Lifetime measurement in the mass region A~100 with the PreSPEC-AGATA setup

Ralet, Damian (2015)
Lifetime measurement in the mass region A~100 with the PreSPEC-AGATA setup.
Technische Universität Darmstadt
Ph.D. Thesis, Primary publication

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Item Type:

Ph.D. Thesis

Type of entry:

Primary publication

Title:

Lifetime measurement in the mass region A~100 with the PreSPEC-AGATA setup

Language:

English

Referees:

Pietralla, Prof. Dr. Norbert ; Thomas, Prof. Dr. Aumann

Date:

19 August 2015

Place of Publication:

Darmstadt

Date of oral examination:

24 June 2015

Abstract:

Mid-shell nuclei in the mass region A~100 show collective behavior. For instance, neutron rich even-even molybdenum isotopes are associated with a shape-phase transition. A spherical vibrator nucleus is observed for N=48 neutrons, while measurements indicate a deformed rotor nucleus for N=64 neutrons. In order to characterize the shape of molybdenum nuclei better, thus the shape-phase transition in molybdenum isotopes, a PreSPEC-AGATA experiment was performed at GSI. In particular, the experiment aimed at measuring the lifetime of the 4+ excited state of 108Mo to deduce the decay transition rate of the 4+ state.

The production of 108Mo was performed in two steps. First, the GSI Fragment-Separator (FRS) selected 109Tc ions produced via fission of a 238U beam. Then, 109Tc ions underwent a fragmentation reaction on a beryllium secondary target. Half-speed of light fragments produced in this second reaction were identified by the Lund-York-Cologne CAlorimeter (LYCCA). gamma-rays were detected by the AGATA array positioned around the secondary target at forward angles. A complex electronics and data-acquisition system was set up to record the coincidences between a flying ion and the gamma-rays it emitted.

The interaction position of gamma-rays inside an AGATA crystal is determined with good resolution. Therefore, combined with the large Doppler shift of the gamma-ray, it provides a unique possibility to measure lifetime with the Geometrical-Doppler-Shift-Attenuation method.

From the data analysis which included several new techniques, the half-life of T1/2 = 11 (+16;-6) ps was extracted for the first 4+ state of 108Mo. The statistics recorded in this experiment is relatively low which leads to a large uncertainty on this measurement.

With this large uncertainty, it is not possible to conclude on the exact behavior of the 108Mo nucleus, even though the comparison of our measurement with geometrical models would favor a transitional nucleus with approximate X(5) solution of the Bohr-Hamiltonian.

However, this measurement proves the possibility of lifetime determination coupling relativistic ion beams with the AGATA array. Therefore, it represents a crucial step towards more precise measurements that will be performed at HISPEC with the increased beam intensity provided by the Super-FRS at FAIR.

Alternative Abstract:

Alternative Abstract

Language

Kerne in der Schalenmitte im Massenbereich von A~100 zeigen kollektive Verhaltensweisen. Zum Beispiel sind Neutronen-reiche gerade-gerade Molybdän-Isotope mit einem Gestaltphasenübergang verbunden. Für Kerne mit N=48 Neutronen wurden sphärische Zustände mit Vibrationsmoden beobachtet, während experimentelle Daten auf deformierte Zustände mit Rotationsbanden bei Kernen mit N=64 Neutronen hinweisen. Um die Form der Molybdänisotope besser zu charakterisieren, und damit den Phasenübergang zu beschreiben, wurde ein PreSPEC-AGATA Experiment an der GSI durchgeführt. Dieses Experiment zielte insbesondere darauf ab, die Lebensdauer des angeregten 4+ Zustands von 108Mo zu messen und daraus die Übergangsrate abzuleiten.

Die Produktion von 108Mo Kernen wurde in zwei Schritten durchgeführt. Zuerst werden mit Hilfe des GSI Fragment-Separators (FRS) 109Tc Ionen, welche durch Kernspaltung eines 238U Strahls erzeugt wurden, selektiert. An einem zweiten Target aus Beryllium werden die 109Tc Ionen fragmentiert. In dieser Reaktion bei halber Lichtgeschwindigkeit erzeugte Rückstoss-Fragmente wurden mittels des Lund-York-Cologne-CAlorimeter (LYCCA) identifiziert. Die gamma-Strahlen wurden von dem um das sekundäre Target in Vorwärtswinkeln angeordneten AGATA Array detektiert. Um Koinzidenzen zwischen einem fliegenden Ion und von ihm emittierten gamma-Strahlen zu messen, wurde komplexe Elektronik und eine aufwändige Datenaufnahme entwickelt.

Da die Wechselwirkung der gamma-Strahlung innerhalb eines AGATA Kristalls sehr gut beschrieben ist, und die Dopplerverschiebung sehr gross ist, bietet das Experiment eine einzigartige Möglichkeit, Lebensdauern mit der Geometrical-Doppler- Shift-Attenuation Methode zu messen.

Nach einer detaillierten Datenanalyse, welche mehrere neue Techniken umfasst, konnte für den ersten 4+ Zustand von 108Mo eine Halbwertszeit von T1/2 = 11 (+16;-6) ps bestimmt werden. Die in diesem Experiment aufgenommene Statistik ist relativ niedrig, wodurch die Messung mit grossen Unsicherheiten behaftet ist.

Mit dieser grossen Unsicherheit ist es nicht möglich, genaue Rückschlüsse auf die Eigenschaften des 108Mo Kerns zu ziehen. Dennoch würde ein Vergleich unserer Messung mit dem geometrischen Modell eine Beschreibung der Kern nahe der X(5) Lösung favorisieren.

Die Messung bestätigt die prizipielle Möglichkeit der Lebensdauerbestimmung mithilfe von relativistischen Ionenstrahlen und dem AGATA Array. Daher ist diese Arbeit grundlegend für genauere Messungen, die bei HISPEC mit erhöhter Strahlintensität am Super-FRS bei FAIR durchgeführt werden sollen.

German

Uncontrolled Keywords:

AGATA, lifetime measurement, mass region A~100, PreSPEC, DAQ

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-46132

Classification DDC:

500 Science and mathematics > 530 Physics

Divisions:

05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik > Experimentelle Kernstruktur und S-DALINAC

Date Deposited:

19 Aug 2015 10:25

Last Modified: