Luận án Tiến sĩ Vật lý: Ứng dụng phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của hạt nhân YB và SM trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
_____________________






NGUYỄN XUÂN HẢI





ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG BIÊN ĐỘ
CÁC XUNG TRÙNG PHÙNG NGHIÊN CỨU PHÂN RÃ
GAMMA NỐI TẦNG CỦA HẠT NHÂN Yb VÀ Sm
TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT

Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử và Hạt nhân
Mã số: 62 44 05 01


LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. VƯƠNG HỮU TẤN

2. TS. PHẠM ĐÌNH KHANG


ĐÀ LẠT – 2010

1
MỞ ĐẦU

Mật độ mức hạt nhân là một trong những vấn đề vẫn còn cần được tiếp tục
nghiên cứu. Sự thay đổi mật độ mức hạt nhân do tác động của các hiệu ứng
khác nhau thông qua các tham số mật độ mức là quá trình phức tạp và cần
phải tiến hành nhiều thực nghiệm có độ chính xác cao để làm cơ sở cho các
đánh giá, hiệu chỉnh lại các tham số c
ũng như các mô hình lý thuyết. Các
nghiên cứu mật độ mức kích thích vùng năng lượng trung gian nằm dưới năng
lượng liên kết của nơtron với hạt nhân có khá nhiều ý nghĩa vì nó liên quan
trực tiếp đến số liệu sử dụng cho tính toán và thiết kế lò phản ứng. Các nghiên
cứu này chỉ có thể thực hiện bằng các phép đo bức xạ gamma do hạt nhân bị
kích thích phát ra. Tuy nhiên, loại trừ phông của trường bức xạ gamma, lo
ại
trừ ảnh hưởng của quá trình tán xạ compton vẫn là các vấn đề chưa được xử
lý triệt để.
Lò phản ứng Hạt nhân Đà Lạt (LPƯHNĐL) đã được đưa vào vận hành khai
thác hơn 20 năm, việc nâng cao hiệu quả khai thác các kênh ngang của lò
trong nghiên cứu cơ bản, đào tạo đội ngũ và nghiên cứu ứng dụng là cần thiết
để phục vụ cho việc xây dựng lò ph
ản ứng nghiên cứu mới cũng như chương
trình ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hoà bình của đất nước.
Phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng, là một phương pháp ghi đo
hiện đại sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng, cho phép xử

lý triệt để bức xạ phông và ảnh hưởng của tán xạ compton. Triển khai thành
công phương pháp sẽ nâng cao đáng kể trình độ th
ực nghiệm của đội ngũ làm
vật lý hạt nhân thực nghiệm tại Đà Lạt. Đây sẽ là cơ sở để thiết kế, lắp đặt các
hệ đo phức tạp sử dụng nhiều đetectơ trong tương lai.

2
Triển khai các nghiên cứu thực nghiệm với độ phức tạp cao có tác dụng thúc
đẩy sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là lĩnh vực chế tạo các thiết bị điện
tử hạt nhân trong nước. Các kết quả luận án cho thấy đội ngũ nghiên cứu
trong nước đã có khả năng tự thiết kế, tiến hành những thí nghiệm có độ
chính xác và phức tạp cao.
Tình hình nghiên cứ
u ngoài nước
Về phương pháp nghiên cứu
Phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng là phương pháp nghiên cứu
các trạng thái kích thích của hạt nhân vùng năng lượng dưới B
n
rất có hiệu
quả. 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, Viện Liên hợp nghiên cứu hạt nhân
(VLHNCHN) Đubna (Liên Xô cũ) đã xây dựng được hệ phổ kế cộng biên độ
các xung trùng phùng sử dụng các đetectơ bán dẫ
n 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 dừng
các nghiên cứu. Ở Cộng hoà Séc, hướng nghiên c

ứu 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 [63,65,66] trong
hội nghị (17÷20/6/2007) 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 lượng liên kết của nơtron với hạt
nhân.
Về cấu trúc các hạt nhân được lựa chọn

3
Các hạt nhân biến dạng nặng có sơ đồ các trạng thái kích thích khá phức tạp.
Cấu trúc của các hạt nhân này thể hiện đóng góp của các tương tác một hạt,
tương tác quay, chuyển động tập thể và cả tương tác cặp. Vì vậy, trong những
năm gần đây, các hạt nhân biến dạng nặng thường được chọn làm đối tượng
nghiên cứu trên chùm nơtron. Tuy nhiên, do khó khăn không khắc phục được
c
ủa các phương pháp ghi đo bức xạ gamma kinh điển nên số liệu được công bố
chủ yếu ở vùng năng lượng dưới 3 MeV. Trong khi về mặt nguyên tắc, năng
lượng kích thích càng cao thì mật độ mức kích thích, tính chất phức tạp của nó
và kèm theo là lượng thông tin càng tăng.
Một điều đặc biệt là cho tới nay, chỉ có một số phòng thí nghiệm lớn tổ chức
nghiên cứu thực nghiệm đối v
ới các hạt nhân biến dạng nặng (CINDA-2006).
Có thể lý giải sự kiện này là do:
1- Số lượng bia giàu đồng vị vùng hạt nhân biến dạng nặng rất khó tách chiết
và rất đắt;
2- Các hạt nhân biến dạng nặng có rất nhiều chuyển dời gamma với năng
lượng khác nhau nên phông tán xạ compton cao. Do đó, việc tách và tính
cường độ các chuyển dời bằng phổ kế gamma thông thường gặp nhiều khó
khăn. Các nghiên cứu trên h

ạt nhân biến dạng nặng mang tính học thuật cao
nhưng phải giải quyết nhiều khó khăn về thực nghiệm cũng như xử lý số liệu.
Còn các nghiên cứu trên hạt nhân nhẹ, trung bình và các đồng vị có thể phân
hạch hoặc sản phẩm phân hạch lại là cơ sở cho việc sử dụng vật liệu trong lò
phản ứng,
Về số liệu của hạt nhân
153
Sm
Các tổng kết của Helmer [30] cho thấy các kết quả nghiên cứu thực nghiệm
chủ yếu trên hạt nhân này như sau:

4
Các nghiên cứu thực nghiệm sử dụng phổ kế tinh thể xác định được cường độ
và năng lượng từ 4÷7 tia gamma. Năng lượng của các tia gamma này hầu hết
đều nhỏ hơn 1050 keV. Các nghiên cứu thực nghiệm sử dụng đetectơ bán dẫn
Ge cho phép xác định năng lượng và cường độ của 31 mức có năng lượng
trong khoảng từ 223÷5867 keV. Các nghiên cứu của
Michael và cộng sự công
bố vào 1971 [30,49] sử dụng các đetectơ bán dẫn (Si(Li) và Ge) đã xác định
được 79 mức có năng lượng nhỏ hơn 1220 keV và 25 mức có năng lượng trên
4460 keV. Các nghiên cứu của Barchuk công bố vào 1982 [12] thu được 15
chuyển dời có năng lượng trên 3200 keV và 4 mức mới. Các đánh giá gần đây
nhất (CINDA-2006) về hạt nhân này bao gồm các tổng hợp về đo đạc thực
nghiệm và đánh giá lý thuyết cũng cho thấy không có những tiến bộ
đáng kể
về số liệu phân rã gamma nối tầng của hạt nhân này.
Về số liệu của hạt nhân
172
Yb
Các nghiên cứu được tiến hành trên các bia đồng vị có độ giàu từ 88÷98% và

được tiến hành trên nhiều loại phổ kế khác nhau như phổ kế tinh thể, phổ kế
tạo cặp, phổ kế từ… Tuy nhiên số lượng các dịch chuyển gamma thu được
không nhiều (nhiều nhất là 36 dịch chuyển sơ cấp), số liệu đo giữa các tác giả
sử dụng các phương pháp khác nhau không cho thấy sự phù hợp [11]. Các
nghiên cứ
u gần đây được Voinov tiến hành tại Mỹ [57] cũng không thu được
thêm các kết quả mới. Đáng chú ý nhất trong các nghiên cứu thực nghiệm
được tiến hành trên hạt nhân này là công trình của Gelletly và các cộng sự
[23]. Các tác giả đã kết hợp hai phương pháp đo trùng phùng beta-gamma và
trùng phùng gamma-gamma để xây dựng sơ đồ mức dựa trên nguyên tắc Ritz,
tuy nhiên các đetectơ được sử dụng là Ge(Li) nên độ phân giải năng lượng
không cao. Schiller và các cộng sự [57] đã sử
dụng bia Yb
2
O có độ giàu giống
như sử dụng trong thí nghiệm của luận án, phương pháp đo cũng gần tương tự
tuy nhiên khối lượng bia mẫu lớn hơn, các điều kiện thí nghiệm như chùm

5
nơtron, các khối điện tử, hiệu suất ghi và chất lượng của các đetectơ đều tốt
hơn.
Tình hình nghiên cứu trong nước
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 Việ
t Nam (NLNTVN)
thực hiện. Các nghiên cứu tại Viện VLĐT chủ yếu được tiến hành ở nước
ngoài do PGS. TS. Lê Hồng Khiêm tiến hành. Các nghiên cứu tại Viện
NLNTVN được triển khai tại LPƯHNĐL từ những năm 90 của thế kỷ trước.
Hiện nay, các nghiên cứu hoàn thiện hệ đo vẫn đang được tiếp tục; chất lượng

chùm bức xạ nơtron trên kênh số 3 và phông ngày càng được cải thiệ
n nâng
cao. Đây là cơ sở để khẳng định các thí nghiệm nghiên cứu cấu trúc hạt nhân
theo phương pháp SACP 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, Viện NLNTVN, Đại học Quốc gia Hà Nội (ĐHQGHN) thông qua các
đề tài nghiên cứu, dự án tăng cường trang thiết bị trong 6 năm qua và công
sức trí tuệ của nhóm nghiên cứu. Cho đến thời điểm hiện nay thì chỉ có
LPƯHNĐL là cơ sở duy nhất ở Việt Nam có đủ điều kiện để triển khai các
thực nghiệm nghiên cứu phân rã gamma nối tầng trên chùm nơtron, nhờ các
lợi thế của chùm nơtron từ lò phản ứng và hệ đo vừa được xây dựng.
Các nội dung nghiên cứu của luận án:
1- Về kênh chiếu mẫu: Nghiên cứu và chọn giải pháp tối ưu để nâng cao tỷ
số cadmi của chùm nơtron trên kênh số 3 từ 200 lên khoảng 1000, thiết kế chế

6
tạo hệ thống giá đỡ, hệ thống dẫn dòng nơtron và che chắn giảm phông cho
phổ kế SACP.
2- Về hệ đo: Thiết kế, lắp đặt, hiệu chỉnh và thử nghiệm hệ đo trùng phùng
với một số cấu hình khác nhau trên kênh nơtron số 3 để xác lập các thông số
của hệ đo làm cơ sở cho các nghiên cứu thực nghiệm.
3- Về đối tượng nghiên cứu: S
ử dụng hệ đo SACP để thu thập số liệu phân
rã gamma nối tầng của các hạt nhân
153
Sm và
172

Yb trong các phản ứng của
152
Sm(n,2γ)
153
Sm và
171
Yb(n,2γ)
172
Yb với các nơtron nhiệt.
4- Về xử lý số liệu: Xây dựng các chương trình thu nhận và xử lý số liệu chạy
trên môi trường Windows theo các thuật toán của phương pháp gồm: chương
trình thu nhận và lưu trữ số liệu đo, chương trình chuẩn năng lượng của các cặp
sự kiện trùng phùng sử dụng giao diện đồ họa, chương trình tạo các phổ tổng
và phổ nối tầng bậc hai t
ương ứng với từng đỉnh tổng, chương trình tính mật độ
mức, cường độ phân rã, Xử lý số liệu đo của
153
Sm và
172
Yb nhằm thu được
các thông tin thực nghiệm như mật độ mức, cường độ dịch chuyển, sơ đồ phân
rã làm cơ sở cho các đánh giá lý thuyết về số liệu và cấu trúc hạt nhân.
Bố cục của luận án gồm các phần Mở đầu, ba chương chính và phần Kết luận.
Trong đó:
Chương 1 trình bày tổng quan về các hệ phổ kế ghi đo γ và một số mẫu lý
thuy
ết về mật độ mức hạt nhân.
Chương 2 trình bày về sự phát triển phương pháp thực nghiệm nghiên cứu
phân rã gamma nối tầng trên LPƯHNĐL.
Chương 3 trình bày kết quả nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của Yb và

Sm sử dụng hệ phổ kế SACP trên LPƯHNĐL.
Ngoài ra còn có các phần tài liệu tham khảo và phụ lục.

7
ChươngI
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

I. 1. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc hạt nhân dựa trên phản ứng (n,γ)
Đã hơn 70 năm kể từ khi nơtron được tìm ra cũng như các thành phần cơ bản
của hạt nhân được xác định, song cho đến nay cấu trúc của hạt nhân vẫn còn
là bài toán cần được tiếp tục nghiên cứu. Các phương pháp nghiên cứu thực
nghiệm chủ yếu là dùng các chùm h
ạt có năng lượng khác nhau để đưa hạt
nhân lên trạng thái kích thích và nghiên cứu các tính chất của nó thông qua
các sản phẩm phản ứng. Nhờ tính chất không mang điện nên nơtron dễ gây
phản ứng hạt nhân. Tùy theo năng lượng của nơtron đến và loại hạt nhân bia
mà sản phẩm phản ứng có thể khác nhau. Trong đa số trường hợp, hạt nhân
kích thích sẽ phân rã gamma để về trạng thái cơ bản. Việc ghi đo b
ức xạ
gamma đưa lại nhiều thông tin về cấu trúc hạt nhân nhất trong các phương
pháp nghiên cứu. Các phản ứng (n,γ) được nghiên cứu khá phổ biến không chỉ
vì vấn đề cấu trúc hạt nhân mà còn vì tính ứng dụng của nó trong các lò phản
ứng hạt nhân, trong phân tích kích hoạt, trong nghiên cứu vật liệu,

Hình 1.1: Quá trình phản ứng của nơtron với hạt nhân.
Xác định năng lượng, cường độ của các tia gamma phát ra, ta có thể biết được
thông tin về các trạng thái kích thích như năng lượng, độ rộng mức, xác suất

8
tạo thành và phân rã về các mức thấp hơn. Các thông tin thực nghiệm là cơ sở

để đánh giá, kiểm chứng lại các mẫu lý thuyết về số liệu và cấu trúc hạt nhân.
Hiện nay các nghiên cứu số liệu và cấu trúc hạt nhân dựa trên phản ứng (n,γ)
chủ yếu được tiến hành trên lò phản ứng hạt nhân và trên một số máy gia tốc.
Có thể chia vấn đề thành hai hướng:
- Hướng tính toán lý thuyế
t: tổ chức biên tập, đánh giá lại số liệu phản
ứng, đánh giá kiểm chứng và phát triển các mô hình lý thuyết để mô tả
tiết diện phản ứng, mật độ mức, độ rộng mức, hàm lực phân rã
gamma,
- Hướng thực nghiệm: tiến hành đo đạc thực nghiệm trên các chùm
nơtron có năng lượng khác nhau, trên các bia mẫu để xác định năng
lượng, cường độ và thời gian số
ng của các trạng thái kích thích với độ
chính xác tốt nhất có thể.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm hầu như phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng
của các hệ phổ kế.
Do tương tác của bức xạ gamma với vật chất - cụ thể là với chất liệu làm
đetectơ – tuân theo ba hiệu ứng chính là hiệu ứng hấp thụ quang điện, hiệu
ứng tán xạ compton và hiệu
ứng tạo cặp nên phổ bức xạ gamma thu được
luôn phức tạp. Xuất phát từ nguyên nhân đó, đã có một số loại phổ kế gamma
khác nhau nhằm tới các mục đích giảm phông, loại trừ ảnh hưởng của các
hiệu ứng không mong muốn để thu được các thông tin có ích. Trong phần
đánh giá chung về phương pháp nghiên cứu sẽ trình bày một số loại phổ kế
gamma thường được sử dụng và ư
u nhược điểm của các loại phổ kế này.
I.1.1. Phổ kế gamma đơn tinh thể với đetectơ bán dẫn siêu tinh khiết
Đetectơ bán dẫn siêu tinh khiết HPGe có những ưu điểm rõ rệt là không phải
bảo quản liên tục trong nitơ lỏng, đồng thời độ phân giải năng lượng, hiệu
suất ghi cũng cao hơn hẳn các đetectơ bán dẫn khuếch tán có cùng thể tích.

9
Việc sử dụng đetectơ bán dẫn trong hệ phổ kế gamma đơn tinh thể rất đơn
giản. Cấu hình chủ yếu của hệ đo được trình bày như trong hình 1.2:
Hình 1.2: Sơ đồ khối của phổ kế gamma bán dẫn đơn tinh thể.
Đetectơ bán dẫn được ghép nối với khuếch đại phổ. Tín hiệu ở lối ra của
đetectơ được khuếch đại phổ khuếch đại về biên độ và tạo dạng thích hợp cho
ADC phân tích biên độ đỉnh xung. Hệ thống ghép nối MCD sẽ thu nhận dữ
liệu sau khi ADC biến đổi xong và xếp vào ô nhớ. Số
lượng xung có cùng giá
trị biên độ tương ứng với số lượng giá trị năng lượng của lượng tử gamma mà
đetectơ hấp thụ được. Khi bức xạ gamma tương tác với đetectơ, phần năng
lượng mà đetectơ hấp thụ được lại tuỳ thuộc vào quá trình tương tác xảy ra.
Thường thì quá trình tương tác là một trong ba hiệu ứng tương tác dưới đây:
- Đetectơ h
ấp thụ hoàn toàn năng lượng của lượng tử gamma theo hiệu
ứng quang điện.
- Đetectơ hấp thụ chỉ được một phần năng lượng gamma theo hiệu ứng
compton - do góc tán xạ compton thay đổi trong dải rộng từ 0 tới 180
0
nên
phần năng lượng hấp thụ được cũng nằm trong dải rộng và không tạo thành
đỉnh (ở đây cũng có thể có tán xạ compton nhiều lần dẫn đến toàn bộ năng
lượng của lượng tử gamma hấp thụ hết và quá trình này cũng đóng góp vào
các đỉnh xuất hiện do hiệu ứng quang điện).
- Hiệu ứng tạo cặp xuất hiện khi năng lượng lượng t
ử gamma lớn hơn
1022 keV. Quá trình tương tác theo hiệu ứng tạo cặp sinh ra cặp electron -
pozitron. Bên trong đetectơ, quãng chạy của các hạt electron rất ngắn và năng
lượng của electron sẽ nhanh chóng bị hấp thụ. Còn pozitron sau khi chậm lại

sẽ nhanh chóng bị hủy tạo nên hai lượng tử gamma 511 keV. Nếu cả hai

10
lượng tử gamma cùng bị hấp thụ thì quá trình này tương đương hấp thụ quang
điện. Nếu một trong hai lượng tử gamma bay ra ngoài, phần năng lượng bị
hấp thụ sẽ tạo nên đỉnh thoát đơn, nếu cả hai lượng tử gamma bay ra ngoài,
phần năng lượng bị hấp thụ sẽ tạo nên đỉnh thoát kép. Như vậy quá trình tạo
cặp của một chuyển dời sẽ đóng góp thêm 2
đỉnh ngoài đỉnh hấp thụ toàn
phần và thêm phần phông liên tục do tán xạ compton khi có hủy cặp. Trên
hình 1.3 là phổ bức xạ gamma của
35
Cl(n,γ)
36
Cl. Để đánh giá chất lượng đỉnh,
người ta thường dùng tỷ số diện tích đỉnh trên phông và nhiều khi số đếm của
nền compton lớn gấp nhiều lần diện tích đỉnh. Do vậy, sai số của việc xác
định tiết diện đỉnh - cường độ chuyển dời tăng lên đáng kể.
Hình 1.3: Phổ bức xạ gamma tức thời của
36
Cl đo với phổ kế đơn tinh thể.
Phổ bức xạ gamma trên hình 1.3 cho thấy: Nền phông compton lớn và phức
tạp chứ không đơn thuần là giảm tuyến tính theo chiều tăng của năng lượng.
Số lượng đỉnh rất lớn, có cả những đỉnh thoát đơn và thoát kép rất mạnh và
nhiều khi mạnh hơn hẳn những đỉnh hấp thụ toàn phần có năng lượng gần kề.
Như vậy, việc xác định các chuyển dời có cường độ nhỏ sẽ chịu hai nguồn sai
số lớn: Sai số do phông và sai số do có các chuyển dời mạnh ảnh hưởng tới.

11
Trong nghiên cứu cấu trúc hạt nhân từ các chuyển dời thu được trong phổ bức

xạ gamma đơn tinh thể, không thể sắp xếp sơ đồ mức kích thích do không biết
được thứ tự của các chuyển dời. Với các chuyển dời đo được trong phổ này
thì không thể xác định được đâu là chuyển dời sơ cấp, đâu là chuyển dời thứ
cấp, những chuyển dời nào thuộc v
ề cặp phân rã nối tầng Do vậy cũng
không thể đánh giá được những thông số như mật độ mức hạt nhân, hàm lực
của chuyển dời gamma Ngoài lý do về tỷ số diện tích đỉnh trên nền phông,
độ phức tạp của phổ thì lý do vừa nêu trên là quan trọng nhất để phát triển các
phương pháp nghiên cứu sử dụng đetectơ bán dẫn ghi bức xạ gamma.
I.1.2. Phổ kế gamma đối trùng giả
m phông compton
Phổ kế gamma đối trùng giảm phông có cấu tạo đơn giản như hình 1.4. Hệ
gồm 1 đetectơ chính, các đetectơ phụ bao quanh và các khối điện tử để điều
khiển quá trình ghi bức xạ gamma theo tín hiệu từ các đetectơ. Do các thông
tin thu được về đối tượng đo chủ yếu nằm ở các đỉnh hấp thụ quang điện nên
các hệ phổ kế đố
i trùng giảm phông compton được sử dụng khá nhiều.

Hình 1.4: Phổ kế đối trùng giảm phông compton [69].
Nguyên tắc hoạt động của hệ đo phức hợp như hình 1.4 là các lượng tử
gamma tán xạ compton đi ra khỏi đetectơ chính sẽ được các đetectơ phụ bao

12
quanh ghi nhận. Xung điện từ các đetectơ bao quanh sẽ khoá không cho phép
ghi nhận xung từ đetectơ chính trong một khoảng thời gian nào đó tuỳ thuộc
vào độ phân giải thời gian của hệ. Nếu từ các đetectơ xung quanh không có
xung ra thì xung từ đetectơ chính sẽ được ghi (được coi là tương ứng với sự
hấp thụ hoàn toàn). Để nâng cao khả năng giảm phông trong phổ cần chú ý
đến hai vấn đề quan trọ
ng sau:

* Hệ đetectơ bao quanh có hiệu suất ghi càng cao càng tốt: Nếu hấp thụ
được 30% số lượng tử gamma sau tán xạ compton thì tức là phông đã giảm đi
30%. Với các hệ tốt nhất hiện nay, phông compton giảm đi được khoảng từ 30
đến 50%.
* Hệ cần được che chắn kỹ vì phông gamma cao sẽ dẫn tới giảm khả
năng ghi đo sự kiện có ích do trùng phùng ngẫu nhiên. Đồng thời cũng phải
tăng độ phân giải thời gian của hệ để giảm trùng phùng ngẫu nhiên. Chúng ta
biết rằng tốc độ trùng phùng ngẫu nhiên N
nn
= 2 N
1
.N
2
.τ với N
1
là tốc độ đếm
ở đetectơ 1, N
2
là tốc độ đếm ở đetectơ 2, τ là độ rộng cửa sổ thời gian trùng
phùng (hoặc đối trùng). Như vậy để giảm ảnh hưởng của trùng phùng ngẫu
nhiên chúng ta cần giảm cả 3 tham số trên bằng che chắn và tăng tốc độ làm
việc của hệ điện tử. Tất nhiên, do bản chất quá trình tương tác nên với các
đetectơ bán dẫn, cửa sổ trùng phùng τ không thể
nhỏ hơn một giá trị nào đó
đặc trưng riêng cho hệ đo. Do tốc độ của hệ điện tử thường rất lớn nên ảnh
hưởng đến độ phân giải thời gian của hệ điện tử không đáng kể so với thời
gian di chuyển của các phần tử tải điện trong đetectơ; giá trị τ tối thiểu thường
được l
ấy bằng khoảng 3 lần thời gian của đetectơ (khoảng cách giữa hai điện
cực chia cho tốc độ trôi dạt của các phần tử tải điện chính tương ứng với giá

trị cao áp làm việc được lựa chọn của đetectơ).


13
I.1.3. Phổ kế compton
Tán xạ compton cũng có thể được sử dụng theo một cách khác để đo năng
lượng bức xạ của tia gamma. Khi bức xạ gamma tới có năng lượng là hν
0

tương tác với electron theo hiệu ứng tán xạ compton, năng lượng của electron
giật lùi (đetectơ hấp thụ được phần năng lượng này) tương ứng với lượng tử
gamma tán xạ bay ra với góc θ cố định được xác định như sau:
;MeV
)cos1(1
1
1hE
0
0
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
θ−α+
−ν=
β
với α
0
=

2
0
0
cm
hν
(1.1)
Như vậy, năng lượng của electron giật lùi chỉ phụ thuộc vào năng lượng hν
0

của lượng tử gamma tới khi góc tán xạ θ không đổi. Việc xây dựng hệ đo theo
định hướng này cũng cho phép giảm được phông do tán xạ compton. Trên
hình 1.5 là cách bố trí các đetectơ trong phổ kế compton.

Hình 1.5: Cách bố trí đetectơ trong phổ kế compton.
Hai đetectơ I và II được đặt sao cho đường thẳng nối hai tâm của hai tinh thể
tạo thành một góc θ với phương của chùm tia gamma ban đầu. Đetectơ I được
gọi là đetectơ phân tích, nó ghi nhận các electron giật lùi trong hiệu ứng tán
xạ compton. Đetectơ II được gọi là đetectơ điều khiển, nó ghi nhận các lượng
tử gamma tán xạ từ
đetectơ I với góc tán xạ θ. Quá trình tạo các chớp sáng
trong tinh thể điều khiển và tinh thể phân tích là đồng thời. Do vậy, nhờ sơ đồ

14
trùng phùng để phân tích, có thể lựa chọn những xung do electron giật lùi có
lượng tử gamma tán xạ bay ra với góc θ gây nên. Năng lượng của electron giật
lùi phụ thuộc đơn trị vào năng lượng của lượng tử gamma ban đầu khi góc tán
xạ cố định nên có thể xác định năng lượng của lượng tử gamma ban đầu theo
năng lượng của electron giật lùi. Trên hình 1.6 là các phổ minh hoạ khả năng
giảm phông của phổ k
ế compton với các đetectơ nhấp nháy NaI(Tl) [69].

Hình 1.6: Phổ đo với phổ kế đơn tinh thể (a, b) và phổ đo với phổ kế
compton (c, d) của Cs
137
và Mn
54
.
Từ sơ đồ hình 1.5 ta thấy các lượng tử gamma tán xạ rơi vào đetectơ điều
khiển không chỉ với góc θ mà là θ ± ∆θ. Vì vậy sẽ xuất hiện thăng giáng trong

15
phổ năng lượng của electron giật lùi và do vậy có sai số bổ sung khi xác định
năng lượng của lượng tử gamma ban đầu.
Để giảm thăng giáng khi xác định năng lượng electron giật lùi cần giảm góc
đặc ∆θ, còn để tăng hiệu suất ghi thì phải tăng góc đặc này. Để giảm sai số
xác định năng lượng của electron giật lùi, các tác giả trong [4] đã đặt đetectơ
điều khiể
n ở góc lớn hơn 150
0
.
I.1.4. Phổ kế tạo cặp
Trong một số trường hợp ghi nhận các bức xạ gamma năng lượng lớn, có thể
sử dụng phổ kế kế tạo cặp để nâng cao hiệu suất ghi và giảm bớt nền phông.
Quá trình vật lý xảy ra trong đetectơ ghi nhận như sau: Hiện tượng tạo cặp
electron - pôzitron xảy ra trong đetectơ ghi nhận. Do mật độ chất tạo nên
đetectơ
cao nên sau khi mất năng lượng, pôzitron sẽ nhanh chóng bị hủy cặp
và tạo nên hai lượng tử gamma 511 keV bay ngược chiều nhau. Nếu đặt các
cặp đetectơ ngược nhau 180
0

bao quanh đetectơ chính thì khi hiện tượng tạo
cặp xảy ra, đetectơ ghi nhận sẽ cho ra một xung điện có biên độ tỷ lệ với
E
γ
- 1022 keV (nếu hai lượng tử gamma hủy cặp 511 keV bay ra khỏi đetectơ)
hoặc E
γ
- 511 keV (nếu chỉ một lượng tử gamma 511 keV bay ra khỏi đetectơ)
hoặc E
γ
(nếu không có lượng tử gamma 511 keV nào bay ra khỏi đetectơ
chính). Như vậy, lựa chọn cách ghi nhận là 2 xung điện từ các cặp đetectơ đối
diện nhau (tương ứng các lượng tử gamma 511 keV) mở khoá trùng phùng
cho phép phân tích biên độ xung từ đetectơ chính. Chỉ các xung có biên độ
tương ứng với năng lượng E
γ
- 1022 keV (tương ứng với hiện tượng cặp xảy
ra) mới được ghi nhận. Điều này cho phép giảm hoàn toàn phông compton,
các đỉnh thoát đơn và các đỉnh hấp thụ hoàn toàn trong phổ gamma thu được.
Như vậy, phổ gamma sẽ đơn giản rất nhiều và khi xử lý phổ cần cộng thêm
1022 keV vào vị trí mỗi đỉnh.

16
Một số các nhược điểm của loại phổ kế này như sau:
- Chỉ ghi nhận được bức xạ gamma có năng lượng khá cao - trên
2,5 MeV cho dù về mặt lý thuyết, hiện tượng tạo cặp đã xảy ra khi lượng tử
gamma có năng lượng lớn hơn 1,022 MeV.
- Hiệu suất ghi thấp do ghi đo quá trình trùng phùng của 3 đetectơ.
- Trùng phùng ngẫu nhiên cao do hệ đetectơ bố trí gần kênh nơtron, cửa
sổ thời gian trùng phùng phải đặt cỡ µs để đáp ứng các đetectơ nhấp nháy

(thời gian phát sáng của đetectơ nhấp nháy NaI(Tl) vào khoảng 0,25 µs) đặt
quanh đetectơ ghi nhận chính.
Ở nước ta, các phổ kế triệt compton và phổ kế compton đều đã được thử
nghiệm nghiệm tại LPƯHĐL và ở Đại học Khoa học tự nhiên (ĐHKHTN)
thuộc Đại Học qu
ốc gia Hà Nội. Trong khuôn khổ đề tài KC08 [7], hệ phổ kế
cộng biên độ các xung trùng phùng cũng đã được thử nghiệm và cho một số
kết quả khẳng định định hướng nghiên cứu.
I.2. Phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng
Sự khó khăn trong nghiên cứu các trạng thái kích thích trung gian với các hệ
phổ kế đã có là tiền đề cho việc xuất hiện phương pháp SACP. Về thực chất,
phương pháp cộng biên độ
các xung trùng phùng là phương pháp trùng phùng
γ-γ kết hợp với việc lưu trữ và xử lý số liệu trên máy tính. Các nghiên cứu
phân tích quá trình hoạt động và cấu trúc hệ đo SACP sử dụng đetectơ nhấp
nháy, hệ cộng tương tự đã được bàn luận kỹ lưỡng trong [4]. Phương pháp đã
được một số cán bộ khoa học của Viện Liên hợp Nghiên cứu Hạt nhân
(LHNCHN) Đubna - Cộng Hoà Liên Bang Nga phát triển sang một hình thứ
c
mới mà khả năng ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc hạt nhân vùng năng lượng
dưới năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân (B
n
) thay đổi một cách cơ
bản.

17
I.2.1. Phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng
I.2.1.1. Bản chất phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng
Phương pháp SACP cho phép nghiên cứu thực nghiệm trực tiếp các trạng thái
trung gian để tách ra các dịch chuyển nối tầng hai gamma giữa trạng thái hợp

phần tạo thành của hạt nhân khi bắt nơtron và một mức dưới nào đó đã được
xác định từ trước bằng các phương pháp khác. Hệ phổ kế phục vụ cho phương
pháp SACP là hệ
trùng phùng nhanh chậm được ghép nối với máy tính để ghi
code biên độ. Vì thời gian phân giải của đetectơ bán dẫn thường vào khoảng
nano giây trong khi thời gian sống ở trạng thái kích thích trung gian nhỏ hơn
10
-12
s nên hai tia gamma của một phân rã nối tầng thực tế được quan sát đồng
thời trên hai đetectơ. Thông tin nhận được bằng phương pháp SACP có liên
quan tới các đặc trưng trung bình của các dịch chuyển nối tầng hai gamma.
Mức trung gian của dịch chuyển nối tầng có năng lượng kích thích hầu như
trong toàn dải năng lượng nằm dưới năng lượng liên kết nơtron. Vì vậy cường
độ trung bình của các dịch chuyển n
ối tầng hai gamma phụ thuộc vào hàm lực
bức xạ và hàm mật độ mức. Đây là các đối tượng thuận tiện cho nghiên cứu
khả năng mô tả lý thuyết phân rã gamma nối tầng ở vùng dưới năng lượng
liên kết nơtron.
Cơ sở của phương pháp SACP là ở chỗ các đetectơ HPGe biến đổi tuyến tính
năng lượng bức xạ gamma thành biên độ tín hiệu đo, tổng năng l
ượng 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 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

18
hấp thụ không hoàn toàn năng lượng dù là của một trong các lượng tử gamma
sẽ đóng góp vào phổ biên độ ở miền năng lượng thấp hơn đỉnh tổng và có
phân bố liên tục. Vì vậy, ta có thể dễ dàng tách ra từ tập hợp các trùng phùng
γ-γ chỉ những trường hợp mà toàn bộ năng lượng của dịch chuyển nối tầng bị
hấp thụ hoàn toàn trong hai đetectơ. Mặc dù xác su
ất trùng phùng và 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
4
phân rã), nhưng 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 SACP thu được nhiều thông tin hơn phương
pháp thông thường.
Điểm mới nữa về nguyên tắc trong sử dụng phương pháp SACP là ở chỗ các
đetectơ bán dẫn có độ phân giải tốt và hiệu suất ghi lớn đã được sử dụng để

tách ra các dịch chuyể
n nối tầng hai gamma với năng lượng tổng cộng bằng
hoặc nhỏ hơn năng lượng liên kết nơtron trong các hạt nhân hợp phần có mật
độ mức lớn. Các giá trị code được lưu trữ trên máy tính nên xử lý rất thuận
tiện.
Ngoài việc nghiên cứu các đặc trưng trung bình, phương pháp SACP còn cho
phép tách ra từ tập hợp các sự kiện trùng phùng γ-γ một số lớn các dịch
chuyển nố
i tầng hai gamma mạnh nhất, xác định được cường độ và năng
lượng của các dịch 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 các trường hợp hấp thụ không hoàn toàn
nă
ng lượng của các tia gamma ở hai đetectơ.
Việc sắp xếp các chuyển dời vào sơ đồ mức của phương pháp SACP dựa trên
nguyên tắc là các chuyển dời có mặt trong các phổ vi phân khác nhau là

19
chuyển dời sơ cấp, còn chuyển dời cùng cặp với nó là chuyển dời thứ cấp.
Trong phương pháp SACP, không sử dụng đến nguyên tắc Ritz để sắp xếp
các chuyển dời (xây dựng sơ đồ mức).
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
th
ống có thể làm sai khác cường độ dịch chuyển nối tầng. Sai số về năng
lượng của các chuyển dời có thể làm cho việc sắp xếp các chuyển dời gặp khó
khăn và vấn đề này được giải quyết bằng máy tính.
I.2.1.2. Một số hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng tiêu biểu
trên thế giới

Năm 1958, Hoogenboom đã đưa ra những phác thảo đầu tiên về phổ kế c
ộng
biên độ các xung trùng phùng sử dụng các đetectơ nhấp nháy [32,33]. Hệ
cộng biên độ xung từ hai đetectơ được thực hiện bằng khối điện tử cộng
tương tự còn thiết bị phân tích biên độ là các ADC 256 kênh.
Từ năm 1981, tại Viện LHNCHN Đubna đã đưa ra vấn đề ghi nhận, lưu trữ và
xử lý số [73,74,75] trên máy tính các thông tin thu được từ hệ đo cộng biên độ
các xung trùng phùng. Phươ
ng pháp này khác xa những nguyên tắc ban đầu
do Hoogenboom đưa ra. Nó cho phép tiết kiệm thời gian thực hiện một
nghiên cứu nhiều lần, độ chính xác cao hơn, loại trừ được ảnh hưởng chênh
lệch về thời điểm xuất hiện các xung từ đetectơ tương ứng với một cặp
chuyển dời nối tầng, khai thác và xử lý thông tin thuận lợi hơn hẳn. Phương
pháp do Viện LHNCHN Đubna đư
a ra có cấu hình giống như hệ phổ kế trùng
phùng nhanh chậm hiện đại có lưu trữ và cộng bằng số như hình 1.7. Trên sơ
đồ đã lược bỏ các khối dây trễ tập trung cỡ µs trước các khối khoá tuyến tính
và các dây trễ cỡ ns trước khối trùng phùng nhanh.

20

Hình 1.7: Hệ đo trùng phùng nhanh chậm.
Nguyên tắc hoạt động của hệ như sau: Các lượng tử gamma của một phân rã
nối tầng sẽ tạo nên hai xung điện xuất hiện đồng thời ở các lối ra của đetectơ.
Các xung ở lối ra T của hai đetectơ qua các khối khuếch đại nhanh, phân biệt
ngưỡng nhanh và đến khối trùng phùng nhanh. Khối trùng phùng nhanh sẽ
cho ra 1 xung điện khi hai lối vào có xung xuất hiệ
n trong khoảng thời gian
∆T được lựa chọn trước. Các xung ở lối ra E sẽ được khuếch đại bằng khuếch
đại phổ. Các khối SCA cho ra xung nếu biên độ xung ở lối vào nằm trong dải

đo được lựa chọn tương ứng khoảng năng lượng từ 0,5 đến 8 MeV. Như vậy,
từ một cặp gamma trùng phùng có năng lượng từ 0,5 đến 8 MeV được ghi
nhận sẽ có một xung ra ở kh
ối trùng phùng chậm. Xung ra ở khối này là tín
hiệu để các khoá tuyến tính mở cho các ADC nhận xung phân tích và giao
diện sẽ ghi nhận các giá trị bằng số (code) của biên độ xung của cặp chuyển
dời gamma nối tầng.
Có thể tóm tắt lại như sau: Các khối khuếch đại nhanh, phân biệt ngưỡng
nhanh và trùng phùng nhanh xác định tính chất đồng thời của các chuyển dời
gamma nối tầng; các khối phân tích đơn kênh, trùng phùng chậm, khoá tuyến
tính được sử d
ụng để lựa chọn dải năng lượng đo của bức xạ gamma; các khối

21
khuếch đại phổ, ADC làm nhiệm vụ biến đổi tạo code và giao diện thu nhận
đồng bộ dữ liệu.
Phiên bản tiếp theo của phổ kế SACP là hệ đo được xây dựng ở Tiệp Khắc
như hình 1.8.

Hình 1.8: Hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng ở Tiệp Khắc [65].
So với hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng tại Nga, hệ đã có nhiều
cải tiến đáng kể như không sử dụng các khối SCA, chỉ sử dụng một khối
trùng phùng. Điểm đặc biệt trong sơ đồ là sử dụng thêm khối TAC để phân
tích độ chênh thời gian giữa các cặp sự kiện trùng phùng và
để điều khiển quá
trình phân tích của các ADC. Các cặp sự kiện trùng phùng được chọn theo các
điều kiện tổng biên độ và độ chênh thời gian trước khi được phân tích và lưu
trữ dưới dạng “sự kiện-sự kiện”.

22

I.2.2. Xu hướng phát triển của các hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng
phùng
Nhờ sự phát triển của công nghệ điện tử và kỹ thuật xử lý tín hiệu số, các hệ
phổ kế hiện đại có xu hướng sử dụng nhiều đetectơ để tăng lượng thông tin
thực nghiệm từ một phép đo. Sơ đồ nguyên lý chung của các hệ đo như vậy có
d
ạng minh họa như trên hình 1.9.
Det 2
DSP1 A1,t1
A2,t2
Det 1
G
I
A
O
D
I
E
N
Phổ
trùng
phùng
theo
các
∆
T
DSPn An,tn Det n
DSP… A…,t…Det …

