BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ Viện lượng ngun tử Việt Nam Tóm tắt luận án Nghiên cứu thực nghiệm cấu trúc phổ lượng kích thích hạt nhân 172 Yb 153 Sm kênh nơtron lò phản ứng hạt nhân Đà lạt Tác giả: Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Anh TS Nguyễn Xuân Hải PGS TS Phạm Đình Khang Hà Nội, 2018 i Cơng trình hồn thành tại: Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Xuân Hải PGS TS Phạm Đình Khang Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước hội đồng cấp sở chấm luận án tiến sĩ họp Vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Mở đầu Cấu trúc hạt nhân nguyên tử bao gồm sơ đồ mức (SĐM), mật độ mức (MĐM), hàm lực xạ (HLBX) đại lượng quan trọng chứa đựng thông tin cấu trúc đặc điểm hạt nhân kích thích Tính đầy đủ sơ đồ mức đóng vai trò quan trọng nghiên cứu phản ứng hạt nhân, tính tốn mơ hình thống kê thay đổi tham số MĐM Phần lớn số liệu SĐM tổng hợp thư viện ENSDF [1] Tuy nhiên, thông tin SĐM nhiều hạt nhân vùng lượng trung gian, nơi phản ứng bắt nơtron nhiệt (nth ,γ) thường sử dụng để nghiên cứu, sơ sài chưa đầy đủ Đối với MĐM HLBX, chúng đại lượng quan trọng nhiều lĩnh vực nghiên cứu phản ứng hạt nhân lượng thấp, vật lý thiên văn, sản xuất lượng hạt nhân, , số liệu MĐM HLBX nhiều hạt nhân vùng lượng cao vùng lượng thấp chưa đầy đủ Phương pháp trùng phùng γ − γ [2] sử dụng để nghiên cứu SĐM phương pháp cho phép loại bỏ đáng kể phơng Compton có khả nhận diện chuyển dời gamma có tương quan Ngồi ra, phương pháp sử dụng để nghiên cứu MĐM HLBX thông qua phân bố cường độ chuyển dời gamma nối tầng [3–5] Sơ đồ mức hạt nhân 172 Yb 153 Sm Về 172 Yb SĐM 172 Yb nghiên cứu nhiều phương pháp khác phân rã beta 172 Tm, phân rã bắt electron 172 Lu, tán xạ neutron không đàn hồi cho vùng lượng thấp 172,174 Yb, phản ứng (n, n’γ) sử dụng nơtron nhanh từ lò phản ứng, phản ứng 170 Er(α,2n)172 Yb cho trạng thái spin cao, phản ứng 171 Yb(n,γ) cho trạng thái spin thấp, tán xạ proton đàn hồi không đàn hồi, phản ứng với ion nhẹ Thơng qua thí nghiệm trên, SĐM 172 Yb vùng lượng thấp (E < 2.4 MeV) xác định đầy đủ [6] Tuy nhiên, thơng tin trạng thái kích thích chuyển dời sơ cấp tương ứng vùng lượng trung bình (2.4 MeV < E < MeV), nơi phản ứng (nth ,γ) thường sử dụng để nghiên cứu, thưa thớt khơng đầy đủ Về 153 Sm SĐM 153 Sm nghiên cứu nhiều phương pháp khác phân rã beta 153 Pm, phân rã chuyển dời đồng phân 153 Sm, phản ứng 152 Sm(n,γ) cho spin thấp, phản ứng trao đổi 152 Sm(d,p), 154 Sm(p,d), 152 Sm(α,3 He), 154 Sm(d,t) 151 Sm(t,p) Thông qua thí nghiệm này, SĐM vùng lượng thấp (E < 2.2 MeV) 153 Sm xác định rõ ràng [7] Tuy nhiên, vùng lượng cao (2.2 MeV < E < MeV), số mức kích thích báo cáo nhiều, phần lớn mức chưa xác định spin độ chẵn lẻ Ngoài ra, độ bất định lượng mức kích thích nằm khoảng từ 10 đến 17 keV, lớn so với độ bất định đỉnh lượng ghi nhận phổ gamma đầu dò HPGe Thực nghiệm mật độ mức hàm lực xạ Trên phương diện thực nghiệm, MĐM nghiên cứu số phương pháp đếm mức gián đoạn vùng lượng thấp, thông qua độ rộng cộng hưởng nơtron lượng liên kết nơtron, phổ bay vùng lượng cao (trên ngưỡng hạt) HLBX trích xuất từ tiết diện hấp thụ photon từ phản ứng bắt nơtron phát xạ phản ứng với hạt mang điện phát xạ Gần đây, nhóm Oslo Đại học Oslo (Na Uy) phát triển kỹ thuật tiên tiến, gọi tên phương pháp Oslo, cho phép xác định đồng thời MĐM HLBX từ phổ gamma thu từ phản ứng trao đổi và/hoặc tán xạ không đàn hồi [8, 9] Tuy nhiên giới hạn nguồn ion, phương pháp Oslo áp dụng cho khoảng 60 hạt nhân Thông tin MĐM HLBX hạt nhân cung cấp tài liệu [10] Thực tế, phương pháp Oslo, MĐM HLBX trích xuất từ phổ gamma thu từ phản ứng (nth ,γ) Phương pháp chủ yếu phát triển nhóm Dubna Viện Liên hợp nghiên cứu hạt nhân Dubna [4,5,11] Cụ thể, phương pháp Dubna trích xuất MĐM HLBX từ phân bố cường độ chuyển dời gamma thu thông qua đo phổ chuyển dời nối tầng (TSC) [11] Tuy nhiên, MĐM HLBX trích xuất phương pháp Dubna có sai lệch lớn so với kết thu phương pháp Oslo [10, 11] Ta thấy khác phương pháp Oslo phương pháp Dubna chỗ phương pháp Dubna sử dụng hàm toán học để mơ tả MĐM HLBX, trong phương pháp Oslo, MĐM HLBX thay đổi cách tự để thu giá trị khớp tốt với phổ thực nghiệm [8, 9] Có vẻ khác biệt nguyên nhân lý giải cho khác MĐM HLBX xác định từ hai phương pháp nói Thêm vào đó, MĐM HLBX phương pháp Oslo chuẩn hóa theo kết thu thực nghiệm khác, phương pháp Dubna khơng áp dụng phương pháp chuẩn hóa Các nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng sử dụng phương pháp trùng phùng γ − γ Việt Nam Phân rã gamma nối tầng 172 Yb 153 Sm nghiên cứu cơng trình [12] Tuy nhiên, số liệu phân rã gamma nối tầng mục tiêu cơng trình [12], thay vào đó, cơng trình chủ yếu tập trung vào xây dựng hệ phổ kế trùng phùng γ − γ hệ thống thực nghiệm kênh số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Thêm nữa, chất lượng bia mẫu 171 Yb 152 Sm sử dụng cơng trình [12] hạn chế, đó, cơng trình [12] cung cấp thơng tin thơ phân rã gamma nối tầng hai hạt nhân 172 Yb 153 Sm mà chưa tiến tới xác định SĐM, MĐM HLBX Mục tiêu luận án Các mục tiêu luận án bao gồm: • Cung cấp SĐM cập nhật 172 Yb 153 Sm, dựa thông tin phổ học thu từ hệ phổ kế trùng phùng γ − γ Dữ liệu xác định sở so sánh SĐM thực nghiệm với SĐM trích xuất từ thư viện ENSDF [1] • Giải khác biệt hai phương pháp Oslo Dubna cách đưa phương pháp trích xuất MĐM HLBX mới, tổng hợp phương pháp Dubna (trích xuất từ phân bố cường độ gamma nối tầng) phương pháp Oslo (chuẩn hóa theo liệu biết) Phương pháp áp dụng thử nghiệm với 172 Yb Cấu trúc luận án Luận án có cấu trúc gồm ba chương Chương trình bày nội dung lý thuyết liên quan tới luận án Chương hai trình bày sở thực nghiệm, bố trí thí nghiệm phương pháp xử lý số liệu Phương pháp đề nhằm trích xuất MĐM HLBX từ phân bố cường độ phân rã gamma nối tầng trình bày chương Chương trình bày kết đạt bao gồm: SĐM 172 Yb 153 Sm, MĐM HLBX 172 Yb Kết luận trình bày cuối chương Phần cuối luận án, kết luận hướng nghiên cứu tiếp theo, tổng kết kết đạt đề xuất số hướng nghiên cứu tương lai Lý thuyết 1.1 Phản ứng hạt nhân hợp phần Phản ứng hạt nhân hợp phần định nghĩa phản ứng hạt nhân tương tác hạt tới với bia mẫu dẫn tới hình thành hạt nhân hợp phần [13] Phản ứng hạt nhân hợp phần đóng vai trò quan trọng vật lý hạt nhân ứng dụng Phản ứng hạt nhân hợp phần dựa giả thiết Borh [14] 1.2 Sơ đồ mức Một sơ đồ mức hoàn chỉnh hạt nhân định nghĩa vùng lượng giá trị ngưỡng xác định, tất mức gián đoạn ghi nhận đặc trưng lượng, spin độ chẵn lẻ Thêm vào đó, thơng tin chuyển dời gamma lượng, cường độ, loại chuyển dời trạng thái đầu cuối cần thiết Hiển nhiên nghiên cứu dựa thông tin phổ học thu từ phản ứng khơng lọc lựa spin cung cấp SĐM đầy đủ [15] Tuy nhiên, giới hạn thực nghiệm, nhiều hạt nhân nghiên cứu phương pháp Do đó, thơng thường, SĐM đầy đủ xây dựng dựa thông tin thu từ nhiều phương pháp khác phân rã beta, phân rã bắt electron, phản ứng với nơtron, phản ứng với hạt mang điện nặng, Mỗi phương pháp cung cấp lượng thông tin định SĐM, tổng hợp kết thu từ phương pháp khác cho phép xây dựng SĐM hoàn chỉnh Với lý này, thư viện ENSDF xây dựng [1] Dữ liệu thư viện liên tục cập nhật chỉnh sửa dựa sở báo cáo mức chuyển dời đề xuất hiệu chỉnh loại bỏ liệu có 1.3 Mật độ mức hạt nhân MĐM mơ tả mơ hình tượng luận mơ hình vi mơ Các mơ hình tượng luận cung cấp hàm toán học với vài tham số tự dựa ý tưởng lý thuyết để mô tả NLD Các tham số xác định cách làm khớp mơ hình với số liệu thực nghiệm Trong đó, mơ hình vi mơ xét tới tương tác nucleon-nucleon dạng SĐM đơn hạt, thơng số biến dạng, tính tốn đại lượng nhiệt động học rút MĐM Cần lưu ý rằng, số mơ hình vi mơ, xử lý thích hợp cho kết cặp, trạng thái rung quay hạt nhân tích hợp Đối với mơ hình tượng luận, mẫu khí Fermi [16], sau phát triển thành mẫu khí Fermi dịch chuyển ngược [17], mẫu nhiệt độ không đổi [18] mẫu Gilbert-Cameron [19] sử dụng rộng rãi Trong đó, mơ hình vi mơ, mơ hình Ignatyuk [20] mơ hình Hartree-Fock-BCS-based [21] hai mơ hình phổ biến Ngồi ra, N Quang Hung cộng [22] đề xuất mơ hình vi mơ để mơ tả MĐM 1.4 Hàm lực xạ Có hai mơ hình sử dụng để mô tả hàm lực xạ Mơ hình thứ mơ hình Lorentzian mơ hình thứ hai mơ hình Weisskopf [13] Trong mơ hình Weisskopf, HLBX khơng phụ thuộc vào lượng chuyển dời gamma Mặc dù mơ hình Weisskopf thường sử dụng để mơ tả HLBX tính đơn giản yếu tố lịch sử nó, mơ hình khơng thể mơ tả xác HLBX thực nghiệm Mơ hình Lorentzian có khả mơ tả HLBX thực nghiệm với độ xác cao Trong số mơ hình Lorentizian, mơ hình Lorentizian chuẩn mơ hình Kadmenskij, Markushev, Furman (KMF) [23] sử dụng rộng rãi Giả thiết Brink-Axel [24, 25] thường sử dụng mô tả HLBX, đặc biệt vùng lượng thấp Theo giải thiết này, HLBX phụ thuộc vào lượng chuyển dời gamma mà không phụ thuộc vào trạng thái mức đầu mức cuối Như vậy, tham số cộng hưởng khổng lồ xây dựng cho trạng thái coi giống với giá trị xây dựng cho trạng thái kích thích Hệ là, hệ số chuyển rời gamma biểu diễn theo HLBX sau: TXL (E) = 2πfXL (E)E 2L+1 (1.42) 1.5 Kết luận chương Trong chương này, nội dung lý thuyết liên quan tới luận án trình bày ngắn gọn Tất thí nghiệm thực luận án dựa phân rã gamma nối tầng từ hạt nhân hợp phần gây phản ứng (n,γ), trước hết lý thuyết phản ứng hạt nhân hợp phần trình bày Tiếp sau đó, tầm quan trọng SĐM hạt nhân đầy đủ phương pháp thực nghiệm để xác định SĐM đầy đủ đưa Cuối cùng, mơ hình lý thuyết thường sử dụng để mô tả MĐM HLBX, đặc biệt vùng lượng thấp (dưới lượng liên kết nơtron) trình bày Thực nghiệm xử lý số liệu 2.1 2.1.1 Cơ sở phương pháp thực nghiệm Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt kênh nơtron số Tất thí nghiệm luận án thực kênh nơtron số lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Trên kênh nơtron số 3, kỹ thuật phin lọc nơtron áp dụng để thu dòng nơtron nhiệt từ vùng hoạt lò phản ứng Dòng nơtron nhiệt kênh nơtron số có đường kính 2.5 cm, thơng lượng 1.7 × 105 n.cm−2 s−1 vị trí chiếu mẫu tỷ số R(Cd/Au) đạt 230 2.1.2 Phương pháp trùng phùng γ − γ Phương pháp trùng phùng γ −γ [2] phương pháp thích hợp để nghiên cứu SĐM nhờ vào khả thu phổ gamma với phông Compton thấp nhận diện chuyển dời có tương quan thời gian Ngoài ra, cường độ chuyển dời gamma nối tầng liên hệ với MĐM HLBX thông qua độ rộng xạ [2, 3, 26] sau X L Iγγ (Em , Ef ) = J π ,XL,X L Γmf ΓXL π im (Bn − Em ) ρ(Em , J )∆E Γi (Em − Ef ) Γm , (2.1) đó, Em and Ef lượng kích thích trạng thái trung gian trạng thái cuối; Bn lượng liên kết nơtron, J spin, π độ chẵn lẻ, XL, X L loại chuyển dời, ρ MĐM; ΓXL xy (E) độ rộng xạ riêng phần tương ứng với chuyển dời loại XL phân rã từ trạng thái x (i or m) trạng thái y (m or f ) với E Ex − Ey ; Γx độ rộng xạ toàn phần, tức tổng độ rộng xạ riêng phần tương ứng với chuyển dời từ trạng thái x trạng thái có lượng thấp Độ rộng xạ riêng phần công thức (2.1) liên hệ với HLBX, f XL (E) độ rộng mức trung bình trạng 10 2.1.5 Các nguồn sai số “hệ thống” phương pháp trùng phùng γ−γ Trong phần này, nguồn sai số “hệ thống” phương pháp trùng phùng γ − γ liệt kê phân tích 2.2 Xử lý số liệu Mục tiêu trình xử lý số liệu nhằm xây dựng SĐM trích xuất MĐM HLBX từ liệu trùng phùng gamma nối tầng thu từ hệ phổ kế trùng phùng γ − γ Các bước phân tích số liệu đưa Hình 2.13 2.2.1 Tiền phân tích Bước tiền phân tích hiệu chỉnh số liệu thô khỏi sai dịch không mong muốn thời gian thực nghiệm dài, sau tạo phổ tổng phổ TAC Coincidence raw data Gamma cascade intensity distribution, Iγγ (Eγ , Ef ) Determine functional form of γ transitions coefficient, T (Eγ ) Pre-analysis FWHMs Make TSC spectra Detector efficiencies Determine γ-ray energies and intensities Gamma spectra from 35 Cl(n,γ)36 Cl reaction Construct NLS Determine gamma cascade intensity distribution Determine unnormalized partial NLD, ρ(E, J) Library Spin distribution, g(J) Determine unnormalized total NLD, ρ(E) Discrete NLS, average spacing corresponding to s-wave neutron, D0 Normalize total NLD, ρnormalized (E) Average total radiative width, Γ Normalize γ transitions coefficient, Tnormalized (E) Deduce RSF, f XL (E) Extract NLD and RSF HÌNH 2.13: Thủ tục xử lý số liệu HÌNH 2.21: Thủ tục trích xuất MĐM HLBX 11 2.2.2 Phổ nối tầng bậc hai Dựa phổ tổng phổ TAC thu bước tiền phân tích, phổ nối tầng bậc hai (TSC) tương ứng với mức cuối khác xác định Thuật toán cải thiện độ phân giải số áp dụng giúp cải thiện độ phân giải lượng từ 1.2 đến 2.6 lần vùng lượng từ 788 keV đến 7790 keV [29] 2.2.3 Xác định cường độ chuyển dời gamma nối tầng Mỗi cặp đỉnh đối xứng qua lượng (Bn − Ef )/2 phổ TSC, đại diện cho nối tầng Cường độ gamma nối tầng tỷ lệ với diện tích đỉnh tương ứng Cường độ chuyển dời tương đối chuyển đổi sang cường độ chuyển dời tuyệt đối thông qua chuyển dời nối tầng có cường độ tuyệt đối biết rõ 2.2.4 Xây dựng sơ đồ mức Kỹ thuật trùng phùng γ − γ không cho phép xác định chuyển dời gamma sơ cấp nối tầng gamma, ta cần đưa số tiêu chí để lựa chọn chuyển dời sơ cấp Thứ nhất, chuyển dời trùng với chuyển dời sơ cấp thư viện ENSDF, coi chuyển dời sơ cấp; thứ hai, chuyển dời xuất hai phổ TSC, coi chuyển dời sơ cấp; nguyên tắc thứ ba sử dụng chuyển dời sơ cấp xác định từ hai nguyên tắc đầu Nguyên tắc thứ ba coi chuyển dời có lượng cao cặp chuyền dời nối tầng chuyển dời sơ cấp Dựa nguyên tắc trên, xác định SĐM “đầy đủ”, bao gồm tất nối tầng ghi nhận SĐM “đầy đủ” sử dụng để xác định phân bố cường độ chuyển dời nối tầng Tuy nhiên, để so sánh với số liệu trích xuất từ thư viện ENSDF, SĐM cần phải có độ tin cậy cao có sai số thống kê đủ nhỏ Do đó, xây dựng SĐM rút gọn, chứa cặp chuyển dời mà chuyển dời sơ cấp xác định bới hai nguyên tắc đầu có diện tích đỉnh lớn 50 số đếm, để so sánh với số liệu thư viện ENSDF 12 2.2.5 Xác định phân bố cường độ chuyển dời nối tầng Phân bố cường độ chuyển dời gamma nối tầng xác định dựa SĐM thu phổ TSC [30] 2.2.6 Trích xuất mật độ mức hàm lực xạ Như mô tả phần 2.1.2, phân bố cường độ chuyển dời gamma nối tầng liên hệ với MĐM hàm lực thông qua phương trình (2.1) (2.2) Trong trường hợp có chuyển dời lưỡng cực (điện, E1, từ, M 1) xét tới, phương trình (2.2) trở thành: E1+M Γxy (E) = f E1+M (E)E Dx (2.9) Phương trình (2.9) cho thấy HLBX xác định biết độ rộng xạ riêng phần Xét phương trình (2.1) với Em cố định, ta thấy rằng: L Iγγ (Em , Ef ) ∼ ΓX mf (Em − Ef ) ∼ T (E) đây, T (E) = 2πfXL (E)E 2L+1 , gọi hệ số truyền γ Như vậy, biến thiên hệ số truyền γ vùng lượng từ Em − Efmax tới Em xác định ta biết Iγγ (Em , Ef ) Ở đây, Efmax lượng tương ứng với trạng thái cuối có lượng cao thu thí nghiệm trùng phùng γ − γ Thơng qua chuỗi lượng kích thích trung gian khác nhau, dạng hàm hệ số truyền γ vùng lượng khác xác định Thơng tin sử dụng để xác định dạng hàm hệ số truyền γ vùng lượng từ 0.5 MeV Bn − 0.5 thơng qua thủ tục thích hợp Hiển nhiên, lập luận kể ta chấp nhận giả thiết Brink-Axel [24, 25], HLBX phụ thuộc vào lượng chuyển dời gamma Với việc biết dạng hàm hệ số truyền γ, dạng hàm MĐM riêng phần xác định dựa phương trình (2.1) MĐM riêng phần sau chuyển MĐM tồn phần thơng qua hàm phân bố spin Tiếp theo, hệ số truyền γ MĐM chuẩn hóa theo số liệu từ thực nghiệm khác đếm mức gián đoạn vùng 13 lượng thấp, MĐM Bn tính từ độ rộng trung bình tương ứng với nơtron sóng s, độ rộng xạ tồn phần trung bình Sau cùng, HLBX xác định từ hệ số truyền γ qua công thức (2.2) Giản đồ mô tả bước xác định MĐM HLBX từ phân bố cường độ chuyển dời gamma nối tầng đưa Hình 2.21 2.3 Kết luận chương Chương cung cấp thông tin quan trọng sở thực nghiệm, cấu hình thực nghiệm, hệ phổ kế trùng phùng γ − γ, trình xử lý số liệu Đặc biệt, phương pháp để xác định MĐM HLBX trình bày 14 Kết thảo luận 3.1 3.1.1 Sơ đồ mức 172 Yb 153 Sm 172 Yb Tất nối tầng xuất phát từ trạng thái hợp phần trạng thái năm trạng thái cuối, với lượng Ef 78.8, 1042.7, 1117.4, 1155.9, 1197.3 keV, nhận diện (see Fig 2.16) Dựa vào xác định tất 79 chuyển dời sơ cấp, 61 chuyển dời sơ cấp phát trùng với số liệu có thư viện ENSDF [6] 18 chuyển dời sơ cấp lại coi số liệu 18 mức trung gian tương ứng với 18 chuyển dời sơ cấp mới, với chuyển dời thứ cấp phát từ mức coi số liệu Đối với chuyển dời thứ cấp, ghi nhận tổng cộng 128 chuyển dời Trong số đó, có 20 chuyển dời giống với số liệu thư viện ENSDF [6], phần lại coi chuyển dời thứ cấp Trong số chuyển dời thứ cấp mới, 87 chuyển dời có mức đầu tương ứng với mức tồn thư viện ENSDF [6], 21 chuyển dời thứ cấp có nguồn gốc từ mức trung gian phát Dựa quy tắc chuyển dời gamma, đề xuất giá trị spin 1¯ h 2¯ h cho tất mức mà số liệu spin chưa diện thư viện ENSDF [6] 3.1.2 153 Sm Tất nối tầng xuất phát từ trạng thái hợp phần trạng thái trạng thái cuối có lượng Ef 7.8, 35.8, 90.8, 126.4, 127.3, 182.9, 276.7, 321.1, 356.7, 404.1 405.5 keV, xác định (xem Hình 2.17) Dựa vào đó, xác định tổng cộng 27 nối tầng gamma tương ứng với 25 chuyển dời sơ cấp, 25 mức trung gian 27 chuyển dời thứ cấp Trong số chuyển dời sơ cấp tìm được, có chuyển dời giống với số liệu thư viện ENSDF [7] Với mức trung gian, 19 giá trị tìm thấy trùng với số liệu thư viện ENSDF Đối với chuyển dời thứ cấp, có chuyển 15 6600 0.0 + 7.8 35.8 126.4+127.3 90.8 1000 182.9 321.1 276.7 404.1 + 405.5 78.8 Events 1500 356.7 SE (78.8) 2000 1042.7 1117.4 2000 1000 2500 SE (0) DE (0) 3000 71Ge Events 4000 DE (78.8) + SE(71Ge) 1197.3 1159.9 5000 500 6800 7000 7200 7400 7600 7800 8000 8200 Eγ1 + Eγ2 (keV) 5400 5500 5600 5700 5800 5900 6000 Eγ1 + Eγ2 (keV) HÌNH 2.16: Phổ tổng thu từ phản ứng 171 Yb(n,2γ) E1 + E2 tổng lượng ghi nhận từ hai đầu dò Năng lượng (theo keV) trạng thái cuối tương ứng ghi phía đỉnh tương ứng Các ký hiệu SE DE tương ứng với đỉnh đơn đơi HÌNH 2.17: Phổ tổng thu từ phản ứng 152 Sm(n,2γ) E1 + E2 tổng lượng ghi nhận từ hai đầu dò Năng lượng (theo keV) trạng thái cuối tương ứng ghi phía đỉnh tương ứng dời giống với số liệu thư viện ENSDF [7] Dựa so sánh trên, xác định tổng cộng mức 41 chuyển dời gamma Dựa giả thiết phần lớn chuyển dời ghi nhận thí nghiệm (n,2γ) chuyển dời lưỡng cực [27], đề xuất giá trị spin 1/2¯ h 3/2¯ h cho tất mức mà giá trị spin chưa cung cấp thư viện ENSDF [7] 3.2 Phân bố cường độ chuyển dời gamma nối tầng 172 Yb Phân bố cường độ chuyển dời gamma nối tầng 172 Yb trình bày Hình 3.3 Có thể thấy cường độ chuyển dời gamma nối tầng trạng thái mức cuối có Ef = 78.8 keV có độ bất định nhỏ so với cường độ chuyển dời mức cuối khác Điều hai đỉnh tổng tương ứng với nối tầng trạng thái trạng thái Ef = 78.8 keV có phơng Compton thấp chứa tới 66% tổng số kiện trùng phùng có ích Trong đỉnh tổng khác chịu ảnh hưởng phông Compton cao chồng chập khơng mong muốn, thấy Hình 2.16 16 3.3 Mật độ mức hàm lực xạ 172 Yb Phương pháp trích xuất MĐM HLBX chúng tơi thử nghiệm với 172 Yb Hình 3.3 so sánh phân bố chuyển dời gamma nối tầng thực nghiệm với giá trị tính ngược từ MĐM HLBX thực nghiệm theo cơng thức (2.1) Như Hình 3.3, ta thấy MĐM HLBX mô tả tốt phân bố chuyển dời gamma nối tầng thực nghiệm Các điểm mà MĐM HLBX thực nghiệm không mô tả nằm vùng mà số liệu thực nghiệm có thống kê thấp Về độ bất 30000 25000 20000 15000 10000 5000 Intermediate energy, Em (MeV) Ef = 1.043 MeV Ef = 1.117 MeV 3000 1600 2500 1400 1200 2000 1500 1000 500 1000 800 600 400 200 0 -500 -200 Intermediate energy, Em (MeV) Intermediate energy, Em (MeV) Ef = 1.155 MeV Ef = 1.198 MeV 3000 3000 2500 2500 2000 Iγ γ / 250 keV Iγ γ / 250 keV Intermediate energy, Em (MeV) Iγ γ / 250 keV Iγ γ / 250 keV Ef = 0.078 MeV 35000 Iγ γ / 250 keV Iγ γ / 250 keV Ef = MeV 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 1500 1000 500 2000 1500 1000 500 -500 Intermediate energy, Em (MeV) 7 Intermediate energy, Em (MeV) HÌNH 3.3: So sánh phân bố cường độ chuyển dời gamma nối tầng thực nghiệm với phân bố cường độ tính từ MĐM HLBX trích xuất định, trường hợp HLBX, độ bất định đóng góp phần lớn độ bất định thống kê độ bất định hàm lực xạ trung bình, đại lượng sử dụng trình chuẩn hóa HLBX Đối với MĐM, độ bất định phần lớn truyền từ độ bất định HLBX thực nghiệm 3.3.1 So sánh với số liệu thực nghiệm khác Hình 3.4 so sánh MĐM thực nghiệm nghiên cứu với số số liệu thực nghiệm từ nghiên cứu khác Trong hình này, “Oslo data 1” and “Oslo data 2” tương ứng với MĐM trích xuất từ phản 17 Oslo data Oslo data This work 108 Oslo data Oslo data Discrete level counting This work Fitting to experimental NLD obtained within this work NLD at Bn calculated from average level spacing data 107 10-6 106 RSF (MeV-3) ρ (MeV-1) 105 104 10-7 103 102 10-8 101 100 Excitation energy (MeV) 10-9 HÌNH 3.4: So sánh MĐM nghiên cứu với liệu thực nghiệm khác Giải thích hình trình bày phần (3.3.1) Gamma energy (MeV) HÌNH 3.5: So sánh HLBX thu nghiên cứu với liệu thực nghiệm khác Giải thích hình trình bày phần (3.3.1) ứng 172 Yb(3 He,3 He’)172 Yb 173 Yb(3 He,α)172 Yb, phương pháp Oslo [31] Số liệu mức gián đoạn lấy từ RIPL-3 MĐM Bn tính tốn dựa liệu khoảng cách mức trung bình, lấy từ RIPL-3 Đường đứt nét hàm lũy thừa số tự nhiên, với tham số xác định cách làm khớp với MĐM thực nghiệm khoảng từ 4.25 MeV đến 6.5 MeV Như thấy Hình 3.4, MĐM thực nghiệm xác định theo phương pháp chúng tơi phù hợp tốt với kết phân tích theo phương pháp Oslo đếm mức gián đoạn vùng từ tới MeV Ở vùng lượng MeV, MĐM phù hợp với MĐM nhóm Oslo Tuy nhiên, vùng lượng gần Bn , thấy số liệu bị thăng giáng mạnh Trong vùng lượng trung gian, MĐM lệch nhẹ so với số liệu nhóm Oslo Để so sánh với MĐM Bn tính từ khoảng cách mức trung bình, chúng tơi tiến hành xác định MĐM Bn thực nghiệm cách ngoại suy số liệu thực nghiệm khoảng từ 4.5 đến MeV Hình 3.4 cho thấy giá trị MĐM Bn phù hợp với MĐM Bn tính từ khoảng cách mức trung bình 18 phạm vi sai số HLBX xác định thí nghiệm đưa Hình 3.5 với số liệu nhóm Oslo [31] Trong Hình 3.5, ta thấy rằng, phạm vi sai số, HLBX phù hợp với số liệu nhóm Oslo vùng từ tới 7.5 MeV Trong đó, vùng lượng nhỏ MeV, khác độ lớn xuất rõ ràng Tuy nhiên, nhìn chung dạng hàm số liệu tương đồng thấy Hình 3.5 Một đỉnh khoảng lượng 3.5 MeV, nhiều khả cộng hưởng Pygmy [32], xuất Xét tới độ bất định thực nghiệm, nhìn chung, độ bất định số liệu thực nghiệm lớn nhiều so với số liệu nhóm Oslo việc xác định cường độ chuyển dời gamma nối tầng thí nghiệm trùng phùng γ − γ bị ảnh hưởng mạnh thăng giáng Porter-Thomas [33] Nhìn