tóm tắt luận án tiến sĩ hóa học nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (u(vi), cu(ii), pb(ii), zn(ii) và cd(ii))

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM









Nguyễn Ngọc Duy

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
CẦN THIẾT CHO THIÊN VĂN HỌC



Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân.
Mã số: 62 44 05 01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ




Hà Nội – 2013

Công trình được hoàn thành tại:
- Đại học Tổng hợp Tokyo, Nhật Bản.
- Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam.

Người hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. Lê Hồng Khiêm
PGS. TS. Vương Hữu Tấn

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án
cấp Viện họp tại: ………………………………. ……
vào hồi , ngày … tháng năm ……


Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Th
ư viện Quốc gia Việt Nam.
- Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam.


1

Mở đầu
Vật lý hạt nhân đóng vai trò quan trọng trong sự cải biến thế giới. Việc
nghiên cứu vật lý hạt nhân mang lại nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực,
chẳng hạn như công nghiệp, nông nghiệp, y học,…Hơn nữa, vật lý hạt nhân
còn là chiếc chìa khoá để nghiên cứu vũ trụ bao la.
Những mô hình của sự hình thành và phát triển sao đã dự đoán về sự
tồn tại của các quá trình hạt nhân đang diễn ra trong vũ trụ. Khảo sát những

phản ứng hạt nhân cần thiết cho thiên văn học có ý nghĩa rất quan trọng
không chỉ trong lĩnh vực thiên văn mà còn cả đối với lĩnh vực cấu trúc hạt
nhân. Ngoài ra, những hạt nhân không bền trong môi trường sao được cho
là sẽ giúp chúng ta có những kiến thức mới hơn về cấu trúc hạt nhân.
Với những thiết bị hiện đại dành cho nghiên cứu hạt nhân hiện nay,
chúng ta hoàn toàn có thể tiến hành việc khảo sát các phản ứng xảy ra trong
vũ trụ tại các phòng thí nghiệm trên mặt đất. Đây là một điều kiện thuận lợi
cho sự khám phá sâu hơn nữa về cấu trúc hạt nhân các hạt không bền và
nghiên cứu một cách hiệu quả những phản ứng hạt nhân trong những chuỗi
phản ứng của các quá trình tổng hợp nguyên tố trên các sao. Trong đó, một
số phản ứng có vai trò hết sức quan trọng trong tiến trình phát triển của sao,
cũng như liên quan mật thiết đến những sự bất thường trong quan sát thiên
văn. Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến phản ứng
22
Mg(
α
,p)
25
Al vì nó có ý
nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc hạt giàu proton
26
Si trong
vùng năng lượng trên ngưỡng alpha (E
thr
= 9.164 MeV). Dữ liệu hạt nhân
trong vùng năng lượng này dường như còn bỏ trống, trong khi đối với hạt
nhân gương của nó,
26
Mg, mật độ mức trong vùng năng lương tương ứng
tương đối cao. Ngoài ra, phản ứng này cũng là một trong những mối kết nối

quan trọng trong quá trình rp-process tại vị trí hạt nhân
22
Mg trong quá trình
tổng hợp nguyên tố trong vũ trụ. Suất phản ứng của phản ứng này góp phần
giải thích sự bất thường trong việc dò tìm tia gamma năng lượng 1.275
MeV và vấn đề Ne-E hiện nay. Bên cạnh đó, thế “chờ” của
22
Mg cũng được
làm sáng tỏ dựa trên những kết quả nghiên cứu về phản ứng này và phản
ứng
22
Mg(p,γ)
23
Al.


2

Có hai phương pháp cơ bản để khảo sát suất phản ứng: phương pháp
sử dụng thông số các mức lượng tử của hạt nhân, có năng lượng tương ứng
với vùng nhiệt độ cần khảo sát trong môi trường các sao và phương pháp
tính trực tiếp suất phản ứng từ tiết diện phản ứng của phản ứng đó. Chúng
tôi đã tiến hành thiết kế đo đạc để thu các mức năng lượng của hạt không
bền
26
Si và tính toán suất phản ứng của
22
Mg(
α
,p)

25
Al thông qua các mức
cộng hưởng của
26
Si trong thực nghiệm tán xạ hạt không bền
22
Mg lên bia
khí alpha. Trong khuôn khổ luận án này, chúng tôi trình bày những kết quả
thu được từ
22
Mg(
α
,
α
)
22
Mg cho hạt nhân compound
26
Si và tính suất phản
ứng của
22
Mg(
α
,p)
25
Al.
Trên thế giới chỉ có hai nghiên cứu về hạt nhân
26
Si trên ngưỡng alpha.
Nghiên cứu thứ nhất là phân rã beta từ hạt nhân

26
P và nghiên cứu thứ hai là
phản ứng
28
Si(p,t)
26
Si. Tuy nhiên, các mức năng lượng trong những nghiên
cứu này không xa ngưỡng alpha, và do đó, không thoả mãn được vùng nhiệt
độ cao (T > 1 GK) trong môi trường Supernova và X-ray Burst. Cho đến
trước luận án này, chưa có một công trình nào đo đạc trực tiếp tương tác
22
Mg+
α
.
Mục tiêu của luận án
- Về vật lý hạt nhân: Xác định các mức năng lượng mới của
26
Si trên
ngưỡng alpha bao gồm các trạng thái lượng tử spins và chẵn lẻ. Từ những
thông tin này, cấu trúc nhóm của hạt giàu proton
26
Si sẽ được khảo sát.
- Về vật lý thiên văn: Dựa vào các trạng thái kích thích của
26
Si từ tán xạ
22
Mg+α, xác định suất phản ứng của
22
Mg(α,p)
25

Al, cùng với phản ứng
22
Mg(p,
γ
)
23
Al và phân rã beta của
22
Mg để khảo sát “điểm chờ”
22
Mg. Từ
đó, đánh giá nguyên nhân của những sự bất thường trong quan sát thiên văn
về tia gamma 1.275 MeV và vấn đề Ne-E hiện nay. Thừa số S-factor cần
cho việc xác định suất phản ứng không cộng hưởng cũng được tính toán.
- Sản xuất chùm hạt không bền
22
Mg: Sản xuất chùm hạt không bền
22
Mg có độ sạch cao, cường độ lớn và năng lượng thoả mãn vùng trên
ngưỡng alpha của
26
Si và trong vùng nhiệt độ T = 0.5 - 3 GK.
- Kĩ thuật detector: Cải tiến active-gas-target detector để đo đạc đồng
thời hạt nặng của chùm hạt tới và các hạt nhẹ bay ra sau phản ứng. Đây là


3

tính chất rất quan trọng và cần thiết đối các loại detector ghi đo phản ứng
theo phương pháp động học ngược với kĩ thuật bia dày.

Kết quả mới của luận án
Về mặt vật lý, luận án đã ghi nhận được sáu mức năng lượng trên
ngưỡng alpha của
26
Si. Trong đó, có ba mức thấp trùng khớp với hai nghiên
cứu trước đó và ba mức mới lần đầu tiên được ghi nhận. Trạng thái spin và
chẵn-lẻ của sáu mức này đã được xác định trong luận án này bằng việc làm
khớp theo phương pháp R-matrix, dựa trên hàm kích thích tiết diện cộng
hưởng của phản ứng
22
Mg(
α
,
α
)
22
Mg, những công trình trước đây chưa xác
định được trạng thái lượng tử cho các mức này.
Đối với thiên văn học, suất phản ứng cộng hưởng của
22
Mg(
α
,p)
25
Al
trong vùng nhiệt độ sao T
9
= 0.5 - 2.5 GK được xác định từ trạng thái cộng
hưởng trong
22

Mg(
α
,
α
)
22
Mg. Bên cạnh đó, hàm thừa số thiên văn S-factor
phụ thuộc vào năng lượng cũng được xác định. Thừa số này quan trọng
trong việc ngoại suy suất phản ứng không cộng hưởng của
22
Mg(
α
,p)
25
Al.
Về mặt kĩ thuật thực nghiệm, detector khí loại mới dùng để đo đạc các
phản ứng thiên văn đã được thiết kế và đưa vào sử dụng. Ngoài ra, chùm hạt
không bền
22
Mg thoả mãn điều kiện cường độ cao cho việc đo đạc tán xạ
lên alpha được tạo thành công. Trong đó, số hạt
22
Mg được tạo ra không tỉ
lệ tuyến tính với cường độ chùm hạt tới của phản ứng tạo
22
Mg.
Ứng dụng của kết quả nghiên cứu
Kết quả trong nghiên cứu này có thể được sử dụng để khảo sát cấu trúc
nhóm trong hạt nhân
26

Si trên ngưỡng alpha 9.164 MeV và góp phần giải
thích một số hiện tượng bất thường trong quan sát thiên văn, chẳng hạn như
tia gamma 1.275 MeV; thế chờ của
22
Mg;… Những kết quả thu được trong
nghiên cứu này đóng góp vào sơ đồ các mức năng lượng chưa từng được
ghi nhận của
26
Si. Ngoài ra, các mức này góp phần đánh giá trạng thái kích
thích của hạt nhân gương của nó,
26
Mg vì trạng thái spin và chẵn-lẻ của các
mức kích thích của hạt nhân gương này vẫn còn thiếu rất nhiều. Bên cạnh
đó, suất phản ứng của phản ứng
22
Mg(
α
,p)
25
Al có thể được dùng để so sánh
sự cạnh tranh của quá trình bắt proton và phân rã beta của
22
Mg. Ngoài ra,


4

kết quả suất phản ứng thu được từ thực nghiệm này cũng góp phần đánh giá
việc khảo sát suất phản ứng theo lý thuyết thống kê của Hauser-Feshbach.
Kĩ thuật tạo chùm hạt không bền

22
Mg có thể được áp dụng đối với
việc tạo các chùm hạt không bền cho các thực nghiệm khác. Sự bất thường
trong sự phụ thuộc vào cường độ chùm vào của cường độ chùm hạt ra cần
được khắc phục.
Về kĩ thuật phát triển detector, loại detector khí hoạt động (active-gas-
target detector) đã được thiết kế để có thể dùng cho các phản ứng trong bia
khí theo cơ chế động học ngược.
Nội dung của luận án
Bố cục luận án, được trình bày bằng tiếng Anh, với nội dung như sau:
- Phần mở đầu.
- Chương 1: Những kiến thức tổng quan về vật lý hạt nhân, vật lý
thiên văn và mục tiêu của luận án. Những chuỗi phản ứng hạt nhân xảy ra
trong quá trình hình thành và phát triển sao được khảo sát về mặt lý thuyết
theo phương pháp suy luận từ mô hình hình thành sao. Từ đó, xác định một
số phản ứng quan trọng để giải thích các hiện tượng thiên văn, trong đó có
22
Mg(
α
,p)
25
Al và
22
Mg(p,γ)
23
Al. Lý thuyết khảo sát suất phản ứng trong môi
trường các sao cũng được trình bày trong chương này.
- Chương 2: Đề cập đến thực nghiệm đo trực tiếp
22
Mg(

α
,
α
)
22
Mg.
Trong chương này, phương pháp và bố trí thực nghiệm được trình bày một
cách chi tiết. Kết quả việc tạo chùm hạt không bền
22
Mg cũng được chỉ ra
trong phần này.
- Chương 3: Trình bày việc xử lí số liệu thực nghiệm, những kết quả
thu được từ thực nghiệm về hàm tiết diện vi phân theo năng lượng, các mức
cộng hưởng của
26
Si từ phản ứng
22
Mg(
α
,
α
)
22
Mg, suất phản ứng của
22
Mg(
α
,p)
25
Al so sánh với các phản ứng khác để khảo sát những vấn đề

thiên văn.
- Kết luận và kiến nghị: Những kết luận quan trọng của luận án và
một số vấn đề nghiên cứu tiếp theo.




5

Chương 1. Giới thiệu
Trong chương này, chúng tôi đề cập đến những kiến thức cần thiết, quan
trọng của vật lý hạt nhân liên quan đến vật lý thiên văn. Từ đó, chúng ta có
thể nhận thấy vị trí, vai trò của phản ứng được nghiên cứu của luận án này.

1.1. Nguồn gốc vật chất trong vũ trụ
Trình bày những giả thiết và suy luận đưa đến việc xác định vật chất
trong vũ trụ được cấu tạo bởi các hạt nucleon, hạt nhân và nguyên tử.
1.2. Quá trình tổng hợp nguyên tố trên các sao
Trình bày quá trình tổng hợp nguyên tố trên các sao sau vụ nổ Big
Bang diễn ra theo bốn quá trình chính: quá trình cháy hydrogen, quá trình
cháy helium, quá trình tổng hợp nguyên tố đến Fe và quá trình tổng hợp
nguyên tố nặng hơn Fe.
1.2.1. Quá trình cháy Hydrogen
Tất cả quá trình tổng hợp bốn proton thành helium đều được gọi là quá
trình cháy hydrogen. Trong đó, có ba quá trình chính là chuỗi proton-proton
(pp), chu trình CNO và chu trình NeNa-MgAl. Mỗi quá trình tổng hợp phụ
thuộc vào mật độ hạt, nhiệt độ và các hạt nhân xúc tác. Trong đó, vai trò và
tầm quan trọng trong các vấn đề thiên văn của các phản ứng
(
)

22 23
,
Ne p Na
γ
,
(
)
22 22
Na Ne
β υ
+
,
(
)
22 25
,
Mg p Al
α
và
25 26
( , )
Mg p Al
γ

được chỉ ra trong phần này.
1.2.2. Quá trình cháy helium
Trình bày những nội dung cơ bản trong quá trình cháy Helium. Việc
nghiên cứu quá trình cháy helium rất hữu ích cho việc giải thích nguyên
nhân của sự không tồn tại hạt nhân bền có số khối A = 5, A = 8 và A = 6 -
11 trong tự nhiên có độ phổ biến thấp.

1.2.3. Quá trình tổng hợp nguyên tố đến Fe
Trình bày quá trình cháy carbon, cháy oxygen và cháy silicon.
1.2.4. Quá trình tổng hợp hạt nhân nặng trên Fe
Trình bày các quá trình: s- process, r -process và p-process.
1.3. Siêu tân tinh loại II
Mục này trình bày những kiến thức cơ bản về siêu tân tinh loại II. Đây
là giai đoạn kết thúc của một ngôi sao và bắt đầu hình thành sao mới.


6

1.4. X-ray burst
Trong phần này, hiện tượng bùng phát tia X (X-ray Burst) được trình
bày. Trong môi trường này, suất phản ứng của các phản ứng được cho là
tương đối cao. Ở giai đoạn cuối của X-ray Burst, tất cả các hạt nhân nhẹ đều
được biến đổi thành các nguyên tố nặng.
1.5. Tầm quan trọng của số liệu hạt nhân
26
Si và phản ứng
22
Mg(α
αα
α,α
αα
α)
22
Mg
Mục này trình bày lý do của việc nghiên cứu thực nghiệm phản ứng
22
Mg+α. Đây cũng chính là mục tiêu chính của đề tài.

1.5.1. Suất phản ứng của
22
Mg(α
αα
α,p)
25
Al
Phần này chỉ ra vị trí và vai trò quan trọng của phản ứng
22
Mg(α,p)
25
Al trong việc giải thích vấn đề Ne-E, quan sát tia gamma 1.275
MeV, làm sáng tỏ thế chờ của
22
Mg, như trong hình 1.1

Hình 1.1. Điểm chờ
22
Mg và phản ứng
22
Mg(
α
,p)
25
Al trong quá trình cháy
hydrogen thông qua chu trình NeNa-MgAl.
1.5.2. Sự phân bố
26
Al trong thiên hà
Mục này trình bày tầm quan trọng của phân rã beta của

26
Si về
26
Al.
26
Al tồn tại ở trạng thái cơ bản và trạng thái đồng phân. Nếu
26
Si phân rã về
26
Al ở trạng thái cơ bản thì sẽ ghi nhận được tia gamma 1.809 MeV từ
26
Mg
ở trạng thái kích thích. Độ phổ biến của
26
Al giúp xác định tuổi thiên hà.
1.5.3. Suất phản ứng của
25
Al(p,γ
γγ
γ)
26
Si
Mục này trình bày tầm quan trọng của phản ứng
25
Al(p,
γ
)
26
Si mà suất
phản ứng này có thể được xác định bởi thông tin

26
Si.


7

1.5.4. Cấu trúc hạt nhân
26
Si trên ngưỡng alpha
Vai trò và tầm quan trọng của phản ứng
22
Mg(
α
,
α
)
22
Mg trong việc
nghiên cứu các mức cộng hưởng trong hạt nhân
26
Si trên ngưỡng alpha
được trình bày trong phần này.
1.6. Mục đích của luận án
- Khảo sát về mặt lý thuyết một số phản ứng quan trọng liên quan
đến một số hiện tượng thiên văn được chỉ ra, chẳng hạn như phản ứng α+α,
8
Be+α,
25
Mg(p,γ)
26

Al,
25
Al(p,γ)
26
Si,
22
Mg(α,p)
25
Al ….
- Đo đạc thực nghiệm
22
Mg+α để ghi nhận số liệu của
26
Si trên
ngưỡng alpha (9.164 MeV) và từ đó xác định suất phản ứng
22
Mg(α,p)
25
Al,
so sánh với suất phản ứng
22
Mg(p,γ)
23
Al và suất phân rã beta của
22
Mg để
đánh giá hiện tượng thiên văn về vấn đề Ne-E, tia gamma 1.275 MeV, thế
chờ của
22
Mg.

- Đánh giá tính toán suất phản ứng theo mẫu thống kê của Hauser-
Feshbach.
1.7. Suất phản ứng trong môi trường sao
Việc xác định suất phản ứng được thực hiện dựa trên những lý thuyết
sau đây. Suất phản ứng N
A
v
σ

của một cặp hạt được đo với đơn vị cm
3
s
-1

đối với phản ứng
a A b B
+ → +
được xác định như sau:

( ) ( )
0
.
A a A
N v N N v v v dv
σ φ σ
∞
=
∫

(1.1)

Trong đó, N
a
và N
A
là mật độ các hạt a và A.
(
)
v
σ
là tiết diện của phản ứng
tương tứng với vận tốc v, năng lượng E. Khi đó:

( )
1
3
2
2
0
8 1
exp ,
A
E
N v E E dE
kT kT
σ σ
πµ
∞
 
   
= −

 
   
   
 
∫

(1.2)
với khối lượng rút gọn
a A
a A
m m
m m
µ
=
+
.
1.7.1. Phản ứng không cộng hưởng
Xác suất xuyên rào P
l
của hệ phản ứng được xác định bởi:

2 2
,
l
l l
kr
P
F G
=
+

(1.3)


8

với k là vector sóng, r là khoảng cách phân tách giữa hai hạt, F
l
và G
l
là
nghiệm của hàm Coulomb. Theo cơ học lượng tử chúng ta có:

1/2 2 2
1/2
2(2 )
exp .
a A
l
µ Z Z e
P
E
π
 
∝ −
 
 
 

(1.4)
Biến đổi gần đúng xác suất xuyên rào ta thu được:

(
)
exp 2 ,
l
P
πη
= −
(1.5)
với
η
là tham số Sommerfeld xác định bởi:

2
,
a A
Z Z e
v
η
=

(1.6a)

(
)
1/2
1 2
2 31.29 ,
Z Z
E

µ
πη
=
(1.6b)
E tính theo keV, khối lượng rút gọn µ tính theo amu.
Bên cạnh đó, cơ học lượng tử chỉ ra rằng tiết diện phản ứng σ tỉ lệ với bước
sóng de-Broglie
/
p
=
 
như sau:

2 2 1
.
p E
σ π π
− −
∝ ∝ ∝

(1.7)
Do đó, tiết diện phản ứng sẽ có dạng:

( )
(
)
( )
exp 2 .
S E
E

E
σ πη
= −
(1.8)
Trong đó, S(E) được gọi là S-factor, là tham số thiên văn học.
Từ (1.2) và (1.8), suất phản ứng được xác định bởi (1.9):

( )
1/2
3/2
1/2
0
8 1
exp .
A
E b
N v S E dE
kT kT
E
σ
πµ
∞
 
   
= − −
 
   
   
 
∫

(1.9)
Trong đó,
( )
1/2
1/2
1 2
0.989 .
b Z Z MeV
µ
=
(1.10)
Kết quả tổng hợp của hai hạng tử trong hàm e-mũ của (1.9) tạo ra một đỉnh
phân bố, gọi là đỉnh Gamow. Tiết diện phản ứng trong vùng năng lượng này
sẽ trội hơn hẳn so với những vùng khác. Tại đỉnh, suất phản ứng tính bởi:

( )
1/2
3/2
0
1/2
0
8 1
exp .
A
E b
N v S E dE
kT kT
E
σ
πµ

∞
 
   
= − −
 
   
   
 
∫
(1.11)
Với đỉnh:
( )
2/3
1/3
2 2 2
0 1 2 6
1.22 ,
2
bkT
E Z Z T keV
µ
 
= =
 
 
(1.12)
và độ rộng đỉnh:
( )
( )
1/6

1/2
2 2 5
0 1 2 6
4
0.749 .
3
E kT Z Z T keV
µ
∆ = =
(1.13)


9

1.7.2. Suất phản ứng hạt nhân cộng hưởng
Cơ chế phản ứng hạt nhân cộng hưởng được cho là xảy ra theo hai
bước: hình thành hạt hợp phần compound và phân rã về trạng thái cơ bản.

Hình 1.2. Phản ứng cộng hưởng với cơ chế hạt nhân hợp phần.
Trong phản ứng cộng hưởng, tiết diện phản ứng đối với các mức năng
lượng E được xác định bởi công thức Breit-Wigner:

( )
( )
2
2
2
,
2
a b

BW
R
E E
σ π ω
Γ Γ
=
Γ
− +


(1.14)
Γ
a
,
Γ
b
và
Γ
là độ rộng riêng phần và toàn phần của kênh vào và kênh ra. E
R

là năng lượng hạt tới. Thừa số thống kê spin ω có thể tính bởi (1.15):

( )
( )
2 1
,
2 1 2 1
a A
J

J J
ω
+
=
+ + +
(1.15)
J, J
a
và J
A
là spin của trạng thái cộng hưởng, spin của hạt tới và của bia. Kết
hợp những biểu thức trên, suất phản ứng được viết lại như sau:

( )
1
3
2
2
0
8 1
exp .
A BW
E
N v E E dE
kT kT
σ σ
πµ
∞
 
   

= −
 
   
   
 
∫

(1.16)
1.7.2.1. Cộng hưởng hẹp
Trong trường hợp Γ/E
R
< 20% , trong vùng cộng hưởng năng
lượng thay đổi rất nhỏ khi đó suất phản ứng sẽ là:

( )
( )
3/2
9
6
6
11605
8.08 10 exp
i
A
i
tot
i
E
N v T
T

σ µ ωγ
−
−
 
= × −
 
 
∑
[cm
3
.mol
-1
.s
-1
] (1.17)
E
i
có đơn vị MeV,
µ
có đơn vị amu, T
6
có đơn vị MegaKelvin (MK) và hàm
lực cộng hưởng được cho bởi:

.
a b
ωγ ω
Γ Γ
=
Γ

(1.18)


10

1.7.2.2. Cộng hưởng rộng
Trong trường hợp
Γ
/E
R
> 20% , cộng hưởng xảy ra trong khoảng
năng lượng rộng, tiết diện phản ứng cộng hưởng σ(E) tại giá trị năng lượng
E xung quanh E
R
với độ rộng
Γ
R
=
Γ
(E
R
) có thể được tính bởi (1.19):

( )
2
2 2
/ 2
( ) ( )
( ) ,

( ) ( )
( - ) ( / 2)
R
a b
R
a R b R
R
E E
E
E E
E E
σ σ
Γ
Γ Γ
=
Γ Γ
+ Γ
(1.19)
Γ
và σ
R
là độ rộng toàn phần tương ứng với năng lượng E và tiết diện phản
ứng tương ứng với năng lượng cộng hưởng E
R
. Độ rộng riêng phần của các
hạt tương ứng với moment lượng tử quỹ đạo l được tính bởi:

( )
1/2
2

2 2
, ,
l l R l
n
E
P E E
R
θ
µ
 
Γ =
 
 


(1.20)
2
l
θ
là độ rộng rút gọn của trạng thái tương ứng với l và nó có thể được ghi
nhận từ thực nghiệm hoặc tính toán thông qua độ rộng
Γ
i
và giới hạn
Wigner W
i
của các kênh của phản ứng, với:
2
,
i

l
i
W
θ
Γ
=
(1.21)
và giới hạn Wigner:
(
)
2
2
3 ,
,
l n
i
n
P E R
W
R
µ
=

(1.22)
với
(
)
1/3 1/3
1.45
n a A

R A A= +
.
Suất phản ứng cộng hưởng rộng được xác định bởi (1.2) và (1.19).
1.8. Phương pháp R-matrix
Nội dung cơ bản của phương pháp R-matrix được trình bày trong phần
này. Trong đó, các thông số lượng tử của hạt nhân compound là các yếu tố
ma trận R-matrix được xác định từ việc giải phương trình Shrodinger. Luận
án này sử dụng code AZURE để làm khớp các giá trị thực nghiệm để thu
nhận các trạng thái lượng tử trong phản ứng hạt nhân hợp phần.

Chương 2. Thực nghiệm phản ứng
22
Mg + α
αα
α
2.1. Phương pháp thực nghiệm
2.1.1. Xác định vùng năng lượng khảo sát
Phản ứng
22
Mg + α đã được thiết kế để đo đạc trực tiếp tiết diện và
năng lượng của phản ứng
22
Mg(
α
,
α
)
22
Mg và
22

Mg(
α
,p)
25
Al nhằm thu nhận
thông tin về trạng thái lượng tử của
26
Si trong vùng năng lượng E > E
αthr
và


11

suất phản ứng (
α
,p) trong vùng nhiệt độ sao T
9
= 0.5 – 2.5 GK. Cửa sổ
Gamow ứng với vùng nhiệt độ môi trường sao được chỉ ra trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Cửa sổ Gamow ứng với vùng nhiệt độ và năng lượng quan tâm
Nhiệt độ
(GK)
Đỉnh Gamow
(MeV)
Độ rộng Gamow
(MeV)
Năng lượng
26
Si

(MeV)
0.5 0.960 0.469 9.890 - 10.359
1.5 2.000 1.174 10.575 - 11.749
2.5 2.808 1.796 11.074 - 12.870
2.1.2. Cơ chế phản ứng động học ngược với bia dày
Để đảm bảo việc khảo sát năng lượng một cách liên tục trong vùng
nhiệt độ T
9
= 0.5 – 2.5 GK, chúng ta cần tiến hành thực nghiệm với kỹ thuật
bia dày. Hình 2.1 chỉ ra tính chất của kỹ thuật bia dày khi nghiên cứu phản
ứng hạt nhân.


Hình 2.1. Phản ứng với kỹ thuật bia dày theo cơ chế động học ngược.
2.1.3. Hệ đo CRIB
Thực nghiệm
22
Mg + α đã được tiến hành tại hệ phổ kế CRIB của
đại học tổng hợp Tokyo, đặt tại RIKEN, Nhật Bản. Hình 2.2 là sơ đồ cấu
tạo của CRIB (Center for Nuclear Study - CNS - low energy Radioactive
Ion Beam) có thể tạo ra các chùm hạt thứ cấp không bền có năng lượng E <
10 MeV/u từ những hạt nhân bền. Các hạt nhân bền (từ
4
He đến
40
Ca), được
tách ra từ nguồn ion ERC và được gia tốc bởi máy gia tốc cyclotron AVF
(K = 70) với năng lượng 3 - 10 MeV/u và cường độ từ 100 enA (electron-
nanoAmpere ) đến vài eµA (electron-microAmpere). Chùm hạt sơ cấp bắn
vào bia sơ cấp F

0
để tạo ra chùm hạt không bền thứ cấp, chùm hạt không
bền này sẽ được hệ phổ kế lọc hai lần bởi các cặp cực điện, cực từ và Wien
filter. Sau khi ra khỏi Wien filter, chùm hạt không bền cần thiết cho phản
ứng có độ sạch cao sẽ đi vào buồng bia phản ứng F
3
cần khảo sát.


12


Hình 2.2. Sơ đồ hệ phổ kế CRIB của đại học Tokyo
Thực nghiệm phản ứng
22
Mg + α được thiết kế dựa trên các nguyên lý
làm việc của hệ phổ kế nêu trên. Trong đó, chùm hạt sơ cấp được gia tốc từ
cyclotron AVF bắn vào bia sơ cấp
3
He, được giữ ở nhiệt độ nitrogen lỏng
(90K) tại F
0
, tạo ra chùm
22
Mg được lọc bởi các cực điện từ và Wien filter
sau đó sẽ bắn vào bia thứ cấp là khí He+CO
2
(10%) tại F
3
. Hệ thống detector

ghi nhận sản phẩm α và p từ phản ứng
22
Mg + α được đặt trong buồng F
3
.
2.1.4. Detector đo hạt
2.1.4.1. Detector PPAC
PPAC là loại detector dùng để xác định vị trí của chùm hạt. Đây là
loại detector khí. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự ion hoá của chất khí, sinh
ra electron và ion di chuyển về các cặp điện cực. Tín hiệu từ các điện cực
cho phép chúng ta xác định được vị trí của chùm hạt dùng để bắn vào bia
khí trong buồng thực nghiệm F
3
. Hình 2.3 chỉ ra cấu trúc của PPAC sử dụng
trong thực nghiệm này.


(a)

(b)
Hình 2.3. Cấu trúc
detector PPAC.
Hình 2.4. Hệ detector gồm 3 lớp (a) và 2 lớp (b).
2.1.4.2. Thiết kế hệ thống Silicon-detector
Trong thực nghiệm này, chúng tôi sử dụng các detector silicon
dạng strip đơn (SSD) được thiết kế bởi công ty Hamamatsu. Trong detector,


13

mặt trước gồm 08 strip và mặt sau gồm 01 pad. Trong phép đo phản ứng
22
Mg + α có hai kênh ra cần quan tâm là:
22
Mg(
α
,
α
)
22
Mg

và
22
Mg(
α
,p)
25
Al.
Do quãng chạy của proton và alpha trong silicon khác nhau, vì vậy cần có
sự phân biệt hạt theo phương pháp ∆E-E, nên chúng tôi thiết kế hệ detector
gồm 2 hoặc 3 lớp SSD. Hình 2.4 mô tả thiết kế của hệ thống detector silicon
dùng trong thực nghiệm này.

2.1.4.3. Thiết kế active-gas-target detector GEM-MSTPC
Chúng tôi phát triển loại detector mới, dùng GEM foil và khí sử
dụng cho detector cũng chính là bia của phản ứng, gọi là active-gas-target
detector GEM-MSTPC. Loại detector này gồm hai vùng chính là vùng dịch
chuyển của electron và vùng khuếch đại tín hiệu, như trong hình 2.5.

Hình 2.5. Cấu tạo chính của active-target detector GEM-MSTPC.



Hình 2.6. Cấu trúc vùng khuếch đại tỉ lệ của detector GEM-MSTPC.


Vùng dịch chuyển của electron có kích thước 450 mm x 220 mm x 100 mm
(dài x rộng x cao), vùng này chứa bia khí He+CO
2
(10%). Vùng khuếch đại
tỉ lệ được thiết kế thành hai vùng để đo hạt nặng và hạt nhẹ, gọi là vùng
low- gain và vùng high-gain. Vùng low-gain sẽ đo chùm hạt nặng tới, có
kích thước 200 mm x 110 mm. Vùng high-gain gồm một vùng theo hướng
và hai vùng hai bên chùm hạt tới. Trong mỗi vùng, bên dưới các GEM foil,


14

các điện cực anode, gọi là pad readout, được thiết kế dạng tam giác vuông,
cạnh 4.2mm, để ghi điện tích của electron từ sự ion hoá ở vùng khí, tín hiệu
các hạt sẽ được ghi nhận từ các anode này. Hình 2.6 mô tả cấu trúc các
vùng khuếch đại tỉ lệ đo hạt nặng và hạt nhẹ.
2.2. Bố trí thực nghiệm
2.2.1. Bố trí đo đạc phản ứng
22
Mg + α
Thực nghiệm được tiến hành tại buồng F3 của hệ phổ kế CRIB. Bố
trí thực nghiệm được trình bày trong hình 2.7.

Hình 2.7. Bố trí hệ thống detector cho thực nghiệm
2.2.2. Hệ thống điện tử và ghi nhận số liệu
Hệ điện tử ghi nhận số liệu gồm hai phần cơ bản: tín hiệu thời gian
dùng cho trigger và tín hiệu năng lượng dùng để xác định các thông số vật
lý của phản ứng, như chỉ ra trong hình 2.8.

Hình 2.8. Sơ đồ khối điện tử dùng trong thực nghiệm đo
22
Mg+
α
.
Để Trigger được thiết lập bởi tín hiệu từ hai detector PPAC, tín hiệu
trên SSD và tín hiệu chia nhỏ của chùm hạt tới được ghi bởi hai PPAC:
Trigger = Beam
⊕
SSDs + Beam/n + SSDs OR
Beam = PPACa
∧
PPACb


15

Vì thời gian dịch chuyển của electron từ sự ion hoá trong vùng khí về
anode chậm hơn so với tín hiệu của alpha và proton trên SSD, do đó chúng
ta cần thiết lập cửa sổ trùng phùng cho tín hiệu từ GEM-SMSTPC và SSD.
Cửa sổ trùng phùng được xác lập như trình bày trong hình 2.9.

Hình 2.9. Sơ đồ thời gian của cửa sổ trùng phùng.
2.3. Ghi đo số liệu

Trong thực nghiệm này, hệ thống ghi đo số liệu sử dụng VME và
CAMAC. Số liệu từ tín hiệu detector được ghi nhận theo từng sự kiện. Sau
đó, thông tin từng sự kiện được lưu dưới dạng tập tin máy tính*.ridf, dạng
thập lục phân. Sau khi giải mã file *.ridf , chúng ta có thể lưu số liệu dạng
*.dat hoặc *.root. Sau đó, các số liệu cần quan tâm được tách lọc.
2.4. Tạo chùm hạt không bền
22
Mg
Để phép đo phản ứng
22
Mg + α thành công, việc sản xuất chùm hạt
22
Mg (T
1/2
= 2.875 s) có năng lượng đủ lớn, có cường độ và độ sạch cao rất
quan trọng. Phòng thí nghiệm CRIB có thể khắc phục những khó khăn trước
đây để tạo chùm
22
Mg cho phép đo
22
Mg + α với năng lượng trên ngưỡng
alpha. Kết quả việc tạo chùm hạt này đã được tác giả công bố trên tạp chí
Nuclear Instruments and Methods section A.
2.4.1. Xác định phản ứng tạo chùm hạt
22
Mg
Sau khi tính toán tiết diện từ các phản ứng khác nhau kết quả cho
thấy phản ứng
3
He(

20
Ne,
22
Mg)n có tiết diện tốt nhất. Do đó, chùm hạt
22
Mg
được tạo ra theo phản ứng này.
2.4.2. Tạo chùm
22
Mg
Chùm hạt
22
Mg được sản xuất bằng phản ứng
3
He(
20
Ne,
22
Mg)n.
Trong đó, bia khí
3
He được làm lạnh ở nhiệt độ nitrogen lỏng (90 K) với áp
suất 170 torr. Chùm
22
Mg thu được có cường độ 1200 pps với năng lượng
tại bia là 0.85 MeV/u. Kết quả tạo chùm hạt không bền
22
Mg cho phản ứng
22
Mg +

α
được chỉ ra trong luận án.


16


Chương 3. Phân tích số liệu thực nghiệm và kết quả.

Phần này trình bày chi tiết quá trình phân tích số liệu và các kết quả
ghi nhận được. Các mức năng lượng của
26
Si được ghi nhận và áp dụng tính
toán suất phản ứng
22
Mg(α,p)
25
Al.
3.1. Chuẩn năng lượng
Việc chuẩn năng lượng được tiến hành cho hệ detector SSD và
detector GEM-MSTPC. Đường chuẩn năng lượng có dạng hàm tuyến tính
bậc nhất như sau: E = a
×
Ch + b . (3.1)
Các thông số chuẩn năng lượng cho tất cả 96 strip của các SSD được trình
bày trong phần phụ lục A của luận án. Kết quả chuẩn tại hình 3.1 và 3.2.
Việc chuẩn năng lượng cho GEM-MSTPC được tiến hành theo hai
bước: đo độ mất năng lượng của hạt
∆
E bằng cách sử dụng nguồn alpha và

chuẩn độ mất năng lượng thực tế đo được với tính toán lý thuyết theo công
thức bán thực nghiệm của Zigler. Độ mất năng lượng này liên quan đến điện
tích Q đo được trực tiếp từ GEM-MSTPC xác định bởi hàm tuyến tính sau:

∆
E =
α
Q +
β
(3.2)


Hình 3.1. Chuẩn năng lượng cho
vùng high gain.
Hình 3.2. Chuẩn năng lượng cho
vùng low gain.
3.2. Nhận biết các hạt trong thực nghiệm
3.2.1. Nhận biết các hạt trong chùm hạt không bền
Chúng ta cần nhận biết các hạt thuộc phản ứng
22
Mg+α mà chúng ta
quan tâm. Do trong chùm nặng hạt tới bia khí chứa hai ion
20
Ne và
21
Na,
nên chúng ta cần phân biệt
22
Mg với chúng. Việc phân biệt các hạt này dựa
trên độ mất năng lượng dE/dx, đường cong Bragg của chúng đo bởi detector

khí, như trong hình 3.3.


17

3.2.2. Nhận biết các hạt nhẹ sinh ra từ phản ứng
Đối với các hạt ra, alpha và proton, chúng được phân biệt bằng
phương pháp ∆E – E. Trong đó, ∆E được đo bởi high-gain của GEM-
MSTPC, trong khi E đo bởi SSD cộng với ∆E. Kết quả nhận biết alpha và
proton từ phản ứng được trình bày trong hình 3.4.


Hình 3.3. Độ mất năng lượng của
22
Mg,
21
Na và
20
Ne được đo bởi GEM-MSTPC.
Hình 3.4. Phân biệt alpha và
proton theo phương pháp
∆
E-E.
3.2.3. Hiệu chỉnh độ mất năng lượng
Năng lượng phản ứng chính là năng lượng còn lại trên pad của
GEM-MSTPC. mà ở đó xảy ra phản ứng. Việc đo trực tiếp một cách liên
tục độ mất năng lượng trên mỗi pad là điều không thể trong thực tế, do đó
chúng ta cần có sự hiệu chỉnh cần thiết cho những kết quả tính toán độ mất
năng lượng một cách chính xác. Kết quả việc hiệu chỉnh độ mất năng lượng
chi tiết được chỉ trong luận án.

Bảng 3.1. Thông số hiệu chỉnh trong tính toán độ mất năng lượng.
∆
E
exp
= a
×
∆E
SRIM
+ b
22
Mg
4
He
R
2

a
0.949
±
0.003 0.781
±
0.010
0.999
b
0.466
±
0.001 0.066
±
0.002
0.999

3.3. Phân tích số liệu
22
Mg(α
αα
α,α
αα
α)
22
Mg
3.3.1. Thuật toán
Số liệu được xử lí theo phương pháp từng sự kiện (event - by -
event). Mỗi sự kiện chứa một lượng lớn thông số: vị trí chùm hạt trên
PPAC, 48 tín hiệu độ mất năng lượng của chùm hạt tới trong vùng low-gain
của detector, 8 tín hiệu độ mất năng lượng của hạt alpha trong vùng high-
gain, 144 tín hiệu của các SSD (xem hình 3.5). Định dạng file chứa số liệu
được chỉ ra trong bảng 3.2. Những sự kiện thoả mãn các điều kiện vật lý của
phản ứng mà chúng ta quan tâm sẽ được chọn lọc.



18

Bảng 3.2. Định dạng của fille chứa các thông số trong một sự kiện.
Event PPACa PPACb
Low-gain
Pad1 … Pad48
High-gain
Pad1 … Pad8
Strip

1 X
1
Y
1
-X
2
Y
2
X
1
Y
1
-X
2
Y
2
P1 … P48 P1 … P8 S
i

2 X
1
Y
1
-X
2
Y
2
X
1
Y

1
-X
2
Y
2
P1 … P48 P1 … P8 S
i

… … … … … …
n X
1
Y
1
-X
2
Y
2
X
1
Y
1
-X
2
Y
2
P1 … P48 P1 … P8 S
i


Hình 3.5. Mô tả các thông số ghi nhận trong một sự kiện.

Để chọn lọc các hạt
22
Mg, chúng ta cần phải thực hiện đặt điều kiện
cho nó, gọi là gate beam. Việc này được tiến hành dựa vào sự nhận biết các
hạt theo phương pháp dE/dx bằng detector khí và thuật toán xác định đường
bay của hạt
22
Mg. Việc xác định hướng bay của
22
Mg được tiến hành dựa
trên độ mất năng lượng khác nhau giữa các anode trong một pad. Nếu hai
anode có độ mất năng lượng như nhau thì đó chính là những hạt
22
Mg bay
thẳng chính giữa bia mà chúng ta quan tâm, như chỉ ra trên hình 3.6.

Hình 3.6. Chọn lọc chùm hạt
22
Mg dựa trên độ phổ biến của chùm hạt.

Bước tiếp theo là chúng ta lọc các sự kiện chứa các hạt alpha và
22
Mg
và xác định được vị trí của hạt alpha trên các strip của SSD.
Bước thứ ba là xác định vị trí phản ứng và góc tán xạ của alpha.
Bước thứ tư xác định năng lượng của phản ứng. Khi đó, chúng ta thu
được các thông số vật lý của phản ứng: năng lượng phản ứng E
react
, năng

lượng alpha E
α
, và góc tán xạ θ
α
:
E
react.
= E
inc.
- E
wd
- E
dl
- E
dz
, (3.3)


19

E
α
= E
dl1
+ E
GM
+ E
dl2
+ E
SSD

, (3.4)

θ
α
= (PPAC
a

& PPAC
b
) + (R.Point) + (SSD strips). (3.5)
Bước thứ năm là xác định hàm kích thích cộng hưởng của tiết diện
phản ứng theo năng lượng
( )
cm
d
E
d
σ
Ω
.
Bước cuối cùng là khớp các giá trị thực nghiệm theo phương pháp R-
matrix để xác định các đặc trưng lượng tử của các mức kích thích của
26
Si.
Những thông số cộng hưởng này tính toán suất phản ứng cho
22
Mg(
α
,p)
25

Al.
3.3.2. Chương trình máy tính dùng để phân tích số liệu
Để xử lí số liệu của thực nghiệm này, một số chương trình máy tính
được tác giả luận án lập trình dựa trên các công thức và thuật toán đã trình
bày trên. Các chương trình này chạy hệ điều hành Linux và sử dụng kết hợp
với chương trình ROOT của trung tâm gia tốc châu Âu, CERN.
3.3.3. Tính toán động học
Tính toán động học của phản ứng
22
Mg(
α
,
α
)
22
Mg được tiến hành theo
mô tả trên hình 3.7. Năng lượng phản ứng E
cm
được xác định bởi năng
lượng hạt bay vào E
lab
,
22
Mg. Ta có:

4
4 22
4
,
26

He
cm lab lab
He Mg
A
E E E
A A
= =
+
(3.6)
Năng lượng của hạt E
lab
của
22
Mg được xác định bởi:

0
.
lab
E E E
= − ∆
(3.7)

Hình 3.7. Mô tả hình học việc tính toán động học cho phản ứng.
Góc tán xạ được tính toán theo các công thức hình học bên dưới, kết
quả tính toán được trình bày trong phụ lục G của luận án.

2 2
tan , cos .
OH OP
OP

OP OH
θ θ
= =
+
(3.8)
3.3.4. Độ sai số năng lượng
Độ sai lệch năng lượng được đánh giá dựa trên năng lượng phân tán
của chùm hạt vào cửa sổ buồng phản ứng, năng lượng phân tán trong bia
khí, sai số năng lượng tại vị trí phản ứng, sai số năng lượng của alpha do sai
số của góc tán xạ và do phân tán trong bia khí trước khi đến SSD.


20

3.3.5. Góc khối
Góc khối của detector được xác định trong phạm vi các góc tán xạ của
alpha trên SSD. Góc khối vi phân được xác định như sau:

sin .
lab lab lab
d d d
θ θ ϕ
Ω =
(3.9)
Góc khối xác định trong một khoảng góc tán xạ được xác định bởi:

sin .
d d d
θ θ ϕ
∆Ω = Ω =

∫ ∫
(3.10)
3.3.6. Số hạt tham gia phản ứng
Thời gian tiến hành toàn bộ thực nghiệm là 17 ngày, trong đó mất 5
ngày để sản xuất chùm
22
Mg và 1.5 ngày để đo độ mất năng lượng cũng như
chuẩn detector bằng chùm hạt không bền và hạt nặng. Phản ứng
22
Mg+α
được đo trong 9.5 ngày với tổng số hạt vào là 2.36 × 10
9
.
3.3.7. Tiết diện vi phân và trạng thái cộng hưởng
Tiết diện vi phân được xác định trong phạm vi góc từ 0 - 5 và 5 -10 độ.
Năng lượng phản ứng trong dải từ 0.5 MeV đến 3.0 MeV trong hệ khối tâm.
Tiết diện phản ứng thực nghiệm xác định bởi:

0
.
.
. . . .
A
I A
d
d I N
σ
τ ε
∆Ω
=

Ω ∆Ω
(3.11)
Tiết diện trong hệ khối tâm được xác định thông qua hệ phòng thí nghiệm :

( ) ( )
1
, , .
4cos
cm cm lab lab
cm
lab lab
d d
E E
d d
σ σ
θ θ
θ
=
Ω Ω
(3.12)


Hình 3.8. Hàm kích thích của tiết diện
phản ứng trong hệ khối tâm với góc tán
xạ θ
lab
= 0 - 5 độ.
Hình 3.9. Hàm kích thích của tiết diện
phản ứng trong hệ khối tâm với góc
tán xạ θ

lab
= 5 - 10 độ.

Kết quả phân tích số liệu các mức cộng hưởng thu được của hạt nhân
hợp phần
26
Si được chỉ ra trong hình 3.8 và 3.9. Chúng ta thu được các


21

thông số ban đầu cần thiết cho việc làm khớp theo phương pháp R-matrix
như trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Năng lượng cộng hưởng và độ rộng xác định từ thực nghiệm
Năng lượng E
cm
(MeV) Độ rộng(keV)
10.360
±
0.031 101.536
±
3.116
10.680
±
0.045 98.103
±
2.021
10.829
±
0.050 111.326

±
0.811
11.242
±
0.063 103.536
±
0.927
11.481
±
0.070 118.821
±
3.709
11.803
±
0.079
133.617 ± 1.073
3.4. Phân tích R-matrix cho phản ứng
22
Mg(
α
αα
α
,
α
αα
α
)
22
Mg
Việc phân tích làm khớp R-matrix được tiến hành bằng chương trình

máy tính AZURE. Chương trình này đã được kiểm tra với các phản ứng hạt
nhân thiên văn
12
C+p,
14
N+p và
16
O+p có độ chính xác cao so với kết quả
thực nghiệm. Theo phương pháp R-matrix, ta cần thông số cho hai vùng bên
trong và bên ngoài hạt nhân compound. Bán kính kênh phản ứng được xác
định bởi:
(
)
1/3 1/3
1 2
1.45R A A= +
fm. (3.13)
Những thông số cần thiết cho vùng bên trong là các thông số lượng tử.
Theo nguyên lý bảo toàn spin và chẵn lẻ, đối với
22
Mg + α 
26
Si, ta có:

