1
MỞ ĐẦU
Khoa học và công nghệ hạt nhân đã được nghiên cứu phát triển và ứng dụng
vào thực tiễn ở nhiều nước trên thế giới từ những năm 1940 đến nay và đã đạt được
nhiều thành tựu to lớn, đóng góp vào sự phát triển của nền kinh tế xã hội của Quốc
tế nói chung và đối với nhiều Quốc gia nói riêng như: Mỹ, Nga, Nhật Bản. Trong
những năm gần đây ở các nước đang phát triển, khoa học và kỹ thuật hạt nhân cũng
đang được quan tâm và ưu tiên phát triển một cách mạnh mẽ; đặc biệt là Việt Nam
đã và đang đẩy mạnh phát triển điện hạt nhân và các nghiên cứu ứng dụng vì mục
đích hòa bình.
Một trong những hướng nghiên cứu quan trọng của khoa học hạt nhân là
nghiên cứu thực nghiệm về cấu trúc hạt nhân nhằm cung cấp thông tin thực nghiệm
cho phát triển công nghệ và kiểm chứng các mô hình lý thuyết. Tuy nhiên trong
nhiều thập niên trước đây, hướng nghiên cứu này chủ yếu được phát triển ở một số
nước phát triển và mức độ tin cậy của số liệu thu được phụ thuộc rất nhiều vào sự
phát triển của thiết bị ghi đo bức xạ và hai hướng nghiên cứu này luôn bổ sung cho
nhau trong suốt tiến trình của lịch sử phát triển. Ngày nay với sự phát triển vượt bậc
của công nghệ điện tử bán dẫn, của khoa học máy tính đã cho phép tạo ra những
thiết bị ghi đo hiện đại với những ưu điểm như: có độ chính xác cao, có tốc độ ghi
nhận cao, có độ phân giải tốt và có khả năng ghi nhận thông tin đa chiều; với những
điều mới về thiết bị nêu trên, một số quốc gia đang phát triển trong khu vực trong
đó có Việt Nam, đã tham gia mạnh mẽ vào hướng nghiên cứu thực nghiệm về cấu
trúc và phản ứng hạt nhân.
Tại Viện nghiên cứu hạt nhân, hướng nghiên cứu cấu trúc hạt nhân bằng thực
nghiệm đã được triển khai và thu được những thành công nhất định; trong đó một số
chùm nơtron phin lọc đơn năng và một số hệ phổ kế ghi đo bức xạ mới: hệ phổ kế
triệt Compton sử dụng đetectơ HPGe-BGO, hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng
phùng sử dụng hai đetectơ HPGe và một đetectơ nhấp nháy, đã được phát triển tại
nhóm “nghiên cứu số liệu và phản ứng hạt nhân”. Trên cơ sở các thiết bị này, các
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
2
thực nghiệm về nghiên cứu cấu trúc hạt nhân đối với một số đồng vị như 28Al, 49Ti,
153Sm, 172Yb, 239U đã được tiến hành. Tuy nhiên những kết quả nghiên cứu này, chỉ
mới đáp ứng được một phần trong dải các đồng vị cần nghiên cứu, nhằm bổ sung
vào thư viện số liệu thực nghiệm về cấu trúc hạt nhân của thế giới, góp phần khẳng
định những biện luận mới về mô hình tính toán lý thuyết và đối với mật độ mức hạt
nhân.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế đã nêu ra ở trên, nội dung nghiên cứu:
“Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V” đã được chọn để làm luận
văn tốt nghiệp thạc sỹ khóa 17 chuyên ngành Vật lý kỹ thuật. Các nội dung chính đã
thực hiện trong luận văn bao gồm: Tổng quan tình hình nghiên cứu về chuyển dời
năng lượng đối với hạt nhân 52V, tiến hành thực nghiệm ghi đo phổ gamma tức thời
từ phản ứng 51V(n,2γ)52V trên dòng nơtron nhiệt, xử lý số liệu thu nhận được để xác
định cường độ chuyển dời trên sơ đồ mức và mật độ mức thực nghiệm của hạt nhân
52V.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu phân rã gamma nối tầng và mật độ mức bằng phổ
kế cộng biên độ các xung trùng phùng
Năm 1958, Hoogenboom A.M đã đưa ra những phác thảo đầu tiên về hệ phổ
kế cộng biên độ các xung trùng phùng bằng các đetectơ nhấp nháy. Hệ cộng biên độ
xung từ hai đetectơ được thực hiện bằng khối điện tử cộng tương tự để cộng biên độ
xung. Các thiết bị phân tích biên độ vào thời điểm này là máy phân tích biên độ 256
kênh [1].
Từ năm 1981, tại Viện Liên hợp nghiên cứu hạt nhân (VLHNCHN) Dubna đã
đưa ra vấn đề ghi nhận, lưu trữ và xử lý số liệu trên máy tính các thông tin thu được
từ hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng. Phương pháp này khác xa hẳn những
nguyên tắc ban đầu do Hoogenboom A.M đưa ra. Nó cho phép rút ngắn thời gian
thực hiện một nghiên cứu nhiều lần với độ chính xác cao hơn hẳn, loại trừ được ảnh
hưởng chênh lệch chênh lệch về thời điểm xuất hiện các xung từ đetectơ tương ứng
với một cặp chuyển dời nối tầng và khai thác các thông tin thuận lợi hơn. Phương
pháp do VLHNCHN Dubna đưa ra có cấu hình giống như hệ phổ kế trùng phùng
nhanh chậm hiện đại có lưu trữ và cộng bằng số. Trong khoảng thời gian từ năm
1985 đến năm 2000, nhóm nghiên cứu tại Dubna đã sử dụng hệ đo loại này nghiên
cứu số liệu phân rã gamma nối tầng và cấu trúc của khoảng 40 hạt nhân.
Hiện nay các hệ đo theo phương pháp này đã được phát triển ở nhiều nước
trên thế giới như Cộng hoà Séc, Hungary, Mỹ, Nhật,... và được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực ngoài số liệu và cấu trúc hạt nhân. Tên gọi của phương pháp đến nay
đã được thay đổi là trùng phùng “sự kiện - sự kiện”. Nhóm nghiên cứu tại Cộng hòa
Séc hiện nay chủ yếu tập trung vào giải quyết vấn đề hàm lực và sự tồn tại của các
liên kết cặp bên trong hạt nhân. Nhóm nghiên cứu tại Dubna hiện nay đang khai
thác các số liệu từ thư viện ENSDF, tính toán lý thuyết và kết hợp nghiên cứu với
một số cơ sở khác trên thế giới trong đó có Việt Nam. Một số nhà nghiên cứu đã ra
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
4
nước ngoài và triển khai các nghiên cứu dựa trên phương pháp cộng biên độ các
xung trùng phùng, dùng trong nghiên cứu vũ trụ và thiên văn học. Hiện tại, đã xuất
hiện những công bố ứng dụng phương pháp này trong phân tích kích hoạt ở Nhật,
Mỹ, Hungary và một số nước khác.
Tại Việt Nam, phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng đã được
nghiên cứu từ những năm 90 của thế kỷ trước. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân
khác nhau, cuối năm 2005, hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng hoàn chỉnh
đầu tiên mới được lắp đặt tại Viện Nghiên cứu hạt nhân. Hiện nay hệ đo đã được
xây dựng với hai cấu hình, cấu hình dùng khối trùng phùng và cấu hình dùng TAC.
Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp bộ giai đoạn 2007-2009, nhóm nghiên cứu
tại Đà Lạt đã thử nghiệm thành công phương pháp (n,3γ) với hai đetectơ bán dẫn và
một đetectơ nhấp nháy. Các khối che chắn, bàn đặt mẫu và các đetectơ cũng được
thiết kế chế tạo đơn giản gọn nhẹ và hiệu quả [1,4,5]. Từ hệ đo này, nhóm nghiên
cứu đã tiến hành thu thập số liệu phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân như:
28Al, 36Cl, 49Ti, 59Ni, 153Sm,182Ta, 239U,... Các kết quả nghiên cứu về phương pháp
lắp đặt, thiết kế giao diện, lựa chọn các tham số của hệ đo, các số liệu về mật độ
mức và hàm lực đã được công bố trên các hội nghị trong nước, hội nghị quốc tế và
tạp chí quốc tế [4,5].
1. 2. Một số đặc trưng của 52V
Năm 1801, Andrés Manuel del Río trong khi tách nguyên tố từ mẫu quặng
“chì đen” Mexicô đã phát hiện ra một nguyên tố mới và gọi là Vanadium.
Vanadium là một kim loại hiếm, mềm và dễ kéo thành sợi, là thành phần được tìm
thấy trong nhiều khoáng chất, có khả năng chống mòn tốt, bền với các loại chất
kiềm, axít sulfuric và axít clohiđric. Sau khi được phát hiện đến nay thì vanadium
được dùng để sản xuất một số hợp kim, trong tự nhiên vanadium bao gồm các đồng
vị phân bố từ 43V đến 61V trong đó đồng vị bền 51V là nhiều nhất chiếm tới 99.75%
[10]. 51V có tiết diện bắt nơtron nhiệt là 4.93 barn, có spin và chẵn lẻ là 7
2
−
. Đồng
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
5
vị 52V có thể được tạo thành từ các phản ứng 51V(d,p)52V hoặc 51V(n,γ)52V, là hạt
nhân không bền với chu kỳ bán hủy 1
2
3.75T
=
phút, có spin và chẵn lẽ ở trạng thái
bền là 3+. Hạt nhân 52V có ba proton và một neutron ở ngoài của lõi lấp đầy, lõi có
cấu trúc hai lần magic như hạt nhân 48Ca. Trong phản ứng bắt nơtron nhiệt
51V(n,γ)52V, hạt nhân 52V ở trạng thái kích thích có năng lượng liên kết nơtron B-
n=7311.24 keV, phát ra các bức xạ gamma để chuyển về trạng thái cơ bản, các dịch
chuyển này có thể là trực tiếp từ năng lượng liên kết Bn hoặc qua các mức trung
gian khác nhau như: 3733.13 keV, 2855.28 keV, 2479.59 keV, 2168 keV,..., 22.76
keV, 17.13 keV.
1.3. Tình hình nghiên cứu cường độ chuyển dời gamma và mật độ mức của 52V
Vanadium là một hạt nhân có cấu trúc lõi hai lần magic như hạt nhân 48Ca. Do
sự đặc biệt đó, nên hạt nhân này được nghiên cứu từ rất sớm, bằng dựa trên các
phản ứng 51V(d,p)52V và phản ứng 51V(n,γ)52V [6,7,9]. Các nghiên cứu đáng chú ý
nhất có thể tóm tắt như sau:
Từ năm 1958, L.V. Croshev và các cộng sự đã sử dụng phương pháp đo
electron tán xạ compton để xác định năng lượng và cường độ phát bức xạ gamma
tức thời từ phản ứng bắt bức xạ nơtron nhiệt của Vanadium.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
