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.

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.