Advanced

Probing single-particle and collective states in atomic nuclei with Coulomb excitation

DiJulio, Douglas LU (2013)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Atomer är de grundläggande byggstenarna för alla material runt omkring oss. Varje enskild atom består av ett tätt packat område i centrum, som kallas atomkärnan, omgivet av ett moln av elektroner. Atomkärnan innehåller neutroner och protoner, hopbundna av den

starka kärnkraften. Vissa kombinationer av neutroner och protoner leder till bildandet av kärnor som är stabila medan andra förhållanden leder till kärnor som är instabila och därmed radioaktiva. Den största delen av världen runt omkring oss består av de stabila kärnorna och därmed är kunskap om deras egenskaper omfattande. Dessa kärnor har studerats i detalj sedan början

av kärnfysiken, omkring 1900. Sammantaget uppgår... (More)
Popular Abstract in Swedish

Atomer är de grundläggande byggstenarna för alla material runt omkring oss. Varje enskild atom består av ett tätt packat område i centrum, som kallas atomkärnan, omgivet av ett moln av elektroner. Atomkärnan innehåller neutroner och protoner, hopbundna av den

starka kärnkraften. Vissa kombinationer av neutroner och protoner leder till bildandet av kärnor som är stabila medan andra förhållanden leder till kärnor som är instabila och därmed radioaktiva. Den största delen av världen runt omkring oss består av de stabila kärnorna och därmed är kunskap om deras egenskaper omfattande. Dessa kärnor har studerats i detalj sedan början

av kärnfysiken, omkring 1900. Sammantaget uppgår denna grupp till ungefär 300 stabila kärnor, vilket bara är en bråkdel jämfört med några tusen instabila kärnor som har observerats i laboratorier och som väntar på att bli upptäckta. Dessa kärnor är svårare att studera i laboratorier på grund deras korta livstider. Ett av de viktigaste målen med kärnfysik idag är att utforska dessa instabila kärnor och förstå deras egenskaper.



Denna avhandling kretsar kring en serie experiment samt utveckling av detektorer relaterade till atomkärnstruktur. Studien av kärnstruktur handlar om hur de grundläggande egenskaper av en atomkärna, till exempel dess massa eller excitationsnivåer, härrör från neutroner och protoner och interaktionerna dem emellan. För att förstå dessa typer av egenskaper, har kärnfysiker utvecklat ett stort antal modeller, främst baserade på information från gruppen av stabila kärnor. En intressant fråga att ställa är om dessa modeller är fullständiga och i så fall hur de står sig mot nya observationer av egenskaper i instabila kärnor. Först nyligen har detta gjorts möjligt genom ett antal tekniska framsteg i den experimentella kärnfysiken.



Fyra olika experimentella undersökningar har genomförts i denna avhandling. De första två studierna handlar om instabila kärnor

nära 100Sn medan den tredje studien omfattar den stabila kärnan 170Er. Målet för var och en av studierna var att mäta egenskaper

som aldrig tidigare observerats samt att jämföra resultaten med moderna kärnstruktursmodeller. Den sista studien i denna

avhandling är relaterad till utvecklingen av ny detektorutrustning som skall användas i framtida anläggningar för studier av instabila kärnor. (Less)
Abstract
A series of experiments and developments, related to stable and radioactive isotopes, have been carried out. These studies have focused on measuring the low-lying excitations of spherical and deformed nuclei using electromagnetic (Coulomb) excitation and also on developments in detector technology for upcoming radioactive ion beams facilities.



The low-lying excitations in the nuclei 107,109Sn and 107In have been investigated using low-energy Coulomb excitation at the REX-ISOLDE facility at CERN. The measured reduced transition probabilities were compared to predictions of nuclear structure models. In addition, a relativistic Coulomb excitation experiment was carried out using the FRS at GSI with the nucleus 104Sn. These... (More)
A series of experiments and developments, related to stable and radioactive isotopes, have been carried out. These studies have focused on measuring the low-lying excitations of spherical and deformed nuclei using electromagnetic (Coulomb) excitation and also on developments in detector technology for upcoming radioactive ion beams facilities.



The low-lying excitations in the nuclei 107,109Sn and 107In have been investigated using low-energy Coulomb excitation at the REX-ISOLDE facility at CERN. The measured reduced transition probabilities were compared to predictions of nuclear structure models. In addition, a relativistic Coulomb excitation experiment was carried out using the FRS at GSI with the nucleus 104Sn. These radioactive ion beam experiments provide important constraints for large-scale-shell-model calculations in the region of the doubly magic nucleus 100Sn.



A stable Coulomb excitation experiment was also carried out in order to explore the properties of low-lying structures in the nucleus 170Er. These measurements resulted in new data for the reduced transition matrix elements in this nucleus. The results were compared to predictions of models of deformed nuclei.



The last study contained in this work is related to the design of a new detector system, to be deployed at the upcoming radioactive ion beam facility FAIR. A prototype of the detector was tested with a 180 MeV proton beam and the results were compared to Geant4 simulations. The results highlight important constraints for the design of the full detector system. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Fynbo, Hans, Department of Physics and Astronomy, Aarhus University
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
reduced matrix elements, radioactive ion beams, Coulomb excitation, Fysicumarkivet A:2013:Di Julio, detector development
publisher
Department of Physics, Lund University
defense location
Lecture Hall B, Department of Physics, Sölvegatan 14C, Lund
defense date
2013-02-15 10:15
language
English
LU publication?
yes
id
4eae6e47-9bc9-4649-a24f-2a205fa383f5 (old id 3358054)
date added to LUP
2013-01-10 10:01:01
date last changed
2016-09-19 08:45:06
@phdthesis{4eae6e47-9bc9-4649-a24f-2a205fa383f5,
  abstract     = {A series of experiments and developments, related to stable and radioactive isotopes, have been carried out. These studies have focused on measuring the low-lying excitations of spherical and deformed nuclei using electromagnetic (Coulomb) excitation and also on developments in detector technology for upcoming radioactive ion beams facilities.<br/><br>
<br/><br>
The low-lying excitations in the nuclei 107,109Sn and 107In have been investigated using low-energy Coulomb excitation at the REX-ISOLDE facility at CERN. The measured reduced transition probabilities were compared to predictions of nuclear structure models. In addition, a relativistic Coulomb excitation experiment was carried out using the FRS at GSI with the nucleus 104Sn. These radioactive ion beam experiments provide important constraints for large-scale-shell-model calculations in the region of the doubly magic nucleus 100Sn.<br/><br>
<br/><br>
A stable Coulomb excitation experiment was also carried out in order to explore the properties of low-lying structures in the nucleus 170Er. These measurements resulted in new data for the reduced transition matrix elements in this nucleus. The results were compared to predictions of models of deformed nuclei. <br/><br>
<br/><br>
The last study contained in this work is related to the design of a new detector system, to be deployed at the upcoming radioactive ion beam facility FAIR. A prototype of the detector was tested with a 180 MeV proton beam and the results were compared to Geant4 simulations. The results highlight important constraints for the design of the full detector system.},
  author       = {DiJulio, Douglas},
  keyword      = {reduced matrix elements,radioactive ion beams,Coulomb excitation,Fysicumarkivet A:2013:Di Julio,detector development},
  language     = {eng},
  publisher    = {Department of Physics, Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {Probing single-particle and collective states in atomic nuclei with Coulomb excitation},
  year         = {2013},
}