Published March 10, 2022 | Version v1
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New element synthesis and spectroscopic studies of nobelia 255 and 256

Description

Understanding the nuclear structure and the underlying interactions is one of the major challenges in modern physics. The experimental information on the existence and the quantum characteristics of nuclei far from the stability valley places strong constraints on theoretical models. With new experimental devices allowing us to push back the current limits, this thesis addresses the question of the existence of superheavy elements beyond Oganesson (Z=118) and the study of nucleonic orbitals in the Nobelium region by fine spectroscopy. Since 2004, our team has been participating, in collaboration with the IJClab and FLNR teams, in multiple experimental campaigns with the SHELS separator and the GABRIELA detection array in Dubna. In this context, 256No was synthesized using the hot fusion reaction 238U(22Ne, 4n)256No. Fifteen decays of an unknown high-K isomer were observed, allowing to measure a 7.8+8.3-2.6 μs half-life and an excitation energy of at least 1089 ± 74 keV. The study of 255No, synthesized using the 208Pb(48Ca, 1n)255No cold fusion reaction, revealed four high-K isomers in cascade in this nucleus. Their characteristics and their interpretation, in connection with the neighboring nuclei systematics, are discussed in this manuscript. This spectroscopic study enabled to propose for the first time a level scheme for this nucleus. Since 2017, we have been trying to synthesize element 119 at RIKEN through the fusion-evaporation reaction 248Cm(51V, xn)299-x119 as part of the nSHE collaboration (IPHC, ORNL, RIKEN) led by K. Morita. This thesis details the methods of filtering and chain search strategy developed specifically for this experiment. Since the data acquisition is still ongoing and the preliminary results are confidential, these analysis methods developed are illustrated by spectra from the calibration reactions and the validation run of the entire GARIS II device: the synthesis of 257Db. The analysis code was then used and refined during the seven experimental campaigns paving the way of this thesis. (author)

Abstract (French)

La comprehension de la structure nucleaire et des interactions qui l'animent est un des enjeux majeurs de la physique moderne. Les informations experimentales sur l'existence et caracteristiques quantiques des noyaux loin de la stabilite posent des contraintes fortes sur nos modeles. Forts de nouveaux dispositifs experimentaux repoussant les limites actuelles, cette these s'attaque a la question de l'existence d'elements superlourds au-dela de l'Oganesson (Z=118) et a l'etude par spectroscopie fine d'orbitales nucleoniques dans la region des Nobelia. Depuis 2004, notre equipe participe, en collaboration avec les equipes de l'IJClab et du FLNR, a de multiples campagnes experimentales avec le separateur SHELS et le systeme de detection GABRIELA a Dubna. Dans ce cadre, nous avons synthetise le 256No a l'aide de la reaction de fusion chaude 238U(22Ne, 4n)256No. Nous y avons observe 15 decroissances d'un isomere de haut-K inconnu, permettant de mesurer un temps de demi-vie de 7.8+8.3-2.6 μs et une energie d'excitation d'au moins 1089 ± 74 keV. L'etude du 255No, synthetise a l'aide de la reaction de fusion froide 208Pb(48Ca, 1n)255No, a revele quatre isomeres de haut-K en cascade dans ce noyau. Leurs caracteristiques et leur interpretation au regard de nos connaissances dans les noyaux voisins sont discutees dans ce manuscrit. Cette etude spectroscopique a permis pour la premiere fois de proposer un schema de niveau pour ce noyau. Depuis 2017, nous tentons de synthetiser l'element 119 a RIKEN au travers de la reaction de fusion-evaporation 248Cm(51V, xn)299-x119 dans le cadre de la collaboration nSHE (IPHC, ORNL, RIKEN) dirigee par K. Morita. Cette these detaille les methodes de filtrage et de recherche de chaines developpees specifiquement pour cette experience. La prise de donnees etant toujours en cours et les resultats preliminaires confidentiels, ces methodes d'analyse developpees par l'impetrant sont illustrees par des spectres issus des reactions d'etalonnage et du run de validation de l'ensemble du dispositif GARIS II: la synthese du 257Db. Le code d'analyse a ensuite ete utilise et raffine au cours des sept campagnes experimentales qui ont jalonne cette these. (auteur)

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Original title (French)
Synthese de nouveaux elements superlourds et spectroscopie des nobelia 255 et 256

Publishing Information

Imprint Pagination
263 p.
Report number
FRNC-TH--14506

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Notes
184 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses