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Anregung und Zerfall isoskalarer Riesenresonanzen in den Reaktionen 48Ca(p,p'n), 40Ca(p,p'p0) und 40Ca(p,p'alpha0)

Schweda, Kai Oliver :
Anregung und Zerfall isoskalarer Riesenresonanzen in den Reaktionen 48Ca(p,p'n), 40Ca(p,p'p0) und 40Ca(p,p'alpha0).
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TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2000)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Anregung und Zerfall isoskalarer Riesenresonanzen in den Reaktionen 48Ca(p,p'n), 40Ca(p,p'p0) und 40Ca(p,p'alpha0)
Language: German
Abstract:

Zur Untersuchung der Riesenresonanzen im doppelt magischen Kern 48Ca wurde am Protonenbeschleuniger des National Accelerator Centre, Faure, Südafrika ein Koinzidenzexperiment der Reaktion 48Ca(p,p'n) durchgeführt. Der Aufbau zum Nachweis der Neutronen bestand dabei aus einem 4" x 2" NE213 und fünf 5" x 2" BC501A Szintillationsdetektoren, die im Abstand von etwa 80 cm ringförmig um das Streuzentrum angeordnet wurden. Diese Neutronendetektoren waren einem bereits existierenden Aufbau am S-DALINAC zur Durchführung von (e,e'n) Koinzidenzexperimenten entnommen. Wegen des geringeren Strahlungsuntergrunds an einem Protonenbeschleuniger wurden von der massiven Abschirmung des (e,e'n) Aufbaus nur die auf 54 cm verlängerten Kollimatoren aus Polyethylen verwendet, welche den Einfluß eingestreuter Neutronen minimierten. Zur Untersuchung des Zerfalls des in der Reaktion (p,p'n) angeregten Kerns 48Ca wurden Rechnungen im statistischen Modell durchgeführt. Unter der vereinfachten Annahme reiner Quadrupolanregungen wurde in den experimentellen Neutronenspektren der Anteil an nichtstatistischen Zerfällen zu weniger als 20% abgeschätzt. Dieser Anteil kann erschöpfend durch den Beitrag von Knockout Prozessen erklärt werden. In einem früheren Experiment wurden zur Untersuchung der Riesenresonanzen im ebenfalls doppelt magischen Kern 40Ca in Koinzidenz zum gestreuten Proton vom angeregten Kern emittierte Protonen und alpha-Teilchen nachgewiesen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden experimentelle Winkelkorrelationen der Reaktion 40Ca(p,p'alpha0), welche den Grundzustand des Tochterkerns 36Ar bevölkert, in einem einfachen Modell beschrieben. Mit Hilfe dieser Beschreibung wurde der Wirkungsquerschnitt nach beitragenden Multipolaritäten entfaltet. Es erfolgte eine Erweiterung auf den komplizierteren p0-Zerfallskanal in 40Ca, dessen Winkelkorrelationen ebenfalls beschrieben werden konnten. Die Grenzen des Modells zeigten sich in der Reaktion 48Ca(p,p'n0), deren isotrope Winkelkorrelationen keine eindeutige Beschreibung erlaubten. In beiden untersuchten Kernen wird niedrigliegende stark fragmentierte isoskalare Quadrupolstärke beobachtet. Die für die untersuchten Zerfallskanäle gefundenen E2-Stärkeverteilungen in 40Ca stimmen im Rahmen der Fehler mit Ergebnissen aus der Elektronenstreuung und mikroskopischen RPA-Rechnungen überein. In 40Ca beträgt die Ausschöpfung der isoskalaren energiegewichteten E2-Summenregel im Anregungsenergiebereich Ex = 11.3 - 16.0 MeV für den alpha0-Zerfallskanal 10.3(2.1)% und im Anregungsenergiebereich Ex = 10.9 - 15.8 MeV für den p0-Zerfallskanal 17.4(3.5)%. Die in inelastischer alpha-Streuung gefundene um einen Faktor zwei größere Stärke im alpha0-Zerfallskanal, was zur Infragestellung der zur Konvertierung von hadronischen Wirkungsquerschnitten in Übergangsstärke entwickelten Methoden geführt hat, wurde nicht bestätigt. In 48Ca wird im Anregungsenergiebereich Ex = 11.0 - 14.0 MeV im n0-Zerfallskanal eine Ausschöpfung der isoskalaren energiegewichteten E2-Summenregel von 11.0 (2.2)% beobachtet. Ein zweiter Teil dieser Arbeit war der Erweiterung des Darmstädter (e,e'n) Meßplatzes gewidmet: Das Ansprechvermögen der Neutronendetektoren wurde bereits in früheren Arbeiten unter Verwendung des sehr gut bekannten Neutronenspektrums aus der spontanen Spaltung des 252Cf bestimmt. Ein Vergleich mit Monte Carlo Rechnungen, in denen der jeweilige Meßaufbau möglichst realistisch modelliert wurde, ergab allerdings eine Diskrepanz in der Absolutnormierung von 6.5%. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine weitere Kalibrierungsmessung mit monoenergetischen Neutronen für den mit höchster Statistik vermessenen Neutronendetektor durchgeführt. Die Kalibrierungsmessung fand in der rückstreuarmen Experimentierhalle der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig statt. Ein Ergebnis dieser Messung ist die tatsächliche Lichtausbeutefunktion für Protonen des kalibrierten Detektors. Um das Ansprechvermögen der Neutronendetektoren richtig zu beschreiben, mußten Ergebnisse aus Monte Carlo Rechnungen um 2.5% nach oben skaliert werden. Weiterhin wurde ein zusätzlicher, in seinem Ansprechvermögen noch nicht bekannter, mit dem 4" x 2" NE213 Detektor baugleicher Detektor kalibriert. Um diesen wurde der bestehende (e,e'n) Meßplatz in Darmstadt erweitert.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
