Nghiên cứu tỷ số suất lưỡng đồ của hạt 116d(γ,n)115m

Tỷ số đồng phân là một thông số quan trọng liên quan đến phản ứng hạt nhân và cấu trúc hạt nhân. Các nghiên cứu về tỷ số này cung cấp những thông tin quan trọng góp phần làm sáng tỏ các cơ chế của phản ứng hạt nhân, sự truyền mô men xung lượng, về sự phụ thuộc của spin và mật độ mức hạt nhân, bản chất của các hạt nhân kích thích cao, phân bố năng lượng và spin cũng như quá trình khử kích thích. Các dữ liệu thực nghiệm về tỷ số suất lượng đồ rất cần thiết trong việc thiết kế các thí nghiệm như tính toán hoạt độ của mẫu, tối ưu hóa các điều kiện thực nghiệm. Trong các ứng dụng thực tế các số liệu về tỷ số suất lượng đồ còn được sử dụng với nhiều như trong phân tích kích hoạt, chế tạo đồng vị, che chắn phóng xạ.

Tỷ số suất lượng đồ được định nghĩa là tỷ số giữa tiết diện của phản ứng tạo thành trạng thái giả bền (metastable state) và trạng thái cơ bản (ground state). Trạng thái đồng phân và trạng thái cơ bản thường rất khác nhau về spin, nên tỷ số này thường biểu diễn như tỷ số giữa tiết diện tạo thành trạng thái có spin cao và trạng thái có spin thấp. Trong trường bức xạ hãm có tính liên tục về năng lượng, tỷ số đồng phân thường xác định thông qua tỷ số suất lượng phản ứng

Ở vùng năng lượng sau cộng hưởng khổng lồ (>30 MeV), thông tin còn rất hạn chế, cơ chế của phản ứng chưa hiểu biết một cách đầy đủ. Các nghiên cứu về tỷ số suất lượng của phản ứng quang hạt nhân 116Cd(γ,n)115m,gCd ở vùng năng lượng cộng hưởng khổng lồ đã được một số tác giả thực hiện. Tuy nhiên các số liệu còn ít và có sự khác biệt rõ rệt và gần như chưa có số liệu thực nghiệm ở vùng năng lượng cao hơn.

Các kết quả thực nghiệm về tỷ số suất lượng đồ của phản ứng 116d(γ,n)115m,gCd ở vùng năng lượng cộng hưởng khổng lồ (GDR) hiện có sự khác biệt đáng kể. Điều này có thể do sự khác biệt trong phương pháp đo, điều kiện thực nghiệm, hoặc các hiệu ứng hệ thống chưa được kiểm soát tốt. Sự không thống nhất này gây khó khăn trong việc đưa ra kết luận chính xác về cơ chế phản ứng và đòi hỏi cần có thêm các nghiên cứu để giải quyết.

Nguyên tắc của phương pháp này dựa trên việc chiếu xạ mẫu bằng chùm hạt hoặc photon, tạo ra các đồng vị phóng xạ. Sau đó, đo phổ gamma phát ra từ các đồng vị này để xác định số lượng và năng lượng của chúng. Dựa trên các thông số này, có thể tính toán các đại lượng như tỷ số suất lượng đồ và tiết diện phản ứng. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả cho các phản ứng tạo ra các đồng vị có thời gian bán rã phù hợp.

Hiệu chỉnh trong đo phổ gamma là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Các hiệu chỉnh bao gồm: hiệu chỉnh hấp thụ gamma trong mẫu (do sự hấp thụ của tia gamma trong bản thân vật liệu mẫu), hiệu chỉnh hình học detector (do sự thay đổi của góc nhìn của detector đối với nguồn phát xạ), và hiệu chỉnh hiệu suất detector (do sự thay đổi của hiệu suất detector theo năng lượng của tia gamma). Việc áp dụng các hiệu chỉnh này giúp giảm thiểu sai số và nâng cao độ tin cậy của kết quả.

Thí nghiệm được thực hiện bằng cách chiếu xạ mẫu cadmium-116 bằng chùm photon hãm (bremsstrahlung) với các mức năng lượng cực đại khác nhau (ví dụ: 50, 60, và 70 MeV). Phổ gamma phát ra từ mẫu sau đó được đo bằng detector germanium (Ge) có độ phân giải cao. Dựa trên phân tích phổ gamma, số lượng đồng vị 115mCd và 115gCd được xác định, và tỷ số suất lượng đồ được tính toán.

Việc phân tích số liệu bao gồm việc xác định diện tích đỉnh (peak area) của các đỉnh gamma đặc trưng cho 115mCd và 115gCd. Các hiệu chỉnh như hiệu chỉnh hấp thụ gamma, hiệu chỉnh hình học, và hiệu chỉnh hiệu suất detector được áp dụng để có được kết quả chính xác. Tỷ số suất lượng đồ được tính bằng cách lấy tỷ số giữa số đếm của các đỉnh gamma tương ứng, sau khi đã hiệu chỉnh các yếu tố ảnh hưởng.

Nghiên cứu cho thấy tỷ số đồng phân thay đổi theo năng lượng của chùm photon. Sự thay đổi này có thể liên quan đến việc các cơ chế phản ứng khác nhau đóng vai trò quan trọng ở các mức năng lượng khác nhau. Ví dụ, ở năng lượng thấp, cơ chế cộng hưởng khổng lồ có thể chi phối, trong khi ở năng lượng cao hơn, cơ chế giả deuteron có thể trở nên quan trọng hơn.

So sánh kết quả với các nghiên cứu trước đây giúp đánh giá tính tin cậy của kết quả hiện tại và xác định những điểm khác biệt. Sự phù hợp với các nghiên cứu trước củng cố thêm độ tin cậy của kết quả, trong khi sự khác biệt có thể chỉ ra những khía cạnh mới cần được nghiên cứu sâu hơn. Ý nghĩa của kết quả này nằm ở việc cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc hạt nhân và cơ chế phản ứng, cũng như đóng góp vào cơ sở dữ liệu hạt nhân cho các ứng dụng khác nhau.

Nghiên cứu đã xác định được sự phụ thuộc năng lượng của tỷ số suất lượng đồ cho phản ứng 116d(γ,n)115m,gCd. Kết quả này cung cấp thêm dữ liệu thực nghiệm quan trọng và đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng hạt nhân. Các kết quả này cũng có thể được sử dụng để kiểm chứng các mô hình hạt nhân hiện có.

Các hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai bao gồm: nghiên cứu phản ứng ở các mức năng lượng cao hơn, sử dụng các detector tiên tiến hơn để cải thiện độ phân giải và độ nhạy, và kết hợp các kết quả thực nghiệm với các tính toán lý thuyết chi tiết để có được bức tranh đầy đủ hơn về cấu trúc hạt nhân và cơ chế phản ứng. Ngoài ra, việc nghiên cứu các phản ứng tương tự trên các hạt nhân khác cũng có thể mang lại những hiểu biết sâu sắc hơn về lĩnh vực này.