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Quasi-Free Scattering from Relativistic Neutron-Deficient Carbon Isotopes

Holl, Matthias :
Quasi-Free Scattering from Relativistic Neutron-Deficient Carbon Isotopes.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2014)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Quasi-Free Scattering from Relativistic Neutron-Deficient Carbon Isotopes
Language: English
Abstract:

Quasi-free scattering of the neutron-deficient carbon isotopes 10C and 11C has been studied in inverse kinematics at the R3B-LAND setup at the GSI-Helmholtz Centre for Heavy Ion Research. In this experiment, a 40Ar primary beam was incident on a beryllium production target at an energy of 490 AMeV, and the selected reaction residues were then transported through the fragment separator FRS to the experimental area.

The incoming beam was identified using the time-of-flight and energy loss, and the incoming angle of the beam was determined from the position on two silicon strip detectors in front of the reaction target. The target area was surrounded by the Crystal Ball NaI array used for gamma- and proton detection and a box consisting of four silicon strip detectors. After passing through the ALADIN magnet, the outgoing fragments were identified and tracked using the position and energy information given by two additional silicon strip detectors, two fiber detectors, and a time-of-flight wall, and protons emitted in-flight were detected by drift chambers.

In order to obtain the cross section for quasi-free scattering on hydrogen, a CH2-target and a carbon target were used, and the measurements with the carbon target were used to subtract both the contribution of the carbon and the background in the CH2-measurements. The cross sections obtained with the carbon target for proton and neutron removal from 11C and for neutron removal from 10C are sigma_C=21.6(8) mb, sigma_C=34.8(23) mb, and sigma_C=32.8(39) mb.

The work presented here is aimed at a quantitative understanding of spectroscopic factors, which appear to be quenched for deeply bound nuclei. The obtained quasi-free scattering cross sections for the reactions 11C(p,2p)10B, 11C(p,pn)10C, and 10C(p,pn)9C are sigma_H=17.3(8) mb, sigma_H=21.2(20) mb, and sigma_H=19.7(28) mb, respectively. The associated quenching of spectroscopic factors, obtained from comparing the experimental cross sections with theoretical ones from DWIA-calculations is R_s=0.53(2), R_s=0.82(8), and R_s=1,04(15).

The momentum distributions for the fragments of all three reactions have been calculated from the measured incoming and outgoing angles and compared to DWIA-calculations. In all three cases there is good agreement between the measured distributions and calculations for a p-shell knockout. The gamma-energy spectra measured in coincidence with 10C and 10B produced in quasi-free scattering reactions indicate a strong population of the low-lying excited states in both cases.

The cross section for the reaction 11C(p,p alpha)7Be has been determined to be sigma_H= 5.8(4) mb. Due to the small spatial separation of the decay products of the unbound 9B on the silicon detectors and limited acceptance of the proton drift chambers, no reliable cross section could be determined for the reaction 10C(p,2p)9B.

Furthermore, new front-end electronics for double-sided silicon strip detectors have been developed, and initial tests has been completed. The electronics is based on the combination of commercially available readout and triggering ASICs (VA and TA by Gamma-Medica) and ADC (Struck SIS3300) with a customized sequencing module, based on the VUPROM module developed at GSI. The design is flexible, and it is supposed to be used for DSSD prototype detectors built in connection with the ongoing detector development for nuclear structure experiments at the planned FAIR facility.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Quasifreie Streuung der neutronenarmen Kohlenstoffisotope 10C and 11C wurde am R3B-LAND-Aufbau am GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in inverser Kinematik untersucht. In dem Experiment traf ein 40Ar-Primärstrahl mit einer Energie von 490 AMeV auf ein Beryllium-Produktionstarget und die ausgewählten Redaktionsprodukte wurden anschließend durch den Fragmentseparator FRS zum Experimentierbereich geleitet. Der einlaufende Strahl wurde mit Hilfe von Flugzeit und Energieverlust identifiziert und der Einlaufwinkel des Strahls wurde aus der Position auf zwei Siliziumstreifendetektoren vor dem Reaktionstarget bestimmt. Der Targetbereich wurde vom Crystal Ball NaI-Array umgeben, welcher für Gamma- und Protonenmessungen verwendet wurde. Nachdem die Reaktionsfragmente durch das Magnetfeld des ALADIN Dipolmagneten geflogen waren, wurden sie unter Benutzung ihrer Positions- und Energieinformation von zwei weiteren Siliziumstreifendetektoren, zwei Fiberdetektoren und einer Flugzeitwand identifiziert und ihre Flugbahn rekonstruiert. Im Flug emittierte Protonen konnten mit Hilfe von Driftkammern gemessen werden. Um den Wirkungsquerschnitt für quasifreie Streuung an Kohlenstoff zu bestimmen, wurden ein CH2- und ein Kohlenstofftarget benutzt und die Messungen mit Kohlenstoff verwendet um sowohl den Kohlenstoffbeitrag als auch den Untergrund der CH2-Messungen abzuziehen. Die Wirkungsquerschnitte mit Kohlenstofftarget für die Entfernung eines Protons bzw. Neutrons aus 11C sowie eines Neutrons aus 10C sind sigma_C=21.6(8) mb, sigma_C=34.8(23) mb und sigma_C=32.8(39) mb. Die hier vorgelegte Arbeit zielt auf ein qunatitatives Verständnis von spektroskopischen Faktoren ab, die bei stark gebundenen Kernen unterdrückt zu sein scheinen. Die erhaltenen Wirkungsquerschnitte für die Reaktioen 11C(p,2p)10B, 11C(p,pn)10C und 10C(p,pn)9}C sind sigma_H=17.3(8) mb, sigma_H=21.2(20) mb und sigma_H=19.7(28) mb. Die Unterdrückung der spektroskopischen Faktoren, die man aus dem Vergleich dieser Werte mit theoretischen, in DWIA errechneten Wirkungsquerschnitten erhält ist R_s=0.53(2), R_s=0.82(8) bzw. R_s=1,04(15). \\ Die Impulsverteilung der aus allen drei Reaktionen resultierenden Fragmenten wurden aus den einlaufenden und ausgehenden Winkeln berechnet und mit theoretischen Verteilungen aus DWIA-Rechnungen verglichen. In allen drei Fällen zeigen die gemessenen Verteilungen gute Übereinstimmungen mit Rechnungen für den Knockout eines Nukleons aus der p-Schale. Die in Koinzidenz mit in quasifreier Streuung produziertem 10C and 10B gemessenen Gamma-Energiespektren weisen auf eine starke Bevölkerung der niedrig liegenden angeregten Zustände hin. Der gemessene Wirkungsquerschnitt für 11C(p,p alpha)7Be beträgt sigma_{H}= 5.8(4) mb. Aufgrund der geringen räumlichen Trennung der Zerfallsprodukte von 9B auf den Siliziumstreifendetektoren und der beschränkten Akzeptanz der Protonendriftkammern konnte kein verlässlicher Wirkungsquerschnitt für die Reaktion 10C(p,2p)9B bestimmt werden. Weiterhin wurde eine neue Frontendelektronik für Siliziumstreifendetektoren entwickelt und erstmals getestet. Die Elektronik basiert auf der Kombination von kommerziell erhältlichen Auslese- und Trigger-ASICs (Typ VA und TA von Gamma-Medica) und ADC (Struck SIS3300) mit einem speziell angepassten Sequencermodul, basierend auf dem an der GSI entwickelten VUPROM. Das Design wurde flexibel gehalten, da die Elektronik für DSSD-Prototypen verwendet werden soll, die im Zusammenhang mit der Detektorentwicklung für die Kernstrukturexperimente an der geplanten FAIR-Anlage gebaut werden. German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics
Date Deposited: 20 Nov 2014 15:30
Last Modified: 20 Nov 2014 15:30
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-41410
Referees: Enders, Prof. Dr. Joachim and Aumann, Prof. Dr. Thomas
Refereed: 28 April 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4141
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