Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V

Chia sẻ: Minh Van Thuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:41

Thêm vào BST

Báo xấu

257
lượt xem 32
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V trình bày 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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V

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, 153 Sm, 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 52 V. 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: 28 Al, 36Cl, 49Ti, 59Ni, 153 Sm,182Ta, 239 U,... 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% 7− [10]. 51V có tiết diện bắt nơtron nhiệt là 4.93 barn, có spin và chẵn lẻ là . Đồng 2 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 T1 = 3.75 phút, có spin và chẵn lẽ ở trạng thái 2 + 52 bền là 3 . Hạt nhân V có ba proton và một neutron ở ngoài của lõi lấp đầy, lõi có 48 cấu trúc hai lần magic như hạt nhân Ca. Trong phản ứng bắt nơtron nhiệt 51 V(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
6 52 Hình 1.1. Sơ đồ mức của V thu được trong nghiên cứu của L.V.Croshev và các cộng sự[7]. Nghiên cứu phổ gamma trong vùng từ 0.25 ÷ 11.5 MeV, các tác giả đã xác định được gần 30 tia gamma phát ra nằm trong khoảng năng lượng từ 0.42 ÷ 7.3 MeV. Hình 1.1 là năng lượng và cường độ của các vạch gamma thu được [7]. Năm 1965, D.H.White và các cộng sự đã sử dụng phổ kế tinh thể Bent, phổ kế trùng phùng với đetectơ NaI(Tl) nghiên cứu phổ gamma tức thời từ phản ứng bắt bức xạ nơtron của Vanadium. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã xác định được các tia gamma với năng lượng thấp hơn bao gồm: 17.0 keV, 124.45 keV, 125.08 keV, 147.84 keV, 294.97 keV, 419.54 keV, 436.49 keV, 645.70 keV, 794.2 keV, 824.4 keV và 845.8 keV [9]. Kết hợp với các công trình nghiên cứu trước đó, D.H.White đã đưa ra sơ đồ mức của hạt nhân 52V có bổ sung các mức năng lượng 52 thấp. Sơ đồ mức của hạt nhân V do D.H.White đưa ra được trình bày trên hình 1.2. Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
7 Hình 1.2. Sơ đồ mức của 52V do D.H.White và các cộng sự tổng hợp[9]. Năm 1966, P. Van Assche và các cộng sự đã sử dụng phổ kế tinh thể tại lò phản ứng DR-3 ở Risφ, đã tiến hành nghiên cứu phổ gamma của 52V, kết hợp với tính toán dựa theo mẫu lớp có tính đến hiệu ứng tương tác proton-proton và proton- 52 nơtron. Các tác giả đã đưa ra sơ đồ mức của hạt nhân V với các tia gamma tức thời có năng lượng từ 20 keV đến 1 MeV. P.Van Assche đã xác định được hệ số biến hoán trong và xác suất dịch chuyển của hai mức thấp 17.15 keV và 22.76 keV. Các dịch chuyển này là dịch chuyển điện E2 và dịch chuyển từ M1 [6]. Sơ đồ mức của hạt nhân 52V ở vùng năng lượng thấp do P.Van Assche đưa ra được trình bày trên hình 1.3. Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
8 Hình 1.3. Sơ đồ mức của 52V ở vùng năng lượng thấp do P.Van Asshen đưa ra [6]. Các tổng hợp trong thư viện số liệu hạt nhân LANL và ENSDF cho thấy đã tổng hợp được từ các nghiên cứu khác nhau năng lượng và cường độ của 306 tia gamma [10]. Vẫn còn khoảng 20% số tia gamma đo được chưa xếp được vào sơ đồ mức và gần một nửa số mức thu được vẫn chưa xác định được đầy đủ các đặc trưng lượng tử. 1.4. Về phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng Phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng được đánh giá là phương pháp hiệu quả trong nghiên cứu các trạng thái kích thích của hạt nhân vùng năng lượng dưới năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân (Bn). Bằng phương pháp này, nền phông phức tạp của tán xạ compton và các đỉnh xuất hiện do hiệu ứng tạo cặp đã bị triệt tiêu nên phổ bức xạ gamma thu được có dạng rất đơn giản. Từ năm 1981, VLHNCHN Đubna, đã xây dựng được hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
9 phùng, sử dụng các đetectơ bán dẫn siêu tinh khiết với việc lưu trữ và xử lý số liệu dưới dạng “sự kiện-sự kiện” trên máy tính. Đến năm 1987 thì phương pháp này được triển khai thành một hệ thống đầy đủ. Hiện tại, ở Đubna đang trong giai đoạn thay thế nguồn nơtron từ lò xung, sang máy gia tốc kích thích nhiên liệu phân hạch, nên nhóm thực nghiệm đang phải dừng các nghiên cứu. Ở Cộng hoà Séc, hướng nghiên cứu này vẫn được tiếp tục phát triển, hiện nay trong các hội nghị chuyên ngành quốc gia đã có hẳn một tiểu ban về nghiên cứu phân rã gamma nối tầng. Các báo cáo trong hội nghị (17÷20/6/2007, Dubna, Cộng hòa Liên Bang Nga) cho thấy nhóm nghiên cứu ở Séc có xu hướng thiên về đánh giá hàm lực và ảnh hưởng của sự phá vỡ liên kết cặp lên mật độ mức ở vùng năng lượng kích thích gần năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân [4]. Việc xây dựng định hướng sử dụng phương pháp SACP ở Việt Nam, được các cán bộ của hai đơn vị là Viện Vật lý điện tử (VLĐT), thuộc Viện Khoa học công nghệ Việt Nam và Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam (NLNTVN) thực hiện. Các nghiên cứu tại Viện VLĐT chủ yếu được tiến hành ở nước ngoài do không thành công trong việc thiết lập hệ đo trong nước. Các nghiên cứu tại Viện NLNTVN, được triển khai tại LPƯHĐL từ năm 2004 và đã thu được nhiều kết quả. Hiện nay, các nghiên cứu hoàn thiện hệ đo vẫn đang được tiếp tục; chất lượng chùm bức xạ nơtron và phông ngày càng được cải thiện nâng cao. Đây là cơ sở để khẳng định các thí nghiệm nghiên cứu cấu trúc hạt nhân, theo phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng (SACP-Summation of Amplitude of Coincident Pulses) tại Đà Lạt tiếp cận tới trình độ quốc tế. Hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng và một loạt các vấn đề liên quan như chùm nơtron trên kênh số 3, hệ che chắn giảm phông, hệ thống chương trình xử lý số liệu đã được hoàn thiện là kết quả đầu tư của Bộ Khoa học và Công nghệ, của Viện NLNTVN thông qua các đề tài nghiên cứu, dự án tăng cường trang thiết bị trong 6 năm qua và công sức trí tuệ của nhóm nghiên cứu. Cho đến thời điểm hiện nay, chỉ có LPƯHNĐL là cơ sở duy nhất ở Việt Nam, triển khai thành công các thực nghiệm nghiên cứu phân rã gamma nối tầng trên chùm nơtron. Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
10 Về cơ bản, phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng vẫn là phương pháp trùng phùng γ-γ. Đây là một trong những phương pháp đo kinh điển của vật lý hạt nhân thực nghiệm. Hệ chỉ thu nhận thông tin từ hai đetectơ khi thời điểm xuất hiện của hai xung lệch nhau một khoảng nhỏ hơn khoảng thời gian định trước của hệ đo - được gọi là cửa sổ thời gian của hệ trùng phùng. Nhờ sự phát triển của công nghệ máy tính, số liệu đo được lưu trữ dưới dạng các mã tương ứng với năng lượng của các cặp gamma nối tầng. Các đetectơ bán dẫn HPGe biến đổi tuyến tính năng lượng bức xạ gamma thành biên độ tín hiệu đo, tổng năng lượng E1 và E2 của hai dịch chuyển gamma liên tiếp E1+E2=Ei-Ef được xác định chỉ bởi các năng lượng Ei và Ef của mức phân rã (i) và mức tạo thành sau dịch chuyển nối tầng hai gamma (f), nó không phụ thuộc vào năng lượng của trạng thái kích thích trung gian. Khi đó các trường hợp ghi dịch chuyển nối tầng mà xảy ra sự hấp thụ đồng thời toàn bộ năng lượng hai tia gamma ở cả hai đetectơ sẽ dẫn đến xuất hiện các đỉnh trong phổ tổng biên độ các xung trùng phùng. Sự hấp thụ không hoàn toàn năng lượng, dù là của một trong các lượng tử gamma, sẽ làm dịch chuyển đỉnh tổng biên độ về miền năng lượng thấp hơn và tạo nên phân bố liên tục tương ứng. Vì vậy ta có thể dễ dàng tách ra từ tập hợp các sự kiện trùng phùng γ-γ, chỉ những trường hợp mà tổng năng lượng của dịch chuyển nối tầng bị hấp thụ hoàn toàn trong hai đetectơ. Mặc dù cường độ bức xạ của những trường hợp trùng phùng như vậy là nhỏ (thường chỉ xảy ra không lớn hơn 10 sự kiện trong 106 phân rã), nhưng nhờ khả năng loại trừ phông liên quan với sự hấp thụ không hoàn toàn năng lượng bức xạ gamma, đã đảm bảo cho phương pháp nghiên cứu phản ứng (n,2γ) thu được nhiều thông tin hơn phương pháp nghiên cứu phản ứng (n,γ) thông thường. Trong phổ tổng còn xuất hiện những đỉnh liên quan đến quá trình thoát đơn và thoát đôi, do lượng tử gamma tương tác với đetectơ theo hiệu ứng tạo cặp, các đỉnh này được loại đi trong quá trình xử lý theo phương pháp. Ngoài việc nghiên cứu các đặc trưng trung bình, phương pháp SACP còn cho phép tách ra từ tập hợp các trùng phùng γ-γ một số lớn các dịch chuyển nối tầng hai gamma mạnh nhất, cho phép xác định được cường độ và năng lượng của các dịch Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
11 chuyển nối tầng. Hơn nữa phương pháp có ưu việt là chỉ ghi các dịch chuyển nối tầng hai gamma liên tiếp, không phụ thuộc vào năng lượng của mức trung gian và phương pháp cũng cho phép loại đi một số rất lớn các sự kiện phông bao gồm cả trường hợp hấp thụ không hoàn toàn các tia gamma do tán xạ compton ở hai đetectơ. Từ các số liệu đo của phương pháp SACP, có thể xây dựng được các sơ đồ phân rã gamma tin cậy nhất. Tuy nhiên vấn đề trở ngại ở đây là sai số hệ thống có thể làm sai khác cường độ dịch chuyển nối tầng. Các sai số khi đo dịch chuyển gamma nối tầng thường do một số nguyên nhân sau: - Biến hoán trong của các lượng tử gamma; - Tự hấp thụ tia gamma trong mẫu đo; - Sai số do xác định hiệu suất ghi của đetectơ; - Ghi nhận dịch chuyển ba gamma nối tầng như là hai gamma. Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
12 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CHUYỂN DỜI GAMMA NỐI TẦNG CỦA 52V 2.1.Thực nghiệm Thí nghiệm đo phân rã gamma nối tầng của hạt nhân 52V được tiến hành trên hệ phổ kế SACP tại kênh ngang số 3 của Lò phản ứng hạt nhân. 2.1.1. Kênh nơtron số 3 và hệ phổ kế SACP * Kênh nơtron số ba và hệ thống dẫn dòng: Kênh ngang thực nghiệm nơtron số 3 là một kênh tiếp tuyến, do đó 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 để thực hiện các thí nghiệm. Tuy nhiên trong thực tế chỉ cần dòng nơtron có đường kính từ 1 cm ÷ 2 cm nhằm hạn chế các gamma tức thời có năng lượng cao từ trong lò đi ra làm tăng nền phông của phổ gamma thu được cũng như giảm khoảng cách của đetectơ đối với mẫu để tăng hiệu suất ghi do đó hệ thống dẫn dòng và che chắn giảm phông được làm từ các vật liệu có khả năng làm chậm nơtron, có tiết diệt bắt nơtron cao, có tiết diện hấp thụ gamma lớn như pharaphin, Boron, Cadmi, Lithium, Chì được đưa vào bên trong lòng kênh và đóng mở kênh được thực hiện bằng nước. Hệ thống dẫn dòng và che chắn giảm phông của kênh ngang số 3 được mô tả trên hình 2.1. Van 1 Nước ra 1 1 152mm 80 mm Van 2 2 2 150 cm Nước vào/ra 315 cm Chì H2 O Van 3 Si Không khí Bơm điện Paraphin-Bor BêÝtông Hình 2.1. Cấu trúc của hệ thống che chắn và dẫn dòng kênh ngang số 3 Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
13 Nhằm tăng chất lượng của dòng nơtron nhiệt, ở bên trong có bố trí thêm phin lọc Si có đường kính 5 cm dài 30 cm. Dòng nơtron nhiệt tại ví trí đặt mẫu có thông lượng là 7.2×105n.cm-2.s-1 và tỉ số Cadmi là 860 (tỉ số Cadmi được xác định bằng việc kích hoạt lá dò Vàng và hộp Cadmi dày 1 mm). * Hệ phổ kế SACP: Hệ phổ kế SACP bao gồm hai đetectơ và các khối điện tử liên quan được bố trí gần vị trí bia mẫu. Cấu hình hệ phổ kế SACP được mô tả trên hình 2.2. Hình 2.2. Cấu hình hệ phổ kế SACP tại Viện nghiên cứu hạt nhân Trong đó: 1. Khuếch đại phổ 572A Ortec; 2. ADC-7072 Fast CompTec Canberra; 3. ADC-8713 Canberra; 4. Khếch đại nhanh 474 Ortec; 5. Gạt ngưỡng hằng 584 Ortec; 6. Khối trễ; 7. TAC 566 Ortec; 8. Cao thế 660 Ortec. Khi hai đetectơ thu nhận hai bức gamma nối tầng phát ra từ bia mẫu thì đetectơ sẽ cho ra đồng thời hai tín hiệu, một tín hiệu năng lượng được đưa đến khối khuếch đại phổ 572 và đưa đến khối ADC 7072, một tín hiệu thời gian (Timing) được đưa đến khối khuếch đại nhanh 474 để tạo dạng xung phù hợp, sau đó tín hiệu này được đưa đến khối gạt ngưỡng hằng 584, khối gạt ngưỡng hằng 584 có tác dụng loại trừ nhiễu và các xung tăng chậm. Xung ra từ hai khối gạt ngưỡng hằng 584 được đưa đến hai lối vào khởi phát (Start) và kết thúc (Stop) của khối biến đổi thời Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
14 gian thành biên độ TAC 566. Khi có tín hiệu khởi phát và tín hiệu kết thúc đi đến TAC, thì TAC sẽ biến đổi khoảng thời gian chênh lệch giữa hai sự kiện thành biên độ, và gửi tín hiệu lên ADC 8713, đồng thời với việc đó thì TAC cho ra một tín hiệu Valid Convert gửi tới giao diện đo PCI 7811R. Khi giao diện PCI 7811R nhận được tín hiệu Valid Convert từ TAC gửi lên thì sẽ tạo ra tín hiệu gate, tín hiệu gate này cho phép hai ADC 7072 biến đổi tín hiệu từ hai khối khuếch đại phổ gửi lên. Như vậy, trong quá trình thu nhận thì các đetectơ vẫn ghi nhận các bức xạ đi đến và biến đổi thành tín hiệu để chuyển tới khuếch đại phổ và ADC 7072, nhưng chỉ khi nào có tín hiệu gate từ giao diện PCI 7811R cho phép thì hai ADC 7072 mới tiến hành biến đổi tín hiệu thành biên độ, tức là chỉ những cặp gamma nào đi về hai đetectơ nằm trong dải đo đặt trước của TAC thì mới được biến đổi và ghi nhận, điều này giúp chúng ta loại bỏ được phần lớn các trùng phùng ngẫu nhiên. Số liệu ghi nhận được ghi thành ba cột trong đó hai cột tương ứng với năng lượng của hai bức xạ mà hai đetectơ ghi nhận được và cột còn lại tương ứng với khoảng chênh lệch thời gian của hai bức xạ gamma mà hai đetectơ ghi nhận được. Vì thời gian tiến hành thực nghiệm đối với phương pháp này thường có thời gian dài nên để tránh việc mất dữ liệu cũng như sự trôi năng lượng do đó số liệu được lưu thành từng file, mỗi file tương ứng 4096 cặp sự kiện trùng phùng, khi kết thúc một file thì giao diện đo PCI 7811R sẽ gửi file đó lên máy tính để lưu trữ và tiến hành ghi nhận file tiếp theo. 2.1.2. Đo số liệu phân rã gamma nối tầng của 52V Bia mẫu được làm từ bột Vanadium kim loại có độ tinh khiết cao (99.99%), được nén ở dạng hình đĩa có đường kính 1.2 cm, dày 2 mm và có khối lượng 5 g. Độ phổ biến đồng vị của 51V là 99.75%, tiết diện bắt nơtron nhiệt của 51V là σ = 4.9 barn. Bia mẫu được đặt nghiêng so với dòng nơtron từ trong lò ra một góc 450. Hai đetectơ bán dẫn được bố trí đối xứng và vuông góc với dòng nơtron. Thực nghiệm được tiến hành trong khoảng 140 giờ khi Lò phản ứng hoạt động ở công suất 500 kW. Cấu hình bố trí thực nghiệm được mô tả trên hình 2.3. Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
15 Đetectơ Chùm Mẫu nơtron Đetectơ 2 Hình 2.3. Bố trí bia mẫu và các đetectơ. Các tham số của hệ đo đã được khảo sát và lựa chọn như trên bảng 2.1 Bảng 2.1. Các tham số đối với các khối điện tử chức năng. Đetectơ A Đetectơ B Khuếch đại phổ 3.0-100-3-Neg-BLR 11.25-20-3-Pos, BLR ADC 7072- 8k 7072-8k Khuếch đại nhanh X20-max-out-200; non- X6-max-out-200; inv inv Gạt ngưỡng hằng 0.8-SRT, CF delay: 32 ns 0.8-SRT, CF delay: 32 ns TAC 50-10-INT Cao thế 1.75 kV 2.5 kV Số liệu được lưu thành các file và xử lý sau bằng các chương trình xử lý theo thuật toán của phương pháp [3]. 2.1.3. Xử lý số liệu thực nghiệm Các file code thu nhận được sẽ được nối lại với nhau và tiến hành xử lý trên phần mềm Gacasd, vì quá trình thực nghiệm được tiến hành trong thời gian dài, nên có thể dẫn tới sự trôi năng lượng, do đó code thu nhận được nối lại thành nhiều file, các file này sau khi được chuẩn lại năng lượng thì được nối lại thành một file cuối cùng. Quá trình xử lý số liệu từ tạo phổ tổng, xác định đỉnh tổng, tạo phổ nối tầng theo các đỉnh tổng đều được tiến hành trên file đã chuẩn cuối cùng này. Thuật toán xử lý được mô tả trên hình 2.4, hình 2.5 và hình 2.6. Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
16 Đọc tên đồng vị: ĐV Đọc chỉ số file đầu: Đ Đọc chỉ số file cuối: C Đọc kiểu file: KF Mở file mới: tên file mới For i = Đ to C Mở file i j=0 KF=3 KF=2 KF=4 Đọc: A[j], B[j],C[j] Đọc: A[j], B[j] Đọc: A[j], B[j],C[j],D[j] Viết vào file mới: Viết vào file mới: A[j], Viết vào file mới: A[j], B[j],C[j] B[j] A[j], B[j], C[j],D[j] j=j+1 j=j+1 j=j+1 If not
17 Thư viện Phổ kênh A Các hệ số chuẩn năng Phổ kênh B lượng của từng kênh Chuẩn các cặp sự kiện 1A 1B trùng phùng Các cặp sự nA nB Phổ tổng kiện C1 = 1A + 1B trùng phùng đã chuẩn 1A và 1B thỏa Ecn . . .Ec1 E1 + E2 = Ei ± ∆Eci Ec1 Ecn Phổ nối tầng Phổ nối Phổ nối tầng bậc hai thứ 1 tầng ....... bậc hai thứ n Hiệu chỉnh Hiệu chỉnh Hiệu chỉnh hiệu suất hiệu suất hiệu suất Phổ nối tầng Phổ nối Phổ nối tầng bậc hai thứ 1 đã tầng bậc bậc hai thứ n đã hiệu chỉnh hiệu hiệu chỉnh hiệu hai ... suất suất Hình 2.5. Sơ đồ thuật toán tìm các phổ gamma nối tầng bậc hai. Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
18 Cường độ Thư viện Phổ nối Diện tích tương đối tầng bậc và vị trí hai thứ 1 các đỉnh Năng lượng Thứ tự các chuyển dời chuyển dời Bn Cường độ Em Phổ nối Diện tích tương đối E2 tầng bậc và vị trí E1 hai thứ n các đỉnh Năng lượng chuyển dời 0 Mức trung gian Phổ chuyển Hệ số rẽ dời sơ cấp nhánh Sơ đồ mức Cường độ dịch chuyển Hình 2.6. Sơ đồ thuật toán tìm cường độ chuyển dời và sơ đồ mức. Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
19 *Nối các file và chuẩn năng lượng: Phổ năng lượng của 52V sau khi nối các code được trình bày trên hình 2.7a Hình 2.7a. Phổ năng lượng của 52V đối với hai đetectơ sau khi nối code, vùng năng lượng >5 MeV. 52 Sử dụng các tia gamma tức thời có cường độ lớn của V phát ra khi bắt nơtron làm các đỉnh chuẩn. Các đỉnh chuẩn này sẽ được sử dụng để để chuẩn năng lượng đối với số liệu của từng kênh đo, xây dựng các hàm chuẩn năng lượng cho từng kênh đo. Sau khi đã xác định được hàm chuẩn năng lượng cho từng kênh đo, các giá trị code trong file sau khi nối được chuẩn từ giá trị kênh về giá trị năng lượng. Quá trình tạo phổ tổng cũng như tạo các phổ nối tầng tương ứng với các đỉnh tổng thu được sẽ được tiến hành trên bộ code đã được chuẩn năng lượng. Các Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V
20 chuyển dời gamma sử dụng để hiệu chuẩn năng lượng và hàm chuẩn năng lượng đối với từng đetectơ được trình bày trên bảng 2.2. Bảng 2.2. Tham số và hàm chuẩn đối với từng đetectơ Đetectơ A Đetectơ B Kênh Năng Năng Độ lệch Kênh Năng Năng Độ lệch lượng lượng (keV) lượng lượng (keV) (keV) khớp (keV) khớp (keV) (keV) 252 295.02 295.64 0.62 246 295.02 295.86 0.84 381 436.02 435.93 0.67 377 436.61 437.69 1.08 450 511.00 510.98 0.02 445 511.00 511.32 0.32 737 823.19 823.17 0.02 733 823.19 823.16 0.03 1413 1558.79 1558.71 0.08 1412 1558.78 1558.43 0.35 1614 1777.91 1777.48 0.43 1614 1777.91 1777.18 0.73 1953 2145.84 2146.50 0.97 1776 1952.92 1952.63 0.29 3293 3605.92 3605.98 0.06 1953 2145.84 2144.32 1.52 3762 4116.92 4117.01 0.17 2829 3094.92 3093.13 1.79 3828 4188.07 4189.03 0.96 3301 3605.92 3604.42 1.50 4107 4493.76 4493.16 0.60 3774 4116.92 4116.83 0.08 4295 4699.07 4698.13 0.94 3839 4188.07 4187.26 0.81 4324 4730.03 4729.75 0.28 4122 4493.76 4493.87 0.11 4576 5004.76 5004.54 0.22 4312 4699.07 4699.72 0.65 4794 5241.03 5242.28 1.25 4340 4730.03 4730.06 0.03 4977 5442.84 5441.88 0.95 4594 5004.76 5005.27 0.51 5026 5495.2 5495.34 0.14 4785 5210.07 5212.23 2.16 5261 5752.03 5751.70 0.33 4813 5241.03 5242.57 1.54 5354 5852.12 5853.16 1.04 5047 5495.26 5496.13 0.87 5446 5953.84 5953.54 0.30 5067 5515.76 5517.80 2.04 5495 6006.26 6007.01 0.75 5284 5752.03 5752.95 0.93 5820 6363.12 6362.67 1.45 5376 5852.12 5852.66 0.54 5914 6464.84 6464.26 0.58 5470 5953.84 5954.52 0.68 5963 6517.26 6517.74 0.49 5518 6006.26 6006.54 0.28 6086 6651.84 6651.99 0.15 5846 6363.12 6362.01 1.11 6290 6874.12 6874.69 0.57 5940 6464.84 6463.88 0.96 6554 7162.84 7162.92 0.08 5988 6517.26 6515.90 1.35 6113 6651.84 6651.38 0.46 6317 6874.12 6872.48 1.64 6582 7162.84 7161.71 1.13 Hàm khớp: Hàm khớp: -7 2 E = 3.46×10 ×ch + 1.09×ch + 21.61 E = 9.50×10-8×ch2 + 1.08×ch + 29.52 Ghi chú: ch là vị trí kênh tương ứng của phổ. Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52V