Nuclear Structure Studies near 208Pb and γ-ray Imaging Techniques

Abstract

This thesis focuses on a high-resolution γ-ray spectroscopy experiment where the fragmenta-
tion of a 208 Pb primary beam was used to populate even-mass nuclei around 208 Pb. It was
conducted in 2012 using the Advanced GAmma-ray Tracking Array (AGATA) while it was
placed at GSI Darmstadt, Germany. Projectile-like fragments were selected and identified with
the GSI Fragment Separator. The final aim is to study the aforementioned nuclei via Cou-
lomb excitation. Yet, preceding measurements with stopped beams are necessary for reasons
detailed here. Another part of this thesis is devoted to Research & Development (R&D) of
position-sensitive scintillation detectors. These two different aspects are linked by studies of
position sensitivity in devices utilized for detection of γ rays.
Advances in γ-ray tracking algorithms are essential for both applied and basic nuclear physics.
Here, the scintillation detector R&D is foreseen to contribute to applications in the realm of
medical imaging as well as environmental and safety surveillance, whereas the basic research
efforts yield improved nuclear structure information on heavy ions produced in relativistic
fragmentation reactions.
Paper I summarizes efforts regarding the image reconstruction algorithm when applied on a
simulated data-set. In Paper II the performance of the AGATA sub-array is discussed, outlining
the important aspects of the offline data processing and analysis. Paper III presents further
treatment of the data partially scrutinized in Paper II using AGATA-tailored algorithms,
assessing absolute efficiency and peak-to-total, and the performance of tracking algorithms
with respect to different parameter-sets. Paper IV highlights an outstanding physics case
from a stopped-beam AGATA measurement. In Paper V all aspects of the data analysis
established in this thesis are described. The relevance of isomeric state measurements for both
the experimental and theoretical aspect of relativistic fragmentation is emphasized.

Abstract (Swedish)

AGATA är en speciell positionskänslig detektor för gammastrålning. Genom att
använda en sådan detektor är det möjligt att rekonstruera den väg som gam-
mastrålningen tar genom detektorn. Det garanterar en mycket högre känslighet
för detektion av gamma strålning än vad var möjlig för tidigare typer av de-
tektorer. Detta betyder att vi kan få tillgång till mycket mer information om
atomkärnan än vad vi kunde tidigare. Men det är inte bara ’kunskap för kun-
skapens egen skull’ (analog med l’art pour l’art) som vi är efter. Detektorer
som använder denna teknik är av stor betydelse inom tillämpad kärnfysik och
andra olika områden som använder gammastrålning. Några av dessa är biofysik,
kärnmedicin och säkerhetskontroller.
I detta arbete förklarar jag vilka ingredienser som behövs för att förstå data som
samlats in med en komplex detektor som AGATA. Detta arbete avser den unika
kombination av AGATA och flera andra detektorer, som användes när AGATA
var belägen vid det tyska laboratoriet GSI i Darmstadt. AGATA är en av två
detektorer av det slaget, och GSI är än så länge den enda platsen i världen där
man kan producera de partiklar vid de energier som behövs för experimentet
som beskrivs i detta arbete. Jag har genom mitt doktorsarbete gradvis kommit
fram till den punkt där de data vi samlade in och analyserade är viktiga för de
teoretiska modeller som försöker förklara komplexiteten hos atomkärnan.
Självklart hoppas jag att detta bidrag skulle kunna hjälpa till att svara på
mycket viktiga frågor inom grundläggande kärnfysik. Men ’vad tjänar jag och
alla andra på det...’ frågar du kanske. Jag hoppas att jag med denna avhand-
ling kan övertyga dig om att de metoder och algoritmer som säkerställer AGA-
TA möjlighet att spåra gammastrålning faktiskt är relevanta för de tillämpade
områden som jag listade ovan. Det är därför som det här arbetet också tar
upp möjligheten att observera objekt som är dolda för våra ögon, genom att
använda gammastrålning och gammadetektorer Dessutom föreslår jag en enkel
apparat som kan fungera som en laboratorieprototyp för att testa vad vi hittills
har hittat.

• author: Lalovic, Natasa
• supervisor: Dirk Rudolph; Pavel Golubev
• opponent: Dr. Clark, Roderick M., Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA, USA
• organization: Nuclear physics
• publishing date: 2017-05
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Natural Sciences; Subatomic Physics
• keywords: nuclear structure, gamma-Ray spectroscopy, AGATA, isomeric decays, relativistic projectile fragmentation, Pb isotopes, nuclear structure, gamma-ray spectroscopy, AGATA, isomeric decays, relativistic projectile fragmentation, Pb isotopes
• pages: 169 pages
• defense location: Rydberg lecture hall, Department of Physics, Sölvegatan 14A, Lund
• defense date: 2017-06-21 13:15:00
• ISBN: 978-91-7753-287-3
• ISBN: 978-91-7753-288-0
• project: Nuclear Structure Studies near 208Pb and gamma-ray Imaging Techniques
• language: English
• LU publication?: yes
• id: d1b05b6b-ac49-4aaf-81a8-eabc8588d54d
• date added to LUP: 2017-05-23 10:53:38
• date last changed: 2019-03-08 02:30:08