Kết quả thực hiện đề tài cấp Cơ sở “Nghiên cứu kỹ thuật nhận diện hạt của hệ phổ kế từ BigRIPS và ZeroDegree tại RIKEN thông qua các số liệu thực nghiệm SEASTAR”

Nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp cơ sở: “Nghiên cứu kỹ thuật nhận diện hạt của hệ phổ kế từ BigRIPS và ZeroDegree tại RIKEN thông qua các số liệu thực nghiệm SEASTAR” do ThS. Bùi Duy Linh làm chủ nhiệm được phê duyệt giao thực hiện trong thời gian 1 năm từ 1/2017 đến 12/2017 với tổng kinh phí là 50 triệu đồng. Đây là đề tài nghiên cứu với mục tiêu chính là: Nghiên cứu nhận diện các đồng vị phóng xạ giàu nơtron nằm xa vùng bền có Z từ 25 đến 28 sử dụng phương pháp Bρ - ∆E - TOF (Bρ là độ cứng từ trường, ΔE là độ mất năng lượng  và TOF là thời gian bay) của hệ phổ kế từ BigRIPS và ZeroDegree tại viện nghiên cứu Hóa Lý RIKEN, Nhật Bản. Bên cạnh đó, quá trình thực hiện đề tài giúp nâng cao kỹ năng phân tích và xử lý số liệu thực nghiệm của các cán bộ trẻ trong nhóm vật lý hạt nhân thực nghiệm của Trung tâm Vật lý Hạt nhân, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân. Số liệu thực nghiệm sử dụng phân tích trong đề tài được nhóm trực tiếp tham gia đo đạc năm 2014 trong chiến dịch thí nghiệm lần thứ nhất của dự án SEASTAR (viết tắt của Shell Evolution And Search for Two-plus energies At RIBF - Sự tiến triển của lớp vỏ và cuộc tìm kiếm một cách hệ thống các trạng thái hai cộng tại RIBF ). Để thực hiện được mục tiêu này, nhóm tác giả đã đề xuất và thực hiện các nội dung như sau:

- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các hệ phổ kế từ BigRIPS, ZeroDegree, và các hệ detector ghi nhận hạt như MUSIC, Plastic Scintillator.

- Phân tích các tham số thời gian bay (TOF) và độ mất năng lượng ΔE trong bộ số liệu của chiến dịch SEASTAR lần thứ nhất đã được đo đạc, kết hợp với kết quả phân tích độ cứng từ trường (Bρ) nhằm xác định các giá trị Z và tỷ số A/Q của các hạt.

- Nghiên cứu phương pháp và thực hiện hiệu chỉnh để làm tăng độ phân giải nhận diện hạt đạt đến tối ưu nhất trong hệ đo ZeroDegree.

- Nhận diện hạt dựa trên tương quan hai chiều của Z và tỷ số A/Q được xây dựng từ các tham số thời gian bay (TOF), độ cứng từ trường (Bρ) và độ mất năng lượng (ΔE) đã nghiên cứu ở trên.

      Kết quả nghiên cứu đã nhận diện được các đồng vị có Z = 25 – 28 bao gồm: 13 đồng vị trong BigRIPS bao gồm ^69,70,71Ni, ^68-70 Co, ^{66- 69}Fe, ^65-67Mn; 18 đồng vị trong ZeroDegree gồm ⁷⁰Ni, ^68-70Co, ^65-69Fe, ^62-67Mn. Đề tài cũng đã xác định được độ phân giải trung bình của Z và tỷ số A/Q ở BigRIPS tương ứng là 0.94% và 0.081%. Đối với  ZeroDegree độ phân giải tương đối của Z và A/Q sau khi hiệu chỉnh là 0.57% và 0.145%.

Hình 1: Kết quả nhận diện các hạt có Z = 25-28 trên hệ thống phân tách hạt BigRIPS

       Nhóm tác giả đã đưa ra một số kết luận như sau: Kỹ thuật nhận diện hạt tại BigRIPS và ZeroDegree trong khuôn khổ thí nghiệm SEASTAR dựa trên phương pháp Bρ – ΔE - TOF là phương pháp nhận diện hạt dựa trên các đặc tính động học để nhận diện và phân tách các đồng vị, đây là phương pháp nghiên cứu hiện đại, có độ tin cậy cao. Đề tài nghiên cứu đã thực hiện việc hiệu chỉnh nhằm cải thiện độ phân giải nhận diện hạt ở ZeroDegree. Các kết quả nhận diện hạt tại BigRIPS và ZerogDegree là các kết quả đặc biệt quan trọng trong quá trình phân tích số liệu thực nghiệm SEASTAR. Tương quan Z - A/Q của các hạt nhân quan tâm của thí nghiệm trong dải Z = 25 - 28 đã được phân tích và hiển thị rõ ràng ở cả BigRIPS (kênh vào) và ZeroDegree (kênh ra). Trong đó, phổ nhận diện cho phép nhận diện được 13 đồng vị ở kênh vào và 18 đồng vị ở kênh ra. Ngoài các đồng vị ⁶⁷Mn, ^67-69Fe, ^68,69Co và ⁷⁰Ni được đề xuất trong thuyết minh, nhóm còn nhận diện được thêm nhiều các hạt nhân khác như ⁶²⁻⁶⁶Mn, ⁶⁴⁻⁶⁶Fe, ⁶⁷Co và ⁷¹Ni.

Hình 2: Kết quả nhận diện hạt bằng tương quan Z- A/Q của các hạt nhân có Z = 25-28 tại ZeroDegree sau khi hiệu chỉnh

       Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp cơ sở do các cán bộ trẻ thuộc Trung tâm Vật lý hạt nhân thực hiện và các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong 01 báo cáo tại Hội nghị Khoa học và Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ 12, 2017 tại Nha Trang,  đăng tải 01 bài báo trên tạp chí Nuclear Science and Technology và hoàn thành 01 báo cáo về “Phương pháp và kết quả nhận diện hạt có Z = 25 -28 của BigRIPS và ZeroDgree”. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả liên quan đến hướng nghiên cứu đề tài còn có đóng góp vào một số công bố quốc tế có uy tín cao:  F. Flavigny, et al., Phys. Rev. Lett. 118, 242501 (2017), S. chen, et al., Phys. Rev. C 95, 041302(R) (2017), N. Paul, et al., Phys. Rev. Lett. 118, 032501 (2017), M. Lettmann, et al., Physics Review C 96, 011301 (R) (2017), C. M. Shand, et al., Physics Letters B 773, 492-497 (2017).

       Đề tài này là phần quan trọng của hướng phân tích các bộ số liệu trong dự án SEASTAR của nhóm tác giả. Các nghiên cứu mở rộng sau đề tài là phân tích phổ gamma tức thời và gamma trễ nhằm xác định các dịch chuyển gamma và xây dựng cấu trúc mức của các hạt nhân lạ nằm xa vùng bền ^67,68,69,71Fe, ^63,65Cr, ⁴⁹Ar và ^47,49Cl. Các nghiên cứu cũng là phần nội dung quan trọng của đề tài luận án Tiến sĩ của NCS Bùi Duy Linh (chủ nhiệm đề tài).

       Đề tài đã được nghiệm thu chính thức vào ngày 12/4/2018 với kết quả đánh giá loại tốt và đang trong quá trình hoàn tất các thủ tục để thanh lý hợp đồng.

 Phòng Kế hoạch và Hợp tác quốc tế

Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân