32
Исследование запаздывающего деления и сосуществования форм в ядрах таллия, астата и золота (ISOLDE, CERN) A. E. Барзах, П. Л. Молканов, М. Д. Селиверстов, Д. В. Федоров

A. E. Барзах , П . Л . Молканов , М. Д. Селиверстов, Д . В . Федоров

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Исследование запаздывающего деления и сосуществования форм в ядрах таллия, астата и золота ( ISOLDE, CERN). A. E. Барзах , П . Л . Молканов , М. Д. Селиверстов, Д . В . Федоров. ISOLDE. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Исследование запаздывающего деления и сосуществования форм

в ядрах таллия, астата и золота(ISOLDE, CERN)

A. E. Барзах, П. Л. Молканов, М. Д. Селиверстов, Д. В. Федоров

Page 2: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

IS 466: Identification and systematical studies of the electron-capture

delayed fission (ECDF) in the lead regionECDF of 178,180 Tl (Z=81)

IS 534:Beta-delayed fission, laser spectroscopy

and shape-coexistence studies with radioactive 85At beams

ISOLDE

IS 534 (addendum):Laser spectroscopy

and shape-coexistence studies with radioactive 79Au beams

Page 3: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

•Scanning the laser frequency of the first/second step of the selective ionisation scheme for a particular isotope (or an isomer)•Isotope shift (IS), hyperfine structure (HFS) measurements•Measuring FC current, or ToF spectra while scanning the frequency

Isotope/isomer shift1 ppm

A,Z A-1,Z

Laser beams

Experiments

Mass separation

Target Hot Cavity Extractor Ion Source

Reaction products(neutral)

IonsProtonsTarget material

60 kV

Laser Ion Source at ISOLDELaser Ion Source at ISOLDE

Page 4: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Windmill System at ISOLDEWindmill System at ISOLDE

Annular Si Si

pure 30 keV beam from RILIS+ISOLDE

Setup: Si detectors from both sides of the C-foil

•Large geometrical efficiency (up to 80%)• 2 fold fission fragment coincidences• ff-γ, γ-α, γ-γ, etc coincidences

C-foils20 mg/cm2 Si detectors

30 keV beam from ISOLDE

SiAnnular Si

ff

ff

C-foil

MINIBALL Ge cluster

A. Andreyev et al., PRL 105, 252502 (2010)

Page 5: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Beta-Delayed Fission

QEC(A, Z) > Bf(A, Z-1)~

Page 6: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

192,194,196At

β DF

192,194,196Po

186,188Bi

β DF

Beta-Delayed Fission

N/Z ~ 1.55–1.59

N/Z ~ 1.22–1.31

Page 7: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Five Essential Fission Shape Coordinates Q2 ~ Elongation (fission direction)αg ~ Mass asymmetry (M1-M2)/(M1+M2) εf1 ~ Left fragment deformationεf2 ~ Right fragment deformationd ~ Neck

εf1εf2

d

Q2

P. Möller’s calculations (2D projection of the total 5D picture):

symmetric valley, 90Zr+90Zr

asymmetric valley, 80Kr+100Ru

Page 8: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

178Tl: 0.1 ions/μC/s, 8 fission events

180Tl: 1111 fission events

PβDF (178Tl)=0.15(6)%

PβDF (180Tl)=3.2(2)×10-3%

corresponds to A=80(1) A=100(1)

Fragment mass distribution in DF of Tl isotopes

experiment

FWHM ≈ 9 amu

Page 9: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Model: BSM(M) Brownian shape motion on five-dimensional (5D) potential energy surfaces in Metropolis random-walk approximation

Calculated yields for four Hg isotopes at three excitation energies. For the lighter isotopes the yields become more symmetric with decreasing energy, an unusual behavior.

P. Möller, J. Randrup, A. Sierk, Phys. Rev. C 85, 024306 (2012)

Fragment mass distribution in DF of Tl isotopes

calculations

Page 10: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

M. Veselsky et al. Phys. Rev. C 86, 024308 (2012)

Bf, exp (model), MeV

Bf, theorMeV

180Hg 7.5(1.5) 9.8

178Hg ~ 7 9.3

PβDF (180Tl)theor= 2×10-6% to be compared with the experimental value 3.2(2)×10-3%

Fission barriers for Hg isotopes

Page 11: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Nuclear spectroscopic information for 178Tl

Page 12: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Development and use of laser-ionized At beams at ISOLDE

• Determination of optical lines and efficient photoionization scheme. First measurement of the ionization potential of the element At

• Beta delayed fission of 194,196At

• Charge radii measurement for At isotopes

Page 13: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

(a) Verification of the two transitions from the ground state at λ1 = 216 nm and 224 nm. (b) Ionization threshold: Scan of the ionizing laser wavelength λ2. (c) Development of a three-color scheme: Scan of λ2 in the infra-red region for second excited states starting with λ1 = 216 nm first step. (d) Verification of the levels found by exciting via the λ1 = 224 nm first step. (e) Rydberg series: A wavelength scan of

the ionizing laser (λ3) in the visible range using the {216, 795, λ3} excitation path.

At

Photoionization scheme for the radioactive element At

Optimal photoionization scheme.Narrow band lasers for 1st and 2nd transitions

216 nm

795 nm

532 nmIP

Page 14: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

IP (At)=9.317510(84) eV 2 2

Mn

RIP E

n

Precise determination of the Ionization Potential for the radioactive element At

Page 15: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

IS534, 9-14 May 2012: Mass Distributions Measurements for DF of 194,196At

Two isomers (~40 and 250 ms) were reported in 194At. Therefore, to obtain true mass distribution and PDF isomer selectivity

is needed

180Tl

Energy in Si1 (MeV)

Energy in Si1 (MeV)

Ene

rgy

in S

i2 (

MeV

)

Ene

rgy

in S

i2 (

MeV

)

Ene

rgy

in S

i2 (

MeV

)

Energy in Si1 (MeV)

194At

196At

Clear difference in energy (thus, mass) distribution between fission of 180Hg and 194,196Po

Page 16: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Shape Coexistence in the Pb regionShape Coexistence in the Pb region•Pb (Z=82) g.s.: 0p-0h) – sphericalPb (Z=82) g.s

j’

j

Protons Neutrons

s1/2

h9/2

d3/2

Z=82 Proton pair excitations across Z=82 shell gap (neutrons are spectators):

•1 pair excitation: 2p-2h) -oblate

•2 pair excitation: 4p-4h) -prolate

Pb (Z=82) 0+ prolate

A.Andreyev et al. Nature, 405, 430 (2000)

186Pb

0p-0h 2p-2h4p-4h

Potential Energy Surface for 186Pb

K. Heyde et al., Phys. Rep. 102 (1983) 291J.L. Wood et al., Phys. Rep. 215 (1992) 101A. Andreyev et al., Nature 405 (2000) 430K. Heyde and J. Wood, Review of Modern Physics, 2012

Page 17: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Pre-2012: Charge Radii in Au-Po Pre-2012: Charge Radii in Au-Po isotopesisotopes

?

85At?

2011: Tl isotopes: IS511 ISOLDE and IRIS (Gatchina)

Pb ISOLDE, PRL98, 112502 (2007) H. De Witte et al.

Po ISOLDE,T. Cocolios et al., PRL106, 052503 (2011)

Page 18: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

R. N. Wolf et al., Nucl. Instr. and Meth. A 686, 82-90 (2012), S. Kreim et al., INTC-P-299, IS 518 (2011)

Multi-reflection time-of-flight mass separator (MR-ToF MS)

In-Source Spectroscopy with MR-ToF MS

~1000 revolutions, ~35 ms, m/Δm ~ 105

Page 19: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

15410.9 15411.0 15411.1 15411.2 15411.3 15411.4

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000 hfs for m.s. (I=10) hfs for g.s. (I=3)

, cm-1

N

198At15411.123pure g.s. (I=3)

15411.0 15411.1 15411.2 15411.3 15411.4 15411.5

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

hfs for g.s. (I=9/2) hfs for m.s. (I=1/2)

N

, cm-1

197At15411.154pure g.s. (I=9/2)

Isomer selectivity enable us to measure masses of 197g,198gAt and receive nuclear spectroscopic information for pure g.s.

Isomer selectivity for Isomer selectivity for 197,198197,198AtAt

Page 20: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Astatine HFS spectraAstatine HFS spectra

1st step is better for Δ<r2> extraction2nd step is better for hfs resolution (Q and μ determination)

2, ’ , ’

- '     

'A A A A

A AF r M

A A

216 nm

795 nm

532 nmIP

Page 21: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

-5.0E+07

-4.0E+07

-3.0E+07

-2.0E+07

-1.0E+07

0.0E+00

0.0E+00 2.0E+07 4.0E+07 6.0E+07

sA,205 (795nm)s A

,20

5 (2

16

nm

)

197g

197m

207

198g198m

217

, ' , '

'

'A A A A

A A

A As

Isotope shift δ A,A’:

2, ’ , ’

- '     

'A A A A

A AF r M

A AΔσ for different transitions should lie on thestraight line with a slope Fλ1/ Fλ2

King plot for 216 nm and 795 nm lines King plot for 216 nm and 795 nm lines in Atin At

Page 22: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

IS534IS534 October 2012:October 2012:Charge radii of At isotopesCharge radii of At isotopes

211At(N=126)

Page 23: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

8585At At vsvs 8484Po charge radiiPo charge radii

N=126

Page 24: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

October 2012:October 2012:IS534 experiment at ISOLDE – Au IS534 experiment at ISOLDE – Au

isotopesisotopes

•Are the light Au isotopes deformed?

•What are the spins of ground and isomeric states?

Page 25: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

IS534: Hyperfine Structure Scans for 177,179Au

179Au narrowband measured (WM)

179Au 3/2+ calculated179Au 1/2+ calculated

177Au narrowband measured (WM)

Ground state spins of 177,179Au are experimentally determined as 1/2+

Page 26: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Why is 1/2+1/2+ 181Tl177Au decay hindered?

Plot from A.Andreyev et al., PRC 80, 024302 (2009)

1/2+

1/2+

~1.6N , pure sph. 3s1/2, (as in the heavier Tl’s)

~1.1N , (preliminary) mixed/def/triaxial 3s1/2,/d3/2

Page 27: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

IS534: Charge Radii of Au isotopes, ISOLDE IS534: Charge Radii of Au isotopes, ISOLDE 20122012

•Deformation jump toward less deformed shapes in the light Au isotopes•Shape staggering in 178Au (large deformation difference between 2 states)

Page 28: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Summary: Charge Radii in Pb regionSummary: Charge Radii in Pb region

• IS/charge radii for 10 At nuclei were measured• “Back to sphericity” in the lightest Au isotopes• Magnetic/quadrupole moments will be deduced• Large amount of by-product nuclear spectroscopic information on At and Au and their daughter products

Page 29: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

Hyperfine structure anomaly for Au isotopesHyperfine structure anomaly for Au isotopes

,22

11

2211 , Aln

AlnA

lnln a

a )()(1 2211

,

, 2121

2

2211

1

221122

2

11

1lnln AAAA

Alnln

Alnlnln

AlnA

)1()(

)(0

00

0

Anl

A

A

A

A

AAA nla

nla

I

I

Page 30: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

1. Измерено асимметричное массовое распределение осколков запаздывающего деления 178Tl и определена вероятность такого распада. Получены значения барьеров деления для 178,180Hg.

2. Для исследования ядер At найдена эффективная схема фотоионизации, обнаружено около 20 ранее не известных атомных переходов, впервые определен потенциал ионизации At.

3. Обнаружено запаздывающее деление 196,194At. Предварительный анализ свидетельствует о его симметричном характере.

4. Измерены изотопические сдвиги и сверхтонкое расщепление для 10 изотопов (изомеров) At на двух переходах, 216 nm и 795 nm, что позволит получить новые данные о μ, Q, δ<r2> и деформации этих изотопов (изомеров). Впервые для детектирования фотоионов использована установка MR-ToF.

5. Измерены изотопические сдвиги и сверхтонкое расщепление (μ, δ<r2>) для 9 изотопов (изомеров) Au на переходе 267.6 nm. Впервые обнаружен «обратный скачок деформации» — возвращение к сферичности ядер с N<101. Обнаружены два изомера с существенно разной деформацией в ядре 178Au.

6. Получены новые данные об аномалии сверхтонкой структуры для изотопов Au, что позволит, в частности, уточнить значения ранее измеренных магнитных моментов.

Заключение

Page 31: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

What is the ground state spin of 179Au: 1/2+,3/2+or 5/2-?

GS+FMA: W.F. Muller et al, PRC 69, 064315 (2004)

5.85 MeV

179Au

179Au

183mTl

53.3 ms

RITU: A. Andreyev et al., R35 experiment (+ISOLDE data)M. Venhart et al, PLB 695, 82 (2011)

Extensive ISOLDE data for g.s. of 183Tl are available, analysis underway

Page 32: A. E.  Барзах ,  П .  Л .  Молканов ,  М. Д. Селиверстов, Д .  В .  Федоров

What is the ground state spin of 177Au: 1/2+ or 3/2+?

GS+FMA: F.G. Kondev et al., PLB 512, 268 (2001) SHIP: A.Andreyev et al., PRC 80, 024302 (2009)

Why is decay of 1/2+ gs of 181Tl hindered, HF>3?Extensive ISOLDE data for g.s. of 181Tl are available, analysis underway