1 2
J j j l s
= + = +


 


,
l s J l s
⇒ − ≤ ≤ +

(3.14)

( )
1 2
1 .
l
π π π
= −
(3.15)
Do
22
Mg,
4
He và
26
Si là hạt nhân chẵn-chẵn, chúng có spin s = 0 nên:
J = l và
π
= (-1)
l
. (3.16)
Theo cơ học lượng tử ta có
l R p
 
= ×

 



, do đó, moment quỹ đạo có giá trị
cực đại thoả mãn:
2
.
R E
l
µ
≤

(3.17)
Với năng lượng cực đại của phản ứng là E = 3.0 MeV thì l
≤
4, ta thu được
các thông số lượng tử khả dĩ của các cộng hưởng như trong bảng 3.4.
Đối với vùng ngoài, thông số kênh vào của phản ứng trong bảng 3.5.
Sau khi làm khớp bình phương tối thiểu theo phương pháp R-matrix chúng
ta thu được kết quả như trình bày trong bảng 3.6 và hình 3.10. Trong thực
nghiệm này đã xác định được sáu mức kích thích, trong đó mức đầu và mức


22

cuối có hai giá trị J
π
đều thoả mãn thông số khớp R-matrix. Do đó, chúng ta
cần có những nghiên cứu khác để xác định một trong các giá trị này.

Bảng 3.4. Thông số cộng
hưởng dùng cho AZURE.
Bảng 3.5. Thông số ban đầu dùng
cho AZURE.
Các mức l
J
π

10.36; 10.68;

10.83; 11.24;

11.48; 11.80
0 0
+
Projectile
22
Mg (
0
J
π
+
=
)
1 1
-
Target
4
He(
0

J
π
+
=
)
2 2
+
Compound nucleus
26
Si(
0
J
π
+
=
)
3 3
-
Separation energy 9.221 (MeV)
4 4
+
Channel radius 6.365 (fm)


Hình 3.10. Kết quả khớp R-matrix các số liệu thực nghiệm để xác định
trạng thái lượng tửcủa các mức kích thích cộng hưởng.



Bảng 3.6. Các mức kích thích của

26
Si thu được trong nghiên cứu này
được so sánh với hai công trình khác với độ tin cậy cao.
Mức
Nghiên cứu này
28
Si(p,t)
26
P
E
r

(MeV)
Γ


(MeV)
J
π

E
r
(MeV)
J
π

E
r

(MeV)

J
π

1
10.325
±
0.071

0.218
±
0.011

(2
+
, 1
-
)


10.434
-?-
-?-
10.299
10.405
-?-
-?-
2
10.678
±
0.016 0.194

±
0.006
0
+

10.656
-?-
10.688
-?-
3
10.831
±
0.113

0.186
±
0.013

1
-



11.014
-?-

10.827

-?-

4
11.245
±
±±
±
0.028 0.208
±
±±
±
0.027
4
+


5
11.493
±
±±
±
0.216 0.292
±
±±
±
0.010
3
-


6
11.807

±
±±
±
0.117 0.156
±
±±
±
0.032
(0
+
, 2
+
)

3.5. Các mức năng lượng cộng hưởng trên ngưỡng alpha của
26
Si
Theo quy luật của cấu trúc nhóm của hạt nhân, trạng thái kích thích
cộng hưởng thường xảy ra gần với năng lượng ngưỡng hình thành nhóm
hoặc năng lượng cộng hưởng của nhóm đó, nhất là đối với những hạt nhân


23

có số khối gần gấp bốn lần alpha như 4n, 4n±1, 4n±2, như trường hợp hạt
22
Ne,
22
Mg. Tương tự với
26

Si, chúng ta có thể có cấu trúc nhóm trong nó.
Trạng thái 10.325 MeV và 10.831 MeV
Vì vùng năng lượng (10.3 - 10.8 MeV) của
26
Si cao hơn ngưỡng 3
alpha
3
thr
E
α
(7.2657 MeV) và thấp hơn ngưỡng 4 alpha
4
thr
E
α
(14.4382 MeV).
Do đó, có thể dự đoán cấu trúc hạt nhân
26
Si dạng (p+3α+3α+p). Điều này
được dự đoán dựa trên cơ sở là các mức năng lượng của
26
Si gần sát với các
mức cộng hưởng của
12
C và cấu trúc nhóm 3α của
12
C.
Trạng thái 10.678 MeV, 11.245MeV và 11.493 MeV
Các mức này có năng lượng nằm xa các mức cộng hưởng của
12

C, do
đó, rất khó để có cấu trúc nhóm p+3α+3α+p. Tuy nhiên, các mức này lại rất
gần với các mức kích thích cộng hưởng của
24
Mg, do đó cấu trúc của
26
Si có
thể tồn tại dưới dạng lõi là
24
Mg liên kết với hai proton “hoá trị”, p+
24
Mg+p.
Các mức cộng hưởng
24
Mg, phụ lục E trong luận án, có spin và chẵn-lẻ
tương tự như của
26
Si nếu spin của hai proton đi kèm bị triệt tiêu.
Như đã nói trên, việc xác định trạng thái lượng tử của mức đầu và cuối
có hai kết quả cần được kiểm chứng bởi những số liệu khác. Tuy nhiên, cho
đến nay chưa có số liệu nào được công bố. Bên cạnh đó, khoảng cách mức
và độ rộng mức thu được từ thực nghiệm này rất gần nhau. Do đó, việc tiến
hành thực nghiệm xác định các mức năng lượng trên ngưỡng alpha của
26
Si
vẫn là một việc làm rất cần thiết. Trong hướng nghiên cứu tiếp theo của
luận án, kết quả từ việc phân tích số liệu của
22
Mg(α,p)
25

Al sẽ bổ sung thêm
những thông tin cần thiết về
26
Si trên ngưỡng alpha.
3.6. Suất của phản ứng
22
Mg(α
αα
α,p)
25
Al
Suất phản ứng của
22
Mg(
α
,p)
25
Al được tính toán bằng cách sử dụng số
liệu các mức cộng hưởng của hạt nhân
26
Si và theo các công thức trình bày
trong chương 1. Trong đó, hàm lực cộng hưởng được xác định như trình
bày trong bảng 3.7. Kết quả tính toán suất phản ứng với các thông số hàm
lực nêu trên được trình bày trong bảng 3.8. Hình 3.11 trình bày suất phản
ứng của
22
Mg(
α
,p)
25

Al ứng với các mức cộng hưởng của
26
Si. So sánh kết
quả của nghiên cứu này với nghiên cứu về quá trình bắt proton, hình 3.12,
và phân rã beta, kết quả trong bảng 3.9, cho thấy rằng sự cạnh tranh của