Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd

Nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của hạt nhân 170Yb ra 158Gd, cung cấp cái nhìn sâu sắc về cấu trúc hạt nhân và ứng dụng trong vật lý.

• Tác giả: Phạm Đình Khang
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Huy Uyên
• Trường học: Trường Đại Học Tổng Hợp Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý hạt nhân nguyên tử
• Đề tài: Nghiên cứu phân rã gamma nội tầng của hạt nhân 170Yb và 158Gd
• Loại tài liệu: Luận án phó tiến sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 1993
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ VỀ LÝ THUYẾT, TÌNH TRẠNG THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU PHÂN RÃ GAMMA NÓI TÀNG
• 1.1. Tính toán lý thuyết đối với phân rã gamma nói tàng
• 1.2. Tính toán mật độ mức và độ rộng phóng xạ riêng phần
• 1.2.1. Mật độ mức
• 1.2.2. Độ rộng phóng xạ riêng phần
• 1.3. Tình trạng thực nghiệm nghiên cứu phân rã gamma nói tàng
• 1.3.1. Phương pháp trùng phùng gamma - gamma
• 1.3.2. Tình trạng thực nghiệm nghiên cứu phân rã gamma nói tàng
• 2. CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG BIẾN ĐỘ CÁC XUNG TRÙNG PHÙNG NGHIÊN CỨU PHÂN RÃ GAMMA NÓI TÀNG Ở HẠT NHÂN Yb VÀ Gd
• 2.1. Phương pháp cộng biến dò các xung trùng phùng
• 2.1.1. Vấn đề chung
• 2.1.2. Dạng phổ thu được
• 2.1.2.1. Dạng phổ tổng
• 2.1.2.2. Phổ một detector
• 2.1.2.3. Tính hiệu suất ghi
• 2.1.3. Các hiệu ứng ảnh hưởng tới dạng phổ vi phân
• 2.1.3.1. Trao đổi năng lượng giữa các detector
• 2.1.3.2. Ảnh hưởng của trùng phùng phóng gamma - gamma
• 2.1.3.3. Tương quan góc
• 2.1.4. Các phương pháp nâng cao chất lượng thông tin thu được
• 2.1.4.1. Sử dụng tiến khuyếch đại có bảo chừng chập xung
• 2.1.4.2. Sử dụng hệ đo nhiều detector
• 2.2. Bố trí thực nghiệm đo đặc
• 2.2.1. Đo phân rã gamma nói tàng đối với hạt nhân Yb
• 2.2.2. Đo phân rã gamma nói tàng của hạt nhân Gd
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ PHÂN RÃ VÀ CÁC KẾT QUẢ THU BƯỚC
• 3.1. Xây dựng sơ đồ phân rã
• 3.1.1. Xây dựng sơ đồ mức nhờ phương pháp SACP
• 3.1.1.1. Xác định thứ tự các chuyển đại
• 3.1.1.2. Đánh giá độ tin cậy của sơ đồ mức
• 3.2. Xây dựng sơ đồ mức trên cơ sở số liệu từ phản ứng (n,γ) và (n,2γ)
• 3.2.1. Chính xác giá trị năng lượng các chuyển đại thu được trong phản ứng (n,2γ) theo số liệu phản ứng (n,1γ)
• 3.2.2. Chính xác năng lượng của các mức trung gian
• 3.2.3. Sắp xếp vào sơ đồ mức các chuyển đại quan sát được trong phản ứng (n,1γ) mà không thấy được trong phản ứng (n,2γ)
• 3.2.4. Xác định thứ tự chuyển đại trong các chuyển đại nói tàng đơn lẻ
• 3.2.5. Tính toán sự cân bằng cường độ chuyển đại ở các trạng thái kích thích lớn
• 3.2.6. Sắp xếp các chuyển đại từ phản ứng (n,2γ) mà chúng không đưa được vào sơ đồ mức của phản ứng (n,1γ)
• 3.3. Các kết quả thu được với hai hạt nhân Yb và Gd
• 3.3.1. Đối với hạt nhân Yb
• 3.3.1.1. Các kết quả
• 3.3.1.2. Nhận xét
• 3.3.2. Đối với hạt nhân Gd
• 3.3.2.1. Sơ đồ phân rã
• 3.3.2.2. Tính đặc biệt của phân rã gamma nói tàng của Gd
• 3.3.2.3. Các chuyển đại nói tàng không phân tách được và sai số hệ thống
• 3.3.2.4. Nhận xét
• Tài liệu tham khảo
• Tiếng Anh
• Tiếng Nga
• Phụ lục

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd

Nghiên cứu phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd là một lĩnh vực quan trọng trong vật lý hạt nhân. Phân rã gamma là quá trình mà hạt nhân phát ra bức xạ gamma, giúp xác định cấu trúc và tính chất của hạt nhân. Hạt nhân 170Yb và 158Gd có những đặc điểm riêng biệt, ảnh hưởng đến quá trình phân rã gamma của chúng. Việc hiểu rõ về quá trình này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực như y học, năng lượng hạt nhân và nghiên cứu vật liệu.

1.1. Đặc điểm của hạt nhân 170Yb và 158Gd

Hạt nhân 170Yb và 158Gd đều thuộc nhóm hạt nhân nặng, với các đặc điểm riêng biệt. Hạt nhân 170Yb có số proton là 70 và số neutron là 100, trong khi 158Gd có số proton là 64 và số neutron là 94. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến cấu trúc năng lượng và các trạng thái kích thích của chúng, từ đó tác động đến quá trình phân rã gamma.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu phân rã gamma

Nghiên cứu phân rã gamma không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc hạt nhân mà còn cung cấp thông tin về các quá trình vật lý cơ bản. Phân rã gamma có thể được sử dụng để xác định các trạng thái kích thích của hạt nhân, từ đó giúp phát triển các ứng dụng trong y học hạt nhân và năng lượng hạt nhân.

II. Thách thức trong nghiên cứu phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd

Mặc dù nghiên cứu phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd mang lại nhiều giá trị, nhưng cũng gặp phải không ít thách thức. Các thách thức này bao gồm việc xác định chính xác các thông số phân rã, cũng như việc phát hiện và phân tích bức xạ gamma trong môi trường thí nghiệm phức tạp.

2.1. Khó khăn trong việc đo lường bức xạ gamma

Việc đo lường bức xạ gamma từ hạt nhân 170Yb và 158Gd đòi hỏi các thiết bị nhạy cảm và chính xác. Các yếu tố như nhiễu từ môi trường và độ chính xác của các detector có thể ảnh hưởng đến kết quả đo lường, gây khó khăn trong việc phân tích dữ liệu.

2.2. Thách thức trong việc phân tích dữ liệu

Phân tích dữ liệu từ các thí nghiệm phân rã gamma là một quá trình phức tạp. Cần phải sử dụng các phương pháp thống kê và mô hình hóa để rút ra các kết luận chính xác từ dữ liệu thu thập được. Điều này đòi hỏi sự am hiểu sâu sắc về lý thuyết hạt nhân và các công cụ phân tích.

III. Phương pháp nghiên cứu phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd

Để nghiên cứu phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd, các nhà nghiên cứu đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Những phương pháp này không chỉ giúp xác định các trạng thái kích thích mà còn cung cấp thông tin về quá trình phân rã.

3.1. Phương pháp đo lường bức xạ gamma

Phương pháp đo lường bức xạ gamma thường sử dụng các detector như Ge(Li) hoặc NaI(Tl). Những thiết bị này có khả năng phát hiện bức xạ gamma với độ nhạy cao, cho phép thu thập dữ liệu chính xác về quá trình phân rã.

3.2. Phân tích dữ liệu bằng mô hình hóa

Sau khi thu thập dữ liệu, các nhà nghiên cứu sử dụng các mô hình lý thuyết để phân tích và so sánh với kết quả thực nghiệm. Việc này giúp xác định các thông số quan trọng như độ rộng phân rã và cường độ bức xạ gamma.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu phân rã gamma

Nghiên cứu phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiểu biết về vật lý hạt nhân mà còn có thể được áp dụng trong y học và công nghệ.

4.1. Ứng dụng trong y học hạt nhân

Phân rã gamma có thể được sử dụng trong y học hạt nhân để phát hiện và điều trị các bệnh lý. Các hạt nhân như 170Yb và 158Gd có thể được sử dụng làm nguồn bức xạ trong các phương pháp chẩn đoán hình ảnh và điều trị ung thư.

4.2. Ứng dụng trong nghiên cứu vật liệu

Nghiên cứu phân rã gamma cũng có thể được áp dụng trong nghiên cứu vật liệu, giúp xác định cấu trúc và tính chất của các vật liệu mới. Điều này có thể dẫn đến sự phát triển của các vật liệu có tính năng vượt trội trong công nghệ.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu phân rã gamma

Nghiên cứu phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực vật lý hạt nhân. Những kết quả thu được không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể được ứng dụng trong thực tiễn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều khám phá mới.

5.1. Kết luận về nghiên cứu hiện tại

Các nghiên cứu hiện tại đã cung cấp nhiều thông tin quý giá về quá trình phân rã gamma của hạt nhân 170Yb và 158Gd. Những kết quả này sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong tương lai.

5.2. Hướng đi tương lai trong nghiên cứu

Tương lai của nghiên cứu phân rã gamma sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới và cải tiến thiết bị đo lường. Điều này sẽ giúp nâng cao độ chính xác và độ nhạy của các thí nghiệm, từ đó mở rộng hiểu biết về vật lý hạt nhân.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Trong chuyên ngành vật lý phổ học hạt nhân, việc mở rộng vùng năng lượng và tăng số lượng hạt nhân được khảo sát thực nghiệm là một định hướng nghiên cứu cơ bản. Đối với vùng năng lượng kích thích cao hơn năng lượng liên kết nơtron ($E_{ex} > B_n$) và vùng năng lượng kích thích thấp ($E_\gamma < 1 - 2\text{ MeV}$), các phương pháp phổ học nơtron và phổ học hạt nhân truyền thống đã thiết lập được nhiều quy luật mô tả tính chất của các trạng thái hạt nhân. Ngược lại, vùng trạng thái tiền hợp phần (tiền compound — các trạng thái kích thích có năng lượng nhỏ hơn năng lượng liên kết nơtron $B_n$) trên thực tế vẫn còn nhiều khoảng trống.

Về mặt thực nghiệm, nghiên cứu vùng trạng thái tiền compound gặp các trở ngại chính: mật độ mức hạt nhân cao, tiết diện phản ứng đối với từng mức riêng biệt rất nhỏ. Khi ghi nhận bức xạ gamma bằng detector bán dẫn, phổ thu được có cấu trúc phức tạp do hiện tượng tán xạ Compton làm tăng phông và quá trình tạo cặp điện tử - positron khi $E_\gamma > 1022\text{ keV}$. Về mặt lý thuyết, động học của quá trình chuyển từ cấu hình đơn hạt sang trạng thái kích thích phức tạp chưa có mô hình mô tả hoàn chỉnh. Các phương pháp thực nghiệm trước đây như phân tích phổ tia X của phản ứng $(n, X)$, nghiên cứu phản ứng $(n, \gamma\alpha)$, hay phản ứng bứt và bắt một phần chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu khảo sát vùng mức tiền compound.

Luận án "Nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của hạt nhân $^{170}\text{Yb}$ và $^{158}\text{Gd}$" của tác giả Phạm Đình Khang, do PGS. Đặng Huy Uyển hướng dẫn khoa học, được bảo vệ năm 1993 tại Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội (chuyên ngành Vật lý hạt nhân nguyên tử, mã số 1.02.03), tập trung giải quyết các vấn đề trên thông qua việc ứng dụng phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng (SACP).

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm ba nội dung chính:

1. Tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm chuyển dời gamma nối tầng giữa trạng thái compound về nhóm mức kích thích thấp của hạt nhân hợp phần $^{158}\text{Gd}$ thuộc vùng cực đại $4S$ của hàm lực nơtron. Xây dựng sơ đồ phân rã của hạt nhân này dựa trên các giá trị năng lượng chuyển dời nối tầng; so sánh cường độ chuyển dời thực nghiệm với tính toán lý thuyết để rút ra các kết luận.
2. Nghiên cứu phân rã nối tầng của hạt nhân $^{170}\text{Yb}$ trong quá trình phân rã phóng xạ beta: $^{170}\text{Lu} \xrightarrow{\beta} {}^{170}\text{Yb}$. Thu thập các số liệu về cường độ phân rã nối tầng, sơ đồ mức và các đặc trưng của trạng thái kích thích trung gian.
3. Tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao dung lượng và chất lượng thông tin thu được từ phương pháp thực nghiệm SACP.

Đối tượng nghiên cứu là hai hạt nhân biến dạng $^{158}\text{Gd}$ và $^{170}\text{Yb}$ nằm ở vùng cực đại $4S$ của hàm lực nơtron — nơi tồn tại các trạng thái trung gian riêng biệt được hình thành từ các chuyển dời nối tầng cường độ mạnh. Phạm vi thực nghiệm được triển khai tại Phòng thí nghiệm Vật lý nơtron thuộc Viện Liên hiệp Nghiên cứu Hạt nhân Dubna (JINR - Nga), sử dụng nguồn nơtron nhiệt từ lò phản ứng xung IBR-30 đối với phản ứng $^{157}\text{Gd}(n, 2\gamma)^{158}\text{Gd}$ và nguồn đồng vị phóng xạ $^{170}\text{Lu}$ cho nghiên cứu phân rã $^{170}\text{Yb}$.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Phương pháp trùng phùng $\gamma-\gamma$ truyền thống dựa trên nguyên tắc Ritz là công cụ kinh điển trong vật lý hạt nhân thực nghiệm, trong đó hệ đo chỉ ghi nhận thông tin khi hai detector xuất hiện xung đồng thời trong một cửa sổ thời gian xác định. Tuy nhiên, kỹ thuật này tồn tại ba hạn chế lớn:

• Hiệu suất ghi trùng phùng thấp;
• Hiện tượng tán xạ Compton và quá trình hủy cặp của các chuyển dời năng lượng cao làm giảm mạnh tỷ số diện tích đỉnh trên phông ($S/S_\phi$), làm giảm độ tin cậy của phép đo;
• Không có khả năng xác định trực tiếp thứ bậc chuyển dời (chuyển dời nào là sơ cấp, chuyển dời nào là thứ cấp).

Các nghiên cứu thực nghiệm ban đầu của Hoogenboom (năm 1958) [14] và một số nhóm tác giả [15, 24, 27] đã áp dụng phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng với hai detector nhấp nháy $\text{NaI(Tl)}$. Tuy nhiên, do độ phân giải năng lượng của detector nhấp nhày thấp, các công trình này chỉ khảo sát được các hạt nhân có sơ đồ mức đơn giản ở vùng năng lượng kích thích thấp, chưa cung cấp được số liệu định lượng về cường độ phân rã nối tầng ở vùng kích thích cao gần năng lượng liên kết nơtron $B_n$. Đến năm 1989, nghiên cứu của một nhóm tác giả [10] trên hạt nhân $^{144}\text{Nd}$ bằng hai detector bán dẫn Ge đã ghi nhận phổ kế có chất lượng tốt hơn, nhưng thông tin thu được về sơ đồ mức và cường độ phân rã thực tế vẫn còn hạn chế.

Từ năm 1983-1984, nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Vật lý nơtron Dubna đã phát triển phương pháp nghiên cứu phân rã gamma nối tầng khi bắt nơtron nhiệt bằng hệ hai detector $\text{Ge(Li)}$. Luận án của Sukhovoj A. (1984) [53] đã cung cấp số liệu sơ đồ mức và các đặc trưng trung bình của các hạt nhân $^{144}\text{Nd}$, $^{164}\text{Dy}$, $^{168}\text{Er}$, $^{174}\text{Yb}$, đồng thời hệ thống hóa phương pháp cộng biên độ xung trùng phùng (SACP). Tiếp đó, công trình [39] tổng hợp số liệu cho $^{164}\text{Dy}$, $^{180}\text{Hf}$, $^{182}\text{W}$, ứng dụng khối tiền khuếch đại chống chập xung và giải thuật máy tính đánh giá độ tin cậy sơ đồ mức độc lập với nguyên tắc Ritz. Công trình [52] đã kết hợp số liệu thực nghiệm từ hai phản ứng $(n, 2\gamma)$ và $(n, \gamma)$ để xây dựng sơ đồ mức cho $^{138}\text{Ba}$ và $^{181}\text{Hf}$, đồng thời phân tích vai trò của phần đuôi cộng hưởng khổng lồ ngoại suy từ đường cong Lorentz.

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án này giải quyết bao gồm:

• Mở rộng phương pháp SACP sang phân rã phóng xạ beta ($^{170}\text{Lu} \to {}^{170}\text{Yb}$), vốn có đặc thù phức tạp do có nhiều mức xuất phát năng lượng cao gần nhau thay vì một mức compound đơn lẻ xác định như trong phản ứng $(n, 2\gamma)$;
• Khảo sát chi tiết phổ phân rã nối tầng của $^{158}\text{Gd}$ ở vùng cực đại hàm lực $4S$, phân tích sự sai lệch giữa thực nghiệm và mô hình thống kê;
• Đề xuất và thử nghiệm hệ đo ba detector ($\text{Ge(Li)} - \text{Ge(Li)} - \text{NaI(Tl)}$) nhằm giảm phông liên tục khi khảo sát các chuyển dời nối tầng về các mức kích thích cuối có năng lượng cao $E_f > 1,5\text{ MeV}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết tính toán phân rã gamma nối tầng

Cường độ phân rã gamma nối tầng $i_{\gamma\gamma}(E_1, E_2)$ giữa mức ban đầu $\lambda$ và mức cuối $f$ qua mức trung gian $g$ được biểu diễn theo công thức:

$$i_{\lambda f}(E_1, E_2) = \frac{\Gamma_{\lambda g} \Gamma_{gf}}{\Gamma_\lambda \Gamma_g}$$

Trong đó $\Gamma_{\lambda g}, \Gamma_{gf}$ là độ rộng phóng xạ riêng phần của các chuyển dời gamma sơ cấp và thứ cấp; $\Gamma_\lambda, \Gamma_g$ là độ rộng phóng xạ toàn phần; $E_1$ là năng lượng chuyển dời sơ cấp và $E_2 = E_c - E_1$ là năng lượng chuyển dời thứ cấp.

Khi xét một khoảng năng lượng $\Delta E$ chứa nhiều mức trung gian, cường độ tổng cộng $\Delta I_{\lambda f}(E_\gamma, E_c)$ có một trong hai chuyển dời mang năng lượng $E_\gamma$ được tính thông qua mật độ mức trung bình $\langle \rho \rangle$:

$$\Delta I_{\lambda f}(E_\gamma, E_c) = \Delta E \left[ \frac{\Gamma_{\lambda g}(E_\gamma) \Gamma_{gf}(E_c - E_\gamma)}{\Gamma_\lambda \Gamma_g} \langle \rho(E_g) \rangle + \frac{\Gamma_{\lambda h}(E_c - E_\gamma) \Gamma_{hf}(E_\gamma)}{\Gamma_\lambda \Gamma_h} \langle \rho(E_h) \rangle \right]$$

Tổng cường độ của tất cả các nhánh nối tầng giữa trạng thái hợp phần $\lambda$ và mức cuối $f$ ký hiệu là $I_{\gamma\gamma}$, tỷ lệ trực tiếp với tích của mật độ mức và độ rộng phóng xạ riêng phần.

Về mật độ mức hạt nhân $\rho(U, J)$, luận án tổng hợp ba nhóm mô hình chính:

• Giải pháp tổ hợp vi mô: Giải bài toán trị riêng với toán tử Hamilton $H = H_{sp} + H_{pair} + H_q$ (gồm trường trung bình đơn hạt, tương tác cặp siêu chảy và tương tác dư hạt - lỗ trống).
• Giải pháp nhiệt động học: Tính mật độ trạng thái qua hàm entropi $S(q)$ của hệ hạt cô lập: $\rho(q) = \frac{\exp(S(q))}{(2\pi)^{(M+1)/2} \dots}$.
• Mô hình khí Fermi và khí Fermi dịch chuyển ngược (Back-shifted Fermi Gas Model): Mô tả mật độ mức theo năng lượng kích thích $U$ và mômen góc $J$ với tham số mật độ mức $a$ và tham số spin $\sigma$:

$$\rho(U, J) = \frac{(2J + 1) \exp\left[2\sqrt{a(U - \Delta)} - \frac{(J + 1/2)^2}{2\sigma^2}\right]}{24\sqrt{2} \sigma^3 a^{1/4} (U - \Delta + t)^{5/4}}$$

Nhiệt độ hạt nhân $t$ xác định từ phương trình $U - \Delta = at^2 - t$, và $\sigma^2 = \frac{J_{tb} t}{\hbar^2} = 0,0150 A^{2/3} t$. Bổ chính cấu trúc lớp của Strutinsky được đưa vào quan hệ hệ thống hóa: $a(U, Z, A) = \tilde{a}(A) [1 + f(U) \delta W(Z, A)]$, với các hệ số khớp trên 203 hạt nhân: $\alpha = 0,154$, $\beta = -6,3 \times 10^{-4}$, $\gamma = 0,054\text{ MeV}^{-1}$. Ở vùng năng lượng thấp, mô hình nhiệt độ không đổi $\rho(U) = \frac{1}{T}\exp\left(\frac{U - U_0}{T}\right)$ được áp dụng.

Về độ rộng phóng xạ riêng phần $\Gamma_{\lambda f}$:

• Chuyển dời từ cực $M1$ và $E2$ được tính theo mô hình đơn hạt Weisskopf với xác suất chuyển dời tỷ lệ với $A^{2/3} E_\gamma^{2L+1}$.
• Chuyển dời điện lưỡng cực $E1$ được tính theo hai phương án:
  1. Mô hình cộng hưởng khổng lồ lưỡng cực điện (GDR) dạng Lorentz với độ rộng không đổi;
  2. Mô hình cộng hưởng khổng lồ mở rộng với độ rộng phụ thuộc vào nhiệt độ và năng lượng kích thích hạt nhân (theo Kadmensky - Markushev - Furman [50], Urin [30], Surotkin [44]) với hệ số hiệu chỉnh $R = \frac{E_\gamma^2 + 4\pi^2 T^2(E_\gamma)}{E_\gamma E_g}$.

Phương pháp thực nghiệm SACP

Phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng (SACP) sử dụng hệ đo ghi nhận đồng thời hai tín hiệu biên độ xung từ hai detector bán dẫn khi xảy ra sự kiện phân rã nối tầng hai lượng tử gamma. Các bước đo đạc và xử lý dữ liệu gồm:

• Chuẩn hóa biên độ và hiệu chỉnh độ trôi: Số liệu thu nhận được chia thành nhiều tệp đo theo thời gian; tiến hành hiệu chỉnh độ trôi kênh và cân bằng hệ số biến đổi năng lượng sang số kênh giữa hai detector dựa trên các đỉnh năng lượng chuẩn ($511\text{ keV}$ và các chuyển dời mạnh đã biết).
• Thành lập phổ tổng SACP: Cộng biên độ hai xung trùng phùng $E_1 + E_2 = E_c$. Các chuyển dời nối tầng kết thúc ở cùng một mức cuối $E_f$ sẽ tạo thành một đỉnh hấp thụ toàn phần tại năng lượng tổng $E_c = B_n - E_f$.
• Tạo phổ vi phân (phổ một detector): Cắt dữ liệu xung từ dải kênh tương ứng với đỉnh trong phổ tổng, trừ phông nền tích lũy từ các vùng lân cận, sau đó hiệu chỉnh theo hiệu suất ghi $\varepsilon(E_\gamma)$. Phổ vi phân có tính chất đối xứng: hai đỉnh thuộc cùng một chuỗi nối tầng nằm đối xứng qua điểm $E_c/2$ và có diện tích bằng nhau.
• Hiệu chuẩn hiệu suất ghi: Đường cong hiệu suất $\varepsilon(E_\gamma)$ trong dải $0,5 \div 8\text{ MeV}$ được xác định từ phản ứng chuẩn $^{35}\text{Cl}(n, \gamma)^{36}\text{Cl}$, làm khớp theo hàm:

$$\ln(\varepsilon(E_\gamma)) = a + bx + \alpha y + \beta y^2$$

với $x = \ln(E_\gamma)$, $y = \ln(E_\gamma / 1022)$ (với $y = 0$ khi $E_\gamma < 1022\text{ keV}$); sai số khớp đạt $4 \div 7%$.

• Xử lý phông và hiệu ứng phụ:
  • Sử dụng phin lọc chì dày $2,5 \div 3\text{ g/cm}^2$ giữa hai detector để loại trừ hiện tượng tán xạ Compton qua lại.
  • Sử dụng khối khuếch đại chống chập xung ORTEC-572 với hằng số thời gian $\tau = 1 \div 2\ \mu\text{s}$ (loại bỏ hai xung liên tiếp cách nhau dưới $6\tau$), giúp giảm tới $60%$ phông dưới đỉnh tổng $B_n = 7565\text{ keV}$ của $^{144}\text{Nd}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Các vấn đề về lý thuyết, tình trạng thực nghiệm nghiên cứu phân rã gamma nối tầng

Chương 1 hệ thống hóa các biểu thức toán học xác định cường độ phân rã gamma nối tầng, các mô hình giải tích và bán vi mô mô tả mật độ mức hạt nhân (mô hình khí Fermi, khí Fermi dịch chuyển ngược, mô hình bổ chính cấu trúc vỏ Strutinsky), cùng các lý thuyết tính toán độ rộng phóng xạ riêng phần (mô hình đơn hạt Weisskopf, mô hình cộng hưởng khổng lồ Lorentzian và mô hình phụ thuộc nhiệt độ KMF).

Phần tổng quan thực nghiệm phân tích chi tiết các mốc phát triển của phương pháp trùng phùng $\gamma-\gamma$, từ việc dùng detector nhấp nháy $\text{NaI(Tl)}$ đến detector bán dẫn $\text{Ge(Li)}$, và các kết quả nghiên cứu phân rã nối tầng trong phản ứng $(n, 2\gamma)$ tại Dubna đối với các hạt nhân $^{144}\text{Nd}$, $^{164}\text{Dy}$, $^{168}\text{Er}$, $^{174}\text{Yb}$, $^{180}\text{Hf}$, $^{182}\text{W}$, $^{138}\text{Ba}$, $^{181}\text{Hf}$. Chương này chỉ rõ nhu cầu hoàn thiện phương pháp thực nghiệm để giảm phông ở vùng năng lượng kích thích cao và khả năng áp dụng SACP cho hạt nhân phóng xạ beta.

Chương 2: Sử dụng phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng nghiên cứu phân rã gamma nối tầng ở hạt nhân $^{170}\text{Yb}$ và $^{158}\text{Gd}$

Chương 2 trình bày chi tiết nguyên lý kỹ thuật SACP, quy trình xử lý phổ số liệu trên máy tính PDP-11/70, các yếu tố ảnh hưởng đến phổ vi phân (tán xạ Compton giữa các detector, trùng phùng phông ngẫu nhiên, tương quan góc), giải pháp chống chập xung và kỹ thuật sử dụng hệ đo ba detector.

Hệ đo ba detector gồm hai detector bán dẫn $\text{Ge(Li)}$ ($D_1, D_2$) ghi hai lượng tử gamma đầu tiên và một detector nhấp nháy $\text{NaI(Tl)}$ ($D_3$) ghi nhận lượng tử gamma thứ ba $E_3$, chỉ ghi các sự kiện thỏa mãn $E_1 + E_2 \le B_n - E_3$. Bảng số liệu thực nghiệm thử nghiệm với nguồn chuẩn $^{60}\text{Co}$ cho thấy hiệu quả giảm phông rõ rệt:

Năng lượng tổng (MeV)	$R(%)$ khi $E_3 = 0$	$R(%)$ khi $E_3 > 0,7\text{ MeV}$	$R(%)$ khi $E_3 > 1,1\text{ MeV}$	$R(%)$ khi $E_3 > 1,4\text{ MeV}$
2,09	68	68	37	14
2,60	204	122	45	—
3,00	296	110	31	—
3,26	—	242	54	—
4,10	—	—	37	—

Bảng: Tỷ số phông trên đỉnh $R(%)$ theo các ngưỡng năng lượng $E_3$ đo với nguồn $^{60}\text{Co}$.

Đối với thực nghiệm trên $^{170}\text{Yb}$:

• Nguồn phóng xạ: $^{170}\text{Lu}$ (hoạt độ $\approx 100\text{ kBq}$), phân rã $\beta^+/\varepsilon$ sang $^{170}\text{Yb}$.
• Thiết bị: 2 detector $\text{Ge(Li)}$ thể tích $\approx 100\text{ cm}^3$, độ phân giải năng lượng $3,5\text{ keV}$ tại đỉnh $1332\text{ keV}$ của $^{60}\text{Co}$, cửa sổ thời gian trùng phùng $40\text{ ns}$.
• Đặc thù: Do các mức xuất phát ban đầu phân bố dày đặc trong dải phân giải năng lượng, phổ SACP xuất hiện các cặp đỉnh cách nhau $84\text{ keV}$ (tương ứng chuyển dời về mức cơ bản $0\text{ keV}$ và mức kích thích đầu tiên $84,26\text{ keV}$). Thu được 57 phổ vi phân tương ứng với ba mức cuối $E_{f1} = 0$, $E_{f2} = 84,26\text{ keV}$ và $E_{f3} = 277\text{ keV}$.

Đối với thực nghiệm trên $^{158}\text{Gd}$:

• Mẫu đo: Gadoli tinh khiết ($82% {}^{157}\text{Gd}$ và $18% {}^{158}\text{Gd}$) đặt trên chùm nơtron nhiệt của lò phản ứng xung IBR-30.
• Detector: $\text{Ge(Li)}$ độ phân giải $3,5\text{ keV}$ tại $1332\text{ keV}$, hiệu suất ghi đỉnh $2505\text{ keV}$ của $^{60}\text{Co}$ đạt $\approx 2 \times 10^{-5}$, phin chì $2,5\text{ g/cm}^2$, cửa sổ trùng phùng $40\text{ ns}$.
• Năng lượng trạng thái compound: $B_n = 7937,4\text{ keV}$; các chuyển dời nối tầng phân rã về mức cơ bản ($0\text{ keV}$) và hai mức kích thích đầu tiên ($80\text{ keV}$ và $261\text{ keV}$).

Chương 3: Xây dựng sơ đồ phân rã và các kết quả thu được

Chương 3 trình bày thuật toán xây dựng sơ đồ phân rã và đánh giá độ tin cậy của sơ đồ mức bằng phương pháp SACP kết hợp dữ liệu từ phản ứng đơn $(n, \gamma)$ và phản ứng nối tầng $(n, 2\gamma)$. Thuật toán xác định thứ tự chuyển dời dựa trên nguyên tắc: chuyển dời sơ cấp phải xuất hiện trong ít nhất hai phổ vi phân với giá trị năng lượng không đổi.

Các kết quả thực nghiệm chính gồm:

• Đối với hạt nhân $^{158}\text{Gd}$: Xác định được năng lượng và cường độ của 138 chuyển dời nối tầng. Xây dựng phân bố trung bình của cường độ chuyển dời nối tầng theo năng lượng chuyển dời sơ cấp $E_1$. Phân tích tính chất phi thống kê của phân rã gamma nối tầng ở vùng cực đại $4S$ của hàm lực nơtron; đánh giá các chuyển dời không phân tách được và sai số hệ thống.
• Đối với hạt nhân $^{170}\text{Yb}$: Từ 57 phổ vi phân thu được trong phân rã $^{170}\text{Lu} \to {}^{170}\text{Yb}$, tác giả đã xác lập và bổ sung 52 mức năng lượng mới vào sơ đồ mức của $^{170}\text{Yb}$. Phân tách thành công các thành phần của nhóm đa bội có năng lượng chuyển dời rất gần nhau mà các phép đo phổ đơn thông thường không thể tách được.

Kết quả và những đóng góp mới

1. Về mặt phương pháp thực nghiệm:

   • Luận án đã mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng (SACP) từ phản ứng bắt nơtron nhiệt $(n, 2\gamma)$ sang nghiên cứu phân rã phóng xạ beta ($^{170}\text{Lu} \xrightarrow{\beta} {}^{170}\text{Yb}$). Kết quả chứng minh SACP có khả năng phân tách tốt các chuyển dời gamma có năng lượng rất gần nhau trong các nhóm đa bội phức tạp.
   • Thử nghiệm và đánh giá định lượng hiệu quả của hệ đo ba detector ($\text{Ge(Li)} - \text{Ge(Li)} - \text{NaI(Tl)}$), chứng minh khả năng giảm phông nền đáng kể (giảm từ 2 đến 5 lần tùy theo ngưỡng năng lượng $E_3$) khi đo các chuyển dời nối tầng kết thúc ở các mức có năng lượng cao $E_f > 1,5\text{ MeV}$.

2. Về mặt số liệu hạt nhân thực nghiệm:

   • Cung cấp tập số liệu thực nghiệm chi tiết về 138 chuyển dời gamma nối tầng của hạt nhân hợp phần $^{158}\text{Gd}$ sau khi bắt nơtron nhiệt tại mức kích thích $B_n = 7937,4\text{ keV}$, bao gồm giá trị năng lượng và cường độ phân rã tương đối.
   • Bổ sung 52 mức năng lượng kích thích mới vào sơ đồ phân rã của hạt nhân $^{170}\text{Yb}$, làm sáng tỏ cấu trúc mức trung gian của hạt nhân này trong vùng năng lượng kích thích từ $1\text{ MeV}$ đến $3\text{ MeV}$.

3. Về mặt so sánh lý thuyết:

   • Cung cấp phân bố thực nghiệm trung bình của cường độ phân rã nối tầng theo năng lượng chuyển dời sơ cấp $E_1$ cho $^{158}\text{Gd}$.
   • Kết quả so sánh giữa thực nghiệm và tính toán lý thuyết cho thấy sự cần thiết phải sử dụng mô hình cộng hưởng khổng lồ có độ rộng phụ thuộc nhiệt độ và năng lượng (mô hình KMF/Urin) kết hợp với mô hình khí Fermi dịch chuyển ngược để mô tả thỏa đáng cường độ chuyển dời gamma trong vùng trạng thái tiền compound.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Khi năng lượng của mức cuối $E_f$ tăng cao ($E_f > 1,5\text{ MeV}$), tỷ số diện tích đỉnh trên phông trong phổ SACP của hệ hai detector bán dẫn giảm mạnh, làm tăng sai số xác định cường độ của các chuyển dời yếu.
• Trong phân rã phóng xạ beta của $^{170}\text{Lu}$, do mật độ các mức xuất phát năng lượng cao nằm rất sát nhau (khoảng cách nhỏ hơn độ phân giải năng lượng của hệ detector), phổ SACP chứa nhiều đỉnh kép và phần phông âm xuất hiện sau khi trừ phông, đòi hỏi việc phân tích phổ vi phân phải xử lý cẩn trọng để tránh nhận diện đỉnh giả.
• Hướng phát triển tiếp theo được tác giả chỉ ra là:
  • Áp dụng hoàn chỉnh hệ đo ba hoặc nhiều detector bán dẫn có thể tích lớn ($> 100\text{ cm}^3$) và hiệu suất ghi cao;
  • Mở rộng phép đo SACP sang các hạt nhân biến dạng khác ở vùng cực đại $4S$ và các vùng chuyển tiếp pha hình học hạt nhân để kiểm chứng tính phổ quát của các hiệu ứng cấu trúc mức tiền compound.

Giá trị tham khảo

Tài liệu luận án có giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng:

• Nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Vật lý hạt nhân nguyên tử: Tham khảo cơ sở toán học và quy trình tính toán mật độ mức (mô hình khí Fermi dịch chuyển ngược, bổ chính cấu trúc vỏ Strutinsky) và độ rộng bức xạ riêng phần (mô hình đơn hạt, mô hình Lorentzian, mô hình KMF).
• Cán bộ nghiên cứu thực nghiệm phổ học hạt nhân: Tham khảo thiết kế hệ đo trùng phùng SACP, phương pháp hiệu chuẩn hiệu suất ghi phổ $\gamma$ dải rộng ($0,5 \div 8\text{ MeV}$) bằng phản ứng $^{35}\text{Cl}(n, \gamma)$, giải pháp chống chập xung với khối khuếch đại ORTEC-572, và kỹ thuật giảm phông bằng hệ ba detector.
• Các nhóm nghiên cứu dữ liệu hạt nhân: Sử dụng các thông số thực nghiệm về 138 chuyển dời của $^{158}\text{Gd}$ và 52 mức mới của $^{170}\text{Yb}$ để đối chiếu, cập nhật vào các cơ sở dữ liệu phân rã và cấu trúc hạt nhân (như ENSDF).

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp SACP có điểm gì khác biệt cốt lõi so với phương pháp trùng phùng $\gamma-\gamma$ truyền thống?
Phương pháp SACP ghi nhận đồng thời biên độ xung từ hai detector và cộng biên độ theo từng sự kiện ($E_1 + E_2 = E_c = B_n - E_f$), tạo thành phổ tổng có các đỉnh hấp thụ toàn phần rõ rệt. Dữ liệu sau đó được cắt theo từng đỉnh để tạo phổ vi phân một detector đối xứng, giúp loại bỏ phần phông tán xạ Compton liên tục và nâng cao độ phân giải năng lượng của phép đo lên khoảng $\sqrt{2}$ lần.

2. Luận án đã bổ sung bao nhiêu mức năng lượng mới cho sơ đồ phân rã của hạt nhân $^{170}\text{Yb}$?
Từ 57 phổ vi phân thu được trong phân rã beta $^{170}\text{Lu} \to {}^{170}\text{Yb}$, tác giả đã phân tích và bổ sung 52 mức năng lượng mới vào sơ đồ phân rã của $^{170}\text{Yb}$, đồng thời tách được các chuyển dời có năng lượng rất sát nhau trong các nhóm đa bội.

3. Tại sao tác giả phải thử nghiệm hệ đo ba detector và kết quả đạt được là gì?
Khi chuyển dời nối tầng kết thúc ở mức có năng lượng cao ($E_f > 1,5\text{ MeV}$), phông tán xạ trong phổ SACP của hệ 2 detector tăng rất lớn. Hệ ba detector bổ sung thêm một detector nhấp nháy $\text{NaI(Tl)}$ ghi lượng tử gamma thứ ba ($E_3$), giúp lọc và chỉ ghi các sự kiện thỏa mãn $E_1 + E_2 \le B_n - E_3$. Kết quả thử nghiệm với $^{60}\text{Co}$ cho thấy tỷ số phông trên đỉnh $R(%)$ giảm từ $68%$ xuống còn $14%$ ở đỉnh $2,09\text{ MeV}$ khi đặt ngưỡng $E_3 > 1,4\text{ MeV}$.

4. Mô hình lý thuyết nào được tác giả lựa chọn để tính toán độ rộng bức xạ riêng phần cho chuyển dời $E1$?
Tác giả sử dụng hai mô hình: mô hình cộng hưởng khổng lồ lưỡng cực điện (GDR) với độ rộng không đổi và mô hình cộng hưởng khổng lồ có độ rộng phụ thuộc vào nhiệt độ và năng lượng kích thích của hạt nhân (theo mô hình Kadmensky / Urin). Chuyển dời $M1$ và $E2$ được tính theo mô hình đơn hạt Weisskopf.

5. Vì sao phổ vi phân trong phương pháp SACP lại có tính chất đối xứng qua điểm $E_c/2$?
Do trong thực nghiệm hai detector không phân biệt được lượng tử nào phát ra trước (sơ cấp) và lượng tử nào phát ra sau (thứ cấp), nên một cặp chuyển dời $(E_1, E_2)$ với $E_1 + E_2 = E_c$ sẽ được ghi nhận đồng đều ở cả hai phía của phổ, tạo thành hai đỉnh có diện tích bằng nhau và cách đều điểm trung tâm $E_c/2$.

Kết luận

Luận án của tác giả Phạm Đình Khang đã nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng trên hai hạt nhân biến dạng $^{158}\text{Gd}$ và $^{170}\text{Yb}$ bằng phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng (SACP). Công trình đã xác định được 138 chuyển dời nối tầng ở $^{158}\text{Gd}$, bổ sung 52 mức năng lượng mới cho $^{170}\text{Yb}$, và chứng minh tính khả thi của việc mở rộng phương pháp SACP sang phân rã phóng xạ beta cũng như phát triển hệ đo ba detector nhằm giảm phông. Các kết quả thực nghiệm và phân tích lý thuyết trong luận án cung cấp dữ liệu định lượng cho nghiên cứu cấu trúc hạt nhân ở vùng trạng thái tiền compound.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRUÒNG DAI HOC TÒNG IlOP HA NOI Pham DÌnh Khang r: NGHIÉN CÙU PHÀN RÀ G A M M A NÓI TANG CÙA HAT NHÀN ^^^Yb VA ^^^Gé Chuyén ngành Vàt ly hat nhàn nguyén tu Ma so 10203 ^ f LUAN AN PHO TIEN SI KHOA HOC TOÀN LY •tu Co van Khoa hoc : PGS. Dàng Huy Uyén f- U'^L^TiU i,4'\ i i'iji--^ HANOI 1993 N VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. MUC LUC Trang Ma dau 4 CHUONG 1: CXC VAN DE VE LY THUYÈT, T Ì N H TRANG THlTC NGHlfM NGHIÉN CÙtJ PHAN RÀ GAMMA NOI TANG 9 I Tinh toàn ly thuyet doi vói phàn rà gamma noi tàng 9 1 Tinh cxiàng do phàn rà gamma noi tàng 9 2 Tinh toàn mat do mijfc va do rpng phóng xa riéng phàn. 11 2-1 Mat do mùc 11 2-2 Do rong phóng xa riéng phan 17 II Tinh trang thiic nghiem nghién cijfu phàn rà gamma noi tàng.

23 1 PhUdng phàp trùng phùng gamma - gamma 23 2 Tinh trang th\lc nghiem nghién cù\j phàn rà gamma noi tàng. 24 CHUdNG 2: SU DUNG PHUdNG PHÀP CQNG BIÈN DQ CAC XUNG TRÙNG PHÙNG NGHIÉN COU PHÀN RÀ GAMMA NOI TÀNG Ò HAT NHÀN ^''^Yb VA ^^^Gd. 27 I Phifdng phàp cpng bién dò càc xung trùng phùng 27 1 Vàn de chung 27 2 Dang phò thu dUdc 28 2-1 Dang phd tdng 28 2-2 Phd mot detector 29 2-3 Tinh hieu xuàt ghi 31 3 Càc hieu ufng ành hiiòng tói dang phd vi phàn 32 3-1 Trao ddi nàng lugng giua càc detector 32 N VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 3-2 Ành huòng cùa trùng phùng phóng gamma - gamma 32 3-3 Tuang quan góc 33 4 Càc phUdng phàp nàng cao chat lUdng thóng tin thu dtfdc.

33 4-1 Su dung tién khuyech dai co bào chdng chap xung. 33 4-2 Su dung he do nhiéu detector 34 II Bo tri thLfc nghiem do dac 36 1 Do phàn rà gamma noi tàng dói vói hat nhan -*-'"Yb 36 2 E)o phàn rà gamma noi tàng cùa hat nhàn ^^^Gd 39 C H U O N G 3: XAY DUNG Sd DO PHÀN RÀ VA CXC KET QUX THU BUOC. 41 I Xày d\fng sd do phàn rà 41 1 Xày diing sd do mùc nhd phUdng phàp SACP 41 1-1 Xàc dinh thù tu càc chuyen dai 41 1-2 Dành già do tin cay cùa sa do mùc 42 2 Xày d'ufng sd do mùc trén ed so so lieu tu phàn ùng {n,}^) va (n, 22) 43 2-1 Chinh xàc già tri nàng luang càc chuyen dai thu dugc trong phàn ùng ( n, 23) theo so' lieu phàn ùng {n,lS) 43 2-2 Chinh xàc nàng luang cùa càc mùc trung gian 45 2-3 Xap xep vào sa do mùc càc chuyen dai quan sàt duac trong phàn ùng {n,ÌÌ ma khòng thà'y dugc trong phàn ùng (n, 2i(). , ,45 2-4 Xàc dinh thù tu chuyen dai trong càc chuyen dai noi tàng don le 46 2-5 Tinh toàn su càn bang cuòng do chuyen dai à càc trang thài kich thich lón 47 2-6 Xap xep càc chuyen dai tu phàn ùng { n, ^ ) ma chùng khòng dua dugc vào sa do mùc cùa phàn ùng (n, 2Jf) 48 N VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

3 - II Càc ket qua thu dUdc vói hai hat nhàn ^"^^Yb va ^^^Gd. 50 1 Doi vói hat nhàn ^"^^yb 50 1-1 Càc ket qua 50 1-2 Nhan xét 58 2 Doi vói hat nhàn ^^^Gd 59 2-1 Sa do phàn rà 59 2-2 Tinh dac biet cùa phàn rà gamma nói tàng cùa -^^°Gd. 66 2-3 Càc chuyen dai nó'i tang khòng phàn tàch dugc va sai so' he thò'ng 71 2-4 Nhan xét 72 Ket luan 74 Tài lieu tham khào 77 Tieng Anh. 77 Tieng Nga 80 Phu lue 85 N VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

4 - Mò dàu Trong chuyén ngành vat ly nàng phd hat nhàn, viee ma rong vùng nàng lugng va tàng sd lugng hat nhàn dugc nghién cùu trong thuc nghiem là mot dinh huóng nghién cùu quan trong. Doi vai vùng nàng lugng kich thich cùa hat nhàn lón han B^^ ( Bn - nàng lugng lién ket cùa natron vói hat nhàn) va vùng nàng lugng kich thich thap E^ < 1-2 MeV phd hoc natron va phd hoc hat nhàn co dien cho phép tim ra nhung quy luàt xàc dinh tinh chat cùa càc trang thài kich thich này. Trong lue dò vùng trang thài tién compound (trang thài kich thich c6 nàng lugng nhò han nàng lugng lién ké't cùa natron vói hat nhàn) thuc té^ con bi bò ngò. Ve mat thuc nghiem, nghién cùu càc trang thài tién compound gap khó khan ca bàn là mat dò mùc cao, tiet dien phàn ùng ddi vói tùng mùc nhò, khi ghi bue xa gamma bang detector bàn dàn, phd co dang phùc tap do qua trình tàn xa compton làm tàng phòng, qua trinh tao càp khi E > 1022 KeV cung làm ành huòng manh tói dang phd.

