i
LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Viện Năng lượng Nguyên Tử Việt
Nam, Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Trung tâm Đào tạo Hạt nhân đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian nghiên cứu để thực hiện Luận
án.
Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Đà Lạt, Phòng TC-CB,
Khoa Vật lý, Khoa Kỹ thuật Hạt nhân đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi
trong nghiên cứu, học tập và công tác.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới hai Thầy
hướng dẫn là TS. Phạm Đình Khang và PGS. TS Nguyễn Đức Hòa đã tận
tình giúp đỡ tôi từ những bước đi đầu tiên xây dựng ý tưởng nghiên cứu,
cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án. Quý
thầy đã luôn ủng hộ, động viên và hỗ trợ những điều kiện tốt nhất để tôi
hoàn thành Luận án. Kính gửi đến quý thầy tấm lòng tri ơn của người học
trò. Mong rằng trí tuệ và sự độ lượng của quý thầy sẽ còn mãi để những
thế hệ mai sau có cơ hội tiếp cận và lĩnh hội.
Xin cảm ơn PGS. TS. Lê Bá Dũng, nguyên Hiệu trưởng trường Đại học Đà
Lạt đã luôn ủng hộ tinh thần học tập của cán bộ, tạo mọi điều kiện thuận
lợi trong công tác, cho phép tôi có được cơ hội tiếp tục nghiên cứu.
Xin cảm ơn TS. Nguyễn Xuân Hải, người đã cùng tôi trực tiếp làm thực
nghiệm, trao đổi, giúp đỡ tôi trong chuyên môn. Cảm ơn một người bạn
chân thành!
Cảm ơn ThS. NCS. Đặng Lành đã góp ý, giúp đỡ tôi trong chuyên môn cũng
như động viên kích lệ tôi trong nghiên cứu khoa học.
ii
Cảm ơn ThS. NCS. Phạm Ngọc Sơn, ThS. Hồ Hữu Thắng đã không ngại khó
khăn giúp đỡ tôi triển khai một số thực nghiệm.
Tôi xin cảm ơn các anh Phòng Vật lý – Điện tử đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho tôi nghiên cứu bằng mọi thiết bị hiện có. Cảm ơn Trung tâm Lò

phản ứng hạt nhân đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi được khai thác tại
kênh thực nghiệm số 3.
Cảm ơn các bạn cùng nhóm nghiên cứu: Th.S. NCS Trần Tuấn Anh, ThS.
NCS Nguyễn Văn Hải, ThS. NCS Trương Văn Minh, NCS Mangengo
Lumenganod đã cùng tôi trao đổi, thảo luận thẳng thắn vấn đề nghiên cứu
của Luận án.
Với tình yêu thương gia đình, con xin gửi lời cảm ơn đến Ba, Mẹ - xin nhận
nơi đây tấm lòng của người con. Cảm ơn các chị, anh và các em đã động
viên giúp đỡ tôi trong công việc hằng ngày.
Cuối cùng, cảm ơn vợ và hai con đã cho tôi một điểm tựa về tinh thần lẫn
vật chất để tôi có thể toàn tâm thực hiện Luận án.
Xin chân thành cảm ơn mọi người!









iii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:
1 Những nội dung trong luận án này là do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học trực tiếp của TS. Phạm Đình Khang và
PGS.TS. Nguyễn Đức Hòa.

2 Mọi tham khảo dùng trong luận án đều được trích dẫn rõ ràng
tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay
gian trá nếu có tôi chịu trách nhiệm hoàn toàn về bản luận án
này.

Người cam đoan


Nguyễn An Sơn






iv
MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU 3
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT 5
MỞ ĐẦU 7
Chương một. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG
NGHIÊN CỨU 10
1.1. Phương pháp trùng phùng gamma-gamma 10
1.1.1. Quá trình phát triển phương pháp 10
1.1.1.1. Trên thế giới 10
1.1.1.2. Tại Việt Nam 14
1.1.2. Hệ đo thực nghiệm tại Viện NCHN 15

1.1.2.1. Hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma 15
1.1.2.2. KS3 của LPUHNDL 18
1.2. Tình hình nghiên cứu các hạt nhân
49
Ti,
52
V và
59
Ni 18
1.2.1. Hạt nhân
49
Ti 18
1.2.2. Hạt nhân
52
V 19
1.2.3. Hạt nhân
59
Ni 20
1.3. Cơ sở lý thuyết tính toán trong luận án 22
1.3.1. Cường độ dịch chuyển gamma nối tầng 23
1.3.2. Mật độ mức 24
1.3.2.1. Tổng quan sự phát triển lý thuyết mật độ mức 24
1.3.2.2. Mẫu khí Fermi dịch chuyển ngược và công thức Gilbert-Cameron 26
v
1.3.3. Spin và độ chẵn lẻ 28
1.3.4. Bậc đa cực, xác suất dịch chuyển, độ rộng mức và hàm lực 31
1.3.4.1. Bậc đa cực và xác suất dịch chuyển 31
1.3.4.2. Thời gian sống, độ rộng mức và hàm lực 33
I.4. Kết luận chương 35
Chương hai. TRIỂN KHAI NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 36

Phần I. HOÀN THIỆN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36
2.1. Phát triển hệ thống thực nghiệm 36
2.1.1. Cải tiến giao diện 36
2.1.1.1. Đánh giá thực trạng hệ đo 36
2.1.1.2. Chế tạo giao diện bằng PCI 7811R 37
2.1.2. Thay đổi cấu trúc hệ thống che chắn, dẫn dòng nơtron 41
2.2. Xác lập các tham số cho hệ trùng phùng gamma-gamma 42
2.3. Xây dựng hàm hiệu suất 43
Phần II. NGHIÊN CỨU PHÂN RÃ GAMMA NỐI TẦNG CỦA CÁC HẠT
NHÂN
49
Ti,
52
V VÀ
59
Ni 46
2.4. Chuẩn bị bia mẫu
49
Ti,
52
V và
59
Ni 46
2.5. Thu thập số liệu phân rã gamma nối tầng của
49
Ti,
52
V và
59
Ni 47

2.6. Xử lý số liệu thực nghiệm 49
2.7. Xây dựng sơ đồ phân rã và xác định các đặc trưng lượng tử 51
2.7.1. Xây dựng sơ đồ phân rã 51
2.7.2. Xác định các đặc trưng lượng tử 52
2.8. Đánh giá xác suất và hàm lực dịch chuyển gamma 53
2.9. Kết luận chương 55
vi
Chương ba. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 56
3.1. Kết quả hoàn thiện hệ thống thực nghiệm 56
3.1.1. Kết quả cải thiện giao diện 56
3.1.2. Kết quả về phông của hệ đo 58
3.1.3. Kết quả về lựa chọn tham số cho hệ đo 60
3.1.4. Kết quả xác định hàm hiệu suất 62
3.2. Kết quả ghi nhận phổ tổng và phổ nối tầng 64
3.3. Kết quả số liệu phân rã nối tầng của
49
Ti,
52
V và
59
Ni 68
3.3.1. Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng 68
3.3.2. Kết quả sắp xếp các dịch chuyển gamma nối tầng vào sơ đồ mức 73
3.4. Hệ số rẽ nhánh và xác suất dịch chuyển điện từ 81
3.4.1. Hệ số rẽ nhánh 81
3.4.2. Kết quả tính xác suất dịch chuyển theo mẫu đơn hạt 86
3.5. Độ rộng mức, thời gian sống của mức và hàm lực 93
3.6. Kết luận chương 99
KẾT LUẬN CHUNG 101
CÁC CÔNG TRÌNH LÀM CƠ SỞ CHO LUẬN ÁN 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107
PHỤ LỤC 1. PHƯƠNG PHÁP CHUẨN CÁC THAM SỐ TFA VÀ CFD
CỦA HỆ TRÙNG PHÙNG GAMMA-GAMMA TẠI VIỆN NCHN 115
PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ SUẤT LIỀU SAU KHI THAY THIẾT BỊ CHE
CHẮN VÀ DẪN DÒNG KS3 120
PHỤ LỤC 3. CÁC PHỔ NỐI TẦNG 126
PHỤ LỤC 4. XÁC ĐỊNH SPIN VÀ ĐỘ CHẴN LẺ 135
1
DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ trùng phùng do Hoogenboom thiết kế 10
Hình 1. 2 Hệ đo trùng phùng nhanh chậm tại Dubna . 12
Hình 1. 3 Hệ trùng phùng nhanh chậm tại Hungary . 13
Hình 1. 4 Sơ đồ khối hệ trùng phùng cộng biên độ tại Viện NCHN. 14
Hình 1. 5 Hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại LPUHNDL. 15
Hình 1. 6 Mô tả phân rã gamma của hạt nhân hợp phần. 23
Hình 1. 7 Minh họa spin, chẵn lẻ và bậc đa cực của một số dịch chuyển. 30
Hình 2. 1 Bản mạch giao diện PCI 7811R. 38
Hình 2. 2 Sơ đồ phần cứng PCI 7811R 39
Hình 2. 3 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển viết cho giao diện. 40
Hình 2. 4 Sơ đồ lắp đặt thiết bị bên trong và ngoài KS3. 42
Hình 2. 5 Hình ảnh của các bia mẫu. 46
Hình 2. 6 Hình chụp của hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại Viện NCHN. 47
Hình 2. 7 Thuật toán xử lý số liệu. 49
Hình 2. 8 Mô tả file lưu trữ các mã biên độ. 50
Hình 3.1 Giao diện ở chế độ MCA. 57
Hình 3. 2 Giao diện của chương trình ở chế độ trùng phùng. 57
Hình 3.3 Phổ tổng của Cl
35
(n, 2)Cl

36
đo thử nghiệm với giao diện PCI 7811R. 58
Hình 3. 4 Phổ phông của kênh sử dụng đetectơ GC2018, đo khi kênh mở và lò hoạt
động ở công suất 500 kW 59
Hình 3. 5 Phổ phông của kênh sử dụng đetectơ EGPC20, đo khi kênh mở và lò hoạt
động ở công suất 500 kW 60
Hình 3. 6 Phổ thời gian của
60
Co (cửa sổ trùng phùng đặt 100 ns, ADC 1k). 61
2
Hình 3. 7 Phổ năng lượng ở hai kênh. 62
Hình 3. 8 Hiệu suất ghi tương đối của hai đetectơ. 63
Hình 3. 9 Một phần phổ tổng của
49
Ti. 65
Hình 3. 10 Một phần phổ tổng của
52
V. 65
Hình 3. 11 Một phần phổ tổng của
59
Ni. 66
Hình 3. 12 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 8142,50 keV của
49
Ti. 66
Hình 3. 13 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 7310,68 keV của
52
V. 67
Hình 3. 14 Phổ nối tầng bậc hai ứng với đỉnh tổng 8999,14 keV của
59
Ni. 67

