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Isoscalar Dipole Excitation in Tin Isotopes

Tscheuschner, Joachim (2018):
Isoscalar Dipole Excitation in Tin Isotopes.
Darmstadt, Technische Universität, [Online-Edition: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/8130],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

The investigation of the nuclear structure in stable and unstable nuclei revealed a concentration of dipole strength well below the Giant Dipole Resonance. In the low-lying dipole excitation a separation of the isoscalar and isovector part occurred. One of the questions to answer is the evolution of the excitation mode with increasing neutronexcess. The mode is probed with the tin isotopes Sn-128 and Sn-132 with inelastic isoscalar excitation in inverse kinematics. The experiment was performed at RIKEN RIBF in Japan, Wako. With the aid of the fragment separator BigRIPS and the spectrometer ZeroDegree Spectrometer were the reaction channel Sn(α ,α’γ ) selected. The target chamber CRYPTA embodied liquid helium as the isoscalar target. It was surrounded by two scintillating crystal arrays. They consists out of NaJ crystals (DALI2) and large volume LaBr3:Ce crystals (HECTOR) placed in forward direction. The detected γ-rays contain the information of the excitation energy. For both isotopes known transition energies, mainly decays of 2+ states to the ground state 0+ , were measured and their peak-centroid and cross section determined. The measured transition energies match the literature values. In addition, for both isotopes two new transition energies and their cross section were determined. The tran- sition energies in Sn-128 are 5.45(15) MeV and 6.35(15) MeV with the cross sections 112(29) μb and 79(29) μb, respectively, and in Sn-132 they are 6.25(10) MeV and 7.10(10) MeV with the cross sections 3.82(30) mb and 0.258(16) mb, respectively. The nature of the transitions is not clarified and theoretical alculations are performed. It is remarkable that no transition strength was bserved above the neutron separation-threshold. Under the assumption that the transitions are E1-type, the extracted results are com- pared to theoretical calculations performed for isoscalar low-lying dipole excitation using Quasiparticle Random Phase Approximation. Within the uncertainties they agree with each other. Furthermore, the results are compared to other experiments performed with stable isotopes and isoscalar probes. A clear trend of the excitation energy with the asymmetry N−Z was not observed. In addition the result for Sn-132 is compared to the isovector mode in the same isotope. The excitation energy is about 9.8(7) MeV. If the low-lying dipole mode was observed in the experiments, then the low-lying dipole modes separates in energy the isoscalar and isovector part.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2018
Creators: Tscheuschner, Joachim
Title: Isoscalar Dipole Excitation in Tin Isotopes
Language: English
Abstract:

The investigation of the nuclear structure in stable and unstable nuclei revealed a concentration of dipole strength well below the Giant Dipole Resonance. In the low-lying dipole excitation a separation of the isoscalar and isovector part occurred. One of the questions to answer is the evolution of the excitation mode with increasing neutronexcess. The mode is probed with the tin isotopes Sn-128 and Sn-132 with inelastic isoscalar excitation in inverse kinematics. The experiment was performed at RIKEN RIBF in Japan, Wako. With the aid of the fragment separator BigRIPS and the spectrometer ZeroDegree Spectrometer were the reaction channel Sn(α ,α’γ ) selected. The target chamber CRYPTA embodied liquid helium as the isoscalar target. It was surrounded by two scintillating crystal arrays. They consists out of NaJ crystals (DALI2) and large volume LaBr3:Ce crystals (HECTOR) placed in forward direction. The detected γ-rays contain the information of the excitation energy. For both isotopes known transition energies, mainly decays of 2+ states to the ground state 0+ , were measured and their peak-centroid and cross section determined. The measured transition energies match the literature values. In addition, for both isotopes two new transition energies and their cross section were determined. The tran- sition energies in Sn-128 are 5.45(15) MeV and 6.35(15) MeV with the cross sections 112(29) μb and 79(29) μb, respectively, and in Sn-132 they are 6.25(10) MeV and 7.10(10) MeV with the cross sections 3.82(30) mb and 0.258(16) mb, respectively. The nature of the transitions is not clarified and theoretical alculations are performed. It is remarkable that no transition strength was bserved above the neutron separation-threshold. Under the assumption that the transitions are E1-type, the extracted results are com- pared to theoretical calculations performed for isoscalar low-lying dipole excitation using Quasiparticle Random Phase Approximation. Within the uncertainties they agree with each other. Furthermore, the results are compared to other experiments performed with stable isotopes and isoscalar probes. A clear trend of the excitation energy with the asymmetry N−Z was not observed. In addition the result for Sn-132 is compared to the isovector mode in the same isotope. The excitation energy is about 9.8(7) MeV. If the low-lying dipole mode was observed in the experiments, then the low-lying dipole modes separates in energy the isoscalar and isovector part.

Place of Publication: Darmstadt
Divisions: 05 Department of Physics
05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics
05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik
05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik > Experimentelle Kernstrukturphysik, Radioaktive Ionenstrahlen
05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik > Experimental Nuclear Structure Physics with Exotic Ion Beams
Date Deposited: 09 Dec 2018 20:56
Official URL: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/8130
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-81308
Referees: Aumann, Prof.Dr. Thomas and Kröll, Prof. Dr. Thosrsten
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 12 February 2018
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
Die Untersuchung der Kernstruktur hat in stabilen und radioaktiven Kernen niedrig liegende E1 Übergange offen gelegt. Dabei wurde auch eine Separation der isoskalaren und isovektoriellen Mode entdeckt. Eine der offenen Fragen ist, wie sich diese Mode mit Veränderung des Neutronenüberschusses entwickelt. Zur Untersuchung dieser Mode, wurden die Zinnisotope Sn-128 und Sn-132 durch inelastische isoskalare Anregungen in inverser Kinematik untersucht. Das dazu durchgeführte Experiment fand am RIKEN RIBF in Japan, Wako statt. Unter Verwendung des Fragmentseparators BigRIPS und des Spektroskops ZeroