Universität zu Köln

Fu, Bo (2018). Gamma-ray spectroscopy of 33P and 33S & Upgrade and Commissioning of the Lund-York-Cologne CAlorimeter. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The neutron-rich nuclei 33P and 33S in the upper sd-shell were investigated by means of the 26Mg(13C,npa) and 26Mg(13C,2na) fusion-evaporation reactions. Excited states with intermediate and high spins have been populated. The level schemes of both nuclei have been considerably extended. Utilizing the gammagamma-angular correlation method the spin-parity assignment of the new excited states in 33P has been investigated. The experimentally determined energy levels as well as the known reduced transition probabilities (i.e. B(M1) and B(E2) values) from both nuclei were compared to 0hbaromega and 1hbaromega truncated p-sd-pf shell-model calculations using the PSDPF interaction. For the energy levels a very good agreement between experiment and theory was shown for both 33P and 33S. However, for B(M1) and B(E2) values the calculated values cannot reproduce the experimental results with satisfying agreement for all transitions. In some places the discrepancy between experiment and theory is even large, which requires further experimental as well as theoretical investigation of this thesis for these nuclei. The second part was focused on the upgrade and commissioning tests of the Lund- York-Cologne CAlorimeter (LYCCA). As a key device of the High resolution In-flight SPECtroscopy (HISPEC) campaign of the FAIR/NUSTAR collaboration, LYCCA was designed to identify the reaction products after the secondary target, as well as to track the particle trajectory event by event. After the successful employment of the precursor LYCCA-0 in the PreSPEC campaign, the electronic as well as mechanic components of the LYCCA system were upgraded by STFC Daresbury Laboratory. Using the high integrated AIDA Front-End electronics with ASICs the signals from more than thousand DSSSD-channels were pre-amplified and processed. Since 2016, the new LYCCA setup is located at the Cologne tandem accelerator. Triple-Alpha tests and in-beam experiments of elastic scattering were carried out to check the specifications of the system after the upgrade. The obtained results allow first important conclusions about energy resolution and efficiency of the calorimeter at low energies for future NUSTAR experiments.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die neutronenreichen Kerne 33P und 33S in der oberen sd-Schale wurden mittels der Fusionsverdampfungsreaktionen 26Mg(13C,npa) und 26Mg(13C,2na) untersucht. Angeregte Zustände mit mittleren und hohen Spins wurden bevölkert. Die Niveauschemata beider Kerne wurden erheblich erweitert. Mittels der GammaGamma-Winkelkorrelationsmethode wurde die Zuordnung der Spin und Parität der neuen angeregten Zustände in 33P untersucht. Die experimentell bestimmten Energieniveaus sowie die bekannten reduzierten Übergangsstärke (B(M1)- und B(E2)-Werte) von beiden Kernen wurden mit den 0~! und 1~! verkürzten p-sd-pf Schalenmodellberechnungen unter der Verwendung der PSDPF-Wechselwirkung verglichen. Für die Energieniveaus wurde eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie gezeigt sowohl für 33P als auch für 33S. Jedoch können die berechneten B(M1)- und B(E2)- Werte die experimentellen Ergebnisse nicht zufriedenstellend für alle Übergänge reproduzieren. An einigen Stellen ist die Diskrepanz zwischen Experiment und Theorie sogar sehr groß, was weitere experimentelle sowie theoretische Untersuchungen für diese Kerne erfordert. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde Upgrade und Inbetriebnahme des Lund-York- Cologne CAlorimeters (LYCCA) untersucht. LYCCA wird als ein Schlüsselinstrument für die High resolution In-flight SPECtroscopy (HISPEC)-Kampagne der FAIR/ NUSTAR-Kollaboration entwickelt, um die Reaktionsprodukte hinter dem sekundären Target zu identifizieren und die Teilchentrajektorien Event-für-Event zu verfolgen. Nach dem ersten erfolgreichen Einsatz des Vorläufers LYCCA-0 während der PreSPECKampagne wurde ein Upgrade der Elektronik sowie der mechanischen Komponenten des LYCCA-Systems vom STFC Daresbury Laboratory durchgeführt. Hochintegrierte AIDA Front-End-Elektronik Module mit ASICs werden dabei eingesetzt, um die Signale von mehr als tausend DSSSD-Kanälen zu verstärken, und zu verarbeiten. Seit 2016 befindet sich der neue LYCCA-Setup am Kölner Tandembeschleuniger. Messungen mit einer Tripel-Alpha-Quelle und In-beam-Experimente zur elastischen Streuung von schweren Ionen wurden durchgeführt um die Spezifikationen des Systems nach dem Upgrade zu überprüfen. Die erzielten Ergebnisse erlauben wichtige Rückschlüsse auf Energieauflösung und Effizienz des Kalorimeters bei niedrigen Energien für zukünftige NUSTAR-Experimente. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Fu, Bo bofu@ikp.uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-82416
Date:	2018
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 Nuclear physics, gamma-ray spectroscopy, 33P, 33S, shell model, PSDPF, LYCCA, Lund-York-Cologne CAlorimeter, double-sided silicon strip detector, DSSSD English
Date of oral exam:	5 March 2018
Referee:	Name Academic Title Reiter, Peter Prof. Dr. Zilges, Andreas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/8241