Hình 3. 15 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của
49
Ti và spin, độ chẵn lẻ của các mức 75
Hình 3. 16 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của
52
V và spin, độ chẵn lẻ của các mức. 78
Hình 3. 17 Kết quả sắp xếp sơ đồ mức của
59
Ni và spin, độ chẵn lẻ của các mức. 80
Hình 3. 18 Xác suất dịch chuyển E1 của
49
Ti từ B
n
87
Hình 3. 19 Xác suất dịch chuyển E1 của
52
V từ B
n
. 90
Hình 3. 20 Xác suất dịch chuyển E1 của
59
Ni từ B
n
. 92
Hình 3. 21 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của
49
Ti từ mức 8142,50 keV về các
mức trung gian. 94
Hình 3. 22 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của
52

V từ mức 7310,68 keV về các
mức trung gian. 97
Hình 3. 23 Hàm lực chuyển dời gamma sơ cấp của
59
Ni từ mức 8999,14 keV về các
mức trung gian. 99





3
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2. 1 Độ phổ biến đồng vị và tiết diện bắt nơtron nhiệt của các đồng vị
trong bia mẫu 46
Bảng 2. 2 Giá trị các tham số của hệ đo được chọn. 48
Bảng 3. 1 Tỉ số đỉnh giữa các kênh trong trường hợp đo với 60
Bảng 3. 2 Hiệu suất tương đối của các đetectơ theo năng lượng 62
Bảng 3. 3 Các tham số của đỉnh tổng 64
Bảng 3. 4 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong
phản ứng
48
Ti(n, 2)
49
Ti 68
Bảng 3. 5 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong
phản ứng
51
V(n, 2)

52
V 69
Bảng 3. 6 Năng lượng và cường độ dịch chuyển nối tầng các tia gamma trong
phản ứng
58
Ni(n, 2)
59
Ni 71
Bảng 3. 7 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của
49
Ti 74
Bảng 3. 8 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của
52
V 75
Bảng 3. 9 Sắp xếp mức dịch chuyển nối tầng của
59
Ni 79
Bảng 3. 10 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân
49
Ti 82
Bảng 3. 11 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân
52
V 82
Bảng 3. 12 Hệ số rẽ nhánh của một số mức của hạt nhân
59
Ni 84
Bảng 3. 13 Xác suất dịch chuyển điện từ của
49
Ti từ B
n

về mức cơ bản theo
phản ứng
48
Ti(n, 2)
49
Ti so sánh lý thuyết và thực nghiệm 86
Bảng 3. 14 Xác suất dịch chuyển điện từ của
52
V từ B
n
về mức cơ bản theo
phản ứng
51
V(n, 2)
52
V so sánh lý thuyết và thực nghiệm 87
Bảng 3. 15 Xác suất dịch chuyển điện từ của
59
Ni từ B
n
về mức cơ bản theo
phản ứng
58
Ni(n, 2)
59
Ni so sánh lý thuyết và thực nghiệm 90
4
Bảng 3. 16 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của
49
Ti từ B

n
về mức cơ bản theo phản ứng
48
Ti(n, 2)
49
Ti 93
Bảng 3. 17 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của
52
V từ B
n
về mức cơ bản theo phản ứng
51
V(n, 2)
52
V 95
Bảng 3. 18 Độ rộng, thời gian sống của một số mức thực nghiệm. Hàm lực của
59
Ni từ B
n
về mức cơ bản theo phản ứng
58
Ni(n, 2)
59
Ni 97




















5
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

KHCN Khoa học công nghệ
KS3 Kênh số 3
LPUHNDL Lò phản ứng Hạt nhân Đà Lạt
NCHN Nghiên cứu hạt nhân
NCS Nghiên cứu sinh
NLNT Năng lượng nguyên tử
ADC
Analog
– to - Digital
Converter
Khối biến đổi tín hiệu tương tự

sang tín hiệu số
Amp

Amplifier
Khuếch đại phổ
BSFG Back - Shifted Fermi
Gas Model
Mẫu khí Fermi dịch chuyể
n
ngược
CFD Constant-Fraction
Discriminator
Khối gạt ngưỡng hằng
COIN Coincidence Trùng phùng
FPGA Field-programmable
gate array
Vi mạch dùng cấu trúc mả
ng
phần tử logic mà ngườ
i dùng có
thể lập trình được
FWHM Full Width at Half
Maximum

Độ rộng tại một nửa chiề
u cao
đỉnh phổ
HPGe High-Purity
Germanium
Đetectơ bán dẫ
n Ge siêu tinh
khiết
HV High Voltage Cao thế

MCA
Multi Chanel
Analyzer

Khối phân tích đa kênh
6
NIM Nuclear Instrument
Module

Chuẩn NIM
PCI 7811R Giao diện 7811R
Pre. Amp Pre - Amplifier Tiền khuếch đại
Pulser Pulser Bộ phát xung
SCA Single Chanel
Analyzer

Khối phân tích đơn kênh
SRT Slow Rise Time Reject

Chế độ loại các xung có thờ
i
gian tăng chậm
TAC Time-to-Amplitude
Converter
Khối biến đổi thờ
i gian thành
biên độ
TFA Timing Filter
Amplifier


