Tiến Sĩ Mật độ mức và hàm lực thực nghiệm của các hạt nhân Ti49, V52, Ni59

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2013


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
1.2.1. Hạt nhân
1.2.2. Hạt nhân
1.2.3. Hạt nhân
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
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 49
2.4. Chuẩn bị bia mẫu 59Ni 46
2.5. Thu thập số liệu phân rã gamma nối tầng của 49
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

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 49
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

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 dụngkỹ 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 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 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; 49Ti, 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,
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.