Ve mat ly thuyé't, qua trình dòng hoc cùa trang thài mot hat chuyé'n sang trang thài phùc tap cùng chua dugc de càp mot càch xàc dàng. Nhu vay dà hình thành nhung yéu cau chung ddi vói phuang phàp thuc nghiem mói de nghién cùu càc trang thài tién compound: - Co khà nàng nghién cùu hat nhàn ben bà't ky va nghién cùu hat nhàn phàn rà phóng xa. Thu dugc thòng tin cu the ve càc tinh chat cùa càc N VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. trang thài cùa hat nhàn trong vùng nàng lugng kich thich róng nhà't.

- Co the so sành truc tié'p càc ké't qua thuc nghiem va tién doàn màu nhàm kiem tra dò chinh xàc va vùng su dung màu. Hien nay co nhung phuang phàp nghién cùu tinh chat càc trang thài tién compound nhu sau: a) Phàn tich phd tia X cùa càc phàn ùng (n, X) b) Nghién cùu phàn ùng ( n, JJ«) e) Nghién cùu phàn ùng bùt va bàt mot phàn. Tuy nhién, do khà nàng su dung cùa càc phuang phàp trén, rò ràng'chùng chua dàp ùng càc yéu càu nghién cùu thuc nghiem càc mùc tién compound nhu dà liét ké. Tu nàm 1983, tai Dupna xuàt hién thòng bào dàu tién ve phuang phàp nghién cùu phàn rà gamma nói tàng cùa hat nhàn khi bàt natron nhiét nhò su dung 2 detector Ge(Li) vói càc thòng sd binh thuóng (hieu suàt ghi, do phàn giài nàng lugng.

do phàn giài thài gian) co the tao ra càc phd don giàn ve dang va phàn tich càc chuyén dói nói tàng ve bac phàn rà cùa trang thài compound ( trang thài hat nhàn hgp phàn). Bòi vi phàn lón phàn rà gamma cùa trang thài compound là phàn rà gamma nói tàng va càc mùc tién compound dugc tao thành sau chuyén dói gamma sa càp nén su dung phuang phàp thuc nghiem mai này sé thu dugc nhiéu thòng tin ve trang thài tién compound han càc phuang phàp khàc. N VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 6 - Dang thóng tin thu dugc nhu sau: a) So dò phàn rà ( trong vùng nàng lugng 1 < E ^ < 4 MeV ) dugc tao nén bòi chuyén dói sa càp dù manh.

b) Càc thòng so trung bình cùa phàn rà : Tdng lyw - cuóng dò cùa tàt cà càc chuyén dói noi tàng giùa càc trang thài hat nhàn hgp phàn va trang thài kich thich thàp E^ < 1 MeV, phàn bò' cùa chùng lày trung bình trong khoàng nàng lugng dù lón co 500 KeV. ; De thu dugc nhiéu sd lieu ve vùng càc trang thài tién compound va so liéu the hién tinh phi thòng ké trong phàn rà gamma, chùng tòi dà chpn càc hat nhàn -'-^Yb va ^ Gd a vùng cuc dai' 4S cùa hàm lue natron làm ddi tugng nghién cùu do a nhùng hat nhàn này tòn tai nhùng trang thài trung gian riéng biét dugc tao ra tu càc chuyén dói nói tàng manh. Muc tiéu cu thè cùa luan àn nhu sau: 1 - Tié'p tue nghién cùu thuc nghiem chuyén dói gamma nói tàng giùa trang thài compound ve nhóm mùc kich thich thàp cùa hat nhàn hgp phàn -^^° Gd vùng cuc dai 4S cùa hàm lue natron. Trén ca sa càc già tri nàng lugng chuyén dói cùa càc chuyén dói ndi tàng, xày dung sa dò phàn rà cùa hat nhàn này.

Qua su so sành càc già tri cuóng dò chuyén dói ndi tàng thuc nghiem vói tinh toàn ly thuyet, rùt ra càc ket luàn cà ve ly thuyet làn thuc nghiem. N VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. - 7 2 - Nghién cùu phàn rà ndi tàng cùa hat nhàn ^ ^ Yb trong phàn rà phóng xa p : -^'^ Lu —»- -'-^^ Yb. Thu thàp càc sd lieu ve cuóng do phàn rà nói tàng, sa do mùc va càc dac trung khàc cùa càc trang thài kich thich trung gian cùa hat nhàn Yb.

3- Tim kiem càc khà nàng nàng cao dung lugng va chat lugng thòng tin thu dugc dói vói phuang phàp thuc nghiem dugc su dung. Càc nghién cùu thuc nghiem dugc hoàn thành nhó phuang phàp cpng bién dò xung trùng phùng ( Method of Summation Àmplitude of Coinciding Pules) - con gpi là phuang phàp SACP - nghién cùu phàn ùng ( n, 2 2f) trén he phd ké' gdm 2 detector Hp. Gè tai phòng thi nghiem vàt ly natron Dupna. Càc ké't qua chinh thu dugc nhu sau: 1 - Phd càc chuyén dói nói tàng kép tao nén càc trang thài trung gian cùa hat nhàn san phàm trong vùng nàng lugng rpng.

Dà xàc dinh dugc càc già tri nàng lugng va cuóng dò cùa 138 chuyén dói ndi tàng doi vói hat nhàn " Gd. Ngoài ra chùng tói con thu dugc phàn bd trung bình cuóng dò chuyén dói ndi tàng phu thuòc vào nàng lugng chuyén dói sa càp E-, va rùt ra càc ké't luan ve tinh toàn ly thuyet cuóng dò chuyén dói gamma ndi tàng. 2 - Dà thu dugc 57 phd vi phàn cùa càc chuyén dói ndi tang trong phàn rà P cùa hat nhàn -^'^ Lu —^-'-^^ Yb. Sàp xep va bd sung vào sa do mùc cùa hat nhàn ^'^ Yb thém 52 mùc mói, cung N VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

8 - càp càc sd liéu ve cuóng dò chuyén dói nàng lugng rat gàn nhau tao nén càc nhóm da bòi. Diéu này cùng the hién mot uu diém cùa phuang phàp SACP là co khà nàng phàn tàch càc thành phàn cùa da bòi dù nàng lugng cùa càc chuyén dói gamma rat gàn nhau. Càc ké't qua thu dugc dà khang dinh tinh uu viet cùa phuang phàp SACP va co thè thày phuang phàp này là buóc tié'n mói ve nguyén tàc trong nghién cùu hat nhàn phàn rà phóng xa. 3- Ké't luan ve viéc nàng cao chat lugng va dung lugng thòng tin thu dugc qua viéc su dung he do nhiéu detector.

N VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. CHUdNG 1 CÀC VAN DE VE LY THUYET, TINH TRANG THl/C NGHIEM NGHIÉN CÙtJ PHÀN RÀ GAMMA NOI TANG NÓI CHUNG.