Khối khuếch đại lọc lựa thờ
i
gian
Delay Khối làm trễ












7
MỞ ĐẦU

Nghiên cứu cấu trúc hạt nhân thực nghiệm nhằm thu thập, tìm kiếm và cung
cấp các bằng chứng về tính chất và cấu trúc của các hạt nhân, góp phần kiểm
chứng và hiệu chỉnh các mẫu cấu trúc hạt nhân, là công việc quan trọng trong
vật lý hạt nhân thực nghiệm. Bên cạnh đó, các số liệu thực nghiệm trong
nghiên cứu cấu trúc hạt nhân còn góp phần phát triển công nghệ và ứng dụng
kỹ thuật hạt nhân phục vụ mục đích năng lượng. Vì vậy, nhiều trung tâm
nghiên cứu lớn trên thế giới như Dubna, Cern, J-PARC, đã và đang triển
khai nghiên cứu cấu trúc hạt nhân bằng thực nghiệm trên nhiều thiết bị nghiên
cứu lớn.
Nghiên cứu thực nghiệm về số liệu phân rã gamma nối tầng dựa trên phản
ứng bắt nơtron ngoài việc góp phần làm sáng tỏ cấu trúc hạt nhân, còn là

những số liệu quan trọng trong thiết kế các lò phản ứng hạt nhân, che chắn an
toàn bức xạ. Các số liệu này chỉ có thể thu được từ các phép đo bức xạ
gamma do hạt nhân bị kích thích phát ra. Tuy nhiên, việc loại trừ phông của
trường bức xạ gamma, loại trừ ảnh hưởng của quá trình tán xạ compton vẫn là
các vấn đề chưa được xử lý triệt để nếu sử dụng các hệ đo một đetectơ giảm
phông tốt.
Phương pháp trùng phùng gamma – gamma là phương pháp ghi đo được sử
dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng, với phương pháp trùng
phùng ghi đo sự kiện – sự kiện và việc xử lý phổ theo phương pháp cộng biên
độ các xung trùng phùng đã tách ra các dịch chuyển nối tầng hai gamma với
độ chính xác cao hơn các phương pháp khác.
Sự thành công của phương pháp thể hiện qua việc đóng góp số liệu mới vào
nghiên cứu cấu trúc hạt nhân, đáng kể nhất là các công trình của nhóm tác giả
8
tại Nga, trong gần 20 năm nghiên cứu có khoảng 40 hạt nhân biến dạng đã
được công bố. Các phát triển tiếp theo của phương pháp đã được một số
phòng thí nghiệm lớn ở một số nước như Hungary, Tiệp Khắc, Mỹ, Nhật,
triển khai.
Tại Việt Nam, đến cuối năm 2008 phương pháp trùng phùng gamma – gamma
đã được triển khai khá hoàn chỉnh. Hệ trùng phùng gamma – gamma được lắp
đặt tại KS3 của LPUHNDL. Tuy nhiên, do hạn chế về khâu lắp ráp mạch
trong nước ở phần giao diện nên hệ đo hoạt động có khi không ổn định, tốc độ
ghi đo của hệ chậm. Phương pháp thiết lập các tham số cho hệ đo còn mang
tính kinh nghiệm, chưa thành quy trình cụ thể chọn lựa tham số. Không gian
bố trí thí nghiệm tại KS3 còn giới hạn và chưa tính đến các yếu tố đảm bảo an
toàn bức xạ.
Các hạt nhân
49
Ti,
52

V,
59
Ni nằm trong nhóm hạt nhân trung bình và được
nghiên cứu từ khá sớm trên thế giới. Tuy nhiên, các tổng kết về số liệu của
những hạt nhân này trong thư viện cho thấy còn thiếu nhiều thông tin như
spin, độ chẵn lẻ ở các mức năng lượng lớn hơn 2 MeV. Mặt khác đây là
những hạt nhân liên quan đến vật liệu dùng trong thiết kế lò phản ứng hạt
nhân, do đó nghiên cứu phản ứng bắt nơtron của các hạt nhân này là cần thiết
đối với các nước đang phát triển năng lượng hạt nhân như Việt Nam.
Luận án gồm các mục tiêu sau:
1) Nghiên cứu thực nghiệm phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân
49
Ti,
52
V và
59
Ni trong phản ứng bắt nơtron nhiệt bằng phương pháp đo trùng
phùng gamma - gamma;
2) Đánh giá số liệu thực nghiệm theo mẫu đơn hạt;
9
3) Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ trùng phùng gamma-gamma. Xây
dựng phương pháp lựa chọn các tham số tối ưu cho hệ đo trùng phùng
gamma – gamma. Quy hoạch lại không gian KS3, thiết kế và chế tạo lại
một số thiết bị che chắn, dẫn dòng nhằm tạo không gian thuận tiện cho
người làm thực nghiệm, giảm phông và tăng mức độ an toàn của
LPUHNDL;
Trên cơ sở các nội dung nghiên cứu đặt ra, luận án được bố cục gồm phần mở
đầu, ba chương chính và phần kết luận. Trong đó:
Chương một trình bày tổng quan về hệ đo và phương pháp trùng phùng
gamma-gamma ghi ”sự kiện-sự kiện”, tình hình nghiên cứu của các hạt nhân

