ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
LẠI VĂN THẮNG
NGHIÊN CỨU TỶ SỐ SUẤT LƯỢNG ĐỒNG PHÂN
CỦA PHẢN ỨNG
HẠT NHÂN
116
Cd(γ,n)
115m,g
Cd SAU VÙNG NĂNG
LƯỢNG CỘNG HƯỞNG KHỔNG LỒ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HO
̣
C
HÀ NỘI - 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
LẠI VĂN THẮNG
NGHIÊN CỨU TỶ SỐ SUẤT LƯỢNG ĐỒNG PHÂN
CỦA PHẢN ỨNG
HẠT NHÂN
116
Cd(γ,n)
115m,g
Cd SAU VÙNG NĂNG
LƯỢNG CỘNG HƯỞNG KHỔNG LỒ
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao
Mã số: 60.44.05
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HO
̣
C
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM ĐỨC KHUÊ
HÀ NỘI - 2012
MC LC
MƠ
̉
ĐÂ
̀
U 1
CHƢƠNG 1. PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN VA
̀
HA
̣
T NHÂN ĐNG PHÂN . 3
1.1. Mô
̣
t sô
́
đă
̣
c trƣng cu
̉
a pha
̉
n ƣ
́
ng quang ha
̣
t nhân 3
1.1.1.
3
1.1.2.
5
gi 7
1.2. Ht nhân đng phân 8
1.3. T s đng phân 11
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 15
2.1. Ngun photon hãm từ máy gia tc Linac 16
2.1.1. Nguyên lý hot động cu
̉
a ma
́
y gia tô
́
c linac 16
2.1.2. Cơ chê
́
ta
̣
o photon ha
̃
m tƣ
̀
ma
́
y gia tô
́
c electron. 17
2.1.3. Máy gia tc linac 100 MeV Pohang, Hn quc. 23
2.2. Phƣơng pháp kích hot v đo phổ Gamma 25
2.2.1. Nguyên lý của phƣơng pháp kích hot pho
́
ng xa
̣
. 25
2.2.2. Ghi nhận va
̀
phân tích phổ gamma. 28
2.2.2.1.
28
Gamma 32
2.2.3. Một s biện pháp nâng cao độ chính xác của phép đo 33
2.2.3.1. Hiu chnh can nhi. 33
2.2.3.2 Hiu ng hp th tia gamma trong mu. 34
2.2.3.3. Hiu ng cnh. 34
CHƢƠNG 3: XÁC ĐNH T S SUÂ
́
T LƢƠ
̣
NG ĐÔ
̀
NG PHÂN 37
3.1. Thí nghiệm xác định t s suất lƣợng đng phân 37
3.2. Nhận diện đng vị phóng x v phản ứng ht nhân. 39
3.3. Xác định t s suất lƣợng đng phân bằng thực nghiệm. 44
KÊ
́
T LUÂ
̣
N 50
TI LIỆU THAM KHẢO 51
1
MƠ
̉
ĐÂ
̀
U
Mt trong nh quan tr
u v t s
cp nh ca phn ng
h
, v s ph thuc c mc
hn cht c
c liu thc
nghim v t s t cn thit trong vic thit k
ca mu, tu kin thc nghing
dng thc t liu v t s c s dng vi nhi
t, ch tng v, che ch, [9-13].
T s
t din ca phn ng h
t
(metastable state) (
m
) n
(ground state) (
g
).
k ,
high
low
.
ng, t s
s sung phn ng,
lowhigh
YYIR
[11-13].
Lu
thc hin t
s su phn ng quang h
116
115m,g
Cd
bc x : 50, 60,
,
.
,
ng
(>30 MeV),
, ca phn
. u
t s sung ca phn ng quang h
116
Cd
115m,g
Cd
cng khng l
mt s thc hin [17-21]. Tuy
,
2
. y, kt qu c ca bn lu
n b sung s li ng .
,
, t qu c
tin
.
Bn lu ,
i dung
: Phn ng quang hng :
t
a phn ng quang hn
t
s .
c: t
ng cc
to
c
i thiu v c Linac 100 MeV tc.
gamma:
ct ph gamma,
. Mt
s biu chnh nh
.
nh t s sut c nghim:
m ca phn ng
quang h
116
Cd
115m,g
Cd,
.
Bu 52 trang, 14 , 8 bng biu.
c thc hin t c.
Vi lin luc thc hin t
Vn V
3
CHƢƠNG 1. PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN V HẠT NHÂN
ĐNG PHÂN
1.1. Mô
̣
t sô
́
đă
̣
c trƣng cu
̉
a pha
̉
n ƣ
́
ng quang ha
̣
t nhân
1.1.1.
c x n t
t chy ra nhiu va chn.
yu ca bc x gamma vi vt chu ng hp th quang
n, hiu ng Compton, hiu ng to cn ng quang h
Tit din
airphot Com p
+
T
A
t
din do hiu n
5
7/2
phot
Z
E
, tit din do hiu Compton
Com
Z
E
, tit din do hiu ng to cp
2
air
ln(2E )
p
Z
,
T
A
t din
tng cng cn ng quang ht Hiu ch
ya bc x gamma vi vt cht ng thp
x Compton chi u ng to
cp
ng cao [4].
Phn ng quang h hp th photon dng
p ph
i hu ki nhng phn ng
y rng cng t cn phi lt,
ng ca phn ng h
E
th
). B
ng v ng t
ng thp c x gamma tng
ng ln, c x c ht.
n ng quang h
u hp th
photon. Mu phn ng quang h
phn ng quang ht
p theo ca h
n ng hng c
n ng quang h thuc m ng c
4
ng t gamma tng gamma ti, phn ng quang h
i hng vi nhiu loi phn ng
n n: (,n), (,p); phn ng sinh nhi
(ch h,f); phn ng photospallation: (,xnyp); phn ng
to meson (,xn), hinh (
n ng quang h
: cng
cc khng l (gi gi
(quasideutron, QDM) (30 MeVE140 MeV) pion (E>140 MeV).
u din m gia tit din phn ng quang h
ng ca photon [6].
Tit din phn ng quang hng photon.
ng ca phn ng (
ch i cng cong tit di
dch chuyn gic ca h
ng v hin trong c
tinh t ca tit ding vi s chng chc ca h
hp phn. Tit din phn ng quang ht cgauss
c gng khng l
u ng phc tu ng
I
II
III
IV
E
(MeV)
Tiết diện phản ứng
1
10
100
5
1.1.2.
i 30 MeV, s hp th photon d n
p ph
nhi i h,xn), (,p), (,pn);
(,f).
(,n) (,p)
1 mb khi E
15 25
.
, (E
)
res
, :
MeVAE
res
3.0
)(
(1.1)
,
photon 10 20
(giant
dipole resonance GDR) .
i phn
ng quang hp trung
(E < 30 MeV).
ging
khng l
ng hn t cng t
thia ht lt, hn
ng do hp th o ra s ng ca hai loi cht l
Hing cng khng l ng vi tn s ci cng. Sau
c ng khng l t s chng chp
(superposition) do s a tt c . Mi mt nucleon
nhn mt phng t s hp th photon. Cng khng l ng
tt c ng nh [4].
Hi ng t gamma v
ng E
-10
1,2x10hc
EE
(1.2)
i vng
E
ng t >> R
nucl
ch sau,
6
th nht (Goldhaber- proton ca
hc thay th b c trong ht
2ng ca li h bi
i lp. Tp hp cng cc trong hn s dao
c
K
M
, vi
ng ca h a lc thc hin bi
i hi t l vi di
mt ca h R
2
2
1/6
3
1KR
A
MR
R
c (E
)
res
= 35 A
-1/6
(MeV).
th hai (Steinwedel-Jensen model), c ng
cc khng l thay th xen k l t c
2b).
ng hi t l vi kho R A
1/3
n
s c
1/3
1K
A
MR
(E
)
res
= 60 A
-1/3
(MeV).
t qu vi thc nghim ch ra rng s ph thuc c
kh mt
h
-1/3
+ 20,6 A
-1/6
(MeV).
2. S c h
c xp x a cng cc khng
l i t i vt
7
khi t 16 - biu di
-1/3
(MeV)
ng hi vi hng.
Tit din phn t xy ra phn t ht
ng c t ti bng 1 ht/cm
2
. a c ng
khng l c biu din gi vi ht
):
22
0
2
2
0
)()(
)(
EEE
E
(1.3)
0
ng cng; rng cng;
0
: g tit din
ci.
Bng s t din hp th quang hc
y s hp th ng c
ng khng l.
1.1.3.
gi xui
vi s hp th ng cao (>i v
ng khng l
dn t a photon v m ht
photon v. Photon ti s i c-
i cp proton--
ng c hp th ng cn trong hiu ng quan
chi
n momen ln gii
hai nucleon phi g ng h
t nhc t do. Tit din phn ng ca
gi biu din bc sau [8]:
D
Z
.
A
Q D D
N
L
(1.4)
s c g L = 6.8
ng s L = 10. c-
proton trong h,
D
t din phn ng
8
do.
