toán tử tương tác của trường điện từ với các nucleon tham gia dịch chuyển. dn/dE là mật độ của trạng thái cuối và tương ứng là hàm sóng của trạng thái cuối và đầu của hạt nhân Hàm sóng ở trạng thái đầu và trạng thái cuối trong hệ tọa độ cầu phụ thuộc vào các số lượng tử quỹ đạo L (độ đa cực của dịch chuyển) và số lượng tử từ. Thay biểu thức của M vào công thức (1.20) và khai triển theo chu i Taylor của ta có công thức sau đối với dịch chuyển đa cực điện: ∑( ) ∑ (1.21) Đối với dịch chuyển đa cực từ: ∑( ) ∑ (1.22) Trong đó R, là bán kính hạt nhân và bước sóng của bức xạ gamma phát ra trong quá trình dịch chuyển. Và ( ) và ( ) là xác suất dịch chuyển tương ứng với dịch chuyển điện và dịch chuyển từ có tính đa cực bậc L. Chu i (1.20) và (1.21) là chu i hội tụ vì . Chu kỳ bán rã của một trạng thái tỷ lệ nghịch với xác suất phân rã P của trạng thái đó xuống trạng thái có năng lượng thấp hơn, ta có: T1/2 . Từ các công thức (1.21) và (1.22) ta có thể rút ra một số kết luận về xác suất dịch chuyển gamma như sau: (1). Độ đa cực L tăng thì xác xuất dịch chuyển gamma giảm, thời gian bán rã tăng. Tức là các dịch chuyển với độ đa cực cao bị cấm mạnh hơn các dịch chuyển với độ đa cực thấp. (2). Cùng tính đa cực, tức khi L không đổi, xác suất dịch chuyển từ nhỏ hơn xác suất dịch chuyển điện. 1.3.3. Quy tắc chọn lọc trong dịch chuyển gamma Dịch chuyển gamma phải tuân theo quy tắc bảo toàn momen động lượng toàn phần và bảo toàn chẵn lẻ: Tính đa cực của dịch chuyển phụ thuộc vào spin của trạng thái đầu và trạng thái cuối dịch chuyển theo hệ thức sau [13]: Jc–Jd  L  Jc + Jd (1.23) Vật lý hạt nhân 14
  15. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ Trong đó Jc và Jd là spin của trang thái cuối và trạng thái đầu của hạt nhân trong dịch chuyển gamma. Biểu thức (1.23) được suy ra từ định luật bảo toàn momen động lượng toàn phần trong dịch chuyển gamma: ⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ (1.24) Trong đó ⃗⃗⃗ , ⃗⃗ lần lượt là vector spin trạng thái đầu và trạng thái cuối trong dịch chuyển, còn ⃗ là momen động lượng của bức xạ gamma phát ra. Do L > 0 nên theo (1.23) nhận thấy rằng không có dịch chuyển gamma giữa hai trạng thái của hạt nhân đều có spin bằng 0, hay nói cách khác dịch chuyển 0 – 0 là dịch chuyển cấm. Và trong dịch chuyển gamma độ chẵn lẻ được bảo toàn. Tính chẵn lẻ của dịch chuyển điện và dịch chuyển từ phụ thuộc vào tính đa cực của dịch chuyển theo công thức sau: Bức xạ điện: E = (-1)L (1.25) Bức xạ từ: M = (-1)L+1 (1.26) Định luật bảo toàn chẵn lẻ đối với bức xạ điện là: (1.27) Định luật bảo toàn chẵn lẻ đối với bức xạ từ là: (1.28) Dựa vào định luật bảo toàn momen động lượng toàn phần và bảo toàn chẵn lẻ để xác định độ đa cực và loại dịch chuyển. Ngược lại bằng thực nghiệm xác định được độ đa cực và loại dịch chuyển có thể xác định được chẵn lẻ và spin của trạng thái cuối khi biết chẵn lẻ và spin của trạng thái đầu dịch chuyển. Như vậy độ đa cực của dịch chuyển gamma có thể được xác định bởi spin và độ chẵn lẻ của các mức đầu và cuối. Nếu spin của một trong các mức bằng 0 thì dịch chuyển chỉ do một đa cực. Trên hình 1.2 minh họa ví dụ đơn giản nhất với hạt nhân 36 18Ar ở mức cơ bản với J0 = 0+ và 2 mức kích thích thấp nhất với J1 = 2+, J2 = 3-. Trong trường hợp này có hai dịch chuyển gamma là dịch chuyển điện E3 (L = 3) và E2 (L = 2). Vật lý hạt nhân 15