được lựa chọn và cơ sở lý thuyết của luận án.
Chương hai trình bày về thiết kế, chế tạo giao diện mới nhằm nâng cao chất
lượng hệ đo; thiết kế và chế tạo một số thiết bị che chắn dẫn dòng trên KS3;
phương pháp lựa chọn các tham số cho hệ trùng phùng gamma-gamma; xây
dựng đo đạc thực nghiệm phân rã gamma nối tầng và phương pháp xử lý số
liệu của các hạt nhân
49
Ti,
52
V và
59
Ni.
Chương ba trình bày kết quả về thiết kế, chế tạo giao diện mới, kết quả phông
của hệ đo; kết quả suất liều bức xạ nơtron và gamma trong không gian KS3;
kết quả nghiên cứu phân rã gamma nối tầng của các hạt nhân
49
Ti,
52
V và
59
Ni.
Phần kết luận nêu những thành công cũng như hạn chế trong nghiên cứu của
luận án; ý nghĩa khoa học; ý nghĩa thực tiễn và hướng nghiên cứu tiếp theo
của luận án.

10
Chương một
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP
VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU


1.1. Phương pháp trùng phùng gamma-gamma
1.1.1. Quá trình phát triển phương pháp
1.1.1.1. Trên thế giới
Phương pháp trùng phùng gamma – gamma đã được Hoogenboom đề xuất và
thử nghiệm từ năm 1958 [33][34]. Trong nghiên cứu này, tác giả xây dựng hệ
đo dựa trên các đetectơ nhấp nháy và thử nghiệm trên các nguồn
60
Co,
22
Na và
các phản ứng
24
Mg(p, 2)
25
Al và
29
Si(p, 2)
30
P. Kết quả cho thấy sự hiệu quả
của phương pháp trong nghiên cứu và xây dựng sơ đồ phân rã của các hạt
nhân. Sơ đồ nguyên lý của hệ đo được trình bày trên Hình 1.1.

Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ trùng phùng do Hoogenboom thiết kế [33].
CF2a
Ngu
ồn
PM1 CR1

CR
2

PM
2

CF1a
CF1b

Amp.1

MCA
Amp
Sum

D.D
Sum

CF2b
Amp.2

MONITOR


R1 RV1 R2
Gate
11
Trong đó: CR1 và CR2 là các tinh thể nhấp nháy; PM1 và PM2 là các ống
nhân quang; CF là lối ra catốt của ống nhân quang.
Nguyên tắc hoạt động của hệ như sau: tín hiệu từ lối ra của các catốt CF1a và
CF2a được khuếch đại bằng các Amp.1, 2. Tín hiệu từ lối ra của Amp. 1 được
đưa vào khối phân tích đa kênh để phân tích biên độ, tín hiệu từ lối ra của
Amp. 2 được đưa vào dao động ký để quan sát. Để điều khiển quá trình phân

tích, tín hiệu từ các lối ra CF1b và CF2b được cộng trên mạng các điện trở
R1, R2 và RV1. Tín hiệu sau khi cộng được khuếch đại bằng khuếch đại tổng
(Amp Sum), sau đó được đưa vào khối phân biệt ngưỡng tổng (D.D Sum) và
hình thành xung đóng mở cổng để điều khiển quá trình phân tích biên độ.
Do cách thiết kế nên việc lựa chọn tín hiệu trùng phùng phụ thuộc vào mạng
điện trở và điều chỉnh chiết áp RV1, hệ hoạt động như một hệ trùng phùng
chậm và có thời gian phân giải cỡ 3 s.
Năm 1965 John Duncan Hepburn ở Đại học British Columbia đã nghiên cứu
các vấn đề liên quan đến hiệu suất của hệ trùng phùng chậm dựa trên nguồn
60
Co và phản ứng
11
B(p, 2)
12
C[42]. Hệ đo sử dụng hai đetectơ nhấp nháy tinh
thể NaI(Tl), ADC 512 kênh, hệ số chuẩn năng lượng 30 keV/kênh, tốc độ
biến đổi của hai kênh tương ứng là 25 s và 0,5 s. Nghiên cứu làm cơ sở cho
ứng dụng phương pháp trùng phùng trong đo hoạt độ tuyệt đối và trong
nghiên cứu cường độ dịch chuyển nối tầng.
Từ năm 1981, tại Viện Liên hợp nghiên cứu Hạt nhân Dubna đã đưa ra vấn đề
ghi nhận, lưu trữ và xử lý số trên máy tính các thông tin thu được từ hệ đo
cộng biên độ các xung trùng phùng. Phương pháp này khác xa nhiều so với
nguyên tắc ban đầu do Hoogenboom đưa ra. Nó cho phép tiết kiệm rất nhiều
lần thời gian thực hiện một nghiên cứu, độ chính xác cao hơn, loại trừ được
ảnh hưởng chênh lệch về thời điểm xuất hiện các xung từ đetectơ tương ứng
12
với một cặp chuyển dời nối tầng, khai thác và xử lý thông tin thuận lợi hơn.
Sơ đồ của hệ được trình bày trên hình 1.2.








Hình 1. 2 Hệ đo trùng phùng nhanh chậm tại Dubna [78].
Nguyên tắc hoạt động của hệ như sau: Các lượng tử gamma của một phân rã
nối tầng sẽ tạo nên hai xung điện xuất hiện đồng thời ở các lối ra của đetectơ.
Các xung ở lối ra T của hai đetectơ đi đến các khối khuếch đại nhanh (FFA),
phân biệt ngưỡng hằng và đến khối trùng phùng nhanh (FCOIN). Khối
FCOIN sẽ cho ra 1 xung điện khi hai lối vào có xung xuất hiện trong khoảng
thời gian T được lựa chọn trước. Các xung ở lối ra E sẽ được khuếch đại
bằng khuếch đại phổ. Các khối SCA cho ra xung nếu biên độ xung ở lối vào
nằm trong dải đo được lựa chọn tương ứng khoảng năng lượng từ 0,5 đến 8
MeV. Như vậy, từ một cặp gamma trùng phùng có năng lượng từ 0,5 đến 8
MeV được ghi nhận sẽ có một xung ra ở khối trùng phùng chậm. Xung ra ở
khối này là tín hiệu để các khoá tuyến tính (LG) mở cho các ADC nhận xung
phân tích và giao diện sẽ ghi nhận các giá trị bằng số (code) của biên độ xung
của cặp chuyển dời gamma nối tầng.
Sau đó, phương pháp đã được phát triển ở Cộng hòa Séc, Hungary và nhiều
nước khác trên thế giới trong đó có Việt Nam [39][65][67][68].
13
Về cơ bản, các hệ đo tại Cộng hòa Séc và Hungary đều dựa trên nguyên tắc
của hệ trùng phùng nhanh chậm dưới dạng số, nhưng sử dụng các đetectơ bán
dẫn có độ phân giải cao, các khối điện tử của các hãng nổi tiếng trên thế giới.
Sơ đồ của hệ đo ở Hungary được trình bày trên hình 1.3.
















Hình 1. 3 Hệ trùng phùng nhanh chậm tại Hungary [65].
Ngày nay, sự phát triển của kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xử lý tín hiệu số đã cho
phép tích hợp các khối điện tử vào trong một vi mạch và điều khiển từ chương
trình máy tính nên hệ đo tương đối đơn giản, dễ sử dụng và hiệu quả cao[67].
Vì thế, hiện nay phương pháp trùng phùng gamma-gamma không chỉ ứng
Start


Stop
Gate

SCA


TAC
T




E

HV

Canberra
3105
Amp

Tennelec
TC245
ADC

Canberra
8077(16k)


Đetectơ 1

HpGe

Đetectơ 2

HpGe
FFA

Ortec
579
Delay

Ortec

GG8010
CFD

Phillips
730
Delay

Ortec
GG8010
FFA

Ortec
579
Level

Transl
Phillips 720


ADC
KFKI (4k)


Multiplexer

CFD

Phillips
730
TAC/SCA


Tennelec
TC863
Delay

Ortec
GC8010
ADC

Canberra
8077(16k)

Amp

Canberra
2025
HV

Canberra
3106D

Computer
E


T
Gate
14
dụng trong lĩnh vực số liệu cấu trúc hạt nhân mà còn ứng dụng trong các lĩnh
vực khác[23][39][44][65].

1.1.1.2. Tại Việt Nam
Việc nghiên cứu về phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng đã được
tiến hành từ năm 1984 bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học tự nhiên
Hà Nội, trên cơ sở hệ phân tích biên độ 1 k, với đetectơ nhấp nháy NaI (Tl).
Sau đó, từ sự hợp tác nghiên cứu giữa Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội và
Viện NCHN, các thử nghiệm về hệ đo đã được thực hiện tại LPUHNDL. Sơ
đồ của hệ được trình bày trên hình 1.4. Đến cuối năm 2005, một hệ đo hoàn
chỉnh đã được lắp đặt tại KS3 của LPUHNDL. Đến năm 2009, hệ đo đã được
xây dựng với hai cấu hình dùng khối trùng phùng và dùng TAC. Trong giai
đoạn này, từ hệ đo được xây dựng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu
phân rã gamma nối tầng của một số hạt nhân như
153
Sm,
182
Ta,
239
U,
28
Al,
36
Cl,
65
Cu[6][10][18]. Việc lựa chọn các tham số, các đặc trưng của hệ đã được
nghiên cứu tổng hợp và xây dựng thành phương pháp[2][3][68].










Hình 1. 4 Sơ đồ khối hệ trùng phùng cộng biên độ tại Viện NCHN.
Amp ADC
TFA CFD
TFA CFD
Amp ADC
COIN



I
N
T
E
R
F
A
C
E

PC

Đetectơ

Đetectơ


E

T

T
E

15
1.1.2. Hệ đo thực nghiệm tại Viện NCHN
1.1.2.1. Hệ phổ kế trùng phùng gamma-gamma
Hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại Viện NCHN được sử dụng với
hai cấu hình chính: cấu hình thứ nhất dùng khối trùng phùng (COIN) và cấu
hình thứ hai dùng TAC. So với hệ đo trùng phùng gamma - gamma nhanh
chậm truyền thống ở các nước trên thế giới thì hệ trùng phùng gamma –
gamma tại LPUHNDL có cấu trúc đơn giản hơn, đã bớt các khối khóa tuyến
tính, phân tích đơn kênh, trùng phùng chậm, nhưng vẫn đáp ứng được các yêu
cầu của một hệ trùng phùng nhanh chậm[56][68].
Hệ phổ kế sử dụng trong nghiên cứu phục vụ cho luận án là hệ trùng phùng
gamma – gamma dùng TAC ghi đo theo phương pháp sự kiện – sự kiện. Hệ
được đặt tại KS3 của LPUHNDL. Sơ đồ hệ phổ kế mô tả trên Hình
1.5[56][68].

