tóm tắt luận văn thạc sĩ vật lý cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân 52v

1
MỞ ĐẦU
Khoa học và công nghệ hạt nhân đã được nghiên cứu phát triển và ứng dụng
vào thực tiễn ở nhiều nước trên thế giới từ những năm 1940 đến nay và đã đạt được
nhiều thành tựu to lớn, đóng góp vào sự phát triển của nền kinh tế xã hội của Quốc
tế nói chung và đối với nhiều Quốc gia nói riêng như: Mỹ, Nga, Nhật Bản. Trong
những nă
m gần đây ở các nước đang phát triển, khoa học và kỹ thuật hạt nhân cũng
đang được quan tâm và ưu tiên phát triển một cách mạnh mẽ; đặc biệt là Việt Nam
đã và đang đẩy mạnh phát triển điện hạt nhân và các nghiên cứu ứng dụng vì mục
đích hòa bình.
Một trong những hướng nghiên cứu quan trọng của khoa học hạt nhân là
nghiên cứu thực nghiệm về cấu trúc hạt nhân nhằm cung c
ấp thông tin thực nghiệm
cho phát triển công nghệ và kiểm chứng các mô hình lý thuyết. Tuy nhiên trong
nhiều thập niên trước đây, hướng nghiên cứu này chủ yếu được phát triển ở một số
nước phát triển và mức độ tin cậy của số liệu thu được phụ thuộc rất nhiều vào sự
phát triển của thiết bị ghi đo bức xạ và hai hướng nghiên cứu này luôn bổ sung cho
nhau trong suốt tiến trình của l
ịch sử phát triển. Ngày nay với sự phát triển vượt bậc
của công nghệ điện tử bán dẫn, của khoa học máy tính đã cho phép tạo ra những
thiết bị ghi đo hiện đại với những ưu điểm như: có độ chính xác cao, có tốc độ ghi
nhận cao, có độ phân giải tốt và có khả năng ghi nhận thông tin đa chiều; với những
điều mới về thiết b
ị nêu trên, một số quốc gia đang phát triển trong khu vực trong
đó có Việt Nam, đã tham gia mạnh mẽ vào hướng nghiên cứu thực nghiệm về cấu
trúc và phản ứng hạt nhân.
Tại Viện nghiên cứu hạt nhân, hướng nghiên cứu cấu trúc hạt nhân bằng thực
nghiệm đã được triển khai và thu được những thành công nhất định; trong đó một số
chùm nơtron phin lọc đơn năng và một số hệ
phổ kế ghi đo bức xạ mới: hệ phổ kế

triệt Compton sử dụng đetectơ HPGe-BGO, hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng
phùng sử dụng hai đetectơ HPGe và một đetectơ nhấp nháy, đã được phát triển tại
nhóm “nghiên cứu số liệu và phản ứng hạt nhân”. Trên cơ sở các thiết bị này, các
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
2
thực nghiệm về nghiên cứu cấu trúc hạt nhân đối với một số đồng vị như
28
Al,
49
Ti,
153
Sm,
172
Yb,
239
U đã được tiến hành. Tuy nhiên những kết quả nghiên cứu này, chỉ
mới đáp ứng được một phần trong dải các đồng vị cần nghiên cứu, nhằm bổ sung
vào thư viện số liệu thực nghiệm về cấu trúc hạt nhân của thế giới, góp phần khẳng
định những biện luận mới về mô hình tính toán lý thuyết và đối với mật độ mức hạt
nhân.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế đã nêu ra ở trên, nội dung nghiên cứu:
“Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V” đã được chọn để làm luận
văn tốt nghiệp thạc sỹ khóa 17 chuyên ngành Vật lý kỹ thuật. Các nội dung chính đã
thực hiện trong luận văn bao gồm: Tổng quan tình hình nghiên cứu về chuyển dời
năng lượng đối với hạt nhân
52

V, tiến hành thực nghiệm ghi đo phổ gamma tức thời
từ phản ứng
51
V(n,2γ)
52
V trên dòng nơtron nhiệt, xử lý số liệu thu nhận được để xác
định cường độ chuyển dời trên sơ đồ mức và mật độ mức thực nghiệm của hạt nhân
52
V.












Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu phân rã gamma nối tầng và mật độ mức bằng phổ
kế cộng biên độ các xung trùng phùng
Năm 1958, Hoogenboom A.M đã đưa ra những phác thảo đầu tiên về hệ phổ

kế cộng biên độ các xung trùng phùng bằng các đetectơ nhấp nháy. Hệ cộng biên độ
xung từ hai đetectơ được thực hiện bằng khối điện tử cộng tương tự để cộng biên độ
xung. Các thiết bị phân tích biên độ vào thời điểm này là máy phân tích biên độ 256
kênh [1].
Từ năm 1981, tại Viện Liên hợp nghiên cứu hạt nhân (VLHNCHN) Dubna đã
đưa ra vấn đề ghi nhận, lưu trữ và xử lý số liệu trên máy tính các thông tin thu được
từ hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng. Phương pháp này khác xa hẳn những
nguyên tắc ban đầu do Hoogenboom A.M đưa ra. Nó cho phép rút ngắn thời gian
thực hiện một nghiên cứu nhiều lần với độ chính xác cao hơn hẳn, loại trừ được ảnh
hưởng chênh lệch chênh lệch về thời điểm xuất hiện các xung từ đetectơ tương ứng
với một cặp chuyển dời nối tầng và khai thác các thông tin thuận lợi hơn. Phương
pháp do VLHNCHN Dubna đưa ra có cấu hình giống như hệ phổ kế trùng phùng
nhanh chậm hiện đại có lưu trữ và cộng bằng số. Trong khoảng thời gian từ năm
1985 đến năm 2000, nhóm nghiên cứu tại Dubna đã sử dụng hệ
đo loại này nghiên
cứu số liệu phân rã gamma nối tầng và cấu trúc của khoảng 40 hạt nhân.
Hiện nay các hệ đo theo phương pháp này đã được phát triển ở nhiều nước
trên thế giới như Cộng hoà Séc, Hungary, Mỹ, Nhật, và được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực ngoài số liệu và cấu trúc hạt nhân. Tên gọi của phương pháp đến nay
đã được thay đổi là trùng phùng “sự kiện - sự kiện”. Nhóm nghiên c
ứu tại Cộng hòa
Séc hiện nay chủ yếu tập trung vào giải quyết vấn đề hàm lực và sự tồn tại của các
liên kết cặp bên trong hạt nhân. Nhóm nghiên cứu tại Dubna hiện nay đang khai
thác các số liệu từ thư viện ENSDF, tính toán lý thuyết và kết hợp nghiên cứu với
một số cơ sở khác trên thế giới trong đó có Việt Nam. Một số nhà nghiên cứu đã ra
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
4
nước ngoài và triển khai các nghiên cứu dựa trên phương pháp cộng biên độ các

xung trùng phùng, dùng trong nghiên cứu vũ trụ và thiên văn học. Hiện tại, đã xuất
hiện những công bố ứng dụng phương pháp này trong phân tích kích hoạt ở Nhật,
Mỹ, Hungary và một số nước khác.
Tại Việt Nam, phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng đã được
nghiên cứu từ những năm 90 của thế kỷ trước. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân
khác nhau, cuố
i năm 2005, hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng hoàn chỉnh
đầu tiên mới được lắp đặt tại Viện Nghiên cứu hạt nhân. Hiện nay hệ đo đã được
xây dựng với hai cấu hình, cấu hình dùng khối trùng phùng và cấu hình dùng TAC.
Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp bộ giai đoạn 2007-2009, nhóm nghiên cứu
tại Đà Lạt đã thử nghiệm thành công phương pháp (n,3γ) với hai đetectơ bán dẫn và
một đ
etectơ nhấp nháy. Các khối che chắn, bàn đặt mẫu và các đetectơ cũng được
thiết kế chế tạo đơn giản gọn nhẹ và hiệu quả [1,4,5]. Từ hệ đo này, nhóm nghiên
cứu đã tiến hành thu thập số liệu phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân như:
28
Al,
36
Cl,
49
Ti,
59
Ni,
153
Sm,
182
Ta,
239
U, Các kết quả nghiên cứu về phương pháp
lắp đặt, thiết kế giao diện, lựa chọn các tham số của hệ đo, các số liệu về mật độ

mức và hàm lực đã được công bố trên các hội nghị trong nước, hội nghị quốc tế và
tạp chí quốc tế [4,5].
1. 2. Một số đặc trưng của
52
V
Năm 1801, Andrés Manuel del Río trong khi tách nguyên tố từ mẫu quặng
“chì đen” Mexicô đã phát hiện ra một nguyên tố mới và gọi là Vanadium.
Vanadium là một kim loại hiếm, mềm và dễ kéo thành sợi, là thành phần được tìm
thấy trong nhiều khoáng chất, có khả năng chống mòn tốt, bền với các loại chất
kiềm, axít sulfuric và axít clohiđric. Sau khi được phát hiện đến nay thì vanadium
được dùng để sản xuất một số hợp kim, trong tự nhiên vanadium bao gồm các đồng
vị phân bố từ
43
V đến
61
V trong đó đồng vị bền
51
V là nhiều nhất chiếm tới 99.75%
[10].
51
V có tiết diện bắt nơtron nhiệt là 4.93 barn, có spin và chẵn lẻ là
7
2
−
. Đồng
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
5
vị

52
V có thể được tạo thành từ các phản ứng
51
V(d,p)
52
V hoặc
51
V(n,γ)
52
V, là hạt
nhân không bền với chu kỳ bán hủy
1
2
3.75T
=
phút, có spin và chẵn lẽ ở trạng thái
bền là 3
+
. Hạt nhân
52
V có ba proton và một neutron ở ngoài của lõi lấp đầy, lõi có
cấu trúc hai lần magic như hạt nhân
48
Ca. Trong phản ứng bắt nơtron nhiệt
51
V(n,γ)
52
V, hạt nhân
52
V ở trạng thái kích thích có năng lượng liên kết nơtron B-

n
=7311.24 keV, phát ra các bức xạ gamma để chuyển về trạng thái cơ bản, các dịch
chuyển này có thể là trực tiếp từ năng lượng liên kết B
n
hoặc qua các mức trung
gian khác nhau như: 3733.13 keV, 2855.28 keV, 2479.59 keV, 2168 keV, , 22.76
keV, 17.13 keV.
1.3. Tình hình nghiên cứu cường độ chuyển dời gamma và mật độ mức của
52
V
Vanadium là một hạt nhân có cấu trúc lõi hai lần magic như hạt nhân
48
Ca. Do
sự đặc biệt đó, nên hạt nhân này được nghiên cứu từ rất sớm, bằng dựa trên các
phản ứng
51
V(d,p)
52
V và phản ứng
51
V(n,γ)
52
V [6,7,9]. Các nghiên cứu đáng chú ý
nhất có thể tóm tắt như sau:
Từ năm 1958, L.V. Croshev và các cộng sự đã sử dụng phương pháp đo
electron tán xạ compton để xác định năng lượng và cường độ phát bức xạ gamma
tức thời từ phản ứng bắt bức xạ nơtron nhiệt của Vanadium.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V

6

Hình 1.1. Sơ đồ mức của
52
V thu được trong nghiên cứu của
L.V.Croshev và các cộng sự[7].
Nghiên cứu phổ gamma trong vùng từ 0.25 ÷ 11.5 MeV, các tác giả đã xác
định được gần 30 tia gamma phát ra nằm trong khoảng năng lượng từ 0.42 ÷ 7.3
MeV. Hình 1.1 là năng lượng và cường độ của các vạch gamma thu được [7].
Năm 1965, D.H.White và các cộng sự đã sử dụng phổ kế tinh thể Bent, phổ kế
trùng phùng với đetectơ NaI(Tl) nghiên cứu phổ gamma tức thời từ ph
ản ứng bắt
bức xạ nơtron của Vanadium. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã xác định được
các tia gamma với năng lượng thấp hơn bao gồm: 17.0 keV, 124.45 keV, 125.08
keV, 147.84 keV, 294.97 keV, 419.54 keV, 436.49 keV, 645.70 keV, 794.2 keV,
824.4 keV và 845.8 keV [9]. Kết hợp với các công trình nghiên cứu trước đó,
D.H.White đã đưa ra sơ đồ mức của hạt nhân
52
V có bổ sung các mức năng lượng
thấp. Sơ đồ mức của hạt nhân
52
V do D.H.White đưa ra được trình bày trên hình
1.2.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
7

Hình 1.2. Sơ đồ mức của
52

V do D.H.White và các cộng sự tổng hợp[9].
Năm 1966, P. Van Assche và các cộng sự đã sử dụng phổ kế tinh thể tại lò
phản ứng DR-3 ở Ris
φ
, đã tiến hành nghiên cứu phổ gamma của
52
V, kết hợp với
tính toán dựa theo mẫu lớp có tính đến hiệu ứng tương tác proton-proton và proton-
nơtron. Các tác giả đã đưa ra sơ đồ mức của hạt nhân
52
V với các tia gamma tức
thời có năng lượng từ 20 keV đến 1 MeV. P.Van Assche đã xác định được hệ số
biến hoán trong và xác suất dịch chuyển của hai mức thấp 17.15 keV và 22.76 keV.
Các dịch chuyển này là dịch chuyển điện E2 và dịch chuyển từ M1 [6]. Sơ đồ mức
của hạt nhân
52
V ở vùng năng lượng thấp do P.Van Assche đưa ra được trình bày
trên hình 1.3.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
8

Hình 1.3. Sơ đồ mức của
52
V ở vùng năng lượng thấp do P.Van Asshen đưa ra [6].
Các tổng hợp trong thư viện số liệu hạt nhân LANL và ENSDF cho thấy đã
tổng hợp được từ các nghiên cứu khác nhau năng lượng và cường độ của 306 tia
gamma [10]. Vẫn còn khoảng 20% số tia gamma đo được chưa xếp được vào sơ đồ
mức và gần một nửa số mức thu được vẫn chưa xác định được đầy

đủ các đặc trưng
lượng tử.
1.4. Về phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng
Phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng được đánh giá là phương pháp
hiệu quả trong nghiên cứu các trạng thái kích thích của hạt nhân vùng năng lượng
dưới năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân (B
n
). Bằng phương pháp này, nền
phông phức tạp của tán xạ compton và các đỉnh xuất hiện do hiệu ứng tạo cặp đã bị
triệt tiêu nên phổ bức xạ gamma thu được có dạng rất đơn giản. Từ năm 1981,
VLHNCHN Đubna, đã xây dựng được hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
9
phùng, sử dụng các đetectơ bán dẫn siêu tinh khiết với việc lưu trữ và xử lý số liệu
dưới dạng “sự kiện-sự kiện” trên máy tính. Đến năm 1987 thì phương pháp này
được triển khai thành một hệ thống đầy đủ. Hiện tại, ở Đubna đang trong giai đoạn
thay thế nguồn nơtron từ lò xung, sang máy gia tốc kích thích nhiên liệu phân hạch,
nên nhóm thực nghiệm đang phải dừ
ng các nghiên cứu. Ở Cộng hoà Séc, hướng
nghiên cứu này vẫn được tiếp tục phát triển, hiện nay trong các hội nghị chuyên
ngành quốc gia đã có hẳn một tiểu ban về nghiên cứu phân rã gamma nối tầng. Các
báo cáo trong hội nghị (17÷20/6/2007, Dubna, Cộng hòa Liên Bang Nga) cho thấy
nhóm nghiên cứu ở Séc có xu hướng thiên về đánh giá hàm lực và ảnh hưởng của
sự phá vỡ liên kết cặp lên mật độ mức ở vùng năng lượng kích thích gần năng lượ
ng
liên kết của nơtron với hạt nhân [4].
Việc xây dựng định hướng sử dụng phương pháp SACP ở Việt Nam, được các
cán bộ của hai đơn vị là Viện Vật lý điện tử (VLĐT), thuộc Viện Khoa học công

nghệ Việt Nam và Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam (NLNTVN) thực hiện.
Các nghiên cứu tại Viện VLĐT chủ yếu được tiến hành ở nướ
c ngoài do không
thành công trong việc thiết lập hệ đo trong nước. Các nghiên cứu tại Viện
NLNTVN, được triển khai tại LPƯHĐL từ năm 2004 và đã thu được nhiều kết quả.
Hiện nay, các nghiên cứu hoàn thiện hệ đo vẫn đang được tiếp tục; chất lượng chùm
bức xạ nơtron và phông ngày càng được cải thiện nâng cao. Đây là cơ sở để khẳng
định các thí nghiệm nghiên cứu cấ
u trúc hạt nhân, theo phương pháp cộng biên độ
các xung trùng phùng (SACP-Summation of Amplitude of Coincident Pulses) tại Đà
Lạt tiếp cận tới trình độ quốc tế. Hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng và
một loạt các vấn đề liên quan như chùm nơtron trên kênh số 3, hệ che chắn giảm
phông, hệ thống chương trình xử lý số liệu đã được hoàn thiện là kết quả đầu tư của
Bộ Khoa học và Công nghệ, của Viện NLNTVN thông qua các đề tài nghiên cứu,
dự án tă
ng cường trang thiết bị trong 6 năm qua và công sức trí tuệ của nhóm
nghiên cứu. Cho đến thời điểm hiện nay, chỉ có LPƯHNĐL là cơ sở duy nhất ở Việt
Nam, triển khai thành công các thực nghiệm nghiên cứu phân rã gamma nối tầng
trên chùm nơtron.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
10
Về cơ bản, phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng vẫn là phương
pháp trùng phùng γ-γ. Đây là một trong những phương pháp đo kinh điển của vật lý
hạt nhân thực nghiệm. Hệ chỉ thu nhận thông tin từ hai đetectơ khi thời điểm xuất
hiện của hai xung lệch nhau một khoảng nhỏ hơn khoảng thời gian định trước của
hệ đo - được gọi là c
ửa sổ thời gian của hệ trùng phùng. Nhờ sự phát triển của công
nghệ máy tính, số liệu đo được lưu trữ dưới dạng các mã tương ứng với năng lượng

của các cặp gamma nối tầng. Các đetectơ bán dẫn HPGe biến đổi tuyến tính năng
lượng bức xạ gamma thành biên độ tín hiệu đo, tổng năng lượng E
1
và E
2
của hai
dịch chuyển gamma liên tiếp E
1
+E
2
=E
i
-E
f
được xác định chỉ bởi các năng lượng E
i

và E
f
của mức phân rã (i) và mức tạo thành sau dịch chuyển nối tầng hai gamma (f),
nó không phụ thuộc vào năng lượng của trạng thái kích thích trung gian. Khi đó các
trường hợp ghi dịch chuyển nối tầng mà xảy ra sự hấp thụ đồng thời toàn bộ năng
lượng hai tia gamma ở cả hai đetectơ sẽ dẫn đến xuất hiện các đỉnh trong phổ tổng
biên độ các xung trùng phùng. Sự hấp thụ không hoàn toàn năng lượ
ng, dù là của
một trong các lượng tử gamma, sẽ làm dịch chuyển đỉnh tổng biên độ về miền năng
lượng thấp hơn và tạo nên phân bố liên tục tương ứng. Vì vậy ta có thể dễ dàng tách
ra từ tập hợp các sự kiện trùng phùng γ-γ, chỉ những trường hợp mà tổng năng
lượng của dịch chuyển nối tầng bị hấp thụ hoàn toàn trong hai đetectơ. M
ặc dù

cường độ bức xạ của những trường hợp trùng phùng như vậy là nhỏ (thường chỉ xảy
ra không lớn hơn 10 sự kiện trong 10
6
phân rã), nhưng nhờ khả năng loại trừ phông
liên quan với sự hấp thụ không hoàn toàn năng lượng bức xạ gamma, đã đảm bảo
cho phương pháp nghiên cứu phản ứng (n,2γ) thu được nhiều thông tin hơn phương
pháp nghiên cứu phản ứng (n,γ) thông thường. Trong phổ tổng còn xuất hiện những
đỉnh liên quan đến quá trình thoát đơn và thoát đôi, do lượng tử gamma tương tác
với đetectơ theo hiệu ứ
ng tạo cặp, các đỉnh này được loại đi trong quá trình xử lý
theo phương pháp.
Ngoài việc nghiên cứu các đặc trưng trung bình, phương pháp SACP còn cho
phép tách ra từ tập hợp các trùng phùng γ-γ một số lớn các dịch chuyển nối tầng hai
gamma mạnh nhất, cho phép xác định được cường độ và năng lượng của các dịch
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
11
chuyển nối tầng. Hơn nữa phương pháp có ưu việt là chỉ ghi các dịch chuyển nối
tầng hai gamma liên tiếp, không phụ thuộc vào năng lượng của mức trung gian và
phương pháp cũng cho phép loại đi một số rất lớn các sự kiện phông bao gồm cả
trường hợp hấp thụ không hoàn toàn các tia gamma do tán xạ compton ở hai
đetectơ.
Từ các số liệu đo của phương pháp SACP, có thể xây dựng
được các sơ đồ
phân rã gamma tin cậy nhất. Tuy nhiên vấn đề trở ngại ở đây là sai số hệ thống có
thể làm sai khác cường độ dịch chuyển nối tầng. Các sai số khi đo dịch chuyển
gamma nối tầng thường do một số nguyên nhân sau:
- Biến hoán trong của các lượng tử gamma;
- Tự hấp thụ tia gamma trong mẫu đo;

- Sai số do xác định hiệu suất ghi của đetectơ;
- Ghi nhận d
ịch chuyển ba gamma nối tầng như là hai gamma.












Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
12
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU CHUYỂN DỜI GAMMA NỐI TẦNG CỦA
52
V
2.1.Thực nghiệm
Thí nghiệm đo phân rã gamma nối tầng của hạt nhân
52
V được tiến hành trên
hệ phổ kế SACP tại kênh ngang số 3 của Lò phản ứng hạt nhân.
2.1.1. Kênh nơtron số 3 và hệ phổ kế SACP
* Kênh nơtron số ba và hệ thống dẫn dòng:

Kênh ngang thực nghiệm nơtron số 3 là một kênh tiếp tuyến, do đó dòng
nơtron từ vùng hoạt đi ra chủ yếu là nơtron nhiệt. Cấu trúc kênh bao gồm hai phần:
phần phía trong là ống nhôm có đường kính 15 cm dài 1.5 m và phần phía ngoài là
ống thép có đường kính 20.3 cm dài 1.1 m cho phép dẫn dòng nơtron từ trong vùng
hoạt ra ngoài để thực hiện các thí nghiệm. Tuy nhiên trong thực tế chỉ cần dòng
nơtron có đường kính từ 1 cm ÷ 2 cm nhằm hạn chế các gamma tức thời có năng
lượng cao từ trong lò đi ra làm tăng nền phông của phổ gamma thu được cũng như
giảm khoảng cách của đetectơ đối với mẫu để tăng hiệu suất ghi do đó hệ thống dẫn
dòng và che chắn giảm phông được làm từ các vật liệu có khả năng làm chậm
nơtron, có tiết diệt bắt nơtron cao, có tiết diện hấp thụ gamma lớn như pharaphin,
Boron, Cadmi, Lithium, Chì được đưa vào bên trong lòng kênh và đóng mở kênh
được thực hiện bằng nước. Hệ thống dẫn dòng và che chắn giảm phông của kênh
ngang số 3 được mô tả trên hình 2.1.

315 cm
152mm

N
ư
ớ
c ra
N
ước vào/ra
80 mm
150 cm

Chì
Para
p
hi

n
-Bor
Không khí
Ý
H
2
O
Bê tông
Si
Bơm điện
1 1
2
2
Van 1
Van 2
Van 3

Hình 2.1. Cấu trúc của hệ thống che chắn và dẫn dòng kênh ngang số 3
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
13
Nhằm tăng chất lượng của dòng nơtron nhiệt, ở bên trong có bố trí thêm phin
lọc Si có đường kính 5 cm dài 30 cm. Dòng nơtron nhiệt tại ví trí đặt mẫu có thông
lượng là 7.2×10
5
n.cm
-2
.s
-1

và tỉ số Cadmi là 860 (tỉ số Cadmi được xác định bằng
việc kích hoạt lá dò Vàng và hộp Cadmi dày 1 mm).
* Hệ phổ kế SACP:
Hệ phổ kế SACP bao gồm hai đetectơ và các khối điện tử liên quan được bố
trí gần vị trí bia mẫu. Cấu hình hệ phổ kế SACP được mô tả trên hình 2.2.

Hình 2.2. Cấu hình hệ phổ kế SACP tại Viện nghiên cứu hạt nhân
Trong đó: 1. Khuếch đại phổ 572A Ortec; 2. ADC-7072 Fast CompTec
Canberra; 3. ADC-8713 Canberra; 4. Khếch đại nhanh 474 Ortec; 5. Gạt ngưỡng
hằng 584 Ortec; 6. Khối trễ; 7. TAC 566 Ortec; 8. Cao thế 660 Ortec.
Khi hai đetectơ thu nhận hai bức gamma nối tầng phát ra từ bia mẫu thì
đetectơ sẽ cho ra đồng thời hai tín hiệu, một tín hiệu năng lượng được đưa đến khối
khuếch đại phổ 572 và đưa đến khối ADC 7072, một tín hiệu thời gian (Timing)
được đưa đến khối khuếch đại nhanh 474 để tạo dạng xung phù hợp, sau đó tín hiệu
này được đưa đến khối gạt ngưỡng hằng 584, khối gạt ngưỡng hằng 584 có tác dụng
loại trừ nhiễu và các xung tăng chậm. Xung ra từ hai khối gạt ngưỡng hằng 584
được đưa đến hai lối vào khởi phát (Start) và kết thúc (Stop) của khối biến đổi thời
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
14
gian thành biên độ TAC 566. Khi có tín hiệu khởi phát và tín hiệu kết thúc đi đến
TAC, thì TAC sẽ biến đổi khoảng thời gian chênh lệch giữa hai sự kiện thành biên
độ, và gửi tín hiệu lên ADC 8713, đồng thời với việc đó thì TAC cho ra một tín hiệu
Valid Convert gửi tới giao diện đo PCI 7811R. Khi giao diện PCI 7811R nhận được
tín hiệu Valid Convert từ TAC gửi lên thì sẽ tạo ra tín hiệu gate, tín hiệu gate này
cho phép hai ADC 7072 biến đổi tín hiệu từ hai khối khuếch đại phổ gửi lên. Như
vậy, trong quá trình thu nhận thì các đetectơ vẫn ghi nhận các bức xạ đi đến và biến
đổi thành tín hiệu để chuyển tới khuếch đại phổ và ADC 7072, nhưng chỉ khi nào có
tín hiệu gate từ giao diện PCI 7811R cho phép thì hai ADC 7072 mới tiến hành biến

đổi tín hiệu thành biên độ, tức là chỉ những cặp gamma nào đi về hai đetectơ nằm
trong dải đo đặt trước của TAC thì mới được biến đổi và ghi nhận, điều này giúp
chúng ta loại bỏ được phần lớn các trùng phùng ngẫu nhiên. Số liệu ghi nhận được
ghi thành ba cột trong đó hai cột tương ứng với năng lượng của hai bức xạ mà hai
đetectơ ghi nhận được và cột còn lại tương ứng với khoảng chênh lệch thời gian của
hai bức xạ gamma mà hai đetectơ ghi nhận được. Vì thời gian tiến hành thực
nghiệm đối với phương pháp này thường có thời gian dài nên để tránh việc mất dữ
liệu cũng như sự trôi năng lượng do đó số liệu được lưu thành từng file, mỗi file
tương ứng 4096 cặp sự kiện trùng phùng, khi kết thúc một file thì giao diện đo PCI
7811R sẽ gửi file đó lên máy tính để lưu trữ và tiến hành ghi nhận file tiếp theo.
2.1.2. Đo số liệu phân rã gamma nối tầng của
52
V
Bia mẫu được làm từ bột Vanadium kim loại có độ tinh khiết cao (99.99%),
được nén ở dạng hình đĩa có đường kính 1.2 cm, dày 2 mm và có khối lượng 5 g.
Độ phổ biến đồng vị của
51
V là 99.75%, tiết diện bắt nơtron nhiệt của
51
V là σ = 4.9
barn. Bia mẫu được đặt nghiêng so với dòng nơtron từ trong lò ra một góc 45
0
. Hai
đetectơ bán dẫn được bố trí đối xứng và vuông góc với dòng nơtron. Thực nghiệm
được tiến hành trong khoảng 140 giờ khi Lò phản ứng hoạt động ở công suất 500
kW. Cấu hình bố trí thực nghiệm được mô tả trên hình 2.3.

Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V

15
Đ
etectơ
Đ
etectơ
2
Mẫu
Chùm
nơt
r
on




Hình 2.3. Bố trí bia mẫu và các đetectơ.
Các tham số của hệ đo đã được khảo sát và lựa chọn như trên bảng 2.1
Bảng 2.1. Các tham số đối với các khối điện tử chức năng.
Đetectơ A Đetectơ B
Khuếch đại phổ 3.0-100-3-Neg-BLR 11.25-20-3-Pos, BLR
ADC 7072- 8k 7072-8k
Khuếch đại nhanh X20-max-out-200; non-
inv
X6-max-out-200; inv
Gạt ngưỡng hằng 0.8-SRT, CF delay: 32 ns 0.8-SRT, CF delay: 32 ns
TAC 50-10-INT
Cao thế 1.75 kV 2.5 kV

Số liệu được lưu thành các file và xử lý sau bằng các chương trình xử lý theo
thuật toán của phương pháp [3].

2.1.3. Xử lý số liệu thực nghiệm
Các file code thu nhận được sẽ được nối lại với nhau và tiến hành xử lý trên
phần mềm Gacasd, vì quá trình thực nghiệm được tiến hành trong thời gian dài, nên
có thể dẫn tới sự trôi năng lượng, do đó code thu nhận được nối lại thành nhiều file,
các file này sau khi được chuẩn lại năng lượng thì được nối lại thành một file cuối
cùng. Quá trình xử lý số liệu từ tạo phổ tổng, xác định đỉnh tổng, tạo phổ nối tầng
theo các đỉnh tổng đều được tiến hành trên file đã chuẩn cuối cùng này. Thuật toán
xử lý được mô tả trên hình 2.4, hình 2.5 và hình 2.6.



Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
16
Đọc tên đồng vị: ĐV
Đọc chỉ số file đầu: Đ
Đọc chỉ số file cuối: C
Đọc kiểu file: KF
Mở file mới: tên file mới
For i = Đ to C
Mở file i
j=0
KF=4
KF=3 KF=2

Hình 2.4. Sơ đồ thuật toán nối các file code
Đọc: A[j], B[j]
Viết vào file mới: A[j],
B[j]

j=j+1
If not
end file i
and i=C
Đọc: A[j], B[j],C[j] Đọc: A[j], B[j],C[j],D[j]
Viết vào file mới: Viết vào file mới:
A[j], B[j],C[j] A[j], B[j], C[j],D[j]
j=j+1 j=j+1
<EOF
Lưu file mới vào đĩa và đóng file mới
Kết thúc
Đóng file i
i=i+1
j=0
=EOF
j=j+1
T
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
17

1
A
1
B
n
A
n
B

Thư viện
Các
cặp sự
kiện
trùng
phùng
đã
chuẩn
Phổ kênh A
Phổ kênh B
Các hệ số chuẩn năng
lượng của từng kênh
1
A
và 1
B
thỏa
E
1
+ E
2
= E
i
± ∆E
ci
E
cn
. . .E
c1
Phổ tổng

C
1
= 1
A
+ 1
B
Phổ nối tầng
b
ậc hai thứ 1
Hiệu chỉnh
hiệu suất
Phổ nối tầng
bậc hai thứ 1 đã
hiệu chỉnh hiệu
suấ
t

Phổ nối tầng
b
ậc hai thứ n
Hiệu chỉnh
hiệu suất
Phổ nối tầng
bậc hai thứ n đã
hiệu chỉnh hiệu
suấ
t


E

c1
E
cn
Phổ nối
t
ần
g

Hiệu chỉnh
hiệu suất
Chuẩn các cặp sự kiện
trùng phùng
Phổ nối
tầng bậc
hai

Hình 2.5. Sơ đồ thuật toán tìm các phổ gamma nối tầng bậc hai.


Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
18




Hình 2.6. Sơ đồ thuật toán tìm cường độ chuyển dời và sơ đồ mức.

Phổ nối

tầng bậc
hai thứ 1

Diện tích
và vị trí
các đỉnh
Cường độ
tương đối
Năng lượng
chuyển dời
Thứ tự các
chuyển dời
B
n

E
m
E
2

E
1
0
Thư viện

Phổ nối
tầng bậc
hai thứ n

Diện tích

và vị trí
các đỉnh
Cường độ
tương đối
Năng lượng
chuyển dời
Mức trung gian
Sơ đồ mức
Phổ chuyển
dời sơ cấp
Hệ số rẽ
nhánh
Cường độ
dịch chuyển





Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
19
*Nối các file và chuẩn năng lượng:
Phổ năng lượng của
52
V sau khi nối các code được trình bày trên hình 2.7a

Hình 2.7a. Phổ năng lượng của
52

V đối với hai đetectơ sau khi nối code, vùng năng
lượng >5 MeV.
Sử dụng các tia gamma tức thời có cường độ lớn của
52
V phát ra khi bắt
nơtron làm các đỉnh chuẩn. Các đỉnh chuẩn này sẽ được sử dụng để để chuẩn năng
lượng đối với số liệu của từng kênh đo, xây dựng các hàm chuẩn năng lượng cho
từng kênh đo. Sau khi đã xác định được hàm chuẩn năng lượng cho từng kênh đo,
các giá trị code trong file sau khi nối được chuẩn từ giá trị kênh về giá trị năng
lượng. Quá trình tạo phổ tổng cũng như tạo các phổ nối tầng tương ứng với các đỉnh
tổng thu được sẽ được tiến hành trên bộ code đã được chuẩn năng lượng. Các
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
20
chuyển dời gamma sử dụng để hiệu chuẩn năng lượng và hàm chuẩn năng lượng đối
với từng đetectơ được trình bày trên bảng 2.2.
Bảng 2.2. Tham số và hàm chuẩn đối với từng đetectơ
Đetectơ A Đetectơ B
Kênh Năng
lượng
(keV)
Năng
lượng
khớp
(keV)
Độ lệch
(keV)
Kênh Năng
lượng

(keV)
Năng
lượng
khớp
(keV)
Độ lệch
(keV)
252 295.02 295.64 0.62 246 295.02 295.86 0.84
381 436.02 435.93 0.67 377 436.61 437.69 1.08
450 511.00 510.98 0.02 445 511.00 511.32 0.32
737 823.19 823.17 0.02 733 823.19 823.16 0.03
1413 1558.79 1558.71 0.08 1412 1558.78 1558.43 0.35
1614 1777.91 1777.48 0.43 1614 1777.91 1777.18 0.73
1953 2145.84 2146.50 0.97 1776 1952.92 1952.63 0.29
3293 3605.92 3605.98 0.06 1953 2145.84 2144.32 1.52
3762 4116.92 4117.01 0.17 2829 3094.92 3093.13 1.79
3828 4188.07 4189.03 0.96 3301 3605.92 3604.42 1.50
4107 4493.76 4493.16 0.60 3774 4116.92 4116.83 0.08
4295 4699.07 4698.13 0.94 3839 4188.07 4187.26 0.81
4324 4730.03 4729.75 0.28 4122 4493.76 4493.87 0.11
4576 5004.76 5004.54 0.22 4312 4699.07 4699.72 0.65
4794 5241.03 5242.28 1.25 4340 4730.03 4730.06 0.03
4977 5442.84 5441.88 0.95 4594 5004.76 5005.27 0.51
5026 5495.2 5495.34 0.14 4785 5210.07 5212.23 2.16
5261 5752.03 5751.70 0.33 4813 5241.03 5242.57 1.54
5354 5852.12 5853.16 1.04 5047 5495.26 5496.13 0.87
5446 5953.84 5953.54 0.30 5067 5515.76 5517.80 2.04
5495 6006.26 6007.01 0.75 5284 5752.03 5752.95 0.93
5820 6363.12 6362.67 1.45 5376 5852.12 5852.66 0.54
5914 6464.84 6464.26 0.58 5470 5953.84 5954.52 0.68

5963 6517.26 6517.74 0.49 5518 6006.26 6006.54 0.28
6086 6651.84 6651.99 0.15 5846 6363.12 6362.01 1.11
6290 6874.12 6874.69 0.57 5940 6464.84 6463.88 0.96
6554 7162.84 7162.92 0.08 5988 6517.26 6515.90 1.35
6113 6651.84 6651.38 0.46
6317 6874.12 6872.48 1.64
6582 7162.84 7161.71 1.13
Hàm khớp:
E = 3.46×10
-7
×ch
2
+
1.09×ch + 21.61
Hàm khớp:
E = 9.50×10
-8
×ch
2
+
1.08×ch + 29.52
Ghi chú: ch là vị trí kênh tương ứng của phổ.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
21
Sau khi xác định được các hàm chuẩn năng lượng ứng với số liệu của từng
đetectơ, tiến hành hiệu chỉnh lại code số liệu của từng đetectơ ứng với từng hàm
chuẩn năng lượng tính được. Phổ năng lượng gamma sau khi chuẩn năng lượng và
hiệu chỉnh code số liệu được trình bày trên hình 2.7b.

Hình 2.7b. Phổ năng lượng của
52
V đối với hai đetectơ sau khi hiệu chỉnh năng
lượng, vùng năng lượng >5 MeV.
Phổ tổng của
52
V ở vùng năng lượng từ 6 MeV đến năng lượng liên kết
nơtron B
n
được trình bày trên hình 2.8.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
22

Hình 2.8. Phổ tổng của
52
V vùng năng lượng từ 6 MeV đến năng lượng B
n
Phổ nối tầng tương ứng với một số đỉnh tổng được trình bày trên hình 2.9 và hình
2.10.

Hình 2.9. Phổ nối tầng ứng với đỉnh tổng 7311.24 keV
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
23

Hình 2.10. Phổ nối tầng ứng với đỉnh tổng 7292 keV.

2.2. Xác định hiệu suất ghi của hệ phổ kế
Hàm hiệu suất của các đetectơ chỉ được cung cấp khi có yêu cầu đối với nhà
sản xuất. Ngay cả trong trường hợp được cung cấp, các hàm này vẫn cần phải được
kiểm tra đánh giá lại bằng thực nghiệm. Hiệu suất ghi của một hệ là một hàm phụ
thuộc năng lượng, hình học đo và hình họ
c mẫu. Hiệu suất ghi của hệ trùng phùng
là một hàm phụ thuộc vào hiệu suất ghi của từng đetectơ và phụ thuộc vào phân bố
năng lượng giữa các chuyển dời nối tầng vì vậy xác định chính xác hàm hiệu suất
ghi của hệ trùng phùng là công việc rất quan trọng để tính được cường độ chuyển
dời của các gamma nối tầng cũng như các tính toán khác dựa trên số liệu thực
nghiệm thu được. Thực nghiệm được xác định trên phản ứng
35
Cl(n
th
,γ)
36
Cl và được
nội suy cho dải năng lượng từ 0.5 ÷ 8 MeV. Diện tích các đỉnh trong phổ gamma
tức thời của
36
Cl được tính bằng chương trình Colegram [9]. Để xác định hiệu suất
ghi tương đối tại các đỉnh năng lượng toàn phần, các diện tích đỉnh sau khi xử ý
được chuẩn theo diện tích và cường độ phát của đỉnh 517.08 keV cho từng đetectơ.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
24
Các bức xạ gamma tức thời của
36
Cl được sử dụng để xác định hiệu suất ghi cho hệ

phổ kế trình bày trong bảng 2.3.
Bảng 2.3: Hiệu suất tương đối của các đầu dò theo năng lượng.
Đầu dò EGPC20 (%) Đầu dò GC1518 (%)
E(keV)
Chuẩn theo 517
keV của Cl
36
Chuẩn theo
NaI
Chuẩn theo 517
keV của Cl
36
Chuẩn theo
NaI
517.08 100.00 (218) 35.83(217) 100.00(178) 36.24(177)
788.43 76.01(190) 27.23(189) 60.96(139) 22.09(139)
1162.78 55.26(162) 19.80(162) 40.57(113) 14.71(113)
1601.08 45.47(147) 16.29(147) 27.94(94) 10.13(94)
1959.36 33.74(127) 12.09(127) 25.82(90) 9.36(90)
2863.82 22.30(103) 7.99(103) 14.40(67) 5.22(67)
3061.86 18.86(95) 6.76(95) 11.93(61) 4.32(61)
4979.71 10.89(72) 3.90(72) 08.88(53) 3.22(53)
5715.19 06.02(53) 2.16(53) 04.43(37) 1.60(37)
6627.75 04.75(46) 1.70(46) 03.66(34) 1.33(34)
7413.95 02.58(35) 0.92(35) 02.05(26) 0.74(26)
7790.32 01.76(29) 0.63(29) 01.27(20) 0.46(20)
Hàm hiệu suất ghi tương đối của từng đetectơ được khớp từ số liệu trong bảng
1 theo phương pháp bình phương tối thiểu. Quá trình khớp được thực hiện trên phần
mềm Origin 7.5. Quá trình khớp với từng hàm sẽ được lặp theo phương pháp
Levenberg Marquardt cho đến khi hội tụ (khi bình phương đạt cực tiểu). Các mô

hình hàm khớp (2.1), (2.2) và (2.3) đã được sử dụng để tính hiệu suất ghi của hệ
trùng phùng.
2
12 3
log ( ) log( ) [log( )]
E
aa E a E
γ
ε
=+ + (2.1)
0
log ( ) log
1022
i
n
i
i
E
Ea
γ
ε
=
⎧
⎫
⎛⎞
=
⎨
⎬
⎜⎟
⎝⎠

⎩⎭
∑
(2.2)
7
0
5
0
3
0
)(
6
)(
4
)(
21
)(
a
EE
a
EE
a
EE
eaeaeaaE
−
−
−
−
−
−
+++=

ε
(2.3)
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V
25
Kết quả khớp xác định các hệ số và hàm hiệu suất được trình bày trong bảng
2.4 và hình 2.11.
Bảng 2.4. Tham số của các hàm hiệu suất thu được từ quá trình khớp số liệu.
Đầu dò EGPC20 Đầu dò GC1518
Tham
số
Hàm 1 Hàm 2 Hàm 3 Hàm 1 Hàm 2 Hàm 3
a
1
-1.8059 -0.2948 -0.00019 -2.4944 -0.1636 -0.01028
a
2
1.8738 -0.6588 0.47792

2.2403 -0.8089 0.85991
a
3
-0.4510 0.2263 460.90 -0.48737 -0.5096 305.88
a
4
-2.5351 1.0217 1.0978 0.85913
a
5
1.8271 2263.19 -1.0855 2674.94

a
6
-0.35837 -0.41317
a
7
2263.19 2674.94
E
0
397.79

397.96
χ
2
, r
2
0.00118,
0.995
0.0055,
0.985
0.00029,
0.998

0.00092,
0.996
0.00251,
0.993
0.00014,
0.998
Kết quả thu được cho thấy hàm dạng (2.3) và các tham số tương ứng trong
bảng (2.3) là phù hợp cho mô tả hiệu suất của hệ phổ kế trùng phùng. Do tính đối

xứng, kết quả thu được cho thấy hiệu suất ghi trùng phùng của hệ rất ít phụ thuộc
năng lượng.

Hình 2.11. Hiệu suất ghi tương đối của hai đetectơ, đường đứt nét: hiệu suất của
đetectơ EGPC20, đường liền nét: hiệu suất của đetectơ GC1518.
Cường độ chuyển dời và mật độ mức của hạt nhân
52
V