Nâng cao chất lượng thiết bị thực nghiệm và triển khai nghiên cứu cấu trúc hạt nhân Ti, V và Ni

Nâng cao chất lượng thiết bị thực nghiệm và triển khai nghiên cứu cấu trúc hạt nhân Ti, V và NiChia sẻ: fujijudo87 | Ngày: 07072014Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nâng cao chất lượng thiết bị thực nghiệm và triển khai nghiên cứu cấu trúc hạt nhân Ti, V và Ni nhằm nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni trong phản ứng bắt nơtron nhiệt; đánh giá số liệu thực nghiệm theo mẫu lý thuyết đơn hạt; nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ trùng phùng gammagamma; 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;

Trang 1

phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng, Tuyển tập Hội nghị

vật lý hạt nhân toàn quốc lần thứ IX, 8/2011, (223-228)

Khang, Nguyễn Xuân Hải, Nguyễn Đức Hòa, Nghiên cứu cường độ

chuyển dời và mật độ mức của 52 V bằng phản ứng (n, 2  ), Tuyển tập

Hội nghị vật lý hạt nhân toàn quốc lần thứ IX, 8/2011, (229-234)

10) Phạm Đình Khang, Nguyễn Xuân Hải, Nguyễn An Sơn, Hồ Hữu

Thắng, Nguyễn Đức Hòa, Mangeno Lumengnod, Đường cong hiệu

suất của phổ kế trùng phùng sử dụng hai đầu dò bán dẫn trong vùng

năng lượng từ 0,5 ÷ 8 MeV, Tuyển tập Tuyển tập Hội nghị vật lý hạt

nhân toàn quốc lần thứ IX, 8/2011, (235-239)

11) Phạm Đình Khang, Đoàn Trọng Thứ, Nguyễn Đức Hòa, Nguyễn An

Sơn, Nguyễn Xuân Hải, Hồ Hữu Thắng, Lê Đoàn Đình Đức, Bạch

Như Nguyện, Cải thiện chất lượng phổ bằng kỹ thuật đo trùng phùng

sự kiện – sự kiện, Tuyển tập Hội nghị vật lý hạt nhân toàn quốc lần

thứ IX, 8/2011, (266-271)

12) Hồ Hữu Thắng, Phạm Đình Khang, Nguyễn Xuân Hải, Nguyễn An

khuếch đại lọc lựa thời gian và khối gạt ngưỡng hằng trong hệ đo

trùng phùng gamma-gamma, Tuyển tập báo cáo hội nghị vật lý hạt

nhân toàn quốc lần thứ VIII, 11/2011, (362-366)

13) Nguyễn An Sơn, Phạm Đình Khang, Nguyễn Đức Hòa, Nguyễn Xuân

chí Khoa học công nghệ, số 3A, 2010, (790-796)

14) Nguyễn An Sơn, Nguyễn Đức Hòa, Phạm Đình Khang, Nguyễn Xuân

nghiên cứu cấu trúc hạt nhân và phân tích kích hoạt nơtron, The

MỞ ĐẦU

Phương pháp trùng phùng gamma – gamma là phương pháp ghi đo hiện đại 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

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 thiết bị nên hệ đo hoạt động có khi không ổn định, tốc độ xử lý của

hệ chậm Phương pháp thiết lập các tham số cho hệ đo còn mang tính kinh nghiệm, chưa có 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 hạt nhân

Các hạt nhân 49Ti, 52V, 59Ni nằm trong nhóm hạt nhân trung bình, có cấu trúc không suy biến, 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

Nhằm nâng cao chất lượng thiết bị thực nghiệm và triển khai nghiên cứu cấu trúc của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni, luận án tập trung nghiên cứu giải quyết các vấn đề sau:

1) Nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni trong phản ứng bắt nơtron nhiệt;

2) Đánh giá số liệu thực nghiệm theo mẫu lý thuyết đơn hạt 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;

Trang 2

Chương một

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1 Phương pháp trùng phùng gamma-gamma

1.1.1 Quá trình phát triển phương pháp

Phương pháp trùng phùng gamma – gamma đã được Hoogenboom đề

xuất và thử nghiệm từ năm 1958 Sơ đồ của hệ đo được trình bày trên

Hình 1.1

Hình 1 1 Hệ trùng phùng do Hoogenboom thiết kế

Từ năm 1981, tại Viện Liên hợp nghiên cứu Hạt nhân Dubna đã đưa

ra vấn đề ghi nhận, lưu trữ và xử lý số trên máy tính các thông tin thu

được từ hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng Sơ đồ của hệ được

trình bày trên hình 1.2

Hình 1 2 Hệ đo trùng phùng nhanh chậm tại Dubna

1.1.2 Hệ đo thực nghiệm tại Viện NCHN

1.1.2.1 Hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma

Hệ phổ kế sử dụng trong nghiên cứu phục vụ cho luận án là hệ trùng

phùng gamma – gamma dùng TAC ghi đo theo phương pháp sự kiện –

CF2a

CF1a

CF1b

Amp.1

MCA

Amp

Sum

D.D Sum

CF2b

Amp.2

MONITOR

R1 RV1 R2

Gate

CÁC CÔNG TRÌNH LÀM CƠ SỞ CHO LUẬN ÁN

Công bố nước ngoài

Hai, Dang Lanh, Determination Gamma Width and Transition

Strength Of Gamma Rays from 48 Ti(n th , 2 gamma) 49 Ti Reaction,

International Journal of Computational Engineering Research (IJCER), Vol, 03, Issue 11, 2013, (pp.33-37)

Tan, Nguyen Xuan Hai, Dang Lanh, Pham Ngoc Son, Ho Huu Thang,

Determining Experimental Transition Strengths of 52 V by Two-Step Gamma Cascades, International Organization of Scientific Research

Journal of Engineering (IOSRJEN) Vol 03, Issue 11, 2013, (pp16-21)

by Thermal Neutron Reaction, Research Journal in Engineering and

Applied Sciences (RJEAS), Vol 02, Number 06, 2013, (pp 409-412)

Thang, Nguyen An Son, Nguyen Duc Hoa, Gamma cascade

transition of 51 V(n, gamma) 52 V reaction, World Journal of Nuclear

Science and Technology (WJNST) Vol 04, Number 1, 2014

Chau, Pham Dinh Khang, Nguyen Xuan Hai, Ho Huu Thang, Vuong

Huu Tan, Nguyen Nhi Dien, Gamma-gamma coincidence

measurement setup for neutron activation analysis and nuclear structure studies, The first Academic Conference on Natural Science

for Master and PhD Students from Cambodia, Laos, Vietnam, Proceedings 2010, (pp.304-309)

Công bố trong nước

gian bán rã, độ rộng mức và hàm lực dịch chuyển E1 của 49 Ti bằng phản ứng 48 Ti(n, 2  ) 49 Ti , Tạp chí khoa học Đại học sư phạm Tp

HCM, số 51, 2013 (131-137)

Hải, Phương pháp đo cường độ chuyển dời gamma nối tầng bằng thực

nghiệm tại Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, Tạp chí Đại học Thủ

Dầu một, số 2, 2012, (28-34)

Hải, Kết quả nghiên cứu cường độ và năng lượng của các chuyển dời

gamma nối tầng của 59 Ni trong phản ứng 58 Ni(n th , 2  ) 59 Ni bằng

Trang 3

1 Đã sắp xếp được hai tia gamma chuyển dời gamma nối tầng là:

4950,46 keV và 4050,44 keV của hạt nhân 59Ni vào sơ đồ mức

Mức trung gian được xác định là 4048,69 keV;

2 Đã tính được spin và độ chẵn lẻ của một số mức mà thư viện

LANL chưa xếp hoàn chỉnh của cả 03 hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni

Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu:

1 Không thể xác định được đơn trị các giá trị spin ở mức trung gian

với các nghiên cứu trên những hạt nhân isomer hay những đồng vị

sống dài;

2 Rất khó xác định được những cặp chuyển dời đơn lẻ với cường độ

phát thấp do không thể xác định các cặp chuyển dời này bằng

phương pháp phổ tổng

Các triển khai nghiên cứu tiếp theo:

Dựa trên các kết quả đã đạt được của luận án, có thể triển khai nghiên

cứu thêm các vấn đề sau:

1 Phát triển hệ nhiều đetectơ trong nghiên cứu (n, 3) sử dụng TAC;

2 Đánh giá cường độ chuyển dời nối tầng bằng thực nghiệm của các

hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni qua tính toán tiết diện riêng phần, tiết

diện toàn phần của các mức

sự kiện Hệ được đặt tại KS3 của LPUHNDL Sơ đồ hệ phổ kế mô tả trên Hình 1.5

Hình 1 5 Hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại LPUHNDL 1.1.2.2 KS3 của LPUHNDL

LPUHNDL được nâng cấp từ Lò TRIGA của Mỹ là loại lò bể bơi, công suất cực đại 500 kW và thông lượng trung bình của nơtron nhiệt tại tâm vùng hoạt có thể đạt 1,991013 nơtron/cm2/s Lò có 4 kênh ngang, KS3 của LPUHNDL được đưa vào sử dụng từ rất sớm sau khi khôi phục lại Lò phản ứng Ban đầu, KS3 được sử dụng cho mục đích chụp ảnh nơtron và phân tích kích hoạt gamma tức thời Các thiết bị chuẩn trực, dẫn dòng, đóng mở kênh được thiết kế, chế tạo lại cho phù hợp với việc bố trí thí nghiệm

1.3 Cơ sở lý thuyết tính toán trong luận án 1.3.1 Cường độ dịch chuyển gamma nối tầng

Cường độ dịch chuyển gamma nối tầng (I) liên quan đến độ rộng mức riêng phần ở trạng thái đầu (i), độ rộng mức toàn phần ở trạng thái đầu (i), độ rộng mức riêng phần ở trạng thái cuối (f) và độ rộng mức toàn phần ở trạng thái cuối (f) theo công thức:

I    

  

(1.1)

Trong thực nghiệm trùng phùng gamma-gamma, cường độ dịch chuyển gamma nối tầng tỷ lệ với diện tích đỉnh tương ứng với dịch chuyển nối tầng và được xác định theo công thức:

i

i 1

S

S I

S



 



(1 2)

trong đó Si là số đếm đỉnh của dịch chuyển gamma nối tầng thứ i sau khi đã hiệu chỉnh hiệu suất ghi

Trang 4

1.3.2 Mật độ mức

1.3.2.1 Tổng quan sự phát triển lý thuyết mật độ mức

Nếu gọi hàm mật độ mức phụ thuộc năng lượng là ρ(E), số mức kích

thích là N(E), thì mật độ mức kích thích trong vùng năng lượng  E là:

dE

1.3.3 Spin và độ chẵn lẻ

Photon là một bozon có spin bằng 1, vì thế mô men góc L của photon

phải là nguyên dương và phụ thuộc vào spin của trạng thái đầu Ji và

spin của trạng thái cuối Jf:

J iJ f LJ iJ f (1 4)

Độ chẵn lẻ cũng được bảo toàn trong quá trình dịch chuyển điện từ

Như vậy độ chẵn lẻ của photon  là dương nếu i=f và  phải là âm nếu

i=-f (i , f lần lượt là độ chẵn lẻ của trạng thái đầu và trạng thái cuối)

Với dịch chuyển điện thì:

 ( 1)L



và dịch chuyển từ thì:

1



1.3.4 Bậc đa cực, xác suất dịch chuyển, độ rộng mức và hàm lực

1.3.4.1 Bậc đa cực và xác suất dịch chuyển

Theo mẫu lớp, xác suất dịch chuyển điện từ được xác định như sau:

- Xác suất dịch chuyển điện:

2L+1

γ EL

E 8π(L+1)e b

L[(2L+1)!!] c

- Xác suất dịch chuyển từ:

2L+1

γ

E 8π(L+1)μ b

L[(2L+1)!!] c

Với B(EL) và B(ML) là xác suất dịch chuyển rút gọn của dịch chuyển

điện, từ tương ứng; L là bậc đa cực của bức xạ gamma, E là năng

lượng tia gamma,  là hằng số Dirac, e =1.440×10 keV.cm, 2 -10

N

1.3.4.2 Thời gian sống, độ rộng mức và hàm lực

Độ rộng mức toàn phần của dịch chuyển gamma (Гγ) phụ thuộc vào

thời gian sống trung bình của mức (τ ) theo công thức:

KẾT LUẬN CHUNG

Luận án đã hoàn thành được các mục tiêu nghiên cứu đặt ra, các kết quả chính của luận án đạt được như sau:

A Về mặt số liệu:

1 Đã đo đạc phân rã gamma nối tầng của 3 hạt nhân 49 Ti, 52 V, 59 Ni

đánh giá các trạng thái kích thích trung gian nằm dưới năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân;

2 Đã nghiên cứu sơ đồ mức, xác suất và hàm lực dịch chuyển

sánh với dự đoán của mẫu đơn hạt;

3 Sự phù hợp giữa thực nghiệm của các hạt nhân 49 Ti, 52 V và 59 Ni với mẫu đơn hạt Các số liệu thực nghiệm này được thu nhận tại

KS3 của LPUHNDL trên hệ trùng phùng gamma-gamma

B Về hệ thống thực nghiệm:

1 Đã xây dựng giao diện mới dùng PCI 7811R cho hệ phổ kế trùng

phùng gamma – gamma ghi đo theo phương pháp “sự kiện – sự kiện”; kết quả của việc thay đổi giao diện đã làm hệ hoạt động ổn

định, tin cậy và dễ sử dụng hơn, thời gian thu thập dữ liệu giảm từ

500 ns xuống còn 100 ns;

2 Thiết kế, chế tạo được hệ che chắn, dẫn dòng nơtron mới cho

KS3 đảm bảo an toàn phóng xạ và an toàn hạt nhân, tạo không gian

thuận lợi cho bố trí thí nghiệm và khai thác hệ đo hiệu quả hơn;

3 Xây dựng được phương pháp và quy trình chọn lựa các tham số

một cách tối ưu cho hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma; do đó

số liệu thực nghiệm thu được có độ tin cậy cao hơn

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

1 Kết quả luận án đã khẳng định sự phù hợp giữa kết quả thực nghiệm của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni với tính toán của mẫu đơn hạt;

2 Luận án ứng dụng dòng nơtron nhiệt tại KS3 của LPUHNDL trong việc nghiên cứu cấu trúc hạt nhân ở các hạt nhân trung bình;

3 Khẳng định sự thành công trong việc ứng dụng hệ trùng phùng gamma – gamma trong nghiên cứu cấu trúc hạt nhân thực nghiệm

Tính mới của luận án:

Trang 5

4000 5000 6000 7000 8000 9000 5

10 15 20 25 30 35 40

E(keV)

Hình 3 6 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 59Ni từ mức 8999,14

keV về các mức trung gian

3.6 Kết luận chương

Nội dung chương này trình bày kết quả thực nghiệm thu được của

luận án gồm kết quả nâng cao chất lượng của hệ đo và hệ thống che

chắn dẫn dòng; kết quả nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối

tầng của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni Cụ thể:

- Đã thiết kế chế tạo được giao diện mới cho hệ đo dùng PCI

7811R làm hệ hoạt động tin cậy, ổn định và dễ sử dụng hơn;

- Đã thiết kế, chế tạo được hệ che chắn, dẫn dòng nơtron cho

KS3 đảm bảo an toàn phóng xạ và an toàn hạt nhân mới, tạo

không gian thuận lợi cho bố trí thí nghiệm và khai thác hệ đo

hiệu quả hơn;

- Xây dựng được phương pháp và quy trình chọn lựa các tham

số một cách tối ưu cho hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma;

- Xác định năng lượng chuyển dời gamma nối tầng và cường độ

tương đối của các chuyển dời, xác định các đặc trưng lượng tử

của các mức và xây dựng sơ đồ phân rã gamma, tính xác suất

dịch chuyển và hàm lực gamma của 49Ti, 52V và 59Ni; kết quả

đã được so sánh với dự đoán của mẫu đơn hạt

m





Thời gian bán rã của một mức t1/2 phụ thuộc vào xác suất dịch chuyển gamma theo bậc đa cực và loại dịch chuyển theo hệ thức sau:

ln 2

T 

Nếu một mức phân rã bằng cách phát gamma về các mức dưới có năng lượng khác nhau, thì độ rộng mức toàn phần  được xác định theo độ rộng mức riêng phần  ivà hệ số rẽ nhánh B R  i:

.

i

B R

Hàm lực dịch chuyển gamma M EL ML ( , ) được xác định từ độ rộng mức theo công thức:

( , )

wu

EL ML

M EL ML

EL ML









(đơn vị w.u.) (1 13)

wu EL ML



 là độ rộng phóng xạ riêng phần của dịch chuyển tính theo đơn vị Weisskopf Trong trường hợp dịch chuyển là lưỡng cực, tứ cực điện và lưỡng cực từ thì độ rộng phóng xạ riêng phần có thể xác định như sau:

11 2/3 3



( 1) 2.0734 10



trong đó A là số khối của hạt nhân và Eγ là năng lượng bức xạ gamma (keV)

I.4 Kết luận chương

Chương một trình bày về các vấn đề sau:

- Tổng quan về phương pháp trùng phùng gamma-gamma, hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma và ứng dụng cũng như sự phát triển của phương pháp này tại Việt Nam;

- Tổng quan về tình hình nghiên cứu và số liệu thực nghiệm của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni;

- Các cơ sở lý thuyết và tính toán được sử dụng trong luận án như: cường độ dịch chuyển, các đặc trưng lượng tử, độ rộng phóng xạ, mật độ mức và hàm lực dịch chuyển gamma

Trang 6

Chương hai

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Phần I HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phát triển hệ thống thực nghiệm

2.1.1.2 Chế tạo giao diện bằng PCI 7811R

Để khắc phục các nhược điểm trên, nhóm nghiên cứu đã thực hiện

việc thay giao diện thiết kế trong nước bằng thiết bị NI PCI7811R

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng các thuật toán và viết chương trình trên

LabView để cấu hình cho giao diện PCI 7811R

Dual RAM

B

S

P

C

I

Hình 2 1a Sơ đồ phần cứng khối đa

kênh cấu hình trên FPGA

Hình 2.1b Sơ đồ phần cứng khối trùng phùng cấu hình trên FPGA

2.2 Xác lập các tham số cho hệ trùng phùng gamma-gamma

Do diện tích đỉnh và số đếm thu được phụ thuộc vào tham số của hệ,

nên ta có thể biểu diễn F qua các giá trị này như sau:







n

i

i cp Peak

f

F

1

)

Trong đó: fSumlà tỷ số giữa tốc độ đếm tổng có điều khiển trên tốc độ

đếm tổng khi không điều khiển; fPeak là tỷ số giữa tốc độ đếm tại đỉnh

thứ i trong trường hợp có điều khiển và không điều khiển

Phần II NGHIÊN CỨU PHÂN RÃ GAMMA NỐI TẦNG CỦA

Bia mẫu 49Ti, 52V và 59Ni được sử dụng trong nghiên cứu phân rã

gamma nối tầng ở dạng kim loại hoặc oxyt kim loại

- Bia mẫu Titan được làm từ Titan kim loại, có dạng hình tròn, đường

kính 2 cm, dày 0,5 cm, khối lượng 7,02 gam;

Bảng 3.18 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm Hàm lực của 59Ni từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 58Ni(n, 2)59Ni

Mức trên (keV) Thời gian sống trung bình của mức (s)

Độ rộng mức (eV)

Năng lượng chuyển dời

E  (keV)

Hàm lực tính theo đơn vị Weisskopf

Mức trên (keV) Thời gian sống mức (s)

Độ rộng mức (eV) Năng lượng chuyển dời

3181,67 2,3849E-15 0,276

3181,4 0,05 2843,4 0,14 2717,4 0,12 2304,4 0,06 1993,4 0,19 1880,4 0,16 1735,4 2,32 2893,68 2,8409E-15 0,232

2554,4 0,03 2016,4 0,06 1703,4 0,39

2415,65 7,8119E-15 0,084

2415,4 0,33 1950,4 0,04 1537,4 0,06 1226,4 0,12

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 5

10 15 20 25 30

E(keV)

Hình 3 4 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 49Ti từ mức 8142,50

