ITEM METADATA RECORD
Title: Quadrupole moments of isomers produced in projectile-fragmentation reactions.
Other Titles: Kwadrupoolmomenten van isomere toestanden geproduceerd in projectiel-fragmentatie reacties.
Authors: Vermeulen, Nele
Issue Date: 6-Jul-2009
Abstract: De ontdekking van spin-orientatie in projectiel-fragmentatie reacties he eft tot de mogelijkheid geleid om kernmomenten (i.e. de g factor en het spectroscopisch kwadrupoolmoment) van neutron-rijke kernen, die niet gep roduceerd kunnen worden via andere reactiemechanismen, op te meten. TDPA D is de meest geschikte methode om kwadrupoolmomenten van isomere toesta nden met halfwaardetijden van 10 ns tot ongeveer 100 microseconden te be studeren. De toepassing ervan op projectiel gealigneerde isomeren is tot nog toe erg beperkt gebleven en voorafgaand aan dit werk werden er enke l nog maar g-factor metingen uitgevoerd. In het eerste deel van deze thesis wordt een diepgaande behandeling van het TDPAD formalisme gepresenteerd. Tot op de dag van vandaag, worden de ze experimenten nog altijd uitgevoerd met slechts 3 a 4 detectoren. De g rote vraag naar bundeltijd maakt het de moeite waard om TDPAD te integre ren met andere gamma-spectroscopie experimenten. Met dit doel voor ogen werden er daarom in dit werk analytische uitdrukkingen afgeleid voor de beschrijving van TDPAD experimenten in een algemene geometrie. Projectiel-fragmentatie reacties bieden ook de mogelijkheid om gepolaris eerde kernen te selecteren. In tegenstelling tot metingen met gealigneer de kernen, zijn TDPAD experimenten met gepolariseerde kernen ook gevoeli g aan het teken van het kwadrupoolmoment. Het meten van het teken van he t kwadrupoolmoment kan interessant zijn omdat dit soms toelaat om een on derscheid te maken tussen het prolate of oblate karakter van de intrinsi eke vervorming. De haalbaarheid van zulke experimenten hangt sterk af va n bepaalde, tot nog toe onbekende, eigenschappen van het gepolariseerd e nsemble en verder experimenteel onderzoek is noodzakelijk. Het tweede deel van deze thesis beschrijft de eerste toepassing van de T DPAD techniek voor het bepalen van het kwadrupoolmoment van een isomere toestand, geproduceerd in een projectiel-fragmentatie reactie. De onderz ochte isomere toestand is de 9/2+ (E* = 861 keV, T1/2 = 239 ns) toestand in 61Fe, die een neutron 1g9/2 configuratie bezit. Er is een verschil v an mening in de literatuur of de groter wordende bezettingswaarschijnlij kheid van het neutron 1g9/2 orbitaal verantwoordelijk is voor het ontsta an van een aanzienlijke vervorming in de neutron-rijke Fe isotopen bij h et naderen van het neutrongetal N=40. Het meten van kwadrupoolmomenten i n dit massagebied zal toelaten om de vervorming te bepalen en bijdragen tot het ontrafelen van de kernstructuur in dit uitdagend gebied van de k ernkaart. Het experiment werd uitgevoerd in GANIL, waar de 61Fe isomeren geproduce erd en gealigneerd werden door de fragmentatie van een 64Ni bundel. De i someren werden geselecteerd door de LISE massaseparator en geimplanteerd in een Cd eenkristal met een loodrecht georienteerde veldgradient. Uit de verstoring van het uitgezonden gamma-vervalpatroon werd een kwadrupoo lmoment van 41(6) efm2 afgeleid. Aangezien het experiment werd uitgevoer d met een gealigneerde bundel, kon het teken van het kwadrupoolmoment ni et bepaald worden. Gemiddeld-veld berekeningen, gebruik makend van een nieuwe parameterisa tie van de Gogny kracht, voorspellen dat de 9/2+ isomeer prolaat of obla at kan zijn. Beide mogelijkheden geven aanleiding tot een kwadrupoolmome nt dat consistent is met de experimentele waarde. Dit bevestigt dat de 9 /2+ isomeer een matige vervorming heeft met beta2 = -0.21 of beta_2 = +0 .24. Volgens dezelfde berekeningen is de grondtoestand quasi sferisch, d us het vervormde karakter van de isomere toestand kan inderdaad worden t oegewezen aan het 'deformatie drijvende' effect van het neutron 1g9 /2 orbitaal. Het meten van kwadrupoolmomenten van grondtoestanden en iso mere toestanden van de meer neutron-rijke Fe isotopen zal toelaten om de evolutie van de deformatie te volgen en zal licht werpen op een mogelij ke vormcoexistentie van sferische en vervormde kerntoestanden bij lage e xcitatie energie.
Table of Contents: Introduction

I Time Differential Perturbed Angular Distribution experiments following projectile-fragmentation reactions

1 Perturbed spin orientation and angular distribution of gamma-rays
1.1 The hyperfine interaction
1.1.1 Magnetic dipole interaction
1.1.2 Electric quadrupole interaction
1.2 Nuclear spin orientation
1.2.1 Description of a spin-oriented nuclear ensemble
1.3 Spin orientation perturbed by the hyperfine interaction
1.3.1 The perturbation factors
1.3.2 Spin orientation perturbed by the magnetic dipole interaction
1.3.3 Spin orientation perturbed by the electric quadrupole interaction
1.4 Angular distribution of gamma-rays as a probe for perturbed spin orientation
1.4.1 Description of gamma-ray emission in the density matrix and statistical tensor formalism
1.4.2 Directional angular distribution of gamma-rays
1.4.3 Perturbed angular distribution of gamma-rays

2 TDPAD on spin-aligned projectile fragments
2.1 Spin orientation in projectile-fragmentation reactions
2.2 Spin alignment in projectile-fragmentation reactions
2.3 Orientation of the magnetic field or the electric-field gradient with respect to the alignment axis
2.4 Perturbed angular distribution in the LAB-frame
2.5 Magnetic dipole TDPAD
2.6 Electric quadrupole TDPAD
2.6.1 Single-crystal host
2.6.2 Polycrystalline host
2.6.3 Conclusion
2.7 Outlook: electric quadrupole TDPAD with a large detector array

3 TDPAD on spin-polarized projectile fragments
3.1 Polarization in projectile-fragmentation reactions
3.2 Measuring the magnitude and sign of the spectroscopic quadrupole moment
3.3 Probing the remaining second-rank tensor components
3.4 Conclusion

II Isomeric deformation in 61Fe: the role of the g9/2 orbital

4 Quadrupole moment of an intruder 9/2+ isomer in 61Fe
4.1 Physics motivation
4.2 Experimental details
4.2.1 Production and selection of the 61Fe isomers
4.2.2 Experimental setup
4.2.3 R(t) analysis and determination of eQs
4.3 Discussion
4.4 Conclusion and outlook

III Appendices

A Definitions, conventions and useful identities
A.1 Spherical harmonics and associated Legendre functions
A.2 Euler angles and Wigner rotation matrices
A.3 Wigner-Eckart theorem
A.4 Wigner 3j-symbols

B Expression for the coefficients determining the geometry of an electric quadrupole TDPAD experiment

C Errors extracted from x2 fits to the R(t) function

D First isomeric quadrupole moment measured in fragmentation
reactions: The case of 61Fe(9/2+)

E Samenvatting

Bibliography
ISBN: 978-90-8649-189-6
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Nuclear and Radiation Physics Section

Files in This Item:
File Status SizeFormat
thesis_NeleVermeulen.pdf.pdf Published 1605KbAdobe PDFView/Open

 


All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.