Software Development for the Analysis of Exotic Beam Experiments and Study of the Neutron-Deficient Nuclei 98Cd and 98Ag

Braun, Norbert (2012). Software Development for the Analysis of Exotic Beam Experiments and Study of the Neutron-Deficient Nuclei 98Cd and 98Ag. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

In this thesis, results of an experiment to study exotic nuclei in the 100Sn region are presented. 100Sn is the heaviest doubly-magic, self-conjugate nucleus. The nucleus and its neighbourhood are an important testing ground for the nuclear shell model, giving input on topics such as the single particle structure or the πν residual interaction. In addition, as the rapid proton capture (rp) process involves nuclei in the region, it is of interest for nuclear astrophysics. Recently, modern exotic beam facilities have made it possible to study nuclei very far from stability, such as the region around 100Sn. Thus, the questions from above can finally be addressed experimentally, and the evolution of nuclear structure can be tracked over a much larger region than previously possible. The experimental work for this thesis was performed at the FRS (FRagment Separator) instrument at GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, Germany. Exotic nuclei were produced by fragmentation of an 850 MeV/u 128Xe beam on a 9Be target. After being separated in the fragment separator they were brought to rest in an active stopper. The RISING high-purity germanium array with 15 Euroball cluster detectors was used to record ɣ rays and ɣɣ coincidences emitted by isomeric states in the fragmentation products and daughter nuclei from their subsequent β decay. For the daughter nuclei, the active stopper allowed identification via implantation-decay correlation. I present results for 98Cd and 98Ag. In 98Cd, a previously unknown excited state with an energy slightly below the known (12+) state was discovered, and assigned a tentative spin/parity of (10+). Previous theoretical calculations had predicted this state to lie above the (12+) state. Tentative explanations hint at either a reversal of the neutron νd5/2 and the νg7/2 single particle orbitals, or an increased proton strength. In 98Ag, evidence for a reversed ordering of the transitions from the two lowest-lying excited states was found. This would change energy and tentative spin assignment for the first (lowest-lying) excited state. In addition, the lifetime of the first excited state was determined. In both cases, reproducing the new results by theoretical calculations yields new insights into nuclear structure in this region.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Softwareentwicklung für die Analyse von Experimenten mit exotischen Strahlen und Untersuchung der neutronenarmen Kerne 98Cd und 98Ag	German

Translated abstract:

Abstract

Language

In dieser Arbeit werden Ergebnisse eines Experiments aus der Region um 100Sn vorgestellt. 100Sn ist der schwerste, doppelt-magische Kern mit gleicher Protonen- und Neutronenzahl. Der Kern und die umliegende Massenregion sind ein wichtiges Testgebiet für Theorierechnungen im Rahmen des Schalenmodells, z. B. für die Einteilchenstruktur oder die πν Restwechselwirkung. Ferner involviert der rapid proton (rp) Prozess Kerne in dieser Region, weswegen sie auch für die nukleare Astrophysik von Interesse sind. In jüngerer Vergangenheit haben moderne Forschungseinrichtungen zum Studium exotischer Strahlen es möglich gemacht, auch Kerne weit abseits des Tals der Stabilität zu untersuchen, beispielsweise die Region um 100Sn. Dadurch können die oben aufgeworfenen Fragen experimentell behandelt werden und die Evolution der Kernstruktur kann über eine viel größere Region verfolgt werden, als es bisher möglich war. Das Experiment wurde am FRS (FRagment Separator) Aufbau am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt durchgeführt. Die exotischen Kerne wurden durch Fragmentierung eines 850 MeV/u 128Xe-Strahls an einem 9Be-Target erzeugt. Nach der Trennung im Fragmentseparator wurden sie in einem aktiven Stopper gestoppt. Mit Hilfe des RISING-Germaniumspektrometers wurden ɣ-Strahlung und ɣɣ-Koinzidenzen aufgezeichnet, die von isomeren Zuständen in den Fragmentierungsprodukten und deren Tochterkernen ausgesandt wurden. Im Falle der Tochterkerne wurde eine Identifizierung durch Implantierungs-Zerfalls-Korrelation mittels des aktiven Stoppers ermöglicht. Ich stelle Ergebnisse für die Kerne 98Cd und 98Ag vor. In 98Cd wurde ein bisher unbekannter Zustand mit einer Energie knapp unterhalb des bekannten (12+)-Zustands entdeckt. Diesem Zustand wird eine vorläufiger Spin/Parität von (10+) zugewiesen. Theorierechnungen, die vor dem Experiment durchgeführt wurden, haben den (10+)-Zustand knapp oberhalb des (12+)-Zustands vorhergesagt. Die experimentellen Ergebnisse können durch eine Vertauschung der Neutronen-νd5/2 und νg7/2 Einteilchen-Orbitale oder durch eine erhöhte Stärke der Protonenwechselwirkung erklärbar sein. In 98Ag wurden Hinweise auf eine vertauschte Reihenfolge der Übergänge von den zwei niedrigstliegenden angeregten Zuständen gefunden. Dadurch würden sich Energie und vermutlicher Spin/Parität des ersten (niedrigstliegenden) angeregten Zustands ändern. Außerdem wurde die Lebensdauer des ersten angeregten Zustands bestimmt. In beiden Fällen liefert die Reproduktion der experimentellen Ergebnisse in Theorierechnungen neue Einsichten in die Kernstruktur dieser Gegend.

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