DSpace at VNU: Nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân của phản ứng hạt nhân 116Cd(γ,n)115m,gCd sau vùng năng lượng cộng hưởng khổng lồ

Nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân của Cd sau vùng năng lượng cộng hưởng khổng lồ Lại Văn Thắng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật lý nguyên t

Nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân của

Cd sau vùng năng lượng cộng hưởng khổng lồ

Lại Văn Thắng

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Khoa Vật lý Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao;

Mã số: 60 44 05 Người hướng dẫn: TS Phạm Đức Khuê

Năm bảo vệ: 2012

Abstract Trình bày một số đ ặc trưng của phản ứng quang hạt nhân, hiện tươ ̣ng đồng phân hạt nhân và tỷ số đồng phân Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy gia tốc electron tuyến tính , cơ chế tạo bức xa ̣ hãm t ừ máy gia tốc và giới thiệu về máy gia tốc Linac 100 MeV tại Pohang, Hàn Quốc Phân tích nguyên lý c ủa phương pháp kích hoạt phóng xa ̣ và ghi nhâ ̣n ph ổ gamma, thiết lâ ̣p mối liên hê ̣ giữa số đếm diê ̣n tích đỉnh phổ gamma và các t ham số thực nghiê ̣m Một số biện pháp hiệu chỉnh nhằm nâng cao độ chính xác của phép đo Trình bày thí nghiệm và phân tích số liê ̣u xác định tỷ số suất lượng đồng phân c ủa phản ứng quang hạt nhân

116Cd(γ,n)115m,g

Cd, nghiên cứ u sự phu ̣ thuô ̣c của tỷ số đồng phân vào năng lượng của

bức xa ̣ hãm

Keywords Vật lý nguyên tử; Vật lý; Hạt nhân; Phản ứng hạt nhân

Content

CHƯƠNG I: PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN VÀ HẠT NHÂN ĐỒNG PHÂN 1.1 Mô ̣t số đă ̣c trưng của phản ứng quang ha ̣t nhân

1.1.1 Phân loa ̣i phản ứng quang hạt nhân

Định nghĩa về phản ứng quang hạt nhân, tóm tắt lý thuyết về phản ứng quang hạt nhân và phân loại phản ứng quang hạt nhân theo năng lượng của photon kích thích

1.1.2 Hiê ̣n tượng cộng hưởng khổng lồ

Nêu định nghĩa hiện tượng cộng hưởng khổng lồ, đưa công thức ứng với vùng năng lượng cộng hưởng khổng lồ

1.1.3 Cơ chế giả đơtron

Nêu các đặc trưng của cơ chế giả đơtron, nêu điều kiện xay ra cơ chế giả đơtron

1.2 Hạt nhân đồng phân

Định ngĩa về hạt đồng phân trong vật lý

Nêu các lý thuyết về hiện tượng hạt đồng phân

Đưa sơ đồ về quá trình tạo hạt đồng phân

1.3 Tỷ số đồng phân

Nêu các lý thuyết tính toán về tỷ số đồng phân đối với các mô hình thống kê khác nhau

Tỷ số tiết diện đồng phân là tỷ số tiết diện tạo thành trạng thái đồng phân (σm) và trạng thái cơ bản không bền (σg):

m g

IR  



Trạng thái đồng phân và trạng thái cơ bản khác nhau về spin hạt nhân , nên tỷ số đồng phân thường được biểu diễn như là tỷ số tiết diê ̣n ta ̣o thành tra ̣ng th ái có spin cao và trạ ng thái có spin thấp :

high low

IR 





Chương 2: Phương pháp thực nghiệm

2.1 Nguồn photon hãm từ máy gia tốc Linac

2.1.1 Nguyên lý hoạt động cu ̉ a máy gia tốc linac

Nêu nguyên lý và lịch sử ra đời của máy gia tốc Linac

2.1.2 Cơ chế ta ̣o photon hãm từ máy gia tốc electron

Nêu mô hình và phương pháp tạo photon hãm từ máy gia tốc electron

Đưa ra phương trình toán học của cơ chế tạo photon từ máy gia tốc với các mức năng lượng khác nhau

Mô tả quá trình mất năng lượng của electron trong vật chất

2.1.3 Máy gia tốc linac 100 MeV Pohang, Hàn quốc

Giới thiệu về máy gia tốc Linac 100MeV tại Pohang, Hàn quốc Đưa sơ đồ máy, ảnh chụp và mô tả cấu tạo máy

2.2 Phương pháp kích hoạt và đo phổ Gamma

2.2.1 Nguyên lý của phương pháp kích hoạt pho ́ ng xa ̣

Nêu bản chất của phương pháp kích hoạt phóng xạ

Phân loại các quá trình xảy ra khi kích hoạt mẫu

Xây dựng hệ thống công thức cho phép xác định hoạt độ phóng xạ trên detector

2.2.2 Ghi nhận va ̀ phân tích phổ gamma

2.2.2.1 Hê ̣ phổ kế gamma

Nêu cấu tạo của hệ phổ kế gamma hiện đại

Giới thiệu mô hình hệ phổ kế gamma sử dụng trong luận văn

Đưa công thức và bảng tính toán hiệu suất ghi của phổ kế gamma

2.2.2.2 Phân tích phổ Gamma

Nêu mục đính của việc phân tích phổ gamma

Xây dựng hàm đỉnh phổ

2.2.3 Một số biện pháp nâng cao độ chính xác của phép đo

2.2.3.1 Hiệu chỉnh can nhiễu phóng xạ

Nêu bản chất của việc hiệu chỉnh can nhiễu phóng xạ

Nêu cách và các can nhiễu phóng xạ được sử lý trong luận văn

2.2.3.2 Hiệu ứng hấp thụ tia gamma trong mẫu

Nêu bản chất của hiệu ứng hấp thụ tia gamma trong mẫu

Xây dựng phương trình về việc hiệu chỉnh hấp thụ tia gamma trong mẫu

Tính toán hiệu chỉnh hấp thụ tia gamma trong luận văn

2.2.3.3 Hiệu ứng cộng đỉnh

Định nghĩa và nêu bản chất của hiện tượng cộng đỉnh

Tính toán hiệu ứng cộng đỉnh trong mẫu tương ứng với luận văn

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH TỶ SỐ SUẤT LƯỢNG ĐỒNG PHÂN

3.1 Thí nghiệm xác định tỷ số suất lượng đồng phân

Đưa mô hình thí nghiệm

Nêu các đặc trưng của mẫu phóng xạ dùng trong luận văn

Nêu bảng thông số thí nghiệm

3.2 Nhận diện đồng vị phóng xạ và phản ứng hạt nhân

Nhận diện 16 đồng vị phóng xạ sau phản ứng

Xây dựng mô hình phân rã của 2 đồng vị phóng xạ dùng trong luận văn

Xác định các đỉnh phóng xạ trong 2 đồng vị được tính toán trong luận văn

3.3 Xác định tỷ số suất lượng đồng phân bằng thực nghiệm

3.3.1 Xây dư ̣ng biểu thức thực nghiệm xác định tỷ số suất lượng đồng phân

Xây dựng công thức thực nghiệm xác định tỷ số suất lượng đồng phân

Đưa sơ đồ phân rã

3.4.2 Xác định tỷ số suất lượng đồng phân

Xác định tỷ số suất lượng đồng phân trong 2 mẫu phóng xạ của luận văn

So sánh tỷ số suất lượng đồng phân tính toán được với các tác giả khác

KẾT LUẬN

Với mu ̣c đích nghiên c ứu sự phu ̣ thuô ̣c vào năng lượng của tỷ số suất lượng của cặp đồng phân 115m,g

Cd tạo thành từ phản ứng quang hạt nhân 116Cd(γ,n)115m,g

Cd, bản luận văn đ ã thu đươ ̣c mô ̣t số kết quả chính sau:

- Nghiên cứu tổng quan về bứ c xa ̣ hãm , phản ứng quang hạt nhân trong vùng năng lươ ̣ng thấp và trung bình, khái niệm về đồng phân ha ̣t nhân và tỷ số đồng phân ha ̣t nhân

- Tìm hiểu về nguồn phát photon hãm trên máy gia tốc electron tuyến tính , cụ thể là máy gia tốc linac 100 MeV ta ̣i Pohang, Hàn Quốc

- Tìm hiểu phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm Phương pháp kích hoạt phóng xạ và

đo phổ gamma với đêtectơ bán dẫn được sử dụng trong các nghiên cứu thực nghiệm xác định

tỷ số suất lượng đồng phân Đã tìm hiểu quy trình thí nghiệm và trực tiếp phân tích và đánh giá số liệu

- Đã nhâ ̣n diê ̣n đươ ̣c 16 đồng vi ̣ phóng xa ̣ ta ̣o thành trong mẫu Cd khi chiếu với chùm bức xa ̣ hãm, trong đó có 2 că ̣p đồng phân là 115mg

Cd và 104m,g

Ag, ngoài ra còn ghi nhận được

2 đồng phân khác là ha ̣t nhân 111mCd và 110m

Ag

- Xác định được bằng thực nghiê ̣m tỷ số suất lượng đồng phân của phản ứng quang hạt nhân 116

Cd(γ,n)115m,gCd gây bởi chùm bứ c xa ̣ hãm năng lươ ̣ng cực đa ̣i 50 MeV, 60MeV,

70 MeV trên máy gia tốc electron tuyến tính

Kết quả thực nghiê ̣m thu được là 03 số liê ̣u về tỷ số suất lượng ta ̣o că ̣p đồng phân

115m,g

Cd, vớ i các giá tri ̣ là: 0.172±0.015; 0.169±0.014; 0.178±0.014 tại các năng lượng bức xạ hãm 50, 60 và 70 MeV tương ứng

Các kết nghiên cứu cho thấy ở vùng năng lư ợng sau cộng hưởng khổng lồ tỷ số suất lượng đồng phân thay đổi không đáng kể Số liệu thực nghiệm thu được phù hợp với các kết quả của các tác giả khác đã được công bố và phản ánh đúng cơ chế phản ứng quang ha ̣t nhân

Cho đến nay các nghiên cứu về tỷ số suất lượng đồng phân ở vùng năng lượng sau cộng hưởng khổng lồ còn ít Do vậy, các số liệu thực nghiê ̣m thu đươ ̣c có ý nghĩa bổ sung các số liệu trong vùng năng lượng bức xạ hãm trên 40 MeV Góp phần tìm hiểu thêm cơ chế của phản ứng hạt nhân và có thể ứng dụng trong các lĩnh vực như chế tạo đồng vị, tính toán che chắn an toàn hạt nhân, an toàn bức xạ,

References

Tiếng Việt:

[1] Nguyễn Văn Đỗ Các phương pháp phân tích hạt nhân NXB Đại học Quốc gia Hà

Nội Hà Nội, 2004

[2] Đặng Huy Uyên Vật lý hạt nhân đại cương NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội

(2005)

[3] Phạm Đức Khuê Tập bài giảng " Máy gia tốc hạt", Hà Nội 2010

Tiếng Anh:

[4] K N Mukhin Experimental Nuclear physics Mir Publishers, Moscow, (1987)

[5] W.R Leo Techniques for Nuclear and Particle physics experiments Springer

Verlarg Berlin Heidelberg, 1994

[6] D.J S Findlay Applications of photonuclear reactions Nucl Inst and Meth B 50

(1990) 314

[7] M Yuly, J Mittelstaedt and E.R Kinney A test of high-energy electron

bremsstrahlung calculation Nucl Inst and Meth A488, 2002

[8] J.R.Wu and C.C.Chang Pre-equilibrium particle decay in the photonuclear

reactions Phys Rev C 16 (1977) 1812

[9] J.R Huizenga and R Vandenbosch Interpretation of isomeric cross-section

ratios for (n,γ) and (γ,n) reactions Phys Rev 120 (1960) 1305

[10] Vanska, R.Rieppo The experimental isomeric cross-section ratio in the nuclear

activation technique Nucl Inst and Meth 179 (1981) 525-532

[11] D Kolev Studies of some iosmeric yield ratios produced with bremsstrahlung

Appl Radia Isot 49 (1998) 989

[12] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue and Kim Tien Thanh, Md Shakilur Rahman, Kyung-Sook Kim, Guinyun Kim, Youngdo Oh, Hee-Seock Lee, Moo- Hyun Cho, In Soo

Ko, and Won Namkung Isomeric yield ratios in the photoproduction of 52m,g Mn from natural iron using 50-, 60-, 70-MeV, and 2.5 GeV bremsstrahlung J Radioanal Nucl

Chem 283 (2010) 683-690

[13] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh , Tran Hoai Nam, MD

Shakilur Rahman, Guinyun Kim, Youngdo Oh, Hee-Seock Lee, Moo-Hyun

Cho, In Soo Ko, and Won Namkung Measurement of isomeric yield ratios for the 44m,g

Sc isomeric pairs produced from 45 Sc and nat Ti targets at 50-, 60-, and 70-MeV Bremsstrahlung.J Radioanal and Nucl Chem 287 (2011) 813-820

[14] K Debertin and R.G Heimer Gamma and X ray spectrometry with

semiconductor detectors North-Holland Elsevier, New-York, 1988

[15] H.S Kang, Y J Han, J Y Huang, S H Nam, W Namkung Current status and R&D plan of PAL test Linac Proceedings of LINAC, 2002, Gyeongju, Korea

[16] Richard B Fiestone Table of Isotopes Wiley-Interscience, 1996

[17] V O Zheltonozhsky, A.M.Savrasov Investigation of the near-threshold (g,n)

reaction on the 116 Cd and 121 Sb nuclei Izv Rossiiskoi Akademii Nauk, Ser.Fiz 74

(2010) 871 Exfor Data Bank

[18] A G Belov, Yu P Gangrsky, A P Tonchev, N P Balanov Excitation of

Isomeric States 1h-11/2 in Reactions Yadernaya Fizika, 59 (1996) 585 Exfor

Data Bank

[19] N.A.Demekhina, A.S.Danagulyan,G.S.Karapetyan Isomeric ratio analysis in

(g,n) and (g,p) reactions at giant-resonance energy range Yadernaya Fizika, 65 (2002) 390 Exfor Data Bank

[20] M.G Davydov, V.G.Magera, A.V.Trukhov, E.M.Shomurodov Isomeric

ratios of the photonuclear reactions yields for gamma-activation analysis

Atomnaya Energiya, 58 (1985) 47 Exfor Data Bank

[21] T.D.Thiep, T.T.An, N.T.Khai, N.T.Vinh, P.V.Cuong, A.G.Belov and

O.D.Maslov The Isomeric Ratios in Some Photonuclear Reactions (,n), (,p),

(,2n) and (,np) Induced by Bremsstrahlungs With End-Point Energies in the Giant Dipole Resonance Region J Phys Ele Part and Atom Nucl Lett

6 (2009) 209

Website:

[22] http://physics.nist.gov/

[23] http://ie.lbl.gov/toi/

[25] http://atom.kaeri.re.kr/

[25] http://depni.sinp.msu.ru/