D
t t ci bng hai l
kt c
D
= 2.3 mb t ng photon E
= 4.452 MeV.
n c n
tn ti mt s ng nht gia kt qu thc nghi
thuy c cng c c nghi
-proton. S thng nht gia kt qu thc nghit
gi ra r chi
hp th photon bp nucleon.
1.2. Ht nhân đng phân
,
, , tr
chn l.
,
(
)
. Vi
.
,
xung quan
. ,
,
.
,
,
,
.
1921.
1
,
2
,
.
1
(
Th
234
90
) [4]:
UX
1
UZ
1
UX
2
9
Pa
234
91
,
: UZ
1
1.22 ,
2
6.7
.
1934
ng s
. H
ng v
Br
80
35
ph
(18 4.4
).
Br
80
35
:
().
,
.
,
(|l| > 4).
,
: ( 1)
(2) .
;
,
.
,
, ,
-
, p, .
.
,
:
.
.
,
10
.
(n, p, )
,
.
,
,
.
,
.
.
.
,
. ,
() .
Br
80
35
.
.
.
.
,
.
(
)
.
:
.
Co
60
27
,
,
-
0.24%
99.76%.
,
.
Sb
124
51
,
11
60 , 20
.
242
Am,
,
1/2
= 1.
-2
s, trong khi
T
1/2
~ 10
8
.
,
.
0.393
104 .
,
,
.
,
M, spin I,
,
, th
.
.
.
;
trong ,
.
. T
,
.
,
, n (
).
138
1/2
= 2.
-10
236
1/2
1.3. T s đng phân
(
m
) (
g
):
m
g
IR
(1.5)
12
,
[11-13]:
high
low
IR
(1.6)
c x t c,
nh bng t s s
n
:
high
low
Y
IR
Y
(1.7)
,
,
u
,
.
[9].
c
spin J
c
.
,
c
(E
c
, J
c
)
c
c
.
nucleon.
,
.
. ,
.
i
i
f
f
.
,
, .
qua
.
13
( ).
(E1).
.
[9]:
hs
ls
P (E)
IR
P (E)
(1.13)
, : (1)
, (2)
;
, (3)
, (4)
, (5) spin
.
, .
:
n 1/2
2
J(J 1)
(J,E) (J) (E) E exp| 2(aE) | (2J 1)exp
2
(1.14)
= 0.5/4.2. off (SCOP) li
:
2
2
t
(1.15)
.
:
(a)
0
1
*
c
= J
0
, J
0
14
1.
0
= 0
c
= 1
.
c
:
cc
P(J ) 2J 1
(1.16)
(b)
(,n),
*
.
i
f
:
f
i
i
f
1
J
2
|S J |
f f i l n
l |S J |
1
SJ
2
P(J ) (J )P(J ) T (E )
(1.17)
, T
l
(E
n
)
l
E
n
.
n
:
(1.18)
:
U = at
2
t (1.19)
,
.
(c)
1
sau:
1
2
2
U5
E4
aa
(1.20)
(
).
f
:
i
f i f
J
P(J ) P(J ) [J ]
(1.21)
(d)
,
n.
15
(e)
:
(COS)
,
)J(J
2
1
COS
lowhigh
.
,
[9].
0 (
)
.
. ,
,
.
,
.
,
.
.
,
.
Vandenbosch
.
Phn l
nh cho
,
14
MeV. ,
, , alpha.
ch yu ng cng khng l.
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
16
2.1. Ngun photon hãm từ máy gia tc Linac
2.1.1. Nguyên lý hot động cu
̉
a ma
́
y gia tô
́
c linac
Ngay t nhu th k
mut ngun bc x u c
ca hu thc t t
ra thit b t ng l phc v cho vic
u c Ct ca vt chn d
s t,
i vt ch u c
cng t c t t nucleon
ra khi hng ct bi lng
(7- 8 MeV). Trong thc t muu c
n ng ht bng t c t
u c n cn t
n nhing
y s ng ch cng thp hoc
a c t cao [3].
Ni Th xu ng s dng ng
bii theo thi gian gia tc c t
ng lt ca h thng. Ni
Nauy thit k c thng (linac) ba ta
Ising s dng tn s (RF- radio frequency) tn kali
ng 50 keV.
ng
gia tn cc gia tc bng xoay chin s
t tm gin cc. Ht chuyng theo mng thng.
n cc gia tc
bng xoay chin s t tm gin c
ht chuyng theo mng thng.
c s dng v proton, ion
n i v l a ng s rt ln.
i ta khc ph d n. Tuy
v gp phi khi s d m
17
cao t khc phc hi ng gia tc
n t i dng t i
m tn s cng ca h p vi tn s ng gia tc. Pha
cu mi tru ch c
nhng t t ti v nh c
m cui ca nhng ng dc gia tc.
Vic hi t c thc hin bi t trc to ra t
ng dng theo mng
thng.
c linac hong vi t ng bii dng sin
c gng gia tc to trong mt th gii
hi hc gia tc (cavity). m
i vt nh hoc t i vi lo
sut ln. RF linac hong trong gii tn s t
p cho vic gia tt nh i t
ht ni tn MHz). Ngun h
loi ngun, ngu
i ngu
2.1.2. Cơ chê
́
ta
̣
o photon ha
̃
m tƣ
̀
ma
́
y gia tô
́
c electron.
ng vt cht s b
mng ch yc x
mng do va cht qu ca s i ca
electron vi electron c. Do khng ct nh
mng nc gia t
v o c i do l
ca h n ti s bc x n t
gc x c nh
i nhng cc x
ng gii hn s mc x
th c lc
x ng l 7].
T mn ca electron trong vt ch
yu sau [5]:
18
T mn ct cht
yu sau:
colradtot
dx
dE
dX
dE
dx
dE
(2.1)
mng ca
mng cc sau:
])11(
8
1
12ln)12(
)1(2
.[ln
4
2222
1
22
2
2
4
2
I
Evm
vm
en
dx
dE
e
e
e
col
(2.2)
i ca electron:
2
2
2
1
cm
cm
E
e
e
(2.3)
ng hi c (2.2) tr
I
vm
vm
en
dx
dE
e
e
e
col
2
ln
4
2
2
4
(2.4)
ng hi E >> mc
2
]
8
1
12
[ln
2
22
2
2
4
I
E
vm
en
dx
dE
e
e
col
(2.5)
t ni vi electron c hai gii hu
quan tr
e
c
2
= 0,5 MeV, t i ngay c ng
c
Khi ht electron chuy n gn h
i dng bc x n
ng gc x ng ca bc x i t c
i bng va electron. S mng h
gng do bc x bc x ng
bc x i vi hc
dt
vd
a
ng h
ng t ng:
19
W =
3
22
c
ze
2
3
2
a
(2.6)
Thay
a
=
m
F
ta thy s mng t l nghch vi
ng ht. Do vy, s mng ch vi electron ch
trng vt n mng ca electron ch
yi h
o.
mng do bc x bc sau:
- ng hi, t
e
c
2
:
rad
dx
dE
=
3
16
nE
137
rZ
2
e
2
(2.7)
(g/cm
3
)
A
N
A
(2.8)
cng, N
A
= 6,02.10
23
kh ca hng.
r
e
=
2
e
2
cm
e
= 2,82.10
-13
n ca electron (2.9)
- ng hi vi m
e
c
2
<< E << 137 m
e
c
2
Z
-1/3
:
rad
dx
dE
= nE
137
rZ
2
e
2
(4ln
2
e
cm
E2
-
3
4
) (2.10)
hoi vng hp E >> 137 m
e
c
2
Z
-1/3
:
rad
dx
dE
= nE
137
rZ
2
e
2
(4ln
3/1
Z
183
+
9
2
) (2.11)
T y:
rad
dx
dE
Z
2
nE (2.12)
t li di v m
20
col
dx
dE
n
e
nZ (2.13)
c:
col
(dE/dx)
(dE/dx)
rad
EZ (2.14)
N t s gi mc
x mng:
col
(dE/dx)
(dE/dx)
rad
800
EZ
(2.15)
c (2.15) cho th mc x c
(Z 8) v b mi
vy ra ng E
mc x b m
c gng ti hn. Trong min ng
ti h m ng do bc x y
ng electron gi t cht:
E = E
0
rad
x/
e
(2.16)
rad
g c x.
.1 minh ha t mng ca electron b
c x [5].
,
.
. Tuy
,
, :
, ;
;
;
, .
,
. ,
5 30 MeV,
1mm.
21
. T mng do va chc x ca e trong bia Cu.
,
,
m
bt s ng c
.
.
,
.
30%
electron 10 MeV. 2.2
.
t
o c i do la h i,
c x c x
c a electron t biu
din ph bc x a bia W khi bng 50, 60
70 MeV.
22
2.2.
,
.
2.3.
bc x o b 50, 60 70 MeV t bia
0.1 mm.
0 10 20 30 40 50 60 70
10
2
10
3
10
4
10
5
50MeV
60MeV
70MeV
Thong luong photon ham (/s/cm2)
Nang luong photon ham (MeV)