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Intermediate-energy Coulomb excitation with the PreSPEC-AGATA setup

Reese, Michael :
Intermediate-energy Coulomb excitation with the PreSPEC-AGATA setup.
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2018)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Intermediate-energy Coulomb excitation with the PreSPEC-AGATA setup
Language: English
Abstract:

This thesis is about the improvement of software tools and methods for analyzing high resolution γ-ray spectroscopy data of intermediate energy Coulomb excitation experiments at the PreSPEC-AGATA setup. In the past, pioneering experiments have been done in the RISING campaign at GSI. The PreSPEC-AGATA setup has been the next step in the evolution of this type of experiments, with better and more complex instrumentation, leading to higher sensitivity and resolution. This work is relevant for for the preparation of the even more demanding future HISPEC setup at the upcoming FAIR facility. HISPEC experiments will study low-lying excited states of nuclei far from stability, in order to test the validity of nuclear structure models in that area of the nuclear chart. More complex instrumentation results in more complex data analysis programs. In order to deal with the complexity involved in developing such software for the upcoming experiments, a more systematic approach to the development process is needed. Within this work, a software framework was developed to facilitate a systematic and clean software design. This might be helpful for upcoming NUSTAR experiments at FAIR, where a large number of independent detector systems have to be integrated into a big setup. The design of the framework is discussed in the second chapter of this thesis. One important reaction mechanism for the HISPEC experiments is Coulomb excitation at energies of around 150 MeV/u. Because of the purely electromagnetic nature of the interaction, Coulomb excitation is described well by theoretical models. In the third chapter of this thesis, a numerical simulation program for relativistic ion-ion collisions was developed that solves the coupled channel equations for electric Coulomb excitation. In the fourth chapter, the relevant detector systems of the PreSPEC setup are presented, and the calibration of them is discussed. A main aspect of the work was the development of improved ways to analyze data from these devices, and, if possible to provide semi-automatic implementations for their calibration. In the last chapter, the total efficiency of the PreSPEC-setup was determined for a typical Coulomb excitation experiment, and the possibility to measure projectile excitation cross-sections relative to a target excitation cross-section is demonstrated.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Der Fokus dieser Arbeit liegt in der Verbesserung von Programmen und Methoden zur Analyse von hochauflösenden γ-Spektroskopie-Daten der Coulomb-Anregungsexperimente, die mit dem PreSPEC-AGATA-Aufbau bei mittleren Energien durchgeführt wurden. Erste derartige Experimente wurden während der RISING Kampagne an der GSI durchgeführt. Der PreSPEC-AGATA Experimentaufbau stellte die nächste Stufe in der Entwicklung dieser Experimente dar, bei dem durch Verbesserungen in der Instrumentierung eine Erhöhung der Sensitivität und der Auflösung ermöglicht wird. Der Inhalt dieser Arbeit ist ein Beitrag zur Vorbereitung von weiter verbesserten Experimenten mit exotischen Atomkernen an dem geplanten HISPEC-Aufbau an der im Bau befindlichen FAIR Beschleunigeranlage. In diesen Experimenten sollen niedrig liegende, angeregte Zustände in Atomkernen jenseits des Tals der Stabilität untersucht werden. Verbesserte Instrumente führen zu größerer Komplexität bei der Durchführung und Datenanalyse der Experimente. Eine systematische Vorgehensweise bei der Softwareentwicklung ist nötig, um die damit verbundene Komplexität zu bewältigen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Software-Framework entwickelt, dass bei der sauberen und systematischen Erstellung von Datenanalyse-Software hilft. Solch ein Framework kann insbesondere bei kommenden NUSTAR Experimenten hilfreich sein, bei denen viele unabhängig voneinander entwickelte Detektorsysteme in einen großen Aufbau integriert werden sollen. Das Design des Software-Frameworks wird im zweiten Kapitel dieser Arbeit vorgestellt. Ein wichtiger Reaktionsmechanismus bei den HISPEC Experimenten ist die Coulomb-Anregung bei kinetischen Energien von etwa 150 MeV/u. Coulomb-Anregung kann als rein elektromagnetischer Prozess gut theoretisch beschrieben werden. Im dritten Kapitel der Arbeit wurde ein numerisches Simulationsprogramm für relativistische Schwerionenkollisionen entwickelt, welches die gekoppelten Differenzialgleichungen für die elektrische Coulomb- Anregung löst. Im vierten Kapitel wird der PreSPEC-AGATA Aufbau mit seinen Teilsystemen präsentiert und die Kalibrierung der Einzelsysteme wird diskutiert. Ein wichtiger Aspekt war dabei, wenn möglich, semi-automatische Algorithmen zu implementieren, die die Kalibrierung vereinfachen. Im letzten Kapitel wird die Gesamteffizienz des PreSPEC-Aufbaus für ein typisches Coulombanregungs-Experiment bestimmt sowie die Möglichkeit der relativen Messung von Target- und Projektilanregungsquerschnitten demonstriert.German
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Technische Universität Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik
Date Deposited: 27 Apr 2018 07:26
Last Modified: 27 Apr 2018 07:26
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-73279
Referees: Pietralla, Prof. Dr. Norbert and Aumann, Prof. Dr. Thomas
Refereed: 14 June 2017
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/7327
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