Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu cấu trúc vỏ của các đồng vị giàu neutron 49Cl và 49Ar thông qua phản ứng loại một nucleon

• Tác giả: Bùi Duy Linh
• Người hướng dẫn: Assoc. Nguyễn Tuấn Khải
• Trường học: Viet Nam Atomic Energy Institute
• Chuyên ngành: Atomic and nuclear physics
• Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc vỏ của các đồng vị giàu neutron 49 Cl và 49 Ar thông qua phản ứng loại một nucleon 50 Ar(p,2p) và 50 Ar(p,pn)
• Loại tài liệu: PhD thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hanoi

• LỜI CAM ĐOAN
• Abstract
• Tóm tắt
• Acknowledgements
• Table of Contents
• 1. Introduction
• 1.1. Radioactive ion beam
• 1.2. In-beam γ-ray spectroscopy
• 1.3. Nuclear structure calculations
• 1.4. Reaction-model Calculations
• 1.5. The state-of-the-art theoretical calculations
• 2. The third SEASTAR campaign setup
• 2.1. Acceleration of a 53 K primary beam
• 2.2. BigRIPS beam-line detectors
• 2.3. The MINOS device - Secondary target
• 2.4. Data acquisition system
• 2.5. Summary of data
• 2.6. Particle identification method
• 2.7. Particle identification in BigRIPS
• 2.8. Particle identification in SAMURAI
• 2.9. Calibration for the secondary reactions
• 2.10. Gamma spectrum analysis
• 2.11. Test case of (p,2p) and (p,pn) channels
• 3. Inclusive cross-section
• 3.1. Exclusive cross-section
• 4. Results and Discussion
• 4.1. 50 Ar(p,2p)49 Cl channel
• 4.2. Gamma-gamma coincidences
• 4.3. 50 Ar(p,pn)49 Ar channel
• 4.4. Gamma-gamma coincidences
• 5. Conclusion and future perspectives
• References
• Abbreviations
• List of Figures
• List of Tables

I. Cấu trúc vỏ hạt nhân và đồng vị giàu neutron

Nghiên cứu tập trung vào cấu trúc vỏ hạt nhân của các đồng vị giàu neutron 49Cl và 49Ar. Cấu trúc vỏ hạt nhân được xác định bởi lực hạt nhân và cơ học lượng tử, với các lớp vỏ đóng (magic nuclei) tạo nên sự ổn định. Các số magic như 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính ổn định của hạt nhân. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng các số magic này có thể thay đổi ở các hạt nhân xa vùng bền, dẫn đến sự xuất hiện của các số magic mới như 14, 32, 34. Điều này được gọi là sự tiến hóa của lớp vỏ hạt nhân.

1.1. Sự tiến hóa của lớp vỏ hạt nhân

Sự tiến hóa của lớp vỏ hạt nhân được nghiên cứu thông qua các đồng vị giàu neutron như 49Cl và 49Ar. Các kết quả thí nghiệm cho thấy sự thay đổi trong cấu trúc lớp vỏ neutron và proton khi thêm neutron vào chuỗi đồng vị. Ví dụ, trong chuỗi đồng vị K, sự đảo ngược spin-parity đã được quan sát, tương tự như dự đoán trong chuỗi đồng vị Cl. 49Cl (Z = 17, N = 32) là đối tượng nghiên cứu chính để hiểu rõ hơn về sự tiến hóa này.

II. Phản ứng loại một nucleon và thí nghiệm hạt nhân

Nghiên cứu sử dụng phản ứng loại một nucleon 50Ar(p,2p) và 50Ar(p,pn) để khám phá cấu trúc vỏ của 49Cl và 49Ar. Các phản ứng này được thực hiện tại Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) với chùm hạt 50Ar ở năng lượng 217 MeV/nucleon. Thiết bị MINOS được sử dụng để tăng hiệu suất phản ứng, trong khi DALI2+ và SAMURAI được dùng để đo đạc tia gamma và phân bố xung lượng.

2.1. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm

Thiết bị MINOS bao gồm bia hydro lỏng dài 150 mm và Time Projection Chamber (TPC) để theo dõi quỹ đạo proton. DALI2+ với 226 tinh thể NaI(Tl) được sử dụng để đo tia gamma, trong khi SAMURAI xác định phân bố xung lượng của các hạt sản phẩm. Phương pháp TOF-Bρ-∆E được áp dụng để nhận diện chính xác các hạt nhân.

III. Kết quả và phân tích

Kết quả thí nghiệm cho thấy spin-parity của trạng thái cơ bản của 49Cl là Jπ = 3/2+, tương tự như đồng vị 51K. Trạng thái kích thích đầu tiên ở 350 keV được xác định là Jπ = 1/2+, trong khi trạng thái ở 1515 keV là Jπ = 5/2+. Đối với 49Ar, trạng thái cơ bản được đề xuất là Jπ = 3/2−, với các trạng thái kích thích ở 198 keV (Jπ = 1/2−) và 1340 keV (Jπ = 7/2−).

3.1. So sánh với lý thuyết

Kết quả thí nghiệm được so sánh với các dự đoán lý thuyết hiện đại, bao gồm mô hình mẫu vỏ sử dụng tương tác SDPF-MU và phương pháp ab initio. Các tính toán phản ứng sử dụng phương pháp TC và DWIA cũng được áp dụng. Sự tương đồng giữa kết quả thí nghiệm và lý thuyết là cơ sở để phát triển các mô hình tính toán chính xác hơn.

IV. Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này cung cấp hiểu biết sâu sắc về cấu trúc hạt nhân và sự tiến hóa của lớp vỏ trong các đồng vị giàu neutron. Các kết quả không chỉ khẳng định các lý thuyết hiện có mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới về các hạt nhân xa vùng bền. Ứng dụng thực tiễn bao gồm việc phát triển các mô hình hạt nhân chính xác hơn, hỗ trợ nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý hạt nhân và năng lượng nguyên tử.

4.1. Tầm quan trọng trong vật lý hạt nhân

Nghiên cứu về 49Cl và 49Ar góp phần làm sáng tỏ các hiện tượng vật lý cơ bản trong hạt nhân nguyên tử. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của các hạt nhân giàu neutron, cũng như ứng dụng trong các lĩnh vực như năng lượng hạt nhân và vật lý thiên văn.