Hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng tại lò phản ứng hạtnhân Đà Lạt

II.2: Suất liều gamma và nơtron tại một số vị trí trong khu vực bố trí hệ đo ( Kết qủa của Phòng ATBX) Kênh đóng (àSv/h) Kênh mở (àSv/h) Vị trí Gamma Nơtron Gamma Nơtron 1 2.8-3 0.1 4 1.2 2 6.5 0 9 - 10 7.13 3 5.5 0 22 14 4 3.5 0 1.4 - 3 20 5 2.5 0 16 60 6 0.3 0 8 - 9 10.1 7 0.18 0 1.1 0.5 315 cm 152mm 203 mm Towards water level monitor Towards water tank 80 mm 150 cm lead graphite borated paraffin air water borated heavy concrete Hình II.3: Sơ đồ mặt cắt ngang kênh dẫn dòng số 3. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 20 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Vị trí đ−ợc chọn đo liều là những vị trí có liên quan đến ng−ời làm thí nghiệm và liên quan đến phông bức xạ của hệ đo. Các giá trị đo cho thấy các thao tác đóng mở kênh, thay mẫu, hoặc vì một lý do nào đó phải ra vào kênh trong lúc lò đang làm việc (hệ đo đang làm việc) là hoàn toàn có thể chấp nhận đ−ợc theo các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ hiện hành. 7 6 5 1 643 2 Hình II.4: Các vị trí kiểm tra liều bức xạ (1 - Vị trí ra vào cửa kênh, 2 - Vị trí đặt bình n−ớc, 3 - Vị trí cách tâm chùm 15cm và cách miệng kênh 10cm, 4 - Vị trí đặt detector, 5 - Vị trí cách beam stop 2cm và cách tâm chùm 15cm, 6 - Vị trí dành cho ng−ời thao tác khi mở kênh, 7 - Vị trí phía sau beam stop) II.5. Hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng (SACP) tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. II.5.1. Sơ đồ khối của hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng: Hệ phổ kế công biên độ các xung trùng phùng tại Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã đ−ợc lắp đạt và đ−a vào sử dụng từ tháng 8/2005. Hệ đ−ợc lắp đặt tại lối ra của kêng ngang dẫn dòng nơtron số 3 của lò phản ứng. Sơ đồ khối của hệ đo đ−ợc mô tả trong hình d−ới đây. Các thiết bị của hệ đo gồm có: - Hai detector bán dẫn siêu tinh khiết GC 2108 của hãng Canberra. - Hai khuếch đại phổ 572A của hãng Ortec. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 21 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên - Hai ADC 8713 của hãng Canberra. - Hai khối trùng phùng nhanh FFT 474 của hãng Ortec. - Hai khối phân biệt ng−ỡng nhanh CFD 584 của hãng Ortec. - Khối dây trễ. - Khối cao thế HV 660 của hãng Ortec. - Khối nguồn nuôi Model 4002D của hãng Ortec. - Khối MPA chế tạo trong n−ớc. - Máy tính PC. Hai detector đ−ợc bố trí trên hệ nâng và di chuyển đầu dò, đ−ợc che chắn bằng các thiết bị bảo vệ bức xạ làm bằng các vật liệu có tiết diện hấp thụ nơtron và γ lớn nh− B, Li, Pb, … để giảm phông γ và nơtron tác động vào các detector đến mức tối đa có thể đ−ợc. Hệ đo đ−ợc ghép nối với máy tính thông qua một card thu nhận dữ liệu (MPA) hay Interface. Interface có nhiệm vụ đ−a dữ liệu từ hệ đo vào máy tính để l−u trữ và xử lý bằng các phần mềm. Nó đ−ợc thiết kế có bộ nhớ RAM, với tính năng hoạt động nh− một máy tính thu nhỏ để thu thập dữ liệu từ hai ADC. Việc ghép nối hệ đo với máy tính đ−ợc thực hiện qua cổng USB của máy tính. Số liệu đo đ−ợc l−u giữ ở dạng code ở trên ổ cứng của máy tính để thuận tiện cho việc xử lý số liệu. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 22 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên ADC 8713 572A Hình II.5: Sơ đồ khối của hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. II.5.2. Nguyên tắc làm việc của hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng: Khi có phân rã γ nối tầng, hai detector đ−ợc bố trí ng−ợc nhau 1800 sẽ ghi nhận hai l−ợng tử γ này (do t−ơng quan góc của các l−ợng tử phân rã γ nối tầng th−ờng gần 1800 để thoả mãn định luật bảo toàn xung l−ợng). Hai tín hiệu lối ra T (time) của hai detector sẽ đ−ợc các khối khuếch đại nhanh FFT 474 khuếch đại và tạo dạng cần thiết, sau đó đi tới các khối gạt ng−ỡng nhanh CFD 584. Xung ra từ các khối gạt ng−ỡng nhanh đi tới lối vào của khối trùng phùng nhanh 414A. Khối trùng phùng nhanh có cửa sổ thời gian tối thiểu là 10ns và xác định điều kiện trùng phùng theo mặt tăng của xung. Lối ra của khối trùng phùng sẽ là xung d−ơng và xung này đ−ợc sử dụng để mở Gate của hai ADC. Nh− vậy nếu có phân rã γ nối tầng đ−ợc ghi bởi hai detector thì sẽ có một xung d−ơng ở lối ra của khối trùng phùng nhanh cho phép hai ADC đ−ợc biến đổi. Gạt ng−ỡng nhanh CFD 584 đ−ợc sử dụng để loại trừ nhiễu, G C 2 01 8 FFT 474 572A CFD 584 ADC 8713 FFT 474 G C 2 01 8 CFD 584 414 A M P A 2 HV660 PC Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 23 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên ảnh h−ởng của các tia γ mềm. Việc lựa chọn giá trị ng−ỡng của các khối CFD 584 là rất quan trọng, vì nếu thấp quá sẽ xuất hiện trùng phùng với phông γ mềm hoặc γ tán xạ giữa hai detector, nếu cao quá thì sẽ mất dữ liệu có ích và không đủ thống kê, cần phải kéo dài phép đo. Tín hiệu lối ra E của hai detector đ−ợc các khối khuếch đại phổ 572A khuếch đại và tạo dạng cần thiết để cho hai ADC biến đổi. Tín hiệu ở lối ra các khuếch đại phổ trễ hơn so với tín hiệu lối vào một l−ợng tuỳ theo thời gian hình thành xung của bộ khuếch đại (cỡ às), trong khi tín hiệu ở lối ra của khối trùng phùng nhanh trễ hơn so với tín hiệu ở lối ra T của detector chỉ cỡ vài ns. Nh− vậy để có sự đồng bộ, tín hiệu ở lối ra của khối trùng phùng phải đ−ợc làm trễ đi một l−ợng tuỳ theo thời gian hình thành xung của bộ khuếch đại phổ. ADC đ−ợc nối với Card thu nhận dữ liệu (MCA) để truyền dữ liệu vào máy tính. Nguyên tắc hoạt động của ADC 8713 nh− sau: - Tín hiệu của lối ra khuếch đại phổ đ−ợc đ−a vào lối vào của ADC, nếu tín hiệu nằm trong khoảng ng−ỡng của ADC thì sẽ đ−ợc ADC biến đổi. Sau khi biến đổi xong tín hiệu t−ơng tự thành tín hiệu số, ADC sẽ gửi tín hiệu Data Ready tới Card thu nhận dữ liệu (MCA) báo cho MCA biết sẵn sàng đọc dữ liệu. Khi nhận Data Ready, MCA sẽ gửi Enable Data cho phép dữ liệu đ−ợc chuyển từ ADC sang MCA. Sau đó MCA gửi Data Accepted tới ADC để cho phép bắt đầu quá trình biến đổi mới và dữ liệu của phép biến đổi mới này sẽ thay thế dữ liệu của phép biến đổi tr−ớc đó. Data Accept Dead Time Enable Data Data Ready in in in out out out MCA ADC Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 24 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Hình II.6: Sơ đồ hoạt động của ADC và MCA. - Trong quá trình biến đổi của ADC, dữ liệu lối vào có thể là Valid hoặc Invalid. Valid là các dữ liệu đ−ợc đọc và ghi, còn các Invalid là các dữ liệu của các xung lối vào ADC đ−ợc MCA đọc nh−ng không ghi. + Các tín hiệu Valid: Các xung đi vào và thoả mãn điều kiện chuẩn của ADC, đ−ợc ADC biến đổi thành dữ liệu và l−u vào MCA. Chuyển đổi Buffer MCA Input + Các tín hiệu Invalid: Là các dữ liệu không có ý nghĩa. Xung vào này có thể đ−ợc ADC biến đổi hoặc đ−ợc biến đổi nh−ng không đ−ợc l−u vào bộ nhớ, cũng có tr−ờng hợp có thể đ−ợc l−u nh−ng đ−ợc đánh dấu phân biệt với các tín hiệu Valid. Tín hiệu Invalid xuất hiện khi: 1) Các xung không nằm trong cửa sổ số t−ơng tự SCA sẽ bị loại bỏ ngay vòng biến đổi đầu. Một vi phạm ng−ỡng trên hoặc ng−ỡng d−ới của ADC cũng sẽ sinh ra tín hiệu Invalid. 2) Kết quả của xung vào trong chuyển đổi số nhỏ hơn đ−ờng Zero hoặc nhỏ hơn Offset số hoặc cả hai thì sẽ bị loại bỏ bởi không có tín hiệu Data Ready. 3) Xung lối vào trong quá trình biến đổi số lớn hơn khoảng Range của ADC (Range đ−ợc đặt bằng cỡ bộ nhớ của MCA) cũng sẽ không có Data Ready nên bị loại bỏ. 4) Trong tr−ờng hợp trùng phùng hoặc phản trùng phùng, độ rộng xung vào của Gate phải tối thiểu là 250ns (mức lôgic cao đối với trùng phùng, thấp đối với phản trùng phùng) và bắt buộc phải đến sớm hơn 100ns tr−ớc khi có tín hiệu Peak Detection Point hoặc khi Linear Gate đóng lại. Các xung lối vào Gate có độ rộng nhỏ hơn sẽ bị cắm cờ Invalid ngay tại điểm Peak Detector. * Trạng thái báo dữ liệu sai của ADC: Để phép biến đổi dữ liệu đ−ợc chấp nhận thì cần phải tuân thủ tất cả các điều kiện mà khi một trong các điều Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 25 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên kiện này bị vi phạm thì cờ Invalid sẽ treo lên (J102, chân 12) nếu ADC đ−ợc setup ở Mode này. - Cửa sổ SCA: Các xung không nằm trong của sổ SCA sẽ loại bỏ ở chu trình xuất nội dung của ADC ( ra Buffer hoặc ra lối ra - ND). Việc vi phạm ng−ỡng d−ới hoặc ng−ỡng trên sẽ treo cờ Invalid. Cả hai trạng thái sẽ đ−ợc kiểm tra ở thời điểm phát hiện đỉnh xung. - D−ới ng−ỡng số: Kết quả biến đổi của ADC nhỏ hơn đ−ờng không của ADC hoặc nhỏ hơn giá trị Offset hoặc cả hai sẽ bị loại bỏ khi ADC Ready khởi phát. Cờ Invalid đ−ợc treo ở cuối thời gian nạp dữ liệu - Load ( truyền dữ liệu ra khỏi bộ biến đổi). - V−ợt ng−ỡng số: Các xung vào có biên độ lớn hơn ng−ỡng trên của ADC sẽ bị loại bỏ khi ADC Ready khởi phát. Cờ Invalid sẽ đ−ợc treo lên ở cuối thời gian truyền dữ liệu. - Trùng phùng/phản trùng phùng: Xung Gate phải có độ rộng ít nhất là 250ns (logic cao ở Mode trùng phùng, thấp ở Mode phản trùng phùng) và ở mức logic cao ít nhất là 100ns tr−ớc thời điểm phát hiện đỉnh hoặc khoá tuyến tính đóng lại. Cờ Invalid sẽ đ−ợc treo ở thời điểm phát hiện đỉnh xung. * Nguyên tắc hoạt động của Interface: Interface của hệ đo tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt có sử dụng vi điều kiển, có bộ nhớ ngoài để truyền dữ liệu vào ổ cứng của máy tính. Thuật toán hoạt động của Interface nh− sau: - Khi cả hai ADC đều biến đổi: Xung lối vào có biên độ nằm trong cửa sổ của ADC. Cả hai ADC đều có tín hiệu Data Ready và chúng cách nhau một khoảng thời gian không quá 1às thì Interface sẽ gửi tín hiệu Enable Data để đọc và ghi dữ liệu của xung lối vào từ ADC, sau khi ghi xong Interface sẽ gửi tín hiệu Data Accept tới ADC và cho phép ADC reset lại để thực hiện phép biến đổi tiếp theo. - Khi chỉ có một trong hai ADC biến đổi: Khi đó chỉ có một trong hai ADC có tín hiệu Data Ready gửi tới lối vào của Interface, trong tr−ờng hợp Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 26 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên này Interface chỉ đọc mà không ghi dữ liệu - nó gửi tín hiệu tới cho phép hai ADC reset lại để thực hiện các phép biến đổi tiếp theo. - Khi cả hai ADC đều không biến đổi: Trong tr−ờng hợp này cả hai ADC đều không có tín hiệu Data Ready gửi tới Interface nên nó sẽ không phản ứng. Chính những điều này quyết định sơ đồ lắp đặt interface và sự thành công của việc setup. Hình II.7 : Sơ đồ nguyên lý của Interface. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 27 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên 6às 30às 1,5às Detector A Detector B Xung sau KĐP Xung sau KĐP Xung trùng phùng Data Ready A Data Ready B Khởi phát đọc Data Accept Hình II.8: Sơ đồ hình thành xung. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 28 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Ch−ơng III. Thuật toán xây dựng sơ đồ mức III.1. Phổ tổng và phổ vi phân. III.1.1. Phổ tổng. Các detector bán dẫn hấp thụ một phần năng l−ợng của các l−ợng tử γ và biến đổi chúng thành các xung điện áp nhờ một hệ điện tử mà trong đó biên độ của xung điện áp này tỷ lệ với năng l−ợng của l−ợng tử γ bị hấp thụ. Nh− vậy, một bức xạ γ đơn năng đ−ợc ghi sẽ đ−ợc biểu diễn trong phổ d−ới dạng một đỉnh (hấp thụ quang điện) hoặc 3 đỉnh hẹp (bổ sung các thêm đỉnh bay đơn và bay kép của quá trình huỷ cặp) và phân bố liên tục t−ơng ứng với sự hấp thụ không hoàn toàn năng l−ợng của l−ợng tử γ (tán xạ Compton). Khi năng l−ợng của l−ợng tử γ (Eγ) tăng thì xác suất tạo cặp tăng, cho nên diện tích của đỉnh bay đơn và bay kép sẽ tăng lên t−ơng ứng. Các chuyển dời nối tầng đ−ợc biểu thị bằng một phân bố liên tục t−ơng ứng với sự hấp thụ không hoàn toàn năng l−ợng của chuyển dời nối tầng và đỉnh hấp thụ toàn phần. Đỉnh hấp thụ toàn phần này đ−ợc tạo nên bởi sự đóng góp của những chuyển dời nối tầng mà năng l−ợng của hai l−ợng tử γ bị hấp thụ hoàn toàn ở trong hai detector. Trong phổ SACP cũng xuất hiện những đỉnh liên quan đến quá trình huỷ cặp. Độ rộng của các đỉnh phổ trong phổ SACP do chất l−ợng của detector và sự cân bằng của hệ số biến đổi năng l−ợng bị hấp thụ của l−ợng tử γ thành chỉ số kênh. Nếu độ sai khác t−ơng đối của hệ số biến đổi là: 4 1 21 10−<− K KK thì độ rộng của các đỉnh phổ đ−ợc xác định bởi năng l−ợng của các chuyển dời. Trong phổ SACP có các đỉnh hấp thụ toàn phần và các đỉnh có liên quan tới quá trình huỷ cặp ( các đỉnh thoát đơn và thoát kép). Khi ghi nhận Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 29 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên thông tin về biên độ các xung trùng phùng, ta dễ dàng tách đ−ợc chỉ những tr−ờng hợp mà toàn bộ năng l−ợng của phân rã nối tầng bị hấp thụ hoàn toàn trong hai detector (phổ vi phân). III.1.2. Phổ vi phân. Các chuyển dời γ nối tầng có năng l−ợng tổng cộng EC = E1 + E2 khi bị hấp thụ hoàn toàn bởi hai detector sẽ đ−ợc ghi vào một đỉnh của phổ cộng biên độ các xung trùng phùng (SACP). Từ các số liệu về biên độ mà tổng của chúng rơi vào phần phổ SACP t−ơng ứng với đỉnh quan sát đ−ợc, xây dựng lên phổ một detector. Phần phổ SACP này là tổng của các sự kiện thực cộng với phông. Phông ở đây đ−ợc loại trừ nhờ phần bổ xung tích luỹ từ biên độ các xung trùng phùng mà tổng của chúng rơi vào phần 3 của phổ SACP. Nh− vậy trong phổ này về nguyên tắc chỉ chứa các đỉnh hấp thụ toàn phần và không chứa phân bố liên tục (do quá trình tán xạ Compton gây lên). Từ một đỉnh của phổ SACP chúng ta sẽ tạo ra đ−ợc hai phổ một detector sau khi hiệu chỉnh hiệu suất ghi, ghép hai phổ lại ta thu đ−ợc phổ vi phân. Trong phổ vi phân này có chứa các thông tin thu đ−ợc bằng ph−ơng pháp SACP nh−: Diện tích đỉnh (tỷ lệ với c−ờng độ chuyển dời nối tầng), vị trí của đỉnh ( năng l−ợng chuyển dời)… Trong phổ vi phân này đã loại trừ đ−ợc phân bố liên tục nên làm đơn giản hoá quá trình phân tích thực nghiệm và quan sát đ−ợc một số đỉnh mà trong các phép đo th−ờng không phát hiện đ−ợc do nền phông Compton của các l−ợng tử γ năng l−ợng cao gây nên. Đặc điểm chính của phổ vi phân là có hai đỉnh của chuyển dời nối tầng có vị trí đối xứng nhau qua điểm giữa t−ơng ứng với EC/2 (EC là năng l−ợng của chuyển dời nối tầng) và có diện tích bằng nhau. Đối với các hạt nhân phức tạp, có thể có nhiều chuyển dời nối tầng giữa trạng thái Compound và mức cuối cố định, nên các chuyển dời có c−ờng độ nhỏ sẽ tạo ra sự phân bố liên tục; hoặc khi năng l−ợng của mức cuối lớn nên do ảnh h−ởng của phông nên phân bố liên tục trong phổ SACP tăng lên. Còn đối với các chuyển dời có c−ờng độ mạnh thì tính đối xứng của các đỉnh vẫn đ−ợc giữ nguyên. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 30 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Th− viện (n,γ) Phổ A1 Các hệ số chuẩn năng l−ợng Phổ A2 A1 A2 Phổ tổng A=A1 + A2 Nhớ Hình III.1: Sơ đồ tạo phổ tổng và phổ vi phân. III.2. Vấn đề hiệu suất ghi của của detector. Hiệu suất ghi γ toàn phần của detector là tỷ số giữa số l−ợng tử γ ghi nhận đ−ợc với số l−ợng tử γ đi qua bề mặt tinh thể của detector. Tỷ số này là một hàm phức tạp phụ thuộc vào năng l−ợng của bức xạ γ, mật độ và số khối trung bình của vật liệu làm detector, hình học của hệ đo. Sự phụ thuộc của diện tích đoạn phổ vi phân A(EC,Eγ) (t−ơng ứng với khoảng năng l−ợng ∆E) vào c−ờng độ chuyển dời nối tầng Iγγ(EC,Eγ) có dạng: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )γγγγγλ εεκ EEEEEIEEEA CCCC −= *,, (2.1) với κ (EC) là hằng số đối với phổ vi phân đã cho. Ec1 Ecn     A1 A2 A1 và A2 mà E1 + E2 =Eci EcnEc1 HXG Ghép phổ Phổ vi phân 1Phổ A1 Phổ A2 HXG Ghép phổ Phổ vi phân 1Phổ A1 Phổ A2 Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 31 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên ε(Eγ) là hiệu suất ghi của detector tại năng l−ợng Eγ. Tỷ số giữa diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần và suất ra của chuyển dời γ t−ơng ứng thể hiện dạng phụ thuộc của ε(Eγ). Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi của detector Ge(Li) trong vùng năng l−ợng từ 0.5ữ8 MeV đ−ợc xác định từ thực nghiệm có dạng: ( )( ) 2ln yybxaE βαε γ +++= (2.2) với a, b, α, β là các hằng số; x = ln(Eγ); ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ≤ >= MeVE MeVE E y 022.1,0 022.1, 022.1 ln γ γ . Các hệ số a, b, α, β đ−ợc xác định bằng thực nghiệm nhờ ph−ơng pháp bình ph−ơng tối thiểu. Để xác định hiệu suất ghi của detector ng−ời ta dùng các nguồn chuẩn đã biết tr−ớc năng l−ợng và c−ờng độ của các tia γ, khi đó hiệu suất ghi đối với năng l−ợng Eγ đ−ợc xác định nh− sau: ( ) ( )( )γγγε EI ES E 410 = (2.3) với S(Eγ) là diện tích của đỉnh Eγ. Iγ là c−ờng độ chuyển dời của Eγ. Từ các điểm thực nghiệm đo đ−ợc hiệu suất ghi của detector đối với các tia γ với năng l−ợng khác nhau, chúng ta sử dụng ph−ơng pháp khi bình ph−ơng tối thiểu để xác định hàm hiệu suất ghi của các detector đối với dải năng l−ợng từ 0.5-8MeV theo biểu thức (2.2), tức là xác định các hệ số a, b, α, β. Ph−ơng pháp bình ph−ơng tối thiểu đ−ợc thực hiện nh− sau: Đặt f = ln[ε(Eγ)], khi đó ta có: f = a + bx + αy + βy2 (2.4) Đại l−ợng χ2 đ−ợc xác định nh− sau: ((∑ = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +++−= n i iiii i yybxaf 1 2 2 2 1 βασχ )) (2.5) với σi là độ phân tán của các điểm thực nghiệm, n là số điểm thực nghiệm, xi và yi là các điểm thực nghiệm. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 32 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Để hàm khớp (2.4) phù hợp tốt với hàm hiệu suất ghi thực của detector thì đạo hàm riêng của χ2 theo mỗi tham số a, b, α, β phải bằng 0: [ ]( ) [ ]( ) [ ]( ) [ ]( )⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎨ ⎧ =+++−−=∂ ∂ =+++−−=∂ ∂ =+++−−=∂ ∂ =+++−−=∂ ∂ ∑ ∑ ∑ ∑ = = = = n i iiiii n i iiiii n i iiiii n i iiii yybxafy yybxafy yybxafx b yybxaf a 1 222 2 2 1 22 2 2 1 22 2 2 1 22 2 2 02 02 02 02 βασχβ βασχα βασχ βασχ (2.6) với n là số điểm thực nghiệm. Hệ trên t−ơng đ−ơng với hệ: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ +++= +++= +++= +++= ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ 43222 32 22 2 iiiiiii iiiiiii iiiiiiii iiii yyyxbyafy yyyxbyafy yxyxxbxafx yyxbnaf βα βα βα βα (2.7) Giải hệ (2.7) ta đ−ợc các giá trị của a, b, α, β là: ⎥⎥ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∆= ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ 4322 32 22 2 1 iiiiii iiiiii iiiiii iiii yyyxfy yyyxfy yxyxxx yyxf a ⎥⎥ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∆= ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑ 4322 32 2 2 1 iiiii iiiii iiiiiii iii yyfyy yyfyy yxyxfxx yyfn b ⎥⎥ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∆= ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑ 4222 3 22 2 1 iiiiii iiiiii iiiiii iii yfyyxy yfyyxy yxfxxx yfxn α (2.8) ⎥⎥ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∆= ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑ iiiiii iiiiii iiiiii iii fyyyxy fyyyxy fxyxxx fyxn 2322 2 21β Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 33 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên trong đó : ⎥⎥ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ =∆ ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑∑ ∑∑∑ 4322 32 22 2 iiiii iiiii iiiiii iii yyyxy yyyxy yxyxxx yyxn Sau khi xác định đ−ợc các tham số a, b, α, β ta sẽ tính đ−ợc giá trị của χ2 t−ơng ứng với số bậc tự do là (n-4) ở theo công thức (2.5). So sánh giá trị χ2 thu đ−ợc với giá trị χ2 lý thuyết với số bậc tự do là (n-4), với mức hợp lý cho tr−ớc chúng ta sẽ kết luận đ−ợc đ−ờng cong hiệu suất ghi xây dựng đ−ợc có đ−ợc chấp nhận hay không. III.3. Thuật toán xây dựng sơ đồ mức. III.3.1. Thuật toán xây dựng sơ đồ mức nhờ ph−ơng pháp SACP. Việc xây dựng sơ đồ mức (sơ đồ phân rã) theo ph−ơnp pháp cộng biên độ các xung trùng phùng (SACP) cần thoả mãm một số điều kiện sau: - C−ờng độ phân rã γ nối tầng phải lớn hơn 10-4 phân rã. - Năng l−ợng của mức cuối phải nhỏ hơn 1 MeV. - Từ mức trung gian phải có các chuyển dời về hai mức kích thích thấp hoặc nhiều hơn. Do thời gian phân giải của các detector lớn hơn rất nhiều so với thời gian từ lúc phát bức xạ γ sơ cấp đến lúc phát bức xạ γ thứ cấp, nên không cho phép xác định đ−ợc thứ tự chuyển dời trong phân rã γ nối tầng. Với mỗi chuyển dời nối tầng đều có hai cách sắp xếp, cho nên ta có hai mức trung gian khác nhau. Thuật toán xây dựng sơ đồ mức dựa trên cơ sở là các chuyển dời giống nhau về năng l−ợng ở hai phổ vi phân là chuyển dời sơ cấp. Nh− vậy việc tách các chuyển dời sơ cấp cần phải xác định đơn giá những đỉnh nào trong phổ vi phân khác nhau t−ơng ứng với chuyển dời một γ. Vì vị trí của đỉnh trong phổ vi phân đ−ợc xác định với sai số cỡ 1keV, nên bài toán cần đ−ợc giải bằng ph−ơng pháp đồng dạng tối đa. Bằng ph−ơng pháp này có thể thu đ−ợc số mức trung gian t−ơng ứng vào cỡ 60-70% chuyển dời mỗi tầng quan sát đ−ợc bằng thực nghiệm. Nếu cả Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 34 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên hai chuyển dời nối tầng chỉ gặp một lần (chỉ có một trong phổ vi phân) thì không xác định đ−ợc mức trung gian (không xác định đ−ợc thứ bậc chuyển dời) theo thuật toán này. Tuy nhiên, có thể đối chiếu những chuyển dời nối tầng với các mức trung gian đã biết từ th− viện, cho nên ta sẽ biết đ−ợc chuyển dời nào là chuyển dời sơ cấp, chuyển dời nào là chuyển dời thứ cấp. Th−ờng thì các chuyển dời có năng l−ợng lớn là các chuyển dời sơ cấp do xác suất chuyển dời ( )3/8~ γEP . Khả năng xuất hiện các mức giả (không xác đ−ợc chính xác chuyển dời nào là chuyển dời sơ cấp) cũng nh− việc không xắp xếp đ−ợc chuyển dời nối tầng vào sơ đồ phân rã khi sử dụng ph−ơng pháp cộng biên độ các xung trùng phùng chỉ phụ thuộc vào sai số của việc xác định giá trị năng l−ợng của chuyển dời mà không phụ thuộc vào bất cứ điều gì khác. Có thể đánh giá mức độ tin cậy của sơ đồ phân rã γ nối tầng thu đ−ợc bằng ph−ơng pháp mô hình hoá toán học. Ph−ơng pháp này dựa trên cơ sở là độ lệch của sơ đồ mức thu đ−ợc trong phản ứng (n,2γ) bằng ph−ơng pháp cộng biên độ các xung trùng phùng so với sơ đồ mức thật trong gần đúng bậc nhất có thể coi bằng độ lệch giữa sơ đồ mức thu đ−ợc trong phản ứng (n,2γ) so với các giá trị mới thu đ−ợc bằng cách làm sai lệch giá trị năng l−ợng của chuyển dời bằng sai số ngẫu nhiên và sau đó sắp xếp vào sơ đồ mức. Sự mô hình hoá này chứng tỏ rằng các mức giả ở cấp độ chính xác thực nghiệm tập trung chủ yếu ở phần cao của sơ đồ phân rã. Khi năng l−ợng nhỏ hơn Bn/2 (Bn là năng l−ợng liên kết của nơtron ở trong hạt nhân) thì xác xuất xuất hiện mức giả rất nhỏ. Vì vậy có thể sử dụng sơ đồ mức thu đ−ợc để đối chứng với sơ đồ mức thu đ−ợc bằng các ph−ơng pháp khác. III.3.2. Xây dựng sơ đồ phân rã dựa trên số liệu từ phản ứng (n,2γ) và (n,γ). Do nh−ợc điểm của ph−ơng pháp xây dựng sơ đồ phân rã γ nối tầng dựa trên số liệu từ phản ứng (n,2γ) bằng ph−ơng pháp cộng biên độ các xung trùng phùng, cho nên ng−ời ta đã kết hợp các thông tin từ phản ứng (n,2γ) với các thông tin từ phản ứng (n,γ) để xây dựng sơ đồ phân rã. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 35 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên a. Xác định chính xác năng l−ợng của các chuyển dời thu đ−ợc trong phản ứng (n,2γ) theo số liệu của phản ứng (n,γ). So sánh giá trị năng l−ợng của các l−ợng tử γ của chuyển dời nối tầng với bảng các giá trị năng l−ợng trong phản ứng (n,γ) hoặc khi mật độ đỉnh trong phản ứng (n,γ) ở khoảng năng l−ợng t−ơng đ−ơng lớn và khó làm phép t−ơng đồng. Việc so sánh này đã phát hiện các vạch bội trong phản ứng (n,2γ) của một số hạt nhân nh− vạch E ≈ 4.51 MeV ở hạt nhân W187. b. Xác định giá trị năng l−ợng của mức trung gian. Năng l−ợng của các mức trung gian trong phản ứng (n,2γ) đ−ợc xác định với sai số đến 1-1.5keV, do độ chính xác thống kê của diện tích đỉnh của chuyển dời nối tầng không đủ lớn. Từ việc so sánh năng l−ợng của chuyển dời thứ cấp trong chuyển dời nối tầng với năng l−ợng chuyển dời thu đ−ợc của phản ứng (n,γ) ta thấy hai sự chuyển dời đó là một, thì năng l−ợng của mức trung gian sẽ đ−ợc xác định với độ chính xác cao hơn. Nó sẽ bằng tổng năng l−ợng mức d−ới mà chuyển dời nối tầng tới với năng l−ợng của chuyển dời thứ cấp thu đ−ợc từ số liệu của phản ứng (n,γ). Trong các chuyển dời nối tầng xác định, nếu các mức trung gian khác nhau cỡ một vài lần sai số thì luôn tồn tại khả năng tách cấu trúc đa bội của các mức. Chúng ta có thể tách cấu trúc đa bội nếu nh− c−ờng độ chuyển dời nối tầng t−ơng ứng lớn hơn (3-5)ì10-4 sự kiện trên một phân rã của trạng thái Compound. III.3.3. Xắp xếp vào sơ đồ các mức chuyển dời quan sát đ−ợc trong phản ứng (n,γ) mà không quan sát đ−ợc trong phản ứng (n,2γ). Do c−ờng độ chuyển dời sơ cấp E1 không đủ lớn, hoặc mức cuối Efi > 1MeV, nên không quan sát đ−ợc các chuyển dời trong phổ vi phân của phản ứng (n,2γ) với năng l−ợng tổng đã biết E1 + E2 = Bn + Efi. Việc xắp xếp các chuyển dời này đ−ợc thực hiện bằng cách so sánh năng l−ợng của chúng trong phản ứng (n,γ) với hiệu số sai khác giữa hai mức bất kỳ. Chú ý rằng hiện Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 36 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên t−ợng trùng phùng ngẫu nhiên cũng làm tăng khả năng xắp xếp các chuyển dời này vào sơ đồ mức. III.3.4. Xác định thứ tự chuyển dời trong các chuyển dời nối tầng đơn lẻ. Các chuyển dời nối tầng đơn lẻ là các chuyển dời chỉ có trong một phổ vi phân của phản ứng (n,2γ). Từ các chuyển dời nối tầng loại này không thể xác định đơn giá năng l−ợng của mức trung gian do không xác định đ−ợc thứ tự chuyển dời. Với mỗi chuyển dời nối tầng sẽ có hai giá trị khả dĩ của mức trung gian mà một trong hai giá trị đó là có thật. Việc lựa chọn chuyển dời sơ cấp có thể thực hiện đ−ợc nếu sử dụng các kết quả trong phép đo phản ứng (n,γ). Đặt một trong hai sơ đồ mức trung gian đ−ợc giả định là thật vào sơ đồ mức rồi lựa chọn bằng cách so sánh năng l−ợng của các chuyển dời với hiệu số năng l−ợng giữa các mức trung gian đ−ợc giả định với các mức đã biết thấp hơn nó. Cần l−u ý rằng giá trị năng l−ợng của chuyển dời trong phản ứng (n,γ) có thể t−ơng đ−ơng với một vài hiệu số năng l−ợng của các mức. Điều đó có nghĩa là nhiều chuyển dời có năng l−ợng gần nhau với độ sai khác nhỏ hơn khả năng phân giải của các thiết bị đo trong phản ứng (n,γ) tạo nên một đỉnh trong phổ thu đ−ợc. Trong phản ứng (n,2γ) có khá nhiều đa bội mà các chuyển dời của chúng có năng l−ợng khác nhau một l−ợng nhỏ hơn 2keV. Việc lựa chọn một trong hai vị trí khả dĩ của mức trung gian có thể đ−ợc thực hiện dựa trên các giả thiết sau: - Thứ tự các chuyển dời khả dĩ nhất khi mà trong sơ đồ phân rã có thể đ−a vào nhiều nhất các chuyển dời mà không xếp đ−ợc vào sơ đồ mức nh− một cách bình th−ờng theo thuật toán đã mô tả. - Sự sai lệch giữa tổng năng l−ợng của chuyển dời thứ cấp và năng l−ợng mức cuối Ef với mức giả định là nhỏ nhất là một điều kiện đối với mức trung gian đ−ợc lựa chọn. - Tổng c−ờng độ các chuyển dời thứ cấp của mức trung gian giả định không khác nhiều so với các mức bên cạnh (đ−ợc tách ra trong phản ứng (n,2γ)). Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 37 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Chú ý rằng trong các chuyển dời nối tầng mà năng l−ợng của các chuyển dời khác nhau nhiều thì chuyển dời có năng l−ợng lớn th−ờng là chuyển dời sơ cấp khi hạt nhân có A > 170, còn khi A = 160-165 thì chuyển dời có năng l−ợng nhỏ là chuyển dời sơ cấp. III.3.5. Tính toán sự cân bằng c−ờng độ chuyển dời ở trạng thái kích thích đủ lớn. Trong thực tế, c−ờng độ tổng cộng của các chuyển dời từ một mức luôn lớn hơn hoặc bằng c−ờng độ tổng cộng của các chuyển dời tới mức đó. Nguyên nhân là do mật độ mức tăng theo hàm e mũ của năng l−ợng và một phần các chuyển dời ở mức cao tạo nên phân bố liên tục không đ−ợc sử dụng để xây dựng sơ đồ mức, còn các chuyển dời về các mức thấp tạo thành phân bố liên tục nhỏ. Cần chú ý rằng khi khảo sát c−ờng độ chuyển dời tới và đi của một mức là một phần các chuyển dời trong phản ứng (n,γ) d−ới dạng một đỉnh đơn lẻ có thể là đa bội, Để xác định vấn đề trên đối với các chuyển dời nối tầng trong phản ứng (n,2γ), ta có thể so sánh tỷ số giữa c−ờng độ của chuyển dời nối tầng và c−ờng độ của chuyển dời thứ cấp t−ơng ứng từ phản ứng (n,γ) là: γγ γ i i Z = với iγ là c−ờng độ t−ơng đối của chuyển dời thứ cấp trong phản ứng (n,γ), còn iγγ là c−ờng độ của chuyển dời thứ cấp có trong chuyển dời nối tầng của phản ứng (n,2γ). Đối với các chuyển dời thứ cấp từ mức trung gian cố định có độ bội là l, thì giá trị của Z là hằng số và đạt giá trị cực tiểu. Đó là vì mức trung gian đ−ợc tạo nên không chỉ bởi những chuyển dời sơ cấp trực tiếp mà nó còn đ−ợc tạo bởi những chuyển dời nối tầng khác nhau. Cho nên, không phải mỗi chuyển dời từ một mức nào đó đều gắn với chuyển dời từ mức Bn về mức đó. Tuy nhiên phân rã của mức không phụ thuộc vào việc tạo thành nó nên đối với các chuyển dời có độ bội bằng l thì Z bằng hằng số. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 38 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên III.3.6. Xắp xếp các chuyển dời từ phản ứng (n,γ) mà chúng không đ−a đ−ợc vào sơ đồ mức của phản ứng (n,2γ). Để xắp xếp các chuyển dời mà tách ra trong phản ứng (n,γ) còn lại, chúng ta sử dụng nguyên tắc tổ hợp. Khi đó sẽ tính đến cả những mức đ−ợc xác định trong các phản ứng khác. Giải pháp đối với việc xắp xếp các mức giả của chuyển dời γ trong sơ đồ phân rã đ−ợc thực hiện khi so sánh tổng c−ờng độ các chuyển dời tới và đi khỏi mức giả. Giả sử q là thông số rời rạc với điều kiện 0 < |q| < 1, tổng c−ờng độ chuyển dời từ mức i đ−ợc xắp xếp vào trong sơ đồ phân rã tới mức j, thì phải nhỏ hơn hoặc bằng tổng c−ờng độ chuyển dời từ mức j tới mức k: ∑ ijijqa ∑ ∑< ikikijij qaqa (3.1) Nếu quy −ớc các mức nằm d−ới mức k là l, mức cao hơn là n thì việc kiểm tra sự không t−ơng ứng của sơ đồ phân rã đ−ợc giả định với quá trình thực tế đ−ợc thực hiện nhờ “dòng c−ờng độ” i: ∑ ≤ = kl nlnlk qaP (3.2) Ta thấy rằng giá trị Pk ≥ 100% chỉ ra sự có mặt của những chuyển dời mạnh trong sơ đồ phân rã mà năng l−ợng của chúng ngẫu nhiên trùng với hiệu số năng l−ợng của hai mức đ−ợc phát hiện trong phản ứng (n,2γ). Việc loại bỏ những chuyển dời ngẫu nhiên đ−ợc thực hiện bằng ph−ơng pháp Monte-Carlo: Các giá trị qnl trong tổng Σ qnl = 1 đối với chuyển dời đã cho từ số luợng của phản ứng (n,γ) đ−ợc xắp xếp một cách ngẫu nhiên đối với hai hoặc ba giá trị cấp mức n và l mà giữa chúng có thể đặt vào chuyển dời đ−ợc. Phần tỷ số ngẫu nhiên của phần chênh lệch giữa c−ờng độ tới và từ mức trên c−ờng độ tới đ−ợc sử dụng làm độ đo phần phân bố lại của giá trị q. Trong giai đoạn đầu từ 60-70 b−ớc lặp, thực hiện sự phân bố lại của qnl của chuyển dời giữa các cặp mức n và khác nhau đối với các chuyển dời đ−ợc dựa vào sơ đồ phân rã. trong giai đoạn thứ hai của quá trình lặp, những giá trị q của chuyển dời sẽ bị loại bỏ khỏi sơ đồ phân rã nếu nh− không xắp xếp lại đ−ợc. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 39 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Ch−ơng IV Kết quả thực nghiệm. Thực nghiệm tiến hành đo đạc hai phản ứng Ti48(n,2γ)Ti49 và Cl35(n,2γ)Cl36 bằng hệ phổ kế cộng biên độ các xung trùng phùng tại kênh dẫn dòng nơtron số 3 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Dữ liệu đ−ợc l−u trữ trên máy tính, sau đó đ−ợc xử lý thông qua các phần mềm nh− Colegram, Gacasd, Excel, GammaVision … IV.1. Xây dựng đ−ờng cong hiệu suất ghi. Việc xây dựng đ−ờng cong hiệu suất ghi t−ơng đối cho hai detector HPGe của hệ đo SACP đ−ợc thực hiện nhờ các chuyển dời mạnh của Cl36 thông qua phản ứng Cl35(n,2γ)Cl36. Kết quả đ−ợc cho trong bảng d−ới đây: Bảng IV.1: Số liệu đối với detector A Năng l−ợng eff(%) Log(E) Log(eff) 516.7 1 2.713238 0 786.303 0.625898 2.89559 -0.2035 788.433 0.625898 2.896765 -0.2035 1162.6 0.601497 3.06543 -0.22077 1164.87 0.601497 3.066277 -0.22077 1600.8 0.301503 3.204337 -0.52071 1950.9 0.254054 3.290235 -0.59507 1959.355 0.246416 3.292113 -0.60833 2863.835 0.170819 3.456948 -0.76746 3061.7 0.1632 3.485963 -0.78728 3116.1 0.127013 3.493611 -0.89615 2974.6 0.135609 3.473429 -0.86771 5715.236 0.069447 3.757034 -1.15835 6619.615 0.071449 3.820833 -1.146 6627.823 0.071449 3.821371 -1.146 6977.838 0.056531 3.843721 -1.24771 7413.97 0.054047 3.870051 -1.26723 7790.334 0.046218 3.891556 -1.33519 Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 40 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên y = -4E-19x5 + 1E-14x4 - 1E-10x3 + 5E-07x2 - 0.0013x + 1.4817 R2 = 0.9668 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 2000 4000 6000 8000 10000 Log(E) Lo g( ef f) Hình IV.1: Đ−ờng cong hiệu suất t−ơng đối của detector A Bảng IV.2. Số liệu đối với detector B. Năng l−ợng eff(%) Log(E) Log(eff) 516.7 1 2.713238 0 786.303 0.60651 2.89559 -0.21716 788.433 0.60651 2.896765 -0.21716 1162.6 0.578037 3.06543 -0.23804 1164.87 0.578037 3.066277 -0.23804 1600.8 0.277762 3.204337 -0.55633 1950.9 0.245098 3.290235 -0.61066 1959.355 0.254418 3.292113 -0.59445 2863.835 0.1579 3.456948 -0.80162 3061.7 0.152165 3.485963 -0.81769 3116.1 0.134873 3.493611 -0.87007 5517.242 0.116824 3.741722 -0.93247 5715.236 0.068543 3.757034 -1.16403 6619.615 0.068999 3.820833 -1.16116 6627.823 0.068999 3.821371 -1.16116 6977.838 0.055728 3.843721 -1.25392 7413.97 0.050033 3.870051 -1.30074 7790.334 0.040207 3.891556 -1.3957 Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 41 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên IV.2. Kết quả thực nghiệm đối với Cl36. VI.2.1. Đ−ờng chuẩn năng l−ợng. Từ bộ code dữ liệu thu đ−ợc khi đo phân rã gamma nối tầng của Cl36 từ phản ứng Cl35(n,2γ)Cl36 xây dựng đ−ợc đ−ờng chuẩn năng l−ợng đối với từng detector. Các đ−ờng chuẩn năng l−ợng này đ−ợc xây dựng d−ới dạng tuyến tính của năng l−ợng theo số kênh, và đ−ợc xây dựng bằng phần mềm Gacasd. Bảng VI.3: Năng l−ợng và kênh đối với detector A. Stt Kênh Năng l−ợng Độ lệch 1 437 436.20 -0.861 2 511 511 -0.048 3 788 788.40 0.398 4 1165 1164.80 -0.137 5 1601 1601.09 0.236 6 1952 1951.09 -0.703 7 2864 2863.80 0.151 8 3062 3061.80 0.184 9 3822 3821.5 0.013 10 4978 4979.70 2.410 11 5716 5715.20 0.035 12 6110 6110.79 1.702 13 6624 6619.60 -3.410 y = -4E -19x5 + 1E -14x4 - 1E -10x3 + 6E -07x2 - 0 .0014x + 1 .4942 R2 = 0 .9645 0 0.2 0 .4 0 .6 0 .8 1 1 .2 0 2000 4000 6000 8000 10000 Log(E ) Lo g( ef f) Hình IV.2: Đ−ờng cong hiệu suất t−ơng đối của detector B Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 42 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên 14 7415 7413.89 0.239 15 7793 7790.29 -1.511 Y = 0.9998301x + 0.1353597 (χ2 = 0.947286) Kết luận Hình IV.3: Đ−ờng chuẩn năng l−ợng đối với Detector A Bảng IV.4: Năng l−ợng và số kênh t−ơng ứng với detector B. Stt Kênh Năng l−ợng Độ lệch 0 439 436.20 -2.426 1 513 511 -1.623 2 788 788.40 0.789 3 1165 1164.80 0.206 4 1601 1601.09 0.526 5 1951 1951.09 0.542 6 2863 2863.80 1.284 7 3060 3061.80 2.293 8 3821 3821.5 1.028 9 4980 4979.70 0.281 10 5717 5715.20 -1.184 11 6113 6110.79 -1.566 12 6621 6619.60 -0.743 13 7414 7413.89 0.592 14 7791 7790.29 0.009 Y = 0.999954x - 0.353356 (χ2 = 0.932049) Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 43 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Hình IV.4: Đ−ờng chuẩn năng l−ợng đối với Detector B. IV.2.2. Phổ tổng và một số phổ vi phân của Cl36. Hình IV.5: Phổ tổng của Cl36 Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 44 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân45 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 78 9 11 65 16 03 19 58 28 64 30 63 55 18 57 16 66 21 69 80 74 12 77 91 I% K e v 8 5 7 9 K e v Hình IV.6: Phổ vi phân đối với đỉnh tổng 8579 KeV (Bn). 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 51 0 7 86 11 64 16 70 19 51 53 39 56 02 61 14 67 72C ou nt s K e v E 7 2 7 4 Hình IV.7: Phổ vi phân đối với đỉnh tổng 5867KeV. 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 51 6 78 7 11 65 19 51 46 92 50 90 54 62 56 01 58 28 61 12 C ou nt s K e v E 6 6 2 3 Hình IV.8: Phổ vi phân của đỉnh tổng 5462. Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 46 Bảng IV.5: Một số cặp chuyển dời thu đ−ợc từ phản ứng Cl35(n,2γ)Cl36(XCl 6/18/01 là số liệu của phòng thí nghiệm Los Alamos công bố năm 2001). Giá trị đo XCl 6/18/01 E (keV) Mức trên Mức d−ới E (keV) Mức trên Mức d−ới Iγγ 787 1953 1164 786.30 1951.20 1164.89 10.520 1164 1953 787 1162.78 1951.20 788.44 2.290 1370 3332 1959 1372.86 3332.32 1959.41 0.384 1959 1959 0.00 1959.36 1959.41 0.00 12.560 1164 1164 0.00 1164.87 1164.89 0.00 27.20 3723 4886 1164 517 517 0.00 517.08 2468.28 1951.20 24.300 1951 2466 517 1951.14 1951.20 0.00 19.390 789 789 0.00 788.43 788.44 0.00 16.320 1164.59 1164.59 0.00 1164.87 1164.89 0.00 27.20 1601.05 1601.05 0.00 1601.08 1601.12 0.00 3.484 1958.5 1958.5 0.00 1959.36 1959.41 0.00 12.560 2864.3 2864.3 0.00 2863.82 2863.96 0.00 5.770 7412.6 8579 1165 7413.95 8579.70 1164.89 10.520 6979 8579 1603 6977.85 8579.70 1601.12 2.290 3063 8579 5518 3061.86 8579.70 5517.76 3.521 5518 5518 0.00 5517.2 5517.76 0.00 1.689 6621 8579 1958 6619.64 8579.70 1959.41 7.830 5716 8579 2864 5715.19 8579.70 2863.96 5.310 788.2 788.2 0.00 788.43 788.44 0.00 16.32 1950.19 1950.19 0.00 1951.14 1951.20 0.00 19.39 6628.89 8579 1950.19 6627.75 8579.70 1951.20 4.690 7791.79 8579 788.2 7790.32 8579.70 788.44 8.310 Bn Ground state Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Hình IV.10: Sơ đồ phân rã của Cl36. Sau khi xử lý các phổ vi phân thì thu đ−ợc các các cặp chuyển dời nối tầng và diện tích đỉnh của chúng. Dựa vào các đ−ờng cong hiệu suất ghi t−ơng đối của 2 detector đã đ−ợc xây dựng ở trên sẽ tính đ−ợc c−ờng độ chuyển dời và sơ đồ phân rã ở trên. Ngoài ra đã phát hiện thêm một mức mới (3723KeV từ mức 4886 về mức 1164) so với số liệu của phòng thí nghiệm Los Alamos công bố năm 2001. Nếu tiến hành đo đạc với thời gian dài hơn có thể phát hiện ra một số mức mới có c−ờng độ chuyển dời nhỏ hơn. IV.3. Kết quả thực nghiệm đối với Ti49. IV.3.1. Đ−ờng chuẩn năng l−ợng. Từ bộ code dữ liệu thu đ−ợc khi đo phân rã gamma nối tầng của Ti49 từ phản ứng Ti48(n,2γ)Ti49 xây dựng đ−ợc đ−ờng chuẩn năng l−ợng đối với từng detector. Các đ−ờng chuẩn năng l−ợng này đ−ợc xây dựng d−ới dạng tuyến tính của năng l−ợng theo số kênh, và đ−ợc xây dựng bằng phần mềm Gacasd. Bảng VI.6: Năng l−ợng và số kênh t−ơng ứng với detector A. Stt Kênh Năng l−ợng Độ lệch 1 512 511 -0.197 2 1123 1122.66 0.393 3 1383 1381.80 -0.495 4 1500 1498.70 -0.608 5 1587 1585.90 -0.418 6 1763 1762 -0.338 7 1794 1793.5 0.158 8 3026 3026.70 1.219 9 3476 3475.60 0.068 10 4882 4881.40 -0.289 11 5396 5396 0.252 12 5907 5907 0.195 13 6419 6418.40 -0.463 14 6758 6760.10 2.199 y = 1.00011265x - 0.86034262 (χ2 = 1.00344) Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 47 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Hình IV. 11: Đ−ờng chuẩn năng l−ợng đối với detector A. Bảng IV.7: Năng l−ợng và số kênh t−ơng ứng với detector B. Stt Kênh Năng l−ợng Độ lệch 1 512 511 -0.195 2 1122 1122.66 1.414 3 1383 1381.80 -0.466 4 1499 1498.70 0.423 5 1587 1585.90 -0.383 6 1763 1762 -0.298 7 1794 1793.5 0.199 8 3028 3026.70 -0.702 9 3478 3475.60 -1.839 10 4882 4881.40 -0.154 11 5396 5396 0.402 12 5906 5907 1.360 13 6419 6418.40 -0.281 14 6761 6760.10 -0.6.9 y = 1.00008225x - 0.8468025 (χ2 = 0.98686) Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 48 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Hình IV.12: Đ−ờng chuẩn năng l−ợng đối với detector B. IV.3.2. Phổ tổng và phổ vi phân. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 49 Hình IV.13: Phổ tổng của Ti48(n,2γ)Ti49. Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 50 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Hình IV.15: Phổ vi phân của đỉnh tổng 7801. 0 200 400 600 800 1000 1200 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Hình IV.14: Phổ vi phân của đỉnh tổng 8142(Bn) -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Hình IV.16: Phổ vi phân của đỉnh tổng 3260. Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Bảng IV.8: Một số cặp chuyển dời thu đ−ợc từ phản ứng Ti48(n,2γ)Ti49 (XCl 6/18/01 là số liệu của phòng thí nghiệm Los Alamos công bố năm 2001) Giá trị đo XCl 6/18/01 E (keV) Mức trên Mức d−ới E (keV) Mức trên Mức d−ới Iγγ 341.70 1724.00 1381.75 341.70 1723.47 1381.77 24.80 1040.63 7801.00 6760.09 1381.75 1381.75 0.00 1381.75 1381.77 0.00 85.50 1498.67 3260.00 1762.43 1498.67 3260.70 1762.01 4.89 1585.98 1585.98 0.00 1585.94 1585.97 0.00 10.20 1674.70 3260.00 1585.94 1674.70 3260.70 1585.97 0.40 1762.43 1762.43 0.00 1761.98 1762.01 0.00 5.35 1973.48 3175.00 1381.75 1793.48 3175.29 1381.77 2.57 1882.98 3469.00 1587.98 1882.98 3468.99 1585.97 0.32 6215.68 7801.00 1587.98 6418.44 7801.00 1724.00 6418.44 8142.36 1723.47 30.50 6555.90 8142.00 1585.94 6555.92 8142.36 1585.97 5.09 6760.09 8142.00 1381.75 6760.09 8142.36 1381.77 46.30 Ground State Bn Hình IV.17: Sơ đồ phân rã của Ti48(n,2gamma)Ti49 Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 51 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Sau khi xử lý các phổ vi phân của Ti49 đ−ợc tạo thành từ phản ứng Ti48(n,2γ)Ti49 thu đ−ợc các cặp chuyển dời ở trên. Các phổ vi phân này có nền phông khá thấp, gần nh− phông bị loại bỏ hoàn toàn. Từ các phổ vi phân sẽ xác định đ−ợc các cặp chuyển dời nối tầng và diện tích của đỉnh của chúng, kết hợp với các đ−ờng cong hiệu suất t−ơng đối của 2 detector ta sẽ tính đ−ợc c−ờng độ chuyển dời nối tầng và sơ đồ phân rã của Ti49. So số liệu của phòng thí nghiệm Los Alamos ta thấy xuất hiện thêm hai mức mới là mức 1040.63KeV và mức 6215.68KeV. Do thời gian đo ngắn nên ch−a phát hiện đ−ợc các cặp chuyển dời khác có c−ờng độ nhỏ, nếu thời gian đo dài hơn có thể xuất hiện thêm một số cặp chuyển dời có c −ờng độ nhỏ hơn. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 52 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Kết Luận Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã thu đ−ợc một số kết quả sau: 1)Về mặt lý thuyết cấu trúc hạt nhân: Nắm được hệ thống lý thuyết về ác đặc tr−ng của hạt nhân ở trạng thái kích thích nh−: c−ờng độ chuyển dời amma nối tầng, mật độ mức, hàm lực. 2) Về thực nghiệm: - Về hệ thống thiết bị và vận hành: Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên tắc hoạt ộng và việc setup hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng tại kênh dẫn òng nơtron số 3 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt (các thông số setup hệ đo −ợc đ−a ra trong phần phụ lục) - Về xử lý số liệu đo: Nghiên cứu về cách thức xử lý số liệu bằng các phần mềm khác nhau nh− Colegram, Gamma Vision, Gacasd (do nhóm hi Ti49: Đã xây dựng đ−ợc các phổ tổng, uẩn năng l−ợng, đ−ờng cong hiệu suất ghi t−ơng ối, c− ọc thành luận án tiến sỹ: Để phát triển thành ần phát triển hệ đo theo một số h−ớng sau: c g đ d đ n2gamma tự viết), Excel ….; cách thức xây dựng đ−ờng cong hiệu suất g cho 2 detector, đ−ờng chuẩn năng l−ợng, xây dựng các phổ tổng và phổ vi phân. - Về số liệu thu đ−ợc của Cl36 và phổ vi phân, các đ−ờng ch đ ờng độ chuyển dời nối tầng và sơ đồ phân rã của một số chuyển dời nối tầng mạnh của hai hạt nhân này. 3) Một số dự kiến phát triển: - Phát triển luận văn cao h luận án tiến sỹ, tác giả sẽ phải tính toán mật độ mức và hàm lực cả về lý thuyết và thực nghiệm của hai hạt nhân Cl36 và Ti49 và tiến hành so sánh để thấy đ−ợc các mô hình lý thuyết phù hợp với thực nghiệm đến mức độ nào. - Sự phát triển của ph−ơng pháp: Để nâng cao chất l−ợng thông tin của hệ đo c Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 53 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên + Phát triển hệ đo n_2gamma thành hệ đo n_3gamma bằng cách sử dụng thêm một detector thứ 3 đặt vuông góc với 2 detector còn lại nh− hình vẽ d−ới đây: + Để phân tích thêm về đ−ờng thời gian cần phải sử dụng thêm một DC thứ 3 để phân tích độ chờnh thời gian ở lối ra Time của hai detector. + Nâng cấp MPA thành MPA 8K có sử dụng kỹ thuật FPGA(Field rogrammable Gate Arrays) cùng với ADC 8K, cùng với việc phát triển phần ềm ứng dụng. + Từ các kết quả thực nghiệm thu đ−ợc, tiến hành tính toán mật độ mức à hàm lực thực nghiệm và so sánh với kết quả lý thuyết xem mô hình lý uyết phù hợp với thực nghiệm tới mức độ nào. Hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng tại lò phản ứng hạt nhân Đà ạt hoàn toàn có đủ khả năng để sử dụng nghiên cứu số liệu và cấu trúc hạt hân thực nghiệm trên lò phản ứng. p A P m v th L n Cuối cùng tôi xin cảm ơn thầy Phạm Đình Khang và các cán bộ của phòng Vật lý & Điện tử hạt nhân - Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã giú Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 54 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này. Tác giả rất mong nhận đ−ợc mọi ý kiến đóng ghóp về bản luận văn này. Tài liệu tham khảo. 1. Nguyễn Thị Minh Hải // Xây dựng đ−ờn cog ng hiệu suất ghi cho hai de g phần mềm xử lý số liệu cho hệ phổ kế SA dụng ph−ơng pháp cộng biên độ các xung trùng phùng trong nghiên cứu phân rã gamma nối tầng - Luận văn cao học // Năm 2005. 5. V−ơng Hữu Tấn, H -08 - Năm 1995. number of energy levels of a thod of ear phys. A vol. 217 p.269. 1973. ensity p.855. 1970. tector bán dẫn trong hệ phổ kế SACP tại lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt- Khoá luận tốt nghiệp// Năm 2004. 2. Nguyễn Tiến Mạnh // Hệ thốn CP- Khoá luận tốt nghiệp// Năm 2003. 3. Phạm Đình Khang // Nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của hạt nhân Yb170 và Gd150 - Luận án phó tiến sĩ khoa học toán lý// Năm 1993. 4. Nguyễn Mạnh Tuân// ứng oàng Đắc Lực - Đề tài KC-09 6. V−ơng Hữu Tấn// Nghiên cứu ứng dụng các hiệ ứng t−ơng tác của nơtron, gamma và các hạt mang điện đ−ợc tạo ra trên các thiết bị hạt nhân có sẵn ở Việt Nam- Báo cáo đề tài khoa học cấp bộ năm 2005-2006 // Năm 2006. [1] Bethe H. - An attempt to calculate the heavy nucleus - Phys. Rev. vol.50 - 1936. [2] Bollinger L.M. and Thomas G.E.// Average-Resonance me neutron capture - Ray Spectroscopy. Phys.Rev. C vol.2 p. 1951 1970. [3] Dilg W. etal. // Level density parameters for the back shifted Fermi-gas model in mass range 40<A<250. Nucl [4] Gilbert A., Cameron A. G. W. // A composite nuclear level d formula with shell corrections. Canand. J. Phys. vol. 43. p. 1446. 1965. [5] Ignatiuk A. V. et al. // Nuclear data for reactor. IAEA-CN-26/76 vol. 2 Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 55 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên [6] Katsanos A. A. et al. // Pesistense of odd-even effect on nuclear data densities at high exitations energy. Phys. Rev. vol. 1 p. 594. 1970. ys. Soc. vol. 67 p.586. 1954. ar tor 74 Timing Filter Amplifier . [7] Kopsch D. Cierfacks S. // Statistical properties of nuclei. p. 455. 1972. [8] Lang J. M. B. Lecouteur K. J. // Proc. Ph [9] Malov L.A. // Description of radiative strength function in deformed nuclear. Z. phys. A vol. 320 p.521. 1985. [10] Newton T.D. // Canad. J. Phys. 1956 vol.34 p.804 [11] IAEA - Tecdoc - 1034 - Handbook for calculations of nucle reaction data - 1998. [12] ] IAEA - Tecdoc - 619 - X- ray and gamma-ray standard for detec calibration - 1991. [13] Ortec - 4 [14] Ortec - 572 Amplifier. [15] Ortec -584 Constant - Fraction Discriminator. Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 56 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Phụ lục 1. Một số hình ảnh về hệ đo cộng biên độ các xung trùng phùng tại phản ứng hạt nhân Đà Lạt. lò Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 57 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân 58 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân58 2. Sơ đồ kết nối cỏc khối điện tử của hệ đo. Nối với mỏy tớnh Detector Inter - face Detector C P 3 5 4 3 2 1 1 2 4 5 Sơ đồ kết nối cỏc khối điện tử (Mặt trước). Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân59 Amp ADC ADC Amp HV Detector Detector Inter- face c a p 4 3 1 2 55 4 n g u o n c a p 3 2 1 Sơ đồ kết nối cỏc khối điện tử (mặt sau). Chỳ ý: tất cả cỏc khối đều được lắp với nguồn nuụi. Kết nối cỏc khối như sau: * Detector cú 5 dõy (cú ghi tờn): dõy nguồn_1, dõy tớn hiệu lối ra năng lượng (Energy_2), dõy tớn hiệu lối thời gian (Timing_3), cao ỏp HV_4, dõy cấm cao ỏp (Inhibit_5). - Dõy nguồn nối với phớa sau của khuếch đại phổ và phớa sau khuếch đại nhanh (được nối vào ổ nguồn). - Dõy Energy cú thể nối với phớa trước_cổng “input” hoặc phớa sau_cổng “in”của Amplifier 572. - Dõy Timing nối vào “input” ở mặt trước của FFT 474. - Dõy cao ỏp HV nối vào “0 ữ 5kV” ở mặt sau cao ỏp. - Dõy inhibit_5 nối vào BIAS SHUTDOW. * Khuếch đại phổ - Lối ra của Amp nối với “ADC in” - Cổng inhibit nhận dõy nối từ interface. * ADC - Dõy tớn hiệu trựng phựng từ interface nối vào “gate in ” ở mặt trước của ADC - Mặt sau, card dữ liệu nối “data” với “data” trờn mặt sau của interface. * Khuyếch đại nhanh FFT 474 - Dõy nối “output” với lối vào “input”gạt ngưỡng nhanh. * Gạt ngưỡng - Dõy nối từ “output” của gạt ngưỡng tới “coinc” của trựng phựng. Luận văn tốt nghiệp Nguyễn xuân kiên Lớp cao học vật lý ngành vật lý hạt nhân60 * Trựng phựng - Dõy nối từ “output”của trựng phựng tới interface. * Interface (MCA) - Đưa dữ liệu ra mỏy tớnh nhờ dõy nối từ “PC” vào mỏy tớnh. 3. Phụ lục về setup cỏc thụng số của hệ đo SACP tại lũ phản ứng Đà Lạt. * Khuếch đại phổ: - Gain: 0.56 - Coarse: 100 - Shapping time: 3às - Input: pos * ADC: - Thời gian chết: ≈0 - Gain/ Range: 16K/16K - ADC in: pha - Coin/Unti: coin * Khuếch đại nhanh: - Coarse gain: 20 - Fine gain: 8 - Intergate: 20ns - Diff: 20ns - Input: INV * Gạt ngưỡng: - Threshold: 500keV - CF Delay: 0.8ns - Output: xung dương * Trựng phựng: - Đo trựng phựng: 30ns - Độ rộng xung: 1às