To investigate giant resonances in the doubly magic nucleus 48Ca, a coincidence experiment of the reaction 48Ca(p,p'n) was performed at the proton accelerator of the National Accelerator Centre, Faure, South Africa. The setup for the detection of neutrons consisted of one 4" x 2" NE213 and five 5" x 2" BC501A scintillation detectors, which were circularly positioned around the scattering center at a distance of 80 cm. These neutron detectors were taken from an existing setup at the S-DALINAC to perform (e,e'n) coincidence experiments. The low radiation background in the environment of the proton accelerator allowed for the use of only the polyethylene collimators of the massive (e,e'n) shielding. These collimators minimized the influence of inscattered neutrons. To investigate the decay of the nucleus 48Ca excited in the reaction (p,p'n), statistcal model calculations were performed. Assuming pure quadrupole excitations, the contribution of nonstatistical decay in the neutron spectra was estimated to be less than 20%. This contribution can be fully explained by knockout reactions. In a former experiment for the investigation of giant resonances in the doubly magic nucleus 40Ca, emitted protons and alpha-particles were detected in coincidence with the scattered proton. Within the scope of this work, experimental angular correlations of the reaction 40Ca(p,p'alpha0), where the ground state of the daughter nucleus 36Ar is populated, were described within a simple model. With the aid of this description, the experimental cross section was unfolded to contributing multipoles. An extension to the more complex p0-decay channel in 40Ca was performed, where again the angular correlations could be described. The limitation of the model became apparent in the reaction 48Ca(p,p'n0), where the isotropic angular correlations could not be described unambiguously. In both nuclei low lying isoscalar quadrupole strength is observed to be heavily fragmented. The E2 strength distribution in 40Ca extracted in the decay channels investigated, are consistent with results from electron scattering and microscopic RPA calculations. In 40Ca, the exhaustion of the isoscalar energy weighted E2-sum rule in the excitation energy range Ex = 11.3 - 16.0 MeV is in the alpha0-decay channel 10.3(2.1)% and in the excitation energy range Ex = 10.9 - 15.8 MeV in the p0-decay channel 17.4(3.5)%. A factor of two more strength in the alpha0-decay channel, found in inelastic alpha-scattering - which has lead to questioning the methods derived for the conversion of hadronic cross sections to transition strength - was not verified. In the n0-decay channel of 48Ca an exhaustion of 11.0(2.2)% of the isoscalar energy weighted E2-sum rule is observed in the excitation energy range Ex = 11.0 - 14.0 MeV. A second part of this thesis was the extension of the Darmstadt (e,e'n) setup: The efficiencies of the neutron detectors were already determined within the framework of former theses, using the well known neutron spectrum of spontaneous fission of 252Cf. However, a comparison to Monte Carlo calculations resulted in a discrepancy in the absolute normalization of 6.5%. Within this thesis, another calibration measurement of the neutron dector having the highest statistics in the former calibration was performed at the low backscattering experimental hall of the Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig using monoenergetic neutrons. As a result, the actual light output function for protons of the detector calibrated was extracted. In order to describe the efficiencies of the neutron detectors correctly, results of Monte Carlo calculations have to be scaled by 2.5% to higher values. Furthermore, an additional 4" x 2" NE213 detector was calibrated. The existing (e,e'n) setup at Darmstadt was extended by this detector.English
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 000 Allgemeines, Wissenschaft
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:20
Last Modified: 07 Dec 2012 11:46
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000080
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-800
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Richter, Prof. Dr. Achim and Wambach, Prof. Dr. Jochen
Advisors: Richter, Prof. Dr. Achim
Refereed: 8 November 2000
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/80
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