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Collinear Laser Spectroscopy of Magic Lead and Mid-Shell Palladium Isotopes

Renth, Laura (2024)
Collinear Laser Spectroscopy of Magic Lead and Mid-Shell Palladium Isotopes.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00028151
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Collinear Laser Spectroscopy of Magic Lead and Mid-Shell Palladium Isotopes
Language: English
Referees: Nörtershäuser, Prof. Dr. Wilfried ; Obertelli, Prof. Dr. Alexandre
Date: 7 October 2024
Place of Publication: Darmstadt
Collation: x, 138 Seiten
Date of oral examination: 22 July 2024
DOI: 10.26083/tuprints-00028151
Abstract:

Nuclear size and shape are fundamental physical properties defined by the composition of neutrons and protons within the nucleus. The precise investigation of both properties provides benchmarks for nuclear models and helps to understand the nucleon-nucleon interaction. The nuclear charge radius and the nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments can be probed by the well-known electromagnetic interaction and extracted from atomic spectra. Collinear laser spectroscopy (CLS) is a versatile tool to measure and resolve fine structure and hyperfine structure required to extract the nuclear parameters. It is an in-flight spectroscopy method and therefore very well suited for short-lived isotopes and isomeric states. A new online collinear laser spectroscopy setup, the Argonne Tandem Hall Laser Beamline for Atom and Ion Spectroscopy (ATLANTIS) has been commissioned in this work with first online beams of 110,112−116,118Pd delivered from the Californium Rare Isotope Breader Upgrade (CARIBU). The required high sensitivity for these investigations of palladium isotopes with very low production yields was achieved by a new radio-frequency quadrupole cooler-and-buncher with unprecedented long accumulation times of up to 30 s. A new charge-exchange cell, designed specifically for the charge exchange with magnesium, provided unexpected high neutralization efficiency with almost undisturbed and symmetric resonance profiles. Using the new setup, spectra of all stable and the neutron-rich 112−116,118Pd isotopes were obtained, the spins of 113,115Pd confirmed, their magnetic dipole moments and the electric quadrupole moment of 113Pd determined, and the trend of the differential nuclear charge radii along the chain of measured isotopes established. The results indicate a complex nuclear structure and are compared to other isotopic chains in the Pd region and to axial Fayans EDF and triaxial Skyrme EDF calculations. The good agreement with the EDF calculations allowing triaxiality, supports the possible existence of triaxial ground states in the mid-shell region between Z=26 and Z=50 and around N=60. Moreover, CLS measurements were performed at the COLLAPS experiment at ISOLDE/CERN on semi-magic lead isotopes. The differential mean-square nuclear charge radii and nuclear moments of 187−208Pb and of the isomeric states of the odd 187−203Pb isotopes were determined. A comparison to Fayans and ab initio calculations show an overall good greement.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Größe und Form eines Atomkerns sind grundlegende physikalische Eigenschaften, die durch die Verteilung der Neutronen und Protonen bestimmt werden. Die genaue Untersuchung beider Eigenschaften liefert wichtige Informationen für Kernmodelle und trägt zum Verständnis der Wechselwirkung zwischen Nukleonen bei. Der Kernladungsradius und die elektromagnetischen Kernmomente können aus Atomspektren extrahiert werden. Die kollineare Laserspektroskopie (CLS) ist eine vielseitige Methode zur Messung der Hyperfeinstruktur optischer Übergänge, die sich besonders für kurzlebige Isotope und isomere Zustände eignet. Ein neuer Online-Aufbau für CLS, die Argonne Tandem Hall Laser Beamline for Atom- and Ion Spectroscopy (ATLANTIS), wurde im Rahmen dieser Arbeit mit ersten Online-Strahlen von 110,112−116,118Pd des Californium Rare Isotope Breader Upgrades (CARIBU), in Betrieb genommen. Die erforderliche hohe Empfindlichkeit für Untersuchungen dieser Isotope mit geringen Ionenstrahlintensitäten von 1-10 Ionen/s wurde durch einen neuen Hochfrequenz-Quadrupol-Kühler und -Buncher gewährleistet, mit dem erstmals Akkumulationszeiten von bis zu 30 s ohne größere Verluste erreicht wurden. Eine neue Ladungsaustauschzelle, speziell für Ladungsaustausch mit Magnesium entwickelt, lieferte eine unerwartet hohe Neutralisationseffizienz bei nahezu ungestörten und symmetrischen Resonanzprofilen. Mit dem neuen Aufbau wurden Spektren von stabilen und den neutronenreichen 112−116,118Pd Isotopen aufgenommen, die Spins von 113,115Pd bestätigt, ihre magnetischen Dipol- und elektrischen Quadrupolmomente bestimmt sowie der Trend der differentiellen Kernladungsradien entlang der Kette der gemessenen Isotope ermittelt. Die Ergebnisse weisen auf eine komplexe Kernstruktur hin und werden mit anderen Isotopenketten im Pd-Bereich sowie mit axialen Fayans- und triaxialen Skyrme-Energiedichtefunktional (EDF)-Berechnungen verglichen. Die gute Übereinstimmung mit den EDF-Rechnungen, die Triaxialität zulassen, unterstützt die mögliche Existenz triaxialer Grundzuständen offenschaliger Isotope zwischen Z=26 und Z=50 und um N=60. Des Weiteren wurden CLS-Messungen am COLLAPS-Experiment an ISOLDE/CERN an semi-magischen Blei-Isotopen durchgeführt. Die differentiellen Kernladungsradien und Kernmomente von 187−208Pb sowie der isomeren Zustände der ungeraden 187−203Pb-Isotope wurden bestimmt und stimmen insgesamt gute mit Fayans-EDF- und ab initio Berechnungen überein.

German
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-281515
Classification DDC: 500 Science and mathematics > 530 Physics
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik
TU-Projects: DFG|SFB1245|A03 Nörtershäuser SF
Date Deposited: 07 Oct 2024 13:32
Last Modified: 15 Oct 2024 06:47
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/28151
PPN: 522021514
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