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Systematics of the Electric Dipole Response in Stable Tin Isotopes

Bassauer, Sergej (2019):
Systematics of the Electric Dipole Response in Stable Tin Isotopes.
Darmstadt, Technische Universität, DOI: 10.25534/tuprints-00009668,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Systematics of the Electric Dipole Response in Stable Tin Isotopes
Language: English
Abstract:

The present thesis reports on the systematics of the electric dipole response in stable even mass tin isotopes. Inelastic proton scattering experiments were performed at the Research Center for Nuclear Physics (RCNP) in Osaka, Japan. Using a 295 MeV proton beam, scattered protons were detected under spectrometer angles of 0°, 2.5° and 4.5°. In two experimental campaigns data were taken in an excitation energy region of 5-26 MeV.

Double differential cross sections were determined and by means of a multipole decomposition analysis the main contributions, namely E1 and M1, were extracted. In order to determine the electric dipole strength, the obtained double differential cross sections were converted to photoabsorption cross sections using the equivalent photon method. The photoabsorption cross sections are in fair agreement with (γ,x) results around the maximum of the giant dipole resonance. However, deviations towards the neutron threshold were observed. The most recent (γ,n) data, available for Sn-116, Sn-118, Sn-120 and Sn-124 are in a good agreement with results obtained in this work.

B(E1) strength distributions were determined and compared to available data from nuclear resonance fluorescence experiments for Sn-112, Sn-116 and Sn-124 below the neutron threshold. The present results show considerably more strength, confirming previous findings for Sn-120. Furthermore, an accumulation of strength is found around 6.5 MeV, which is also observed in experiments with isoscalar probes.

The dipole polarisability in even-even stable tin isotopes Sn-112, Sn-114, Sn-116, Sn-118, Sn-120 and Sn-124 was extracted. The polarisability of Sn-120 was found to be lower than in a previous work, but compatible within the uncertainties, if corrected for the quasideuteron effect. Some of the model calculations based on the nuclear energy density functional theory able to reproduce the polarisability of Sn-120 are not compatible with the new value. A systematic comparison to one of the model calculations was carried out for different parametrisations of the symmetry energy parameters.

Using the so-called unit cross section technique electromagnetic B(M1) strength distributions and features of the spin M1 resonance are provided for the first time for stable even-even tin isotopes Sn-112, Sn-114, Sn-116, Sn-118, Sn-120 and Sn-124.

The total gamma strength function was determined including E1 and M1 contributions. In the giant dipole resonance region fair agreement with photoabsorption experiments is found. In the pygmy dipole resonance region data on Sn-116 and Sn-118 are available from (³He,³He'γ) and (³He,αγ) experiments. Results for Sn-116 are in excellent agreement. In Sn-118 good agreement is found within the uncertainties. However, a prominent peak is found in all isotopes around 6.5 MeV which is not seen in (³He,³He'γ) and (³He,αγ) experiments, indicating a possible violation of the Brink-Axel hypothesis.

Finally, using a fluctuation analysis, level densities were extracted for Sn-124 in an excitation energy region of 6-15 MeV for 1⁻ states. These level densities were converted to the total level density and compared to results from (³He,³He'γ) and (³He,αγ) experiments, where level densities for Sn-116, Sn-118 and Sn-122 are available. A fair agreement between these level densities is found.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Systematik der elektrischen Dipolstärke in stabilen Zinnisotopen gerader Massenzahl. Inelastische Protonenstreuexperimente wurden am Research Center for Nuclear Physics (RCNP) in Osaka, Japan durchgeführt. Mit Hilfe eines 295 MeV-Protonenstrahls wurden gestreute Protonen unter Spektrometerwinkeln von 0°, 2,5° und 4,5° gemessen. In zwei Experimentierkampagnen wurden Daten in einem Anregungsenergiebereich von 5-26 MeV aufgenommen. Doppelt differentielle Wirkungsquerschnitte wurden bestimmt und mit Hilfe einer Multipolentfaltung wurden die Hauptbeiträge, E1 und M1, extrahiert. Um die Dipolstärke zu bestimmen, wurden die erhaltenen doppelt differentiellen Wirkungsquerschnitte unter Benutzung der äquivalenten Photonenmethode in Photoabsorptionsquerschnitte konvertiert. Die so bestimmten Photoabsorptionsquerschnitte sind in guter Übereinstimmung mit Ergebnissen aus (γ,x)-Experimenten im Bereich des Maximums der Riesenresonanz. Abweichungen werden jedoch im Bereich der Neutronenschwelle beobachtet. Die kürzlich gemessenen Wirkungsquerschnitte aus (γ,n)-Experimenten für Sn-116, Sn-118, Sn-120 und Sn-124 sind in guter Übereinstimmung mit Ergebnissen aus dieser Arbeit. B(E1)-Stärkeverteilungen wurden bestimmt und mit verfügbaren Daten aus Kernresonanzfluoreszensexperimenten für Sn-112, Sn-116 und Sn-124 verglichen. Unter der Neutronenschwelle wurde deutlich mehr Stärke in Experimenten mit inelastischer Protonenstreuung gesehen, was frühere Ergebnisse für Sn-120 bestätigt. Des Weiteren wurde in allen Isotopen eine Ansammlung von Stärke um 6,5 MeV gefunden, welche auch in Experimenten mit isoskalaren Proben beobachtet wird. Die Dipolpolarisierbarkeit wurde in stabilen gerade-gerade Zinnisotopen Sn-112, Sn-114, Sn-116, Sn-118, Sn-120 und Sn-124 bestimmt. Die Polarisierbarkeit für Sn-120 ist kleiner als in einer vorherigen Arbeit, jedoch kompatibel innerhalb der Unsicherheiten nach einer Korrektur des Quasideuteroneffekts. Einige der Modellrechnungen, die im Stande waren Polarisierbarkeitsdaten in schweren Kernen systematisch zu reproduzieren sind inkompatibel mit dem neuen Wert für Sn-120. Ein systematischer Vergleich mit einer der Modellrechnungen mit unterschiedlichen Parametrisierungen der Symmetrieenergieparameter wurde durchgeführt. Unter der Verwendung der sogenannten Einheitsquerschnittmethode wurden die elektromagnetischen B(M1)-Stärkeverteilungen und Charakteristiken der Spin-M1-Resonanz zum ersten mal für die stabilen gerade-gerade Zinnisotope Sn-112, Sn-120 und Sn-124 bestimmt. Die totale Gammastärkefunktion inklusive E1- und M1-Beiträgen wurde aus den Stärkeverteilungen bestimmt. Im Riesenresonanzbereich gibt es hierbei gute Übereinstimmungen mit Photoabsorptionsexperimenten. Im Bereich der Pygmyresonanz sind auch Daten für Sn-116 und Sn-118 aus (³He,³He'γ)- und (³He,αγ)-Experimenten verfügbar. Ergebnisse für Sn-116 sind in einer exzellenten Übereinstimmung. In Sn-118 wurde im Rahmen der Unsicherheiten eine gute Übereinstimmung gefunden. Jedoch wurde ein prominenter Peak in allen Isotopen um die 6,5 MeV gefunden, der nicht in (³He,³He'γ)- und (³He,αγ)-Experimenten gesehen wird. Dies könnte auf eine Verletzung der Brink-Axel-Hypothese hinweisen. Schließlich wurden Zustandsdichten mit Hilfe einer Fluktuationsanalyse für Sn-124 in einem Energiebereich von 6-15 MeV für 1⁻ Zustände extrahiert. Diese Zustandsdichten wurden dann in totale Zustandsdichten umgerechnet und mit Ergebnissen aus (³He,³He'γ)- und (³He,αγ)-Experimenten, für Zustandsdichten in Sn-116, Sn-118 und Sn-122 verglichen. Hierbei wurde eine gute Übereinstimmung beobachtet.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics
05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik
Date Deposited: 17 Dec 2019 12:03
Last Modified: 17 Dec 2019 12:03
DOI: 10.25534/tuprints-00009668
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-96687
Referees: von Neumann-Cosel, Prof. Dr. Peter and Aumann, Prof. Dr. Thomas
Refereed: 2 December 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/9668
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