Publication: Ultra fast timing study of exotic nuclei around ⁷⁸Ni: the β decay chain of ⁸¹Zn
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Publication Date
2017-03-28
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
The evolution of single-particle states in neutron-rich nuclei provides a key information on their nuclear structure and is an important ingredient for the development of nuclear models that can be applied to predict the structure at the borderline of nuclear map. The role of neutron excitations across shell gaps and the evolution proton-neutron interaction can be studied in these exotic nuclei. In particular, magic nuclei are key players for the mapping of the single-particle degrees of freedom around closed cores. A special region of interest is found around the doubly-magic 78 28Ni50. In addition, gross properties of these nuclei play a role in the astrophysical rapid neutron capture process. Nuclei in the vicinity of 78Ni have motivated recent experimental and theoretical studies, aimed at the understanding of the nuclear structure in this region with a large neutron excess. In this thesis we investigate the nuclear structure of 81;80Ga, 81Ge and 81As, populated in the decay chain of 81Zn, which was produced at ISOLDE, CERN in the framework of a systematic fast-timing investigation of neutron-rich nuclei populated in the decay of Zn. The selectivity and efficiency of the production of Zn ion beams had been previously optimized in order to guarantee the most pure beam of 77{u100000}82Zn nuclei. The estimated yield of 81Zn was 600 ions/ C giving an average activity of particles during the experiment of about 10000 counts per second. The experimental setup included two HPGe detectors, two LaBr3(Ce) detectors and a NE111A plastic scintillator for particle detection. Coincidences with the detector were used for -ray background suppression, and - coincidences between the HPGe detectors to determine the level schemes. For half-life measurements the combination of LaBr3(Ce) scintillator crystals and Time-to- Amplitude Converters was employed. The signals from the detectors were processed by a digital data acquisition (DAQ) system composed by four Pixie-4 Digital Gamma Finder cards, specially designed for -ray spectroscopy which was used for decay level schemes and the Advanced Time Delayed (“fast-timing“) (t) method employed to measure the excited level lifetimes. From the structural point of view, the isotopes under study are relatively simple systems with a few particles and/or holes outside the doubly-magic core, and thus can be treated rather successfully within the nuclear shell model...
El estudio de la evolucíon de los estados de particula independiente en ńucleos ricos en neutrones, adeḿas de proporcionar valiosa informacíon sobre la estructura nuclear, es de gran importancia para el desarrollo de modelos nucleares téoricos que predicen con exactitud la estructura nuclear en ńucleos elejados del valle de estabilidad. El estudio de estos ńucleos permite tambíen determinar el papel que desempe˜nan las excitaciones de neutrones a lo largo de las diferentes capas nucleares junto con la evolucíon de las interacciones que se producen entre los protones. Son de especial inteŕes las especies situadas en regiones cercanas a los nucleos doblemente ḿagicos, como el 78 28Ni50, ya que presentan el escenario perfecto para determinar los grados de libertad de las part́ıculas independientes en las capas cerradas. Asimismo, ciertas propiedades de estos ńucleos juegan un papel importante en las procesos de nucleośıntesis como el proceso r (captura ŕapida de neutrones). Debido a estos hechos, estos ńucleos han sido durante las ́ultimas d́ecadas la raźon de amplios estudios, tanto experimentales como téoricos, cuyo objetivo era entender las modificaciones en estrucutra nuclear en la regíon con gran exceso neutŕonico. Esta tesis describe el estudio de los ńucleos de 81;80Ga, 81Ge y 81As, poblados en la cadena de desintegracíon del 81Zn. El ńucleo padre, 81Zn, fue producido en ISOLDE, CERN aprovechando la gran pureza de los haces radiactivos de Zn, cuya selectividad y eficiencia habian sido optimizadas con anterioridad. El montaje experimental consta de dos detectores de HPGe, dos detectores de centelleo ultrarŕapidos de LaBr3(Ce) y un centelleador pĺastico (NE111A) que act́ua como el detector . Los esquemas de niveles se construýıan baśandose en las coincidencias - entre los HPGe aprovechando su buena resolucíon enerǵetica, mientras que las medidas de vidas medias se hicieron con el uso del centelleador pĺastico y los detectores de LaBr3(Ce), junto con los TACs (Time-to- Amplitude converters). El ḿetodo de coincidencias ultrarŕapidas o "fast-timing" (t)’ fue utilizado para determinar las vidas medias de los estados excitados. Las se˜nales de cada detector fueron procesadas por un sistema de acquisicíon digital formado por cuatro tarjetas Pixie-4 Digital Gamma Finder, dise˜nadas especialmente para la espectroscoṕıa...
El estudio de la evolucíon de los estados de particula independiente en ńucleos ricos en neutrones, adeḿas de proporcionar valiosa informacíon sobre la estructura nuclear, es de gran importancia para el desarrollo de modelos nucleares téoricos que predicen con exactitud la estructura nuclear en ńucleos elejados del valle de estabilidad. El estudio de estos ńucleos permite tambíen determinar el papel que desempe˜nan las excitaciones de neutrones a lo largo de las diferentes capas nucleares junto con la evolucíon de las interacciones que se producen entre los protones. Son de especial inteŕes las especies situadas en regiones cercanas a los nucleos doblemente ḿagicos, como el 78 28Ni50, ya que presentan el escenario perfecto para determinar los grados de libertad de las part́ıculas independientes en las capas cerradas. Asimismo, ciertas propiedades de estos ńucleos juegan un papel importante en las procesos de nucleośıntesis como el proceso r (captura ŕapida de neutrones). Debido a estos hechos, estos ńucleos han sido durante las ́ultimas d́ecadas la raźon de amplios estudios, tanto experimentales como téoricos, cuyo objetivo era entender las modificaciones en estrucutra nuclear en la regíon con gran exceso neutŕonico. Esta tesis describe el estudio de los ńucleos de 81;80Ga, 81Ge y 81As, poblados en la cadena de desintegracíon del 81Zn. El ńucleo padre, 81Zn, fue producido en ISOLDE, CERN aprovechando la gran pureza de los haces radiactivos de Zn, cuya selectividad y eficiencia habian sido optimizadas con anterioridad. El montaje experimental consta de dos detectores de HPGe, dos detectores de centelleo ultrarŕapidos de LaBr3(Ce) y un centelleador pĺastico (NE111A) que act́ua como el detector . Los esquemas de niveles se construýıan baśandose en las coincidencias - entre los HPGe aprovechando su buena resolucíon enerǵetica, mientras que las medidas de vidas medias se hicieron con el uso del centelleador pĺastico y los detectores de LaBr3(Ce), junto con los TACs (Time-to- Amplitude converters). El ḿetodo de coincidencias ultrarŕapidas o "fast-timing" (t)’ fue utilizado para determinar las vidas medias de los estados excitados. Las se˜nales de cada detector fueron procesadas por un sistema de acquisicíon digital formado por cuatro tarjetas Pixie-4 Digital Gamma Finder, dise˜nadas especialmente para la espectroscoṕıa...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear, leída el 16/06/2016