chung, MĐM HLBX chúng tơi phù hợp với số liệu thực nghiệm thu từ phương pháp khác Sự thống cho thấy độ tin cậy phương pháp 3.3.2 3.3.2.1 So sánh với mơ hình lý thuyết Mật độ mức Hình 3.6 đưa so sánh số liệu thực nghiệm chúng tơi với vài mơ hình MĐM lý thuyết bao gồm mẫu nhiệt độ không đổi (CTM), mẫu khí Fermi dịch chuyển ngược (BSFG), mẫu Hartree-ForkBCS (HFBCS) mơ hình vi mơ phát triển gầy công bố [22] MĐM theo mẫu HFBCS lấy từ RIPL-2, tham số mơ hình CTM BSFG lấy từ RIPL-3 Trong Hình 3.6, ta dễ thấy mơ hình mơ tả tốt MĐM thực nghiệm vùng lượng MeV Tuy nhiên vùng lượng cao hơn, bốn mơ hình lớn chút so với số liệu thực nghiệm 3.3.2.2 Hàm lực xạ Trong Hình 3.7, ta thấy mơ hình Lorentz chuẩn cho hàm lực E1 (ký hiệu (1)) mô tả tốt HLBX thực nghiệm vùng lượng MeV cao so với HLBX thực nghiệm vùng lượng MeV Mơ hình (2) kết hợp mơ hình KMF cho 19 107 Experimental data CTM (1) BSFG HFBCS 106 Experimental data (1) (2) (3) (4) (5) 10-6 10-7 104 RSF (MeV-3) ρ (MeV-1) 105 103 10-8 102 101 100 10-9 Excitation energy (MeV) HÌNH 3.6: So sánh MĐM thực nghiệm với số mô hình lý thuyết Gamma energy (MeV) HÌNH 3.7: So sánh HLBX thực nghiệm với số mơ hình lý thuyết hàm lực E1 hàm lực Weisskopf cho hàm lực M mô tả tốt HLBX thực nghiệm vùng trung gian cao giá trị thực nghiệm vùng lượng thấp thấp giá trị thực nghiệm vùng lượng cao Mơ hình (3) sử dụng mơ hình KMF để mơ tả hàm lực E1 kết hợp với mơ hình Lorentz chuẩn để mơ tả hàm lực M Mơ hình mơ tả tốt số liệu thực nghiệm vùng lượng thấp, thấp số liệu thực nghiệm vùng lượng cao Thực tế, hàm lực E2 có khả xuất thí nghiệm trùng phùng γ − γ [2], chúng tơi thử bổ sung thêm thành phần hàm lực E2 mơ hình Lorentz chuẩn vào mơ hình (3) để tạo thành mơ hình (4) Mơ hình (4) mơ tả tốt HLBX thực nghiệm tồn dải lượng, ngoại trừ biếu khoảng 3.5 MeV Sự xuất biếu cho cộng hưởng Pygmy [32], chúng tơi bổ sung thành phần mô tả cộng hưởng Pygmy vào mơ hình (4) để tạo mơ hình (5) Mơ hình (5) mơ tả tốt số liệu thực nghiệm toàn dải lượng 3.4 Kết luận Chương Trong chương này, SĐM 172 Yb 153 Sm thu dựa phương pháp trùng phùng γ − γ đưa SĐM thực nghiệm so sánh với liệu trích xuất từ thư viện ENSDF Dựa sở đó, 20 chúng tơi phát 18 mức 108 chuyền dời sơ cấp 172 Yb, mức 41 chuyển dời 153 Sm Phân bố cường độ chuyển dời gamma nối tầng 172 Yb xác định dựa số liệu phân rã gamma nối tầng phổ TSC Từ phân bố cường độ chuyển dời gamma nối tầng, MĐM HLBX 172 Yb xác định phương pháp trích xuất đề xuất Chương luận án Kết thu phù hợp tốt với số liệu thực nghiệm thu từ phương pháp Oslo số thực nghiệm khác Kết thực nghiệm phù hợp với mơ hình sử dụng để mơ tả MĐM HLBX trình bày Chương 21 Kết luận hướng nghiên cứu Luận án nghiên cứu SĐM, MĐM HLBX phương pháp trùng phùng γ − γ sử dụng hệ phổ kế trùng phùng γ − γ Viện nghiên cứu hạt nhân Trong nghiên cứu này, SĐM 172 Yb 153 Sm tái xây dựng So sánh với số liệu từ thư viện ENSDF, xác định 18 mức 108 chuyển dời sơ cấp SĐM 172 Yb, mức 41 chuyển dời gamma SĐM 153 Sm Nghiên cứu cung cấp thơng tin cập nhật SĐM 172 Yb 153 Sm Đồng thời, phương pháp để trích xuất MĐM HLBX từ phân bố cường độ gamma nối tầng phát triển Phương pháp dựa sở kết hợp phương pháp Dubna với phương pháp Oslo, thử nghiệm với 172 Yb Kết thu phù hợp với nhiều thực nghiệm khác, đặc biệt với phương pháp Oslo, mơ hình lý thuyết thơng dụng Trong tương lai, phương pháp trùng phùng γ − γ áp dụng với hạt nhân khác Với thành công bước đầu xác định SĐM 172 Yb 153 Sm, tin tưởng phương pháp trùng phùng γ − γ mang lại hiệu nghiên cứu SĐM hạt nhân khác Về MĐM HLBX, kết thu với 172 Yb phù hợp tốt với kết phương pháp Oslo Do đó, chúng tơi tin tưởng phương pháp trích xuất đề xuất luận án áp dụng với hạt nhân khác, đặc biệt hạt nhân vùng đất 22 Danh sách công bố Nguyen Ngoc Anh, Nguyen Xuan Hai, Pham Dinh Khang, Nguyen Quang Hung, Ho Huu Thang, Updated level scheme of 172 Yb from 171 Yb(nth ,γ) reaction studied via gamma–gamma coincidence spectrometer, Nucl Phys A 964 (2017) 55–68 Nguyen Ngoc Anh, Nguyen Xuan Hai, Pham Dinh Khang, Ho Huu Thang, A.M Sukhovoj, L.V Mitsyna, Parameters of cascade gamma decay of 153 Sm compound-states, in proceeding of 23rd International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei, Dubna, 2015, pp 241–250 Nguyen Ngoc Anh, Nguyen Xuan Hai, Pham Dinh Khang, Ho Huu Thang, First results in the study of level scheme for 172 Yb based on gamma-gamma coincidence spectrometer, Nucl Sci Technol (2016), VINATOM, 6, 26–31 N.A Nguyen, X H Nguyen D K Pham, D C Vu, A M Sukhovoj, L V Mitsyna, Thresholds for the Break of Nucleon Cooper Pairs and Special Features of the Decay of the 172Yb Nucleus in the Reaction 171 Yb(nth ,2γ), to be published on Physics of Atomic Nuclei 23 References [1] https://www-nds.iaea.org/public/ensdf_pgm/ [2] S T Boneva, E V Vasil’eva, Y P Popov, A M Sukhovoi, V A Khitrov, Two-quantum cascades of radiative neutron capture Spectroscopy of excited states of complex nuclei in the neutron binding energy region, Fiz Elme Chastits At Yadra 22 (1991) 479 [3] F Beˇcváˇr, P Cejnar, J Honzátko, K Koneˇcný, I Tomandl, R E Chrien, E1 and M1 strengths studied from two-step γ cascades following capture of thermal neutrons in 162 Dy, Phys Rev C 52 (3) (1995) 1278–1294 [4] E V Vasilieva, A M Sukhovoj, V A Khitrov, Direct experimental estimate of parameters that determine the cascade gamma decay of compound states of heavy nuclei, Phys At Nucl 64 (2) (2001) 153–168 [5] A M Sukhovoj, New model of the cascade gamma decay of neutron resonances for practitioners: Basic concepts and attainable precision, Phys At Nucl 78 (2) (2015) 230–245 [6] B Singh, Nuclear Data Sheets for A = 172, Nucl Data Sheets 75 (2) (1995) 199–376 [7] R G Helmer, Nuclear data sheets for A = 153, Nucl Data Sheets 107 (3) (2006) 507–788 [8] A Schiller, L Bergholt, M Guttormsen, E Melby, J Rekstad, S Siem, Extraction of level density and γ strength function from primary γ spectra, Nucl Instruments Methods Phys Res Sect A Accel Spectrometers, Detect Assoc Equip 447 (3) (2000) 498–511 [9] A C Larsen, M Guttormsen, M Krtiˇcka, E Bˇeták, A Burger, A Gorgen, H T Nyhus, J Rekă ă stad, A Schiller, S Siem, H K Toft, G M Tveten, A V Voinov, K Wikan, Analysis of possible systematic errors in the Oslo method, Phys Rev C 83 (3) (2011) 034315 [10] http://www.mn.uio.no/fysikk/english/research/about/infrastructure/ physics-research/compilation/ OCL/nuclear- [11] A M Sukhovoj, L V Mitsyna, N Jovancevic, Overall picture of the cascade gamma decay of neutron resonances within a modified practical model, Phys At Nucl 79 (3) (2016) 313–325 [12] N X Hai, Ứng dụng phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng nghiên cứu phân rã gamma nối tầng hạt nhân Yb Sm lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Ph.D thesis, Ministry of Education and Training of Vietnam (2010) [13] J M Blatt, V F Weisskopf, Theoretical nuclear physics, John Wiley & Sons, 1952 [14] N Bohr, Neutron capture and nuclear constitution, Nature 137 (3461) (1936) 344–348 [15] G Molnar, T Belgya, B Fazekas, Complete Spectroscopy of Discrete Nuclear Level, INDC(NDS)-335, IAEA, Vienna (1995) 97 [16] H A Bethe, An attempt to calculate the number of energy levels of a heavy nucleus, Phys Rev 50 (4) (1936) 332 [17] W Dilg, W Schantl, H Vonach, M Uhl, Level density parameters for the back-shifted fermi gas model in the mass range ∼ 40 < A