Development of a new compact three-foil plunger device and Lifetime measurements using the Recoil Distance Doppler-shift method

Beckers, Marcel (2023). Development of a new compact three-foil plunger device and Lifetime measurements using the Recoil Distance Doppler-shift method. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

This thesis presents the development of a new compact differential three-foil plunger (Cologne Compact Differential Plunger - CoCoDiff) for the measurement of lifetimes of excited states in nuclei with the Recoil Distance Doppler-shift (RDDS) method as well as auxiliary techniques and methods to aid the usage of this new plunger and of other plunger devices. The new plunger apparatus has been commissioned in an experiment on level lifetimes in 50Cr which was carried out at the Cologne FN tandem accelerator. There, lifetimes of the first 2+ and 4 +states have been measured with good precision which match with literature values and shell-model calculations. To enhance the precision of plunger experiments that need absolute foil separations, a new method to measure these has been developed, using an optical sensor. This method has been tested using an experiment on known level lifetimes in 181Ta also conducted in Cologne. Furthermore, an RDDS experiment on level lifetimes in 144Ce was carried out, which is a candidate for octupole deformation. Lifetimes of the first 2+, 4+, 6+ and 3- states haven been measured with good precision, the latter three for the first time. From these lifetimes, B(E2) and B(E1) transition strengths could be determined that give further proof for possible octupole deformation. Additionally, the lifetime of the 3- state is important for a possible future Coulomb excitation measurement in search of the yet unobserved 3- -> 0+ transition. Lastly, level lifetimes of the first 2+ and 4+ states in 60Ni have been measured using the RDDS method. They shed light into a prior confusing situation of contradicting literature values that allowed for no clear physical interpretation of the onset of collectivity of Ni isotopes regarding the tentative N=40 sub-shell closure.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines neuen kompakten differentiellen Drei-Folien-Plungers (Cologne Compact Differential Plunger - CoCoDiff) für die Messung von Lebensdauern angeregter Zustände in Kernen mit der Recoil Distance Doppler-shift (RDDS)-Methode sowie Hilfstechniken und -methoden zur Unterstützung der Verwendung dieses neuen Plungers und anderer Plungermodelle vorgestellt. Die neue Plunger-Apparatur wurde in einem Experiment zu Niveaulebensdauern in 50Cr eingesetzt, das am Kölner FN Tandembeschleuniger durchgeführt wurde. Dort wurden die Lebensdauern der ersten 2+ und 4+ Zustände mit guter Genauigkeit gemessen. Die Ergebnisse stimmen mit Literaturwerten und Schalenmodellrechnungen überein. Um die Präzision von Plunger-Experimenten zu verbessern, die absolute Folienabstände benötigen, wurde eine neue Methode entwickelt, die auf der Nutzung eines optischen Abstandssensors basiert. Diese Methode wurde anhand eines Experiments zu bekannten Niveaulebensdauern in 181Ta getestet, das ebenfalls in Köln durchgeführt wurde. Darüber hinaus wurde ein RDDS-Experiment zu Niveaulebensdauern in 144Ce durchgeführt, das ein Kandidat für eine Oktupoldeformation ist. Die Lebensdauern der ersten 2+, 4+, 6+ und 3- Zustände wurden mit guter Präzision gemessen, die drei letzteren zum ersten Mal. Aus diesen Lebensdauern konnten B(E2) - und B(E1)-Werte bestimmt werden, die weitere Hinweise auf eine mögliche Oktupoldeformation liefern. Darüber hinaus ist die Lebensdauer des 3- Zustands wichtig für eine mögliche zukünftige Coulomb-Anregungsmessung auf der Suche nach dem bisher unbeobachteten 3- -> 0+-Übergang. Schließlich wurden die Niveaulebensdauern der ersten 2+ und 4+ Zustände in 60Ni mit der RDDS-Methode gemessen. Sie bringen Licht in eine zuvor verwirrende Situation widersprüchlicher Literaturwerte, die keine eindeutige physikalische Interpretation des Beginns der Kollektivität von Ni-Isotopen im Hinblick auf den möglichen N=40-Unterschalenschluss zuließen.

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