3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 20

40 60 80 100 120 140 160

E(keV)

Hình 3 5 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của 52V từ mức 7310,68

Trang 7

3.5 Độ rộng mức, thời gian sống của mức và hàm lực

Bảng 3 16 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm

Hàm lực của 49Ti từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 48Ti(n, 2)49Ti

Mức

trên

(keV)

Thời gian

sống trung

bình của

mức (s)

Độ rộng

mức

(eV)

Năng lượng chuyển dời E  (keV)

8142,50 4,89599E-16 1,34

Mức trên (keV)

Thời gian sống trung bình của mức (s)

Bảng 3 17 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm

Hàm lực của 52V từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 51V(n, 2)52V

Mức trên

(keV)

Thời gian sống

trung bình của

mức (s)

7310,68 3,5638E-18 18,695

2425,83 4,4473E-15 0,148

2167,80 3,3262E-15 0,198

2098,79 6,6423E-15 0,099

Thời gian sống trung bình của mức (s)

1793,75 1,2572E-14 0,052

1795,47 12,03

1417,71 1,3370E-14 0,049

845,64 5,9512E-14 0,011

792,63 1,4730E-13 0,004

435,59 5,6046E-13 0,001

- Bia mẫu Vanadi được nén từ V2O5 dạng hình tròn, đường kính 2,2

cm, dày 0,5 cm, khối lượng 11,61 gam;

- Bia mẫu Niken được làm từ Niken kim loại, có dạng hộp chữ nhật kích thước 2,2 cm  2,4 cm  0,6 cm, khối lượng 28,19 gam

a) b) c)

Hình 2.2 Hình ảnh của các bia mẫu

a) bia mẫu Titan, b) bia mẫu Vanadi, c) bia mẫu Niken

Thực nghiệm nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân được tiến hành trên KS3 của LPUHNDL, thông lượng của chùm nơtron tại vị trí chiếu mẫu ~106 n/cm2/s tỉ số nơtron nhiệt đo với 197Au trong trường hợp có bọc cadmi và không bọc cadmi ~ 900 (hộp cadmi dày 1mm) Hệ

đo có cấu hình như hình 1.5

Số liệu phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni được

đo tích lũy theo thời gian Thời gian đo của 49Ti là 300 giờ, của 52V là

280 giờ và của 59Ni là 400 giờ

Số liệu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng sau khi đo được xử lý

theo phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng

2.7.2 Xác định các đặc trưng lượng tử

Quy tắc chọn lựa spin, bậc đa cực và độ chẵn lẻ được xác định theo điều kiện (1.4) và (1.5) Vì tỷ số giữa xác suất dịch chuyển của bậc đa cực L+1 và bậc đa cực L xấp xỉ 2

3

R

L 

(R là bán kính hạt nhân), nên thường trong thực nghiệm chỉ có thể đo được các đa cực bậc thấp và

có thể bỏ qua các đa cực bậc cao Thực nghiệm chứng tỏ các kết quả sau:

1) Không tồn tại đơn photon ứng với dịch chuyển đơn cực E0;

2) Dịch chuyển lưỡng cực điện E1 có xác suất lớn nhất;

3) Nếu dịch chuyển hỗn hợp thì thường chỉ gồm hai thành phần với bậc đa cực sai khác nhau một đơn vị;

4) Không có dịch chuyển hỗn hợp của hai bức xạ cùng loại;

Trang 8

5) Nếu trong dịch chuyển hỗn hợp, đa cực bậc thấp nhất L đã tương

ứng với bức xạ từ thì bức xạ hỗn hợp có đa cực L + 1 phải là bức

xạ điện;

6) Nếu trong dịch chuyển có đa cực bậc thấp nhất L đã là dịch chuyển

điện thì dịch chuyển từ với bậc đa cực L+1 thường không xảy ra;

7) Đối với một dịch chuyển hỗn hợp xác định thì tỷ số cường độ của

các thành phần M(L) và E(L+1) là hằng số và chỉ phụ thuộc vào

cấu trúc bên trong hạt nhân mà không phụ thuộc vào điều kiện bên

ngoài;

8) Với cùng một giá trị L thì xác suất dịch chuyển điện lớn hơn 10 –

102 lần Nguyên nhân của điều này là do tương tác từ yếu hơn

tương tác điện khá nhiều;

9) Khi bậc đa cực tăng và năng lượng của lượng tử gamma giảm thì

xác suất dịch chuyển giảm, thời gian sống sẽ tăng lên

2.8 Đánh giá xác suất và hàm lực dịch chuyển gamma

Áp dụng mẫu đơn hạt cho các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni ta có:

 Xác suất dịch chuyển điện từ:

- Với 49 Ti:

γE1 6 3γ

T =1.3726×10 E

T =1.3050×10 E











(2 2)

T =1.4280×10 E

T =1.4127×10 E











(2 3)

T =1.5535×10 E

T =1.6717×10 E

T =3.1483×10 E

T =3.3879×10 E











(2 4)

 Hàm lực dịch chuyển gamma:

3.4.2 Kết quả tính xác suất dịch chuyển theo mẫu đơn hạt

Bảng 3 13 Xác suất dịch chuyển điện từ của 49Ti từ Bn về mức cơ bản theo phản ứng 48Ti(n, 2)49Ti so sánh lý thuyết và thực nghiệm

E 

(keV)

E1 γ T

(10 15 )

M1 γ T

(10 15 )

E,M γ T

lý thuyết (%)

E,M γ T

thực nghiệm (%)

E,M γ

T /E,M γ T

8142,50

E 

(keV)

E1 γ T

(10 15 )

M1 γ T

(10 15 )

E,M γ T

E,M γ

T / E,M γ T

Bảng 3 14 Xác suất dịch chuyển điện từ của 52V từ Bn về mức cơ bản

E 

(keV)

E1 γ T

(10 15 )

M1 γ T

(10 15 )

E,M γ T

E,M γ

T/E,M γ

T

7310,68

2857,88 2710,58 2842,6 - - 7,23E-01 6,27E-01 53,56 46,44 60,01(551) 0,89 39,99(449) 1,16 2425,83

2167,80

E 

(keV)

E1 γ T

(10 15 )

M1 γ T

(10 15 )

E,M γ T

E,M γ

T/E,M γ

T

2098,79

1793,75

1417,71

845,64

792,63

435,59

Bảng 3 15 Xác suất dịch chuyển điện từ của 59Ni từ Bn về mức cơ bản

E 

(keV)

E1 γ

T

(10 15

)

M1 γ

T

(10 15

)

E,M γ

T

E,M γ

T

E,M γ

T /

E,M γ

T

8999,14

8533,50 965,37 - 21,08 42,7(11) 0,49 8121,50 832,18 - 18,17 11,1(8) 1,64

E 

(keV)

E1 γ T

(10 15 )

M1 γ T

(10 15 )

E,M γ T

E,M γ

T /

E,M γ T

3181,67

2893,68

Trang 9

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Ground State

59

Ni 3/2-

-)

Hình 3.17 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 59Ni và spin, độ chẵn lẻ của

các mức

Kết quả ở thực nghiệm này đã bổ sung được spin, độ chẵn lẻ và mức

của 3 hạt nhân mà LANL chưa hoàn chỉnh, cụ thể:

xác suất dịch chuyển điện từ từ Bn về các mức 3428,67 keV và

3788,72 keV không phải là dịch chuyển lượng cực điện mà là dịch

chuyển lưỡng cực từ Theo số liệu từ thư viện LANL hai mức này có

spin và độ chẵn lẻ là 3/2-, trong thực nghiệm này xác định hai mức này

có spin và độ chẵn lẻ là 1/2+

mức 1557,72 keV, 1758,75 keV và 2316,82 keV là chuyển dời lượng

cực từ Kết quả spin và độ chẵn lẻ các mức như sau: 1557,72 keV(2-,

3-), 1758,75 keV(2-, 3-) và 2316,82 keV(2-, 3-) Cũng trong nghiên cứu

này đã bổ sung spin và độ chẵn lẻ một số mức: 1731,75 keV (2+, 4+),

2425,83 keV (2+, 3+), 2857,88 keV (3+)

keV và 4050,44 keV là cặp chuyển dời nối tầng từ Bn về mức cơ bản

và đã xác định mức mới cho cặp chuyển dời này là mức 4048,69 keV

(1/2-) Về bổ sung spin và độ chẵn lẻ các mức: 3563,68 keV(1/2-),

4048,69 keV(1/2-), 4140,69 keV (3/2-) và 4714,70 kev (1/2-)