Hình 1. 5 Hệ phổ kế trùng phùng gamma – gamma tại LPUHNDL.
Bia mẫu đặt lệch 45
0
so với chùm nơtron, hai đetectơ được đặt đối xứng nhau
180
0
. Các đetectơ được che chắn trong các khối chì đúc liền. Khối chì đúc
chắn gamma trực tiếp từ lò dày 14 cm, chiều dày lớp chì che chắn đối với
16
gamma từ chuẩn trục phụ là 10 cm. Toàn hệ được đặt trên bàn đỡ có thể di

chuyển dọc theo ray dẫn hướng giúp việc di chuyển hệ và đóng mở kênh dễ
dàng.
*. Một số thông số kỹ thuật cơ bản của các thiết bị:
- HpGe I Intertechnique: đetectơ EGPC20 của hãng Inter technique, hiệu
suất 20%, độ phân giải 1,8 keV tại năng lượng 1332 keV [61].
- HPGe II Canberra: đetectơ GC2018 của hãng Canberra, hiệu suất ghi
20%, độ phân giải 1,8 keV tại năng lượng 1332 keV [61].
- Cao thế Ortec 660 là cao thế kép của hãng Ortec, thế lối ra từ 0 đến 5
kV, dòng từ 0 đến 100 A, độ trôi nhiệt <  0,08%/
0
C trên dải từ 10
đến 50
0
C, thăng giáng  0,3% trong dải điện thế lối ra từ 0,5 đến 5 kV
[60].
- Khuếch đại phổ kế 572A Ortec: Biên độ lối ra từ 0÷10 V với xung đơn
cực, và 0÷20V với xung lưỡng cực. Tốc độ xử lý 30,000 sự kiện/s, độ
phi tuyến tích phân < 0,05% tại shaping time 2 s) [58].
- ADC 7072 là ADC kép của hãng FastComtech, 8 k, thời gian biến đổi
500 ns, tín hiệu vào từ + 25 mV đến 10 V, mặt tăng của xung từ 250 ns
đến 25 s, sườn xuống từ 200 ns đến 100 s [51].
- ADC 8713 là ADC đơn của hãng Canberra, 16 k, thời gian biến đổi 6 s,
tín hiệu vào từ 0 đến 10 V, mặt tăng của xung từ 0,25 s đến 100 s, độ
rộng xung tối thiểu 0,5 s [77].
- TFA 474 là bộ khuếch đại lọc lựa thời gian của hãng Ortec, biên độ tín
hiệu xung lối vào từ 0 đến  1 V, biên độ lối ra từ 0 đến  5 V, độ phi
tuyến  0,05% [57].
17
- CFD 584 là khối gạt ngưỡng hằng của hãng Ortec sản xuất, biên độ xung
lối vào từ 0 đến – 5V, độ dài xung lối ra nằm trong dải  0,5 đến  2,5

s [59].
Nguyên tắc hoạt động của hệ: Khi hai đetectơ thu nhận hai bức xạ gamma nối
tầng thì các đetectơ sẽ sinh ra đồng thời hai tín hiệu là tín hiệu mang thông tin
năng lượng (E) và tín hiệu mang thông tin thời gian (T). Tín hiệu năng lượng
được đưa đến khối khuếch đại phổ 572A và sau đó đến ADC 7072. Tín hiệu
thời gian được đưa đến khối khuếch đại lọc lựa thời gian TFA 474 để tạo
dạng xung phù hợp, sau đó tín hiệu này được đưa đến khối gạt ngưỡng hằng
CFD 584, khối này loại trừ nhiễu và các xung tăng chậm. Xung ra từ hai khối
CFD 584 được đưa đến lối vào khởi phát (Start) và kết thúc (Stop) của khối
biến đổi thời gian thành biên độ TAC 566. Khi có tín hiệu khởi phát và tín
hiệu kết thúc đi đến TAC thì TAC 566 sẽ biến đổi khoảng thời gian chênh
lệch giữa hai sự kiện thành biên độ, và gửi tín hiệu tới ADC 8713; đồng thời
TAC còn phát tín hiệu ở lối Valid Convert gửi tới giao diện PCI 7811R. Khi
giao diện PCI 7811R nhận được tín hiệu Valid Convert từ TAC thì sẽ tạo ra
tín hiệu Gate, tín hiệu Gate này cho phép hai ADC 7072 biến đổi tín hiệu
tương tự thành dạng số.
Số liệu thu nhận được ghi thành bốn cột, trong đó hai cột tín hiệu có giá trị tỷ
lệ với năng lượng của hai bức xạ mà hai đetectơ ghi nhận (cột 3 và cột 4), giá
trị mã biên độ của cột thứ hai là khoảng chênh lệch thời gian của hai bức xạ
gamma mà hai đetectơ ghi nhận được, và giá trị mã biên độ của cột thứ nhất
(nếu có) là giá trị của dịch chuyển nối tầng bậc 3 trong thiết lập cấu hình 3
đetectơ. Mỗi file dữ liệu lưu trữ 4096 cặp sự kiện trùng phùng, khi kết thúc
một file thì giao diện PCI 7811R sẽ gửi file đó lên máy tính để lưu trữ và tiến
hành ghi nhận file tiếp theo.
18
1.1.2.2. KS3 của LPUHNDL
LPUHNDL được nâng cấp từ Lò TRIGA của Mỹ là loại lò bể bơi [30], công
suất cực đại 500 kW và thông lượng trung bình của nơtron nhiệt tại tâm vùng
hoạt có thể đạt 1,9910
13

nơtron/cm
2
/s [16]. Lò có 4 kênh ngang, ba kênh
ngang số 1, 2 và 4 (KS1, KS2 và KS4) hướng về tâm vùng hoạt và một kênh
ngang số 3 (KS3) tiếp tuyến với phần bên ngoài của vùng hoạt.
KS3 của LPUHNDL được đưa vào sử dụng từ rất sớm sau khi khôi phục lại
Lò phản ứng. Ban đầu, KS3 được sử dụng cho mục đích chụp ảnh nơtron và
phân tích kích hoạt gamma tức thời. Đến năm 2003, KS3 đã khôi phục lại để
bố trí hệ đo trùng phùng gamma – gamma phục vụ nghiên cứu cấu trúc hạt
nhân. Các thiết bị chuẩn trực, dẫn dòng, đóng mở kênh được thiết kế, chế tạo
lại cho phù hợp với việc bố trí thí nghiệm.
Vì KS3 là kênh tiếp tuyến nên dòng nơtron từ vùng hoạt đi ra chủ yếu là
nơtron nhiệt. Cấu trúc kênh bao gồm hai phần: phần phía trong là ống nhôm
có đường kính 15 cm dài 1,5 m và phần phía ngoài là ống thép có đường kính
20,3 cm dài 1,1 m cho phép dẫn dòng nơtron từ trong vùng hoạt ra ngoài.
Chùm nơtron được lọc bằng phin lọc Silic, bên ngoài phin lọc là ống chuẩn
trục chính có đường kính 1,5 cm, ống chuẩn trục được đúc bằng Paraphin trộn
B
4
C, hai đầu đặt hai tấm Cadmi.
1.2. Tình hình nghiên cứu các hạt nhân
49
Ti,
52
V và
59
Ni
1.2.1. Hạt nhân
49
Ti

Về mặt cấu trúc, hạt nhân
49
Ti là hạt nhân chẵn – lẻ, gồm 22 prôton và 27
nơtron. Cấu trúc theo mẫu lớp như sau: prôton:
2 4 2 6 2 4 2
1/2 3/2 1/2 5/2 1/2 3/2 7/2
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f
;
nơtron:
2 4 2 6 2 4 7
1/2 3/2 1/2 5/2 1/2 3/2 7/2
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f
. Nếu so với hạt nhân hai lần magic
48
Ca
thì lớp ngoài cùng dư 2 prôton và thiếu 1 nơtron.
19
Các nghiên cứu trên máy gia tốc [46][71] bằng các phản ứng
50
V(t, )
49
Ti,
50
Ti(d, t)
49
Ti,
48
Ca(, 3n)
49
Ti cho thấy trạng thái cơ bản của

49
Ti được xác
định có spin 7/2
-
và trạng thái hạt nhân hợp phần là 1/2
+
. Các nghiên cứu này
tập trung vào vùng năng lượng dưới 5 MeV, tồn tại một số trạng thái kích
thích có giá trị spin lớn. Tuy nhiên, một số kết quả về mức năng lượng kích
thích thu được giữa các thí nghiệm vẫn còn có sự khác biệt.
Nghiên cứu phản ứng (n, ) cũng cho thấy kết quả trạng thái cơ bản của
49
Ti
được xác định có spin 7/2
-
và trạng thái hạt nhân hợp phần là 1/2
+
. Tuy nhiên
dải năng lượng kích thích cao hơn, số mức thu được nhiều hơn [41][62][64].
Trong công trình nghiên cứu của J. F. A. G. Ruyl và các cộng sự [41] đã thu
được 97 tia gamma, sắp xếp được 42 mức trung gian. Đây là công trình
nghiên cứu thu được nhiều thông tin thực nghiệm nhất về hạt nhân này.
Các tổng hợp về số liệu của
49
Ti trong thư viện cho thấy hiện có 95 tia
gamma, nhưng chỉ mới xếp được 77 tia gamma vào sơ đồ mức, còn 18 tia
gamma chưa được xếp vào mức, nhiều mức chưa xác định được các đặc trưng
lượng tử.
1.2.2. Hạt nhân
52

V
Về mặt cấu trúc, hạt nhân
52
V là hạt nhân lẻ – lẻ, gồm 23 prôton và 29 nơtron.
Cấu trúc theo mẫu lớp: prôton:
2 4 2 6 2 4 3
1/2 3/2 1/2 5/2 1/2 3/2 7/2
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f
; nơtron:
2 4 2 6 2 4 8 1
1/2 3/2 1/2 5/2 1/2 3/2 7/2 1/2
1s 1p 1p 1d 2s 1d 1f 2
p
. Nếu so với hạt nhân hai lần magic
48
Ca
thì lớp ngoài cùng dư 3 prôton và 1 nơtron.
Các nghiên cứu bằng phản ứng (d, p), (d, ) trên máy gia tốc [72] cho thấy
các mức kích thích mới thu được các mức kích thích đến 3,3 MeV, đồng thời
xác định
52
V ở trạng thái cơ bản có spin và độ chẵn lẻ là 3
+
, trạng thái hợp
phần là mức kép, có spin và độ chẵn lẻ 3
-
và 4
-
.