  16. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ 3- E3 2+ E2 0+ 36 18Ar Hình 1.2. Các dịch chuyển đa cực từ các trạng thái kích thích thấp nhất của hạt nhân 36 18Ar [4] Ta hãy xem xét hai ví dụ phức tạp hơn trên hình 1.3. Trên hình 1.3 a, lượng tử photon có độ chẵn lẻ dương còn mômen qũy đạo hoặc bằng 1 hoặc bằng 0. Do đó dịch chuyển là tổ hợp E2 + M1. Các photon của hai đa cực này sinh ra với cường độ xấp xỉ bằng nhau vì theo (1.21) và (1.22) mức độ cấm đối với chúng cùng bậc. Trên hình 1.3b, dịch chuyển là tổ hợp E1 + M2. Tuy nhiên dịch chuyển M2 bị cấm mạnh hơn dịch chuyển E1, do đó thực tế chỉ có dịch chuyển E1. 1/2- 1/2+ E2+M1 E1 3/2- 3/2- a b Hình 1.3. Các dịch chuyển với độ đa cực khác nhau khi spin trạng thái đầu và trạng thái cuối khác 0 [4] Trong trường hợp spin giữa 2 trạng thái lệch nhau nhiều, khi đó theo biểu thức (1.23) tính đa cực của bức xạ gamma lớn. Khi tính đa cực của bức xạ gamma lớn dẫn tới xác suất dịch chuyển nhỏ và thời gian sống tăng, đây chính là nguyên nhân xuất hiện trạng thái đồng phân. Trong hình 1.4 là sơ đồ phân rã của đồng vị phóng xạ 106Ag47. Ta nhận thấy có một trạng thái đồng phân 106mAg47 với spin, chẵn lẻ là 6+, chu kỳ bán rã là 8,28 ngày còn trạng thái cơ bản không bền106gAg47có spin, chẵn lẻ là 1+, chu kỳ bán rã là 23,96 phút (hai trạng thái có sự sai khác lớn về spin). Trạng thái đồng phân của hạt nhân này đã được chúng tôi quan tâm và nghiên cứu [29,30]. Vật lý hạt nhân 16
  17. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ Hình 1.4. Sơ đồ phân rã của đồng vị phóng xạ 106Ag47 1.4. Cấu trúc hạt nhân và sự hình thành trạng thái đồng phân 1.4.1. Mẫu vỏ hạt nhân Trong mẫu vỏ người ta coi các hạt nhân có dạng cầu. Cơ sở xây dựng mẫu vỏ là trường thế hạt nhân tự hợp. Trạng thái của nucleon trong trường thế tự hợp được đặc trưng bởi 4 số lượng tử n, , j, mj. Trong đó n là số lượng tử nhận các giá trị 1, 2, 3, … xác định phân bố các mức năng lượng, n càng lớn thì mức năng lượng càng cao.  là số lượng tử qũy đạo, nhận các giá trị 0, 1, 2, ….. Các trạng thái ứng với  = 0, 1, 2, 3, … được ký hiệu tương ứng là s, p, d, f, … Mômen toàn phần của nucleon j =   1/2 có thể nhận các giá trị bán nguyên 1/2, 3/2, 5/2, …. Cuối cùng, mj là hình chiếu của j, nhận các giá trị mj = -j, -j + 1, …., j – 1, j, nghĩa là có 2j + 1 giá trị của m. Một mức năng lượng nucleon trong hạt nhân thường được ký hiệu bởi 3 số lượng tử n, , j. Chẳng hạn 1d5/2 ký hiệu mức năng lượng với n = 1,  = 2 (trạng thái d) và j = 5/2. Tính chẵn lẻ của mức năng lượng được xác định bởi số lượng tử qũy đạo  [4]. Năm 1949 Goeppert-Mayer và Jansen đề nghị một mô hình có tính đến liên kết spin-quỹ đạo với hố thế có dạng: V = V(r) + U(r). ⃑ ⃑ (1.29) Trong đó V(r) là hố thế xuyên tâm (ví dụ có dạng Saxon-Woods) (1.30) với đáy phẳng và thành bên uốn cong (Hình 1.5), a là hằng số, R là bán kính hạt nhân,   s là spin nucleon còn  là mômen qũy đạo, U(r) là hàm thế đối xứng tâm. Tương tự với nguyên tử, thế U(r) có dạng: Vật lý hạt nhân 17
  18. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ 1 V U (r )  b (1.31) r r Trong đó b là hằng số tương tác spin-qũy đạo. V(r) 0 r -V0 Hình 1.5. Dạng phụ thuộc của hàm thế tự hợp V(r) vào r theo công thức (1.30) Đối với các mức proton cần thêm vào hố thế một hàm thế Coulomb tự hợp miêu tả sự tương tác của hạt proton điểm với quả cầu bán kính R tích điện phân bố đều (Z–1)e:  (Z  1)e2  3 1  r 2        vôùi r  R  R  2 2  R   VCoulomb(r)   (1.32)  (Z  1)e2  vôùir  R  R Số hạng thứ hai trong công thức (1.29) miêu tả liên kết spin-qũy đạo. Năng lượng của một mức ứng với một giá trị  cho trước có hai giá trị phụ thuộc vào sự   định hướng tương đối giữa spin s và mômen qũy đạo  . Khi đó một mức với  cho   trước được tách thành hai mức với các giá trị mômen toàn phần j =  + 1/2 khi  và s   song song nhau và j =  - 1/2 khi  và s phản song song nhau. Số hạng liên kết spin-     qũy đạo có thể viết tỷ lệ với - (  . s ). Đối với hai định hướng giữa  và s ta có các giá trị số của phần năng lượng liên kết này như sau:  1 1 1  ( .s )   [ j ( j  1)  (  1)  (  1)] 2 2 2 2 1  2 (  1) khi j    1 / 2 2  (1.33)  1  2 khi j    1 / 2  2 Công thức (1.33) cho thấy hai mức năng lượng được tách ra, trong đó mức năng lượng thấp ứng với sự định hướng song song (j =  + 1/2) và mức năng lượng cao ứng với sự định hướng phản song song (j =  - 1/2). Như vậy việc tách một mức thành 2 mức con với j =  1/2 cho phép thay mức np thành 2 mức np3/2 và np1/2, thay mức nd Vật lý hạt nhân 18
  19. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ thành 2 mức nd5/2 và nd3/2, trong đó trạng thái với j cao hơn có năng lượng thấp hơn. Khoảng năng lượng tách này nhỏ đối với giá trị  thấp và tăng tỷ lệ với 2 + 1. Đối với các giá trị  4 thì hai mức con  + 1/2 và  - 1/2 tách thành hai mức cách xa nhau. Khi đó một số mức bị tách xa và có thể chuyển từ vỏ trên xuống vỏ dưới và việc sắp xếp lại này dẫn đến các số magic mà ta cần xác định ngoài các số 2, 8, 20 [4]. 3d1/2 4f 4s1/2 2g1/2 3d 1i11/2 2g 3d5/2 2g9/2 1i 1i13/2 126 3p1/2 3p 3pi3/2 2f5/2 2f 2f7/2 1h9/2 1h 1h11/2 82 3s 3s1/2 2d3/2 2d 2d5/2 1g7/2 1g 1g9/2 50 2p1/2 2p 1f5/2 1f 2p3/2 1f7/2 28 1d 1d3/2 20 2s 2s1/2 1d5/2 1p1/2 8 1p 1p3/2 1s 1s1/2 2 Hình 1.6. Sơ đồ mức năng lượng theo mẫu vỏ một hạt đơn giản nhất [13] Vật lý hạt nhân 19
  20. Luận Văn Tốt Nghiệp Bùi Minh Huệ Bảng 1.1. Các trạng thái ứng với các lớp vỏ có tính hiệu ứng spin-qũy đạo. Số mức đối với m i trạng thái là m = 2j + 1 và các vỏ sẽ kết thúc bởi số mức N = m [13] Lớp vỏ Trạng thái m = 2j + 1 N = m I 1s1/2 2 2 II 1p3/21p1/2 4+2=6 8 III 1d5/22s1/21d3/2 6+2+4 = 12 20 IV 1f7/22p3/21f5/22p1/21g9/2 8+4+6+2+10 = 30 50 V 1g7/22d5/22d3/23s1/21h11/2 8+6+4+2+12 = 32 82 VI 1h9/22f7/22f5/23p3/23p1/21i13/2 10+8+6+4+2+14 = 44 126 Mẫu vỏ giải thích được sự tồn tại của hầu hết các trạng thái đồng phân của hạt nhân có dạng cầu. Từ hình 1.6 ta nhận thấy ở nhóm 4 khi hạt nhân ở trạng thái cơ bản 2p1/2 có spin ½ nhảy lên mức kích thích 1g9/2 là trạng thái kích thích thứ nhất có spin bằng 9/2. Những hạt nhân có neutron hay proton từ 39 đến 49 thì trạng thái kích thích thứ nhất có spin bằng 9/2. Điều này cũng có nghĩa các hạt nhân có proton hoặc neutron từ 39 đến 49 có thể xuất hiện trạng thái đồng phân. Thực nghiệm đã xác định nhận định này. Ở nhóm V trạng thái đồng phân 1h11/2 còn trạng thái cơ bản là 3p1/2. Các hạt nhân có số neutron hay proton từ 69 đến 81 có thể có những trạng thái đồng phân. Ở nhóm VI trạng thái đồng phân ứng với mức 1i13/2 còn trạng thái cơ bản ứng với mức 3p1/2. Các hạt nhân có số neutron hay proton từ 111 đến 125 có khả năng xuất hiện trạng thái đồng phân. Như vậy trạng thái đồng phân xuất hiện ở các hạt nhân có số neutron hay proton nằm dưới và gần với số magic 50, 82 và 126. Đồng phân hạt nhân không phải là một hiện tượng hiếm gặp. Hiện đã có hơn 100 cặp đồng phân đã được phát hiện và con số này còn tiếp tục tăng. Một phân tích thống kê về sự phân bố của các đồng phân theo số nucleon có trong chúng đưa đến những kết luận thú vị như sau. Hạt nhân với số khối A lẻ có số lượng lớn các trạng thái đồng phân; các trạng thái đồng phân bắt gặp khá thường xuyên trong hạt nhân lẻ – lẻ, trong khi chúng rất hiếm gặp với các hạt nhân chẵn – chẵn. Các quy tắc này có thể giải Vật lý hạt nhân 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2070 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
5=>2