- Với 49 Ti:

( 1) ( 1)

90.3753 10 ( 2) ( 2)

859.3239 10 ( 1) ( 1)

2.0734 10























E

M E

E E

M E

E M

M M

E



(2 5)

11 3

23 5

11 3

( 1) ( 1)

94.0274 10 ( 2) ( 2)

930.1791 10

2.0734 10























E

M E

E E

M E

E M

M M

E



(2 6)

23 5

11 3

( 1) ( 1)

102.2870 10 ( 2) ( 2)

1100.7740 10

2.0734 10























E

M E

E E

M E

E M

M M

E



(2 7)

2.9 Kết luận chương

Chương hai trình bày việc thay đổi giao diện, thay đổi thiết kế kênh số

3, bia mẫu thực nghiệm, phương pháp xây dựng sơ đồ phân rã, phương pháp đánh giá xác suất và hàm lực dịch chuyển gamma theo mẫu đơn hạt Các kết quả chính của chương gồm:

- Thiết kế giao diện cho hệ đo bằng PCI 7811R;

- Phương pháp khảo sát và lựa chọn các tham số của hệ đo;

- Phương pháp xây dựng hàm chuẩn hiệu suất;

- Nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân 49Ti, 52V và 59Ni;

- Phương pháp xây dựng sơ đồ phân rã và xác định các đặc trưng lượng tử;

- Cách tính xác suất dịch chuyển và hàm lực dịch chuyển gamma theo mẫu đơn hạt

Trang 10

Chương ba

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả hoàn thiện hệ thống thực nghiệm

3.1.1 Kết quả cải thiện giao diện

Hình 3.1 Giao diện MCA Hình 3 2 Giao diện ở chế độ COIN

3.1.2 Kết quả về phông của hệ đo

Giá trị tích phân của số đếm phông trong dải năng lượng 250 keV đến

hơn 8 MeV đo khi kênh mở và lò hoạt động ở công suất 500 kW có

giá trị 283,5 số đếm/giây đối với kênh sử dụng đetectơ GC2018 và

321,5 số đếm/giây đối với kênh sử dụng đetectơ EGPC20

3.1.4 Kết quả về lựa chọn tham số cho hệ đo

Hình 3 6 Phổ thời gian của 60Co (cửa sổ trùng phùng đặt 100 ns, ADC 1k)

10

100

1000

keV

1 st

channel

100 1000

10000

keV

10 100

1000

a) Chỉnh chưa đúng các tham

số thời gian

b) Đã hiệu chỉnh đúng các tham số thời gian

Hình 3 7 Phổ năng lượng ở hai kênh

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

8142.50 (1/2+)

5115.88(1/2 - ) 4666.82(1/2 -) 4221.77(1/2 - ) 3788.72(1/2 + ) 3428.67(1/2 + ) 3260.38(1/2 -) 3175.64(1/2 - )

1761.95(3/2 -) 1723.46(1/2 - ) 1584.44(3/2 -) 1381.42(3/2 - )

0 (7/2 - ) Hình 3.15 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 49Ti và spin, độ chẵn lẻ của

các mức

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

52 V 3 +

7310.68 (3-,4-)

3730.99 (3 + )

2857.88 (3 + ) 2425.83 (2 + ,3 + ) 2316.82 (2 - ,4 -) 2167.80 (2 + ,3 + ) 2098.79 (2 + ,3 + ) 1793.75 (2 + ,3 + ) 1758.75 (3 -,5 -) 1557.72 (2 - ,3 - ) 1417.71 (2 + ,3 + ) 845.64 (3 + ,4 + ) 793.10 (2 + ,3 + ) 435.59 (2 + ,3 + ) 146.30 (4 + )

(2 - , 3 - ) (2 - , 3 - )

Hình 3 16 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của 52V và spin, độ chẵn lẻ của

các mức

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	1,29 MB