Det: Các đetectơ,

DSP: Các khối xử lý tín hiệu số.
DSP2
Hình 1.9: Sơ đồ khối của hệ trùng phùng đa năng xử lý tín hiệu số.
Nguyên tắc hoạt động của hệ như sau: Khi có tín hiệu ở lối ra của đetectơ,
khối DSP sẽ xử lý tín hiệu này và ở lối ra cho ra hai giá trị dưới dạng số là A
n

và t
n
tương ứng với năng lượng của bức xạ gamma và thời điểm xuất hiện của
nó trong tinh thể đetectơ. Khi kênh nào có tín hiệu xuất hiện thì khối giao diện
sẽ đọc, lưu lại giá trị biên độ và thời điểm xuất hiện của sự kiện trong từng
kênh. Số liệu lưu trữ trên máy tính sẽ gồm ba cột tương ứng với các giá trị A
n
,
t
n
và số của kênh tương ứng với sự xuất hiện của bức xạ ghi nhận được.
Thống kê chuỗi các sự kiện này ta sẽ chọn được các sự kiện trùng phùng
(hoặc không trùng phùng) xảy ra trong khoảng cửa sổ thời gian ∆T. Như vậy
so với cách thiết kế truyền thống thì cách thiết kế hệ đo như trên hình 1.9 có

23
hiệu suất ghi cao hơn và lượng thông tin thu được trong một phép đo nhiều
hơn gấp nhiều lần (cả trùng phùng và đối trùng hoặc nhiều kênh độc lập). Hệ
đo như vậy có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, gọn nhẹ trong
thiết kế chế tạo và rất dễ sử dụng do không có nhiều các thao tác chuẩn máy
bằng tay nên khá chuẩn xác góp phần làm giảm các sai số do người sử d
ụng.
Tuy nhiên, phần giao diện của hệ đo tương đối phức tạp, đòi hỏi phải sử dụng

các vi mạch có tốc độ xử lý cao và thường phải tự thiết kế do không có nhà
cung ứng sẵn. Số liệu thu được trong một phép đo có dung lượng lớn hơn
nhiều lần và đòi hỏi các phần mềm công cụ xử lý phức tạp hơn.
I.3. Sự phát triển của lý thuy
ết mật độ mức hạt nhân
I.3.1. Mật độ mức
Mật độ mức hạt nhân là một đặc trưng rất quan trọng của hạt nhân nguyên tử.
Mật độ mức hạt nhân cho phép đánh giá tiết diện của các phản ứng hạt nhân,
đây là một đại lượng quan trọng trong nghiên cứu vũ trụ và ứng dụng trong
khoa học công nghệ hạt nhân. Trong lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ
, nó cho phép
ta đánh giá được tốc độ phản ứng trong các ngôi sao, quá trình tạo thành các
nguyên tố trên trái đất, vũ trụ Trong công nghệ hạt nhân, nó được ứng dụng
trong tính toán tiết diện phản ứng phục vụ việc xây dựng các nhà máy điện
hạt nhân, phân tích và tính toán an toàn, Mặc dù mật độ mức có một vai trò
và ý nghĩa rất quan trọng song trong thực tế việc xác định mật độ mức vẫn
còn là vấn đề hết sức khó kh
ăn để có được kết quả có chất lượng. Hiện nay
việc nghiên cứu về mật độ mức chủ yếu có giá trị trong vùng từ 8÷20 MeV từ
phân tích các cộng hưởng lưỡng cực khổng lồ dựa trên quang phản ứng và số
liệu từ hệ phổ kế thời gian bay của nơtron [6,48]. Các vùng còn lại từ
3÷8 MeV và trên 20 MeV còn rất thiếu thông tin thực nghiệm. Việc mô tả
mật
độ mức trong các vùng năng lượng này chủ yếu vẫn dựa vào các mẫu lý

24
thuyết. Vấn đề nghiên cứu mật độ mức có tầm quan trọng và được đặt ra từ
rất lâu nhưng cho đến nay kết quả thu được vẫn còn nhiều hạn chế và vẫn còn
tiếp tục được giới nghiên cứu quan tâm. Dưới đây là tổng quan tình hình về
một số mẫu lý thuyết được sử dụng để mô tả mật độ mức trong vùng năng

lượng kích thích nằm dướ
i năng lượng liên kết của nơtron với hạt nhân.
Nguyên tắc chung là mẫu mô tả mật độ mức kích thích phải phù hợp cho một
số lớn các hạt nhân, phải mô tả được các kích thích nội tại hoặc riêng lẻ. Sự
phân bố các mức kích thích là khá phức tạp, đó chính là cách sắp xếp của các
fermion theo trật tự của nó. Ví dụ các hạt nhân có thể dao động quanh trạng
thái cân bằng tạo thành các mức dao động. Kế
t quả của các trạng thái liên kết
có sự đóng góp của tất cả các tương tác khác như tương tác cặp, quay và
chuyển động tập thể,
Trong thực tế, các tính toán mật độ mức dựa trên những đặc điểm đã biết về
hạt nhân. Các nghiên cứu đầu tiên xác định mật độ mức đã được tiến hành
vào cuối những năm 30 của thế kỷ trước bằ
ng việc đưa ra quan điểm xem hạt
nhân như một chất khí fermion không tương tác bên trong thể tích hạt nhân.
Để chính xác hơn, gần đúng bậc không đã được sử dụng và được gọi là mẫu
cân bằng. Một công thức giải tích tính mật độ mức toàn phần bằng phương
pháp toán học gọi là phương pháp đường yên ngựa được Bethe đề xuất vào
năm 1937. Sau đó, Ericson (1960) đã đề xuất biểu thức gi
ải tích để tính mật
độ mức riêng phần, đến nay công thức này đã được sửa chữa và cải tiến nhiều
lần. Tuy nhiên, mẫu cân bằng có quá ít các thông tin vật lý để thu được biểu
thức mô tả mật độ mức gần với thực tế. Công thức được hiệu chỉnh bằng cách
bổ sung các hiệu ứng để có được sự mô tả một số đặc trưng phù hợp hơn v
ới
số liệu thực nghiệm. Để giải thích các hiệu ứng này, cần phải loại trừ sự xấp
xỉ gần đúng trong mẫu cân bằng và tính mật độ mức theo mẫu lớp. Các
phương pháp tính được sử dụng phổ biến trong tính mật độ mức là:

25