Nghiên cứu tỷ số suất lượng đồng phân của
phản ứng hạt nhân 116Cd(γ,n)115m,gCd sau vùng
năng lượng cộng hưởng khổng lồ
Lại Văn Thắng
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Khoa Vật lý
Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao;
Mã số: 60 44 05
Người hướng dẫn: TS. Phạm Đức Khuê
Năm bảo vệ: 2012
Abstract. Trình bày mô ̣t số đ ặc trưng của phản ứng quang hạt nhân, hiện tươ ̣ng
đồng phân hạt nhân và tỷ số đồng phân. Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy
gia tốc electron tuyế n tính , cơ chế tạo bức xa ̣ hãm t ừ máy gia tốc và giới thiệu về
máy gia tốc Linac 100 MeV tại Pohang, Hàn Quốc. Phân tích nguyên lý c ủa phương
pháp kích hoạt phóng xa ̣ và ghi nhâ ̣n ph ổ gamma, thiế t lâ ̣p mố i liên hê ̣ giữa số đế m
diê ̣n tić h đin̉ h phổ gamma và các t ham số thực nghiê ̣m. Một số biện pháp hiệu chỉnh
nhằm nâng cao độ chính xác của phép đo. Trình bày thí nghiệm và phân tích số liê ̣u
xác định tỷ số suất lượng đồng phân c
ủa phản ứng quang hạt nhân
116
115m,g
Cd(γ,n)
Cd, nghiên cứu sự phu ̣ thuô ̣c của tỷ số đồng phân vào năng lượng của
bức xa ̣ ham
̃ .
Keywords. Vật lý nguyên tử; Vật lý; Hạt nhân; Phản ứng hạt nhân
Content
CHƢƠNG I: PHẢN ỨNG QUANG HẠT NHÂN VÀ HẠT NHÂN ĐỒNG PHÂN
1.1 . Mô ̣t số đă ̣c trƣng của phản ƣ́ng quang ha ̣t nhân
1.1.1. Phân loa ̣i phản ứng quang hạt nhân
Định nghĩa về phản ứng quang hạt nhân, tóm tắt lý thuyết về phản ứng quang hạt

nhân và phân loại phản ứng quang hạt nhân theo năng lượng của photon kích thích
1.1.2. Hiê ̣n tượng cộng hưởng khổ ng lồ
Nêu định nghĩa hiện tượng cộng hưởng khổng lồ, đưa công thức ứng với vùng năng
lượng cộng hưởng khổng lồ
1.1.3. Cơ chế giả đơtron
Nêu các đặc trưng của cơ chế giả đơtron, nêu điều kiện xay ra cơ chế giả đơtron.
1.2. Hạt nhân đồng phân
Định ngĩa về hạt đồng phân trong vật lý
Nêu các lý thuyết về hiện tượng hạt đồng phân.
Đưa sơ đồ về quá trình tạo hạt đồng phân.


1.3. Tỷ số đồng phân
Nêu các lý thuyết tính toán về tỷ số đồng phân đối với các mô hình thống kê khác
nhau.
Tỷ số tiết diện đồng phân là tỷ số tiết diện tạo thành trạng thái đồng phân
(σm) và
trạng thái cơ bản không bền (σg):

IR 

m
g

Trạng thái đồng phân và trạng thái cơ bản khác nhau về spin hạt nhân , nên tỷ số đồ ng
phân thường đươ ̣c biể u diễn như là tỷ số tiế t diê ̣n ta ̣o thành tra ̣ng th ái có spin cao và trạ ng
thái có spin thấp :

IR 


high
low

Chương 2: Phương pháp thực nghiệm.
2.1. Nguồn photon hãm từ máy gia tốc Linac
2.1.1. Nguyên lý hoạt động của máy gia tố c linac
Nêu nguyên lý và lịch sử ra đời của máy gia tốc Linac.
2.1.2. Cơ chế ta ̣o photon hãm tƣ̀ máy gia tố c electron.
Nêu mô hình và phương pháp tạo photon hãm từ máy gia tốc electron.
Đưa ra phương trình toán học của cơ chế tạo photon từ máy gia tốc với các mức năng
lượng khác nhau.
Mô tả quá trình mất năng lượng của electron trong vật chất.
2.1.3. Máy gia tốc linac 100 MeV Pohang, Hàn quốc.
Giới thiệu về máy gia tốc Linac 100MeV tại Pohang, Hàn quốc. Đưa sơ đồ máy, ảnh
chụp và mô tả cấu tạo máy.
2.2. Phƣơng pháp kích hoạt và đo phổ Gamma
2.2.1. Nguyên lý của phƣơng pháp kích hoạt phóng xa.̣
Nêu bản chất của phương pháp kích hoạt phóng xạ.
Phân loại các quá trình xảy ra khi kích hoạt mẫu.
Xây dựng hệ thống công thức cho phép xác định hoạt độ phóng xạ trên detector.
2.2.2. Ghi nhận và phân tích phổ gamma.
2.2.2.1. Hê ̣ phổ kế gamma
Nêu cấu tạo của hệ phổ kế gamma hiện đại
Giới thiệu mô hình hệ phổ kế gamma sử dụng trong luận văn.
Đưa công thức và bảng tính toán hiệu suất ghi của phổ kế gamma.
2.2.2.2. Phân tích phổ Gamma
Nêu mục đính của việc phân tích phổ gamma.
Xây dựng hàm đỉnh phổ
2.2.3. Một số biện pháp nâng cao độ chính xác của phép đo
2.2.3.1. Hiệu chỉnh can nhiễu phóng xạ.

Nêu bản chất của việc hiệu chỉnh can nhiễu phóng xạ.
Nêu cách và các can nhiễu phóng xạ được sử lý trong luận văn.
2.2.3.2 Hiệu ứng hấp thụ tia gamma trong mẫu.
Nêu bản chất của hiệu ứng hấp thụ tia gamma trong mẫu.
Xây dựng phương trình về việc hiệu chỉnh hấp thụ tia gamma trong mẫu.
Tính toán hiệu chỉnh hấp thụ tia gamma trong luận văn.
2.2.3.3. Hiệu ứng cộng đỉnh.
Định nghĩa và nêu bản chất của hiện tượng cộng đỉnh.
Tính toán hiệu ứng cộng đỉnh trong mẫu tương ứng với luận văn.


CHƢƠNG 3: XÁC ĐỊNH TỶ SỐ SUẤT LƢỢNG ĐỒNG PHÂN
3.1. Thí nghiệm xác định tỷ số suất lƣợng đồng phân
Đưa mô hình thí nghiệm.
Nêu các đặc trưng của mẫu phóng xạ dùng trong luận văn.
Nêu bảng thông số thí nghiệm.
3.2. Nhận diện đồng vị phóng xạ và phản ứng hạt nhân.
Nhận diện 16 đồng vị phóng xạ sau phản ứng.
Xây dựng mô hình phân rã của 2 đồng vị phóng xạ dùng trong luận văn.
Xác định các đỉnh phóng xạ trong 2 đồng vị được tính toán trong luận văn.
3.3. Xác định tỷ số suất lƣợng đồng phân bằng thực nghiệm.
3.3.1. Xây dựng biểu thức thực nghiệm xác định tỷ số suất lượng đồng phân.
Xây dựng công thức thực nghiệm xác định tỷ số suất lượng đồng phân.
Đưa sơ đồ phân rã.
3.4.2. Xác định tỷ số suất lượng đồng phân.
Xác định tỷ số suất lượng đồng phân trong 2 mẫu phóng xạ của luận văn.
So sánh tỷ số suất lượng đồng phân tính toán được với các tác giả khác.
KẾT LUẬN
Với mu ̣c đích nghiên c ứu sự phu ̣ thuô ̣c vào năng lươ ̣ng của tỷ số suất lượng của cặp đồng
phân 115m,gCd tạo thành từ phản ứng quang hạt nhân 116Cd(γ,n)115m,gCd, bản luâ ̣n văn đ ã thu

đươ ̣c mô ̣t số kế t quả chính sau:
- Nghiên cứu tổ ng quan về bức xa ̣ ham
̃ , phản ứng quang hạt nhân trong vùng năng
lươ ̣ng thấ p và trung bình, khái niệm về đồ ng phân ha ̣t nhân và tỷ số đồ ng phân ha ̣t nhân.
- Tìm hiểu về nguồn phát photon hãm trên máy gia tốc electron tuyế n tiń h , cụ thể là
máy gia tốc linac 100 MeV ta ̣i Pohang, Hàn Quốc.
- Tìm hiểu phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm. Phương pháp kích hoạt phóng xạ và
đo phổ gamma với đêtectơ bán dẫn được sử dụng trong các nghiên cứu thực nghiệm xác định
tỷ số suất lượng đồng phân. Đã tìm hiểu quy trình thí nghiệm và trực tiếp phân tích và đánh
giá số liệu.
- Đã nhâ ̣n diê ̣n đươ ̣c 16 đồ ng vi ̣phóng xa ̣ ta ̣o thành trong mẫu Cd khi chiế u với chùm
115mg
bức xa ̣ ham
Cd và 104m,gAg, ngoài ra còn ghi nhận được
̃ , trong đó có 2 că ̣p đồ ng phân là
111m
110m
2 đồng phân khác là ha ̣t nhân
Cd và
Ag.
- Xác định đươ ̣c bằ ng thực nghiê ̣m tỷ số suất lượng đồng phân của phản ứng quang
hạt nhân 116Cd(γ,n)115m,gCd gây bởi chùm bức xa ̣ ham
̃ năng lươ ̣ng cực đa ̣i 50 MeV, 60MeV,
70 MeV trên máy gia tố c electron tuyế n tiń h .
Kế t quả thực nghiê ̣m thu đươ ̣c là 03 số liê ̣u về tỷ số suấ t lươ ̣ng ta ̣o că ̣p đồ ng phân
115m,g
Cd, với các giá tri ̣là : 0.172±0.015; 0.169±0.014; 0.178±0.014 tại các năng lượng bức xạ
hãm 50, 60 và 70 MeV tương ứng.
Các kết nghiên cứu cho thấy ở vùng năng lư ợng sau cộng hưởng khổng lồ tỷ số suất
lượng đồng phân thay đổ i không đáng kể . Số liệu thực nghiệm thu được phù hơ ̣p với các kế t

quả của các tác giả khác đã được công bố và phản ánh đúng cơ chế phản ứng quang ha ̣t nhân.
Cho đến nay các nghiên cứu về tỷ số suất lượng đồng phân ở vùng năng lượng sau
cộng hưởng khổng lồ còn ít. Do vâ ̣y, các số liệu thực nghiê ̣m thu đươ ̣c có ý nghĩa bổ sung
các số liệu trong vùng năng lượng bức xạ hãm trên 40 MeV. Góp phần tìm hiểu thêm cơ chế
của phản ứng hạt nhân và có thể ứng dụng trong các lĩnh vực như chế tạo đồng vị, tính toán
che chắn an toàn hạt nhân, an toàn bức xạ,....
References
Tiếng Việt:


[1]
Nguyễn Văn Đỗ. Các phương pháp phân tích hạt nhân. NXB Đại học Quốc gia Hà
Nội. Hà Nội, 2004.
[2]
Đặng Huy Uyên. Vật lý hạt nhân đại cương. NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội
(2005).
[3]
Phạm Đức Khuê. Tập bài giảng "Máy gia tốc hạt", Hà Nội 2010.
Tiếng Anh:
[4]
K. N. Mukhin. Experimental Nuclear physics. Mir Publishers, Moscow, (1987).
[5]
W.R. Leo. Techniques for Nuclear and Particle physics experiments. Springer
Verlarg Berlin Heidelberg, 1994.
[6]
D.J. S. Findlay. Applications of photonuclear reactions. Nucl. Inst. and Meth. B 50
(1990) 314.
[7]
M. Yuly, J. Mittelstaedt and E.R. Kinney. A test of high-energy electron
bremsstrahlung calculation. Nucl. Inst. and Meth. A488, 2002.

[8]
J.R.Wu and C.C.Chang. Pre-equilibrium particle decay in the photonuclear
reactions. Phys. Rev. C 16 (1977) 1812.
[9]
J.R. Huizenga and R. Vandenbosch. Interpretation of isomeric cross-section
ratios for (n,γ) and (γ,n) reactions. Phys. Rev. 120 (1960) 1305.
[10] Vanska, R.Rieppo. The experimental isomeric cross-section ratio in the nuclear
activation technique. Nucl. Inst. and Meth. 179 (1981) 525-532.
[11] D. Kolev. Studies of some iosmeric yield ratios produced with
bremsstrahlung.
Appl. Radia. Isot. 49 (1998) 989.
[12] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue and Kim Tien Thanh, Md. Shakilur
Rahman,
Kyung-Sook Kim, Guinyun Kim, Youngdo Oh, Hee-Seock Lee, Moo- Hyun Cho, In Soo
Ko, and Won Namkung. Isomeric yield ratios in the
photoproduction of 52m,gMn from
natural iron using 50-, 60-, 70-MeV, and
2.5
GeV bremsstrahlung. J. Radioanal. Nucl.
Chem. 283 (2010) 683-690.
[13] Nguyen Van Do, Pham Duc Khue, Kim Tien Thanh , Tran Hoai Nam, MD.
Shakilur Rahman, Guinyun Kim, Youngdo Oh, Hee-Seock Lee, Moo-Hyun
Cho, In Soo Ko, and Won Namkung. Measurement of isomeric yield ratios for
the
44m,g
Sc isomeric pairs produced from 45Sc and natTi targets at 50-, 60-, and
70-MeV
Bremsstrahlung. J. Radioanal. and Nucl. Chem. 287 (2011) 813-820.
[14] K. Debertin and R.G. Heimer. Gamma and X ray spectrometry with
semiconductor detectors. North-Holland Elsevier, New-York, 1988.

[15] H.S. Kang, Y. J. Han, J. Y. Huang, S. H. Nam, W. Namkung. Current status
and
R&D plan of PAL test Linac. Proceedings of LINAC, 2002, Gyeongju, Korea.
[16] Richard B. Fiestone. Table of Isotopes. Wiley-Interscience, 1996.
[17] V. O. Zheltonozhsky, A.M.Savrasov. Investigation of the near-threshold (g,n)
reaction on the 116Cd and 121Sb nuclei . Izv. Rossiiskoi Akademii Nauk, Ser.Fiz. 74
(2010) 871. Exfor Data Bank.
[18] A. G. Belov, Yu. P. Gangrsky, A. P. Tonchev, N. P. Balanov. Excitation of
Isomeric States 1h-11/2 in Reactions. Yadernaya Fizika, 59 (1996) 585. Exfor
Data Bank.
[19] N.A.Demekhina, A.S.Danagulyan,G.S.Karapetyan. Isomeric ratio analysis in
(g,n) and (g,p) reactions at giant-resonance energy range. Yadernaya
Fizika, 65
(2002) 390. Exfor Data Bank.
[20] M.G. Davydov, V.G.Magera, A.V.Trukhov, E.M.Shomurodov. Isomeric
ratios of the photonuclear reactions yields for gamma-activation analysis.
Atomnaya Energiya, 58 (1985) 47. Exfor Data Bank.
[21] T.D.Thiep, T.T.An, N.T.Khai, N.T.Vinh, P.V.Cuong, A.G.Belov and
O.D.Maslov. The Isomeric Ratios in Some Photonuclear Reactions (,n), (,p),


(,2n) and (,np) Induced by Bremsstrahlungs With End-Point Energies in the
Giant Dipole Resonance Region. J. Phys. Ele. Part. and Atom. Nucl. Lett.
6 (2009) 209.
Website:
[22] />[23] />[25] />[25] />