BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Viện năng lượng nguyên tử Việt Nam
Tóm tắt luận án
Nghiên cứu thực nghiệm cấu trúc phổ năng
lượng kích thích của các hạt nhân 172Yb và
153Sm trên kênh nơtron của lò phản ứng hạt
nhân Đà lạt
Tác giả:
Nguyễn Ngọc Anh
Giáo viên hướng dẫn:
TS. Nguyễn Xuân Hải
PGS. TS. Phạm Đình Khang
Hà Nội, 2018
i
Công trình được hoàn thành tại:
Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, Viện Năng lượng nguyên tử Việt
Nam.
Người hướng dẫn khoa học:
TS. Nguyễn Xuân Hải
PGS. TS. Phạm Đình Khang
Phản biện 1: .................................................................
Phản biện 2: .................................................................
Phản biện 3: .................................................................
Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng cấp cơ sở chấm luận án tiến sĩ
họp tại ..........................
Vào hồi giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: ....................................
1
Mở đầu
Cấu trúc hạt nhân nguyên tử bao gồm sơ đồ mức (SĐM), mật độ mức
(MĐM), và hàm lực bức xạ (HLBX) là các đại lượng quan trọng chứa
đựng thông tin về cấu trúc và đặc điểm của các hạt nhân kích thích.
Tính đầy đủ của sơ đồ mức đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu
phản ứng hạt nhân, tính toán các mô hình thống kê cũng như thay
đổi các tham số MĐM. Phần lớn số liệu về SĐM được tổng hợp trong
thư viện ENSDF [1]. Tuy nhiên, thông tin về SĐM của nhiều hạt nhân
trong vùng năng lượng trung gian, nơi phản ứng bắt nơtron nhiệt
(nth,γ) thường được sử dụng để nghiên cứu, còn sơ sài và chưa đầy
đủ.
Đối với MĐM và HLBX, mặc dù chúng là các đại lượng quan trọng
trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu như phản ứng hạt nhân ở năng lượng
thấp, vật lý thiên văn, sản xuất năng lượng hạt nhân, ..., số liệu về
MĐM và HLBX của nhiều hạt nhân trong cả vùng năng lượng cao và
vùng năng lượng thấp đều chưa đầy đủ.
Phương pháp trùng phùng γ−γ[2] có thể được sử dụng để nghiên
cứu SĐM do phương pháp này cho phép loại bỏ đáng kể nền phông
Compton và có khả năng nhận diện các chuyển dời gamma có tương
quan. Ngoài ra, phương pháp này cũng được sử dụng để nghiên cứu
MĐM và HLBX thông qua phân bố cường độ chuyển dời gamma nối
tầng [3–5].
Sơ đồ mức hạt nhân của 172Yb và 153Sm
Về 172Yb
SĐM của 172Yb đã được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác
nhau như phân rã beta của 172Tm, phân rã bắt electron của 172Lu, tán
xạ neutron không đàn hồi cho vùng năng lượng thấp của 172,174Yb,
các phản ứng (n, n’γ) sử dụng nơtron nhanh từ lò phản ứng, phản ứng
170Er(α,2n)172Yb cho các trạng thái spin cao, phản ứng 171Yb(n,γ) cho
các trạng thái spin thấp, tán xạ proton đàn hồi và không đàn hồi, và
các phản ứng với ion nhẹ. Thông qua các thí nghiệm trên, SĐM của
2
172Yb trong vùng năng lượng thấp (E <2.4 MeV) đã được xác định
rất đầy đủ [6]. Tuy nhiên, thông tin về các trạng thái kích thích và các
chuyển dời sơ cấp tương ứng ở vùng năng lượng trung bình (2.4 MeV
<E<5 MeV), nơi phản ứng (nth,γ) thường được sử dụng để nghiên
cứu, còn thưa thớt và không đầy đủ.
Về 153Sm
SĐM của 153Sm đã được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác
nhau như phân rã beta của 153Pm, phân rã chuyển dời đồng phân của
153Sm, phản ứng 152Sm(n,γ) cho các spin thấp, các phản ứng trao đổi
như 152Sm(d,p), 154Sm(p,d), 152Sm(α,3He), 154Sm(d,t) và 151Sm(t,p).
Thông qua các thí nghiệm này, SĐM ở vùng năng lượng thấp (E <2.2
MeV) của 153Sm đã được xác định rõ ràng [7]. Tuy nhiên, trong vùng
năng lượng cao (2.2 MeV <E<4 MeV), mặc dù số mức kích thích đã
được báo cáo là rất nhiều, phần lớn các mức này chưa xác định được
spin và độ chẵn lẻ. Ngoài ra, độ bất định của năng lượng các mức kích
thích này nằm trong khoảng từ 10 đến 17 keV, là rất lớn khi so với độ
bất định của đỉnh năng lượng ghi nhận trong phổ gamma của đầu dò
HPGe.
Thực nghiệm về mật độ mức và hàm lực bức xạ
Trên phương diện thực nghiệm, MĐM đã được nghiên cứu bằng một
số phương pháp như đếm mức gián đoạn ở vùng năng lượng thấp,
thông qua độ rộng cộng hưởng nơtron ở năng lượng liên kết nơtron,
và phổ bay hơi ở vùng năng lượng cao (trên ngưỡng hạt). HLBX có
thể được trích xuất từ tiết diện hấp thụ photon cũng như từ các phản
ứng bắt nơtron phát bức xạ và các phản ứng với hạt mang điện phát
bức xạ. Gần đây, nhóm Oslo của Đại học Oslo (Na Uy) đã phát triển
một kỹ thuật tiên tiến, gọi tên là phương pháp Oslo, cho phép xác
định đồng thời MĐM và HLBX từ phổ gamma thu được từ phản ứng
trao đổi và/hoặc tán xạ không đàn hồi [8, 9]. Tuy nhiên do giới hạn
về nguồn ion, phương pháp Oslo mới chỉ được áp dụng cho khoảng
60 hạt nhân. Thông tin về MĐM và HLBX của các hạt nhân này được
cung cấp trong tài liệu [10]. Thực tế, ngoài phương pháp Oslo, MĐM
và HLBX còn có thể được trích xuất từ phổ gamma thu được từ phản
ứng (nth,γ). Phương pháp này chủ yếu được phát triển bởi nhóm
Dubna của Viện Liên hợp nghiên cứu hạt nhân Dubna [4,5,11]. Cụ thể,
3
phương pháp Dubna trích xuất MĐM và HLBX từ phân bố cường độ
chuyển dời gamma thu được thông qua đo phổ chuyển dời nối tầng
(TSC) [11]. Tuy nhiên, MĐM và HLBX trích xuất bằng phương pháp
Dubna có sự sai lệch lớn so với kết quả thu được bằng phương pháp
Oslo [10, 11]. Ta có thể thấy rằng sự khác nhau cơ bản giữa phương
pháp Oslo và phương pháp Dubna là ở chỗ phương pháp Dubna sử
dụng một hàm toán học để mô tả MĐM và HLBX, trong khi đó trong
phương pháp Oslo, MĐM và HLBX được thay đổi một cách tự do để
thu được bộ giá trị khớp tốt nhất với phổ thực nghiệm [8, 9]. Có vẻ
như sự khác biệt này chính là nguyên nhân lý giải cho sự khác nhau
về MĐM và HLBX xác định từ hai phương pháp nói trên. Thêm vào
đó, MĐM và HLBX trong phương pháp Oslo được chuẩn hóa theo kết
quả thu được của các thực nghiệm khác, trong khi đó phương pháp
Dubna không áp dụng bất cứ một phương pháp chuẩn hóa nào.
Các nghiên cứu thực nghiệm về phân rã gamma nối tầng sử dụng
phương pháp trùng phùng γ−γtại Việt Nam
Phân rã gamma nối tầng của 172Yb và 153Sm đã được nghiên cứu
trong công trình [12]. Tuy nhiên, số liệu phân rã gamma nối tầng
không phải là mục tiêu chính của công trình [12], thay vào đó, công
trình này chủ yếu chỉ tập trung vào xây dựng hệ phổ kế trùng phùng
γ−γvà hệ thống thực nghiệm trên kênh số 3 của lò phản ứng hạt
nhân Đà Lạt. Thêm nữa, chất lượng bia mẫu 171Yb và 152Sm được sử
dụng trong công trình [12] còn hạn chế, do đó, công trình [12] chỉ mới
cung cấp các thông tin thô về phân rã gamma nối tầng của hai hạt
nhân 172Yb và 153Sm mà chưa tiến tới xác định SĐM, MĐM và HLBX.
Mục tiêu của luận án
Các mục tiêu của luận án bao gồm:
•Cung cấp SĐM cập nhật của 172Yb và 153Sm, dựa trên thông tin
phổ học thu được từ hệ phổ kế trùng phùng γ−γ. Dữ liệu được
xác định là mới trên cơ sở so sánh SĐM thực nghiệm với SĐM
trích xuất từ thư viện ENSDF [1].
•Giải quyết sự khác biệt giữa hai phương pháp Oslo và Dubna
bằng cách đưa ra một phương pháp trích xuất MĐM và HLBX
mới, là tổng hợp của phương pháp Dubna (trích xuất từ phân
