Universität zu Köln

Seidlitz, Michael (2013). Nuclear shell effects in neutron-rich nuclei around N=20 and N=32,34. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Nuclear shell effects in neutron-rich nuclei around N=20 and N=32,34 were studied by means of reduced transition probabilities, i.e. B(E2) and B(M1) values. To this end a series of Coulomb-excitation experiments, employing radioactive 31Mg and 29,30Na beams, as well as a precise lifetime experiment of excited states in 56Cr were performed. The collective properties of excited states of 31Mg were the subject of a Coulomb-excitation experiment at REX-ISOLDE, CERN, employing a radioactive 31Mg beam at a beam energy of 3.0 MeV/u. The beam intensity amounted to 3000 ions/s on average. The highly efficient MINIBALL setup was employed, consisting of eight HPGe cluster detectors for gamma-ray detection and a segmented Si-detector for coincident particle detection. The level scheme of 31Mg was extended. Spin and parity assignment of the observed 945 keV state yielded 5/2+ and its de-excitation is dominated by a strong collective M1 transition. Comparison of the transition probabilities of 30,31,32Mg establishes that for the N=19 magnesium isotope not only the ground state but also excited states are largely dominated by a deformed pf intruder configuration. This implies that 31Mg is part of the so-called "island of inversion". Coulomb-excitation experiments of radioactive 29,30Na were carried out at REX-ISOLDE, CERN, at a final beam energy of 2.85 MeV/u. De-excitation gamma rays were detected by the MINIBALL gamma spectrometer in coincidence with scattered particles in a segmented Si-detector. Despite rather low beam intensities transition probabilities to the first excited states were deduced. Results of very recently published experiments at MSU and TRIUMF could be largely confirmed and extended. The measured B(E2) values agree well with shell-model predictions, supporting the idea that in the sodium isotopic chain the ground-state wave function contains a significant intruder admixture already at N=18, with N=19 having an almost pure 2p2h deformed ground-state configuration. Excited states in 56Cr have been populated after 48Ca(11B,p2n) reactions at a beam energy of 32 MeV, provided by the Cologne FN tandem accelerator. The Cologne coincidence plunger device surrounded by a gamma-ray detector array of one EUROBALL cluster detector and five Ge detectors was employed to determine lifetimes with the recoil distance Doppler-shift method. gamma-gamma-coincidence data were analyzed using the differential decay curve method and precise lifetimes for the first 2+ and 4+ states were extracted. The corresponding B(E2,2+ -> 0+) value quantifies with a high accuracy the puzzling discrepancy between experimental B(E2) values in N=32 isotones and theoretical results from large-scale shell-model calculations employing modern effective nucleon-nucleon interactions.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Effekte in der Schalenstruktur neutronenreicher Kerne um N=20 und N=32,34 wurden anhand der reduzierten Übergangswahrscheinlichkeiten, d.h. ihrer B(E2)- und B(M1)-Werte, untersucht. Dafür wurden eine Reihe von Coulombanregungsexperimenten mit radioaktiven 31Mg- und 29,30Na-Strahlen, sowie eine hochgenaue Lebensdauermessung angeregter Kernzustände in 56Cr durchgeführt. Die Untersuchung kollektiver Eigenschaften angeregter Kernzustände in 31Mg waren Bestandteil eines Experiments zur Coulombanregung von instabilen 31Mg-Ionen an REX-ISOLDE, CERN, bei einer Strahlenergie von 3.0 MeV/u. Die Strahlintensität betrug durchschnittlich rund 3000 Ionen/s. Die Messung wurde am hocheffizienten MINIBALL-Aufbau durchgeführt, bestehend aus acht HPGe Cluster-Detektoren zum Nachweis von $\gamma$-Quanten und einem segmentierten Si-Zähler zur Detektion koinzidenter Teilchen. Das Termschema von 31Mg konnte somit erweitert werden. Einem beobachteten Zustand bei 945 keV konnten die Spin- und Paritätswerte 5/2+ zugewiesen werden. Der Zerfall dieses angeregten Zustands wird durch einen stark kollektiven M1-Übergang dominiert. Der Vergleich der Übergangswahrscheinlichkeiten in den Kernen 30,31,32Mg belegt, dass im Magnesium-Isotop mit N=19 nicht nur der Grundzustand, sondern auch angeregte Zustände weitestgehend von deformierten pf-Intruderkonfigurationen beherrscht werden. Damit ist 31Mg Teil der so genannten "Island of Inversion". Experimente zur Coulombanregung von radioaktiven 29,30Na-Ionen in inverser Kinematik wurden an REX-ISOLDE, CERN, bei einer Strahlenergie von 2.85 MeV/u durchgeführt. gamma-Strahlung aus der Abregung angeregter Kernzustände wurde vom MINIBALL-Spektrometer in Koinzidenz mit gestreuten Teilchen in einem segmentierten Si-Detektor nachgewiesen. Trotz recht geringer Strahlintensitäten konnten die Übergangswahrscheinlichkeiten zu den ersten angeregten Zuständen bestimmt werden. Ergebnisse erst kürzlich veröffentlichter Experimente an MSU und TRIUMF konnten weitestgehend bestätigt, teilweise sogar noch erweitert werden. Die gemessenen B(E2)-Werte stimmen gut mit den Vorhersagen aus dem Schalenmodell überein. Dies unterstützt die Vorstellung, dass in der Isotopenkette von Na die Wellenfunktion des Grundzustands bereits bei N=18 einen signifikanten Intruder-Anteil besitzt. Für N=19 ergibt sich eine fast reine, deformierte 2p2h-Konfiguration im Grundzustand. Angeregte Kernzustände in 56Cr wurden durch die Reaktion 48Ca(11B,p2n) bei einer Strahlenergie von 32 MeV am Kölner FN Tandembeschleuniger bevölkert. Der Kölner Koinzidenzplunger ermöglichte die Bestimmung von Lebensdauern mithilfe der so genannten "recoil distance Doppler-shift" (RDDS) Methode. Emittierte gamma-Quanten wurden mit einer Anordnung von einem EUROBALL-Cluster-Detektor und fünf weiteren Ge-Detektoren nachgewiesen. Die aufgenommenen gamma-gamma-Koinzidenzen wurden anhand der so genannten "differential decay curve" (DDC) Methode ausgewertet. Präzise Lebensdauern des jeweils ersten angeregten 2+ und 4+ Zustands konnten so bestimmt werden. Der entsprechende B(E2,2+ -> 0+) Wert zeigt mit hoher Präzision die bislang ungelöste Diskrepanz zwischen den experimentell bestimmten B(E2) Werten der N=32 Isotone und theoretischen Vorhersagen aktueller Schalenmodellrechnungen auf, trotz Einbeziehung eines größtmöglichen Modellraums und modernen effektiven Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Nukleonen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Seidlitz, Michael m.seidlitz@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-53847
Date:	15 November 2013
Publisher:	München: Hut
ISBN:	978-3-8439-1285-3
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute for Nuclear Physics
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität zu Köln, vorgelegt von Michael Seidlitz (2012) UNSPECIFIED
Date of oral exam:	4 December 2012
Referee:	Name Academic Title Reiter, Peter Prof. Dr. Zilges, Andreas Prof. Dr.
Funders:	Bundesministerium für Bildung und Forschung, EUROpean Nuclear Structure Integrated Infrastructure Initiative (EURONS), European Nuclear Science and Applications Research (ENSAR)
Projects:	BMBF 06K-167, 06KY205I, 06KY9136, EURONS RII3-CT-2004-506065, ENSAR 262010
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5384