Nghiên cứu các phản ứng hạt nhân gây bởi các chùm ion nặng, đặc biệt là các chùm thứ cấp của các hạt nhân không bền
Friday, 18/11/2011, 00:00Nghiên cứu các phản ứng hạt nhân gây bởi các chùm ion nặng, đặc biệt là các chùm thứ cấp của các hạt nhân không bền:
Đây là một trong các đề tài trọng điểm của chương trình nghiên cứu cơ bản do Hội Đồng KHTNQG tài trợ đến hết năm 2003, đi sâu vào nghiên cứu các phản ứng hạt nhân trực tiếp gây bởi các chùm thứ cấp các hạt nhân không bền. Hiện nay hướng nghiên cứu này đang bước đầu mang lại cho Viện NLNTVN những công trình đăng tải ở những tạp chí VLHN quốc tế và đang thu hút một số sinh viên giỏi từ Khoa vật lý, Trường ĐHKHTN đến tham gia nghiên cứu và làm luận án tốt nghiệp. Phải nhấn mạnh rằng nghiên cứu cấu trúc và phản ứng các hạt nhân không bền đang là lĩnh vực thực sự mang lại một thời đại Phục Hưng cho VLHN cơ bản. Nếu như từ những năm 50-60 của thế kỷ 20, VLHN cơ bản chỉ được triển khai xung quanh những đồng vị bền (stable isotopes) mà có thể được gia tốc lên những năng lượng bắn tới khác nhau cho các thí nghiệm phản ứng hạt nhân khác nhau. Với số khối lớn của các hạt nhân được gia tốc, những chùm các đồng vị bền này còn thường được biết đến như các chùm ion nặng (heavy ions). Mặc dù các tính toán lý thuyết đã dự đoán rằng trong thiên nhiên có thể tồn tại tới hàng ngàn đồng vị hạt nhân, lúc đó ta mới chỉ biết đến và nghiên cứu được vài trăm đồng vị hạt nhân nằm trong vùng beta ổn định giới hạn bởi hai đường bền trên trục số khối neutron (N) và proton (Z) mà ta thường biết tới như neutron and proton driplines. Từ giữa thập kỷ 80 cho đến nay, với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ máy gia tốc, kỹ thuật phân tích khối phổ và các hệ detector hạt, các nhà VLHN đã có thể thu được từ sản phẩm của các phản ứng va chạm ion nặng nhiều loại hạt nhân không bền khác nhau (với thời gian sống rất ngắn) nằm kề và ngoài driplines mà chưa từng được biết tới. Và cũng từ đó, các nhà VLHN bắt đầu phát hiện và nghiên cứu cấu trúc các hạt nhân không bền trong điều kiện phòng thí nghiệm. Những chùm các hạt nhân không bền này hiện đã có thể được tách in-flight và tiếp tục gia tốc với mật độ dòng khá cao. Những chùm này còn được gọi là các chùm thứ cấp (secondary beams) hay là chùm các hạt nhân lạ (exotic nuclei) và đang được dùng rất nhiều trong các phản ứng va chạm ion nặng để nghiên cứu cấu trúc các hạt nhân lạ cũng như tương tác giữa chúng. Đây cũng là hướng hoạt động nghiên cứu chính của đề tài trọng điểm này và những kết quả thu được trong năm qua có thể tóm tắt ngắn gọn trong các tiểu mục sau:
- Nghiên cứu phản ứng (p,p’) đo với các chùm những đồng vị lưu huỳnh và oxy giàu neutron trong động học ngược:
Tiết diện phản ứng tán xạ đàn hồi và không đàn hồi 30-40S+p đo tại năng lượng bắn tới trong khoảng vài chục MeV/nucleon đã được xử lý và mô tả vi mô trong khuôn khổ mẫu Folding và gần đúng DWBA, dùng hàm sóng hạt nhân thu được trong các tính toán HF-BCS và QRPA. Các tính toán đã chỉ ra hiệu ứng trộn spin đồng vị mạnh hơn nhiều trong kênh tán xạ phi đàn hồi 38-40S+p so với kênh 30,32S + p. Những kết quả nghiên cứu phản ứng tán xạ đàn hồi và không đàn hồi 18-20O+p đo tại năng lượng bắn tới Elab=43 MeV/nucleon cũng đã được tiến hành và lần đầu tiên trong các nghiên cứu phản ứng tán xạ các đồng vị không bền trên thế giới chúng tôi đã xây dựng được một phương pháp vi mô để xác định độ biến dạng đồng vị vô hướng và đồng vị vector cho các trạng thái kích thích nằm thấp của các hạt nhân không bền.
- Nghiên cứu tiết diện phản ứng toàn phần và tiết diện tương tác của các hệ hạt nhân - hạt nhân khác nhau tại năng lượng gần 1 GeV/nucleon:
Mặc dù đối tượng nghiên cứu chính của nhóm đề tài này là các phản ứng hạt nhân trực tiếp ở năng lượng thấp và trung bình, để tham gia tích cực vào hợp tác nghiên cứu khoa học với Viện RIKEN (Nhật Bản), trong hai năm gần đây chúng tôi cũng đã tiến hành nghiên cứu mô tả vi mô tiết diện tương tác hạt nhân - hạt nhân do các nhà VLHN thực nghiệm của Viện RIKEN đo ở năng lượng gần 1GeV/nucleon cho các đồng vị không bền khác nhau. Nét mới nhất của các tính toán này là chúng tôi đã thực hiện các tính toán tiết diện tương tác hạt nhân - hạt nhân vi mô trong khuôn khổ lý thuyết tán xạ lượng tử, có tính cẩn thận đến hiệu ứng phản đối xứng hoá của hệ hai hạt nhân va chạm qua thế trao đổi và hiệu ứng động học tương đối tính. Các kết quả nghiên cứu này được coi là chuẩn xác hơn nhiều các kết quả tính toán tiết diện tương tác hạt nhân - hạt nhân thực hiện trong mẫu bán cổ điển Glauber.
- Nghiên cứu các hiệu ứng vật lý thiên văn qua mô tả vi mô phản ứng va chạm hạt nhân - hạt nhân tại năng lượng thấp:
Với sự hiểu biết ngày càng tăng về cấu trúc của nhiều hạt nhân, đặc biệt là các đồng vị không bền, người ta còn tiếp tục đi sâu nghiên cứu sự hình thành chúng qua chuỗi các phản ứng hạt nhân đã xảy ra trong quá trình tiến hoá của vũ trụ nói chung và của các hành tinh hệ mặt trời chúng ta nói riêng. Từ đây xuất hiện vật lý thiên văn hạt nhân như một chuyên ngành liên khoa học hiện đang được phát triển rất mạnh. Nhóm nghiên cứu chúng tôi cũng đã có những đóng góp đầu tiên trong lĩnh vực này, qua nghiên cứu phản ứng trao đổi hạt alpha trực tiếp giữa hai hạt nhân 13C và 6Li: 13C(6Li,d) 17O tại năng lượng gần 10 MeV/nucleon để có những kết luận trực tiếp về quá trình phản ứng 13C(4He,n) 16O ở năng lượng gần ngưỡng rã neutron của hạt nhân 17O mà đang được các nhà chuyên môn đánh giá là nguồn neutron chính của quá trình hình thành đa số các vì sao trong giải tiệm cận khổng lồ (AGB) ở nhiệt độ thấp.
Các hoạt động của phòng thí nghiệm Vietnam -Auger (VATLY) năm 2003 là tập trung vào chương trình đo thông lượng của muon vũ trụ tại Hà Nội. Cùng với việc đo này VATLY cũng đã bắt đầu chuyển hướng qua các hoạt động có tính định hướng của Auger vào thời gian cuối của năm 2003. Auger là một đài quan sát được thiết kế để nghiên cứu các năng lượng tiệm cận của phổ các tia vũ trụ ở miền từ 1020 eV trở lên và đang được lắp đặt ở Argentina. Đài quan sát này bao gồm các detector Flye Eye (4 stations) vào các detector Cherenkov dạng ô mạng (1600 chiếc), hiện nay VATLY đã có lắp đặt một detector Cherenkov giống với Auger trên nóc của toà nhà Viện KHKTHN.
Từ khi khai trương năm 2001, nhóm VATLY đã chế tạo và cải tiến thiết bị detector nhấp nháy tấm lớn trùng phùng nhiều bậc kết nối trên chuẩn điện tử NIM và CAMAC, lần lượt đo thành công thông lượng muon khí quyển tại Hà Nội theo phương thẳng đứng và cuối cùng là đo sự phụ thuộc thông lượng muon vào góc phương vị. Việt Nam nằm trong một khu vực địa lý đặc biệt có độ cắt ngưỡng địa từ trường (đối với bức xạ hạt vũ trụ tích điện) đạt khoảng 17 GV là giá trị cực đại so với tất cả các nơi khác trên hành tinh.
Đây là một vị trí thích hợp để thực hiện các phép đo về thông lượng của muon đang còn thiếu và cần được bổ xung. Với xung lượng trung bình của muon là 4.8 GeV/c, cao hơn các giá trị do các phòng thí nghiệm ở Mỹ, số liệu này đặc biệt lý thú cho các chuyên gia đang nghiên cứu mô phỏng mưa rào tia vu trụ trong bầu khí quyển của trái đất nhu giáo sư M. Honda từ truờng ĐHTH Tokyo, nguời đã phát triển một mô hình mô phỏng đa phân tích số liệu của neutrino khí quyển đo bởi thí nghiệm SuperKamiokande.
Trong phép đo phụ thuộc góc phương vị kết quả cuối cùng trong năm 2003 đã ghi nhận được hiệu ứng bất xứng Đông-Tây rất lớn, đạt đến 10%. Số liệu đo tại Hà Nội là thật sự độc đáo, có thể giúp thêm những thông tin có ý nghĩa khoa học trong đánh giá thông lượng neutrino khí quyển trong chương trình nghiên cứu về chuyển hoán neutrino (oscillation) rất thời sự hiện nay. Vì vậy mà trong 3 năm qua tạp chí hàng đầu Nuclear Physics đã nhanh chóng chấp nhận công bố các công trình khoa học do nhóm VATLY thực hiện. Nhóm VATLY hiện tại đã bắt đầu phát hành Newsletter theo định kỳ, một năm 3 số. Số đầu tiên đã được phát hành vào tháng 12 năm 2003.
TS. Đào Tiến Khoa
Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân
Bản in
Gửi email