Shape evolution in neutron-rich Zr, Mo and Ru isotopes around mass A=100
Description
The shape of an atomic nucleus, i.e. the deviation of its mass distribution from sphericity, is a fundamental property and governed by a delicate interplay of macroscopic and microscopic effects, such as the liquid-drop like binding energy and the nuclear shell structure, respectively. Studying nuclear shape properties using gamma ray spectroscopic methods allows detailed tests of different nuclear models, which were originally developed for stable nuclei. We proposed a project to study the evolution of nuclear shapes in exotic nuclei, far from the valley of stability, specifically in neutron-rich nuclei in the isotopic chains from Zr (Z=40) to Pd (Z=46). Usually, nuclear shapes are slowly evolving from spherical shapes around closed-shell or (doubly-) magic nuclei to elongated (prolate) shapes in nuclei with many valence nucleons. The nuclei of interest, however, show rapidly evolving patterns of excited states, which can be interpreted as rapid variations of the nuclear shape, including the rare observation of oblate (disk-like) and triaxial shapes. So far the known properties for these nuclei are (mainly) limited to excitation energies. Information on the nuclear collectivity, which can be deduced from the lifetime of the excited states, are sparse, while direct information of the shape is practically non existing. The simplest estimate of nuclear deformation in even-even nuclei can be obtained from the energy of the first 2+ state. For Sr (Z = 38) and Zr (Z = 40) isotopes this energy is observed to decrease dramatically at N = 60, while its evolution is much more gradual in Mo nuclei (Z = 42). Precise lifetime measurements provide a key ingredient in the systematic study of the evolution of nuclear deformation and the degree of collectivity in this region. Neutron-rich nuclei in the mass region of A = 100-120 were populated through the fusion-fission reaction of a 238U beam at 6.2 MeV/u on a 9Be target. The compound nucleus 247Cm was produced at an excitation energy of around 45 MeV before undergoing fission. The setup used for this study comprised the high-resolution mass spectrometer VAMOS in order to identify the nuclei in Z and A, the Advanced gamma ray Tracking Array AGATA of 35 germanium detectors to perform gamma ray spectroscopy, as well as a plunger mechanism to measure lifetimes down to a few ps using the Recoil Distance Doppler Shift method (RDDS). In addition, the target was surrounded by 24 Lanthanum Bromide (LaBr3) detectors for a fast-timing measurement of lifetimes longer than 100 ps. The sophisticated set of spectrometers used in this experiment allowed measurement of nuclear lifetimes in a range from 100's of picoseconds down to a few picoseconds. In this thesis, we will report on new lifetime results for short-lived states in neutron-rich (A ∼ 100) nuclei, with an emphasis on the Zr, Mo and Ru chains. We will discuss the experimental techniques used to evaluate the lifetimes as well as their interpretation in terms of state-of-the-art nuclear structure models. (author)
Abstract (French)
La forme d'un noyau, ou la deviation de la distribution en masse par rapport a une forme spherique, est une des proprietes fondamentales du noyau. Elle est gouvernee a la fois par des effets macroscopiques et microscopiques, tels que l'energie de liaison donnee par le modele de la goutte liquide ou la structure en couche du noyau, respectivement. L'etude de la forme des noyaux exotiques par spectrometrie gamma permet de tester finement differents modeles theoriques initialement developpes pour les noyaux stables. L'objectif de cette these est l'etude de l'evolution de la forme des noyaux exotiques riches en neutrons dans les chaines isotopiques allant du Zr (Z=40) au Pd (Z=46). Le plus souvent, la forme des noyaux evolue lentement de la forme spherique, pres des fermetures de couche ou des noyaux magiques (ou doublement magiques), a des formes allongees (prolate), pour des noyaux avec de nombreux nucleons de valence. Cependant, Les noyaux auxquels nous nous interessons ont tendance a avoir des etats excites qui evoluent rapidement en fonction du nombre de neutrons, ce qui peut etre interprete comme des variations rapides de la forme du noyau. Ceci inclue dans de rares cas l'observation d'etats de forme aplatie (oblate) et triaxiale. Jusqu'a present, les proprietes connues de ces noyaux se limitent (principalement) aux energies d'excitation. Les informations sur le degre de collectivite nucleaire (que l'on peut deduire de la duree de vie des etats excites) sont rares, tandis que les informations directes de forme sont pratiquement inexistantes. L'estimation la plus simple de la deformation nucleaire dans les noyaux pairs peut etre obtenue a partir de l'energie du premier etat 2+. Pour les isotopes du Sr (Z = 38) et du Zr (Z = 40), il a ete observe que cette energie diminue considerablement a N = 60, alors que son evolution est beaucoup plus progressive pour les isotopes du Mo (Z = 42). Des mesures precises de duree de vie constituent un element cle de l'etude systematique de l'evolution de la deformation nucleaire et du degre de collectivite dans cette region. Des noyaux riches en neutrons dans la region de masse A = 100-120 ont ete peuples par la reaction de fusion-fission d'un faisceau de 238U a 6,2 MeV/u sur une cible 9Be. Le noyau compose 247Cm etait produit a une energie d'excitation de ∼45 MeV avant de fissionner. Le dispositif experimental utilise pour cette etude comprenait le spectrometre de masse de haute resolution VAMOS pour l'identification les noyaux en Z et A, le reseau de 35 detecteurs au germanium AGATA (Advanced γ-ray Tracking Array) AGATA, pour la spectroscopie de rayons γ, ainsi qu'un mecanisme de 'plunger' pour mesurer la duree de vie jusqu'a quelques ps par la methode RDDS (Recoil Distance Doppler Shift). De plus, la cible etait entouree de 24 detecteurs LaBr3 (Bromure de lanthane) pour mesurer des durees de vie plus de 100 ps avec la methode du 'fast-timing'. La combinaison de spectrometres sophistiques utilisee dans cette experience a permis de mesurer des durees de vie d'etats nucleaires allant de 100 picosecondes a quelques picosecondes. Dans cette these, nous exposerons de nouveaux resultats pour les etats a courte duree de vie dans les noyaux riches en neutrons A∼100, en mettant l'accent sur les chaines des Zr, Mo et Ru. Nous discuterons des techniques experimentales utilisees pour evaluer les durees de vie ainsi que l'interpretation de celles-ci a l'aide de modeles de structures nucleaires recents.
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Additional titles
- Original title (English)
- Changement de forme de noyaux riches en neutrons dans les chaines isotopiques du Zr, du Mo et du Ru dans la region de masse A=100
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 165 p.
- Report number
- FRCEA-TH--12282
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 52035727
- Subject category
- S73: NUCLEAR PHYSICS AND RADIATION PHYSICS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- DEFORMATION; GAMMA SPECTROSCOPY; HADRONIC ATOMS; LIFETIME; NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR STRUCTURE
- Descriptors DEC
- ATOMS; PHYSICS; SPECTROSCOPY
Optional Information
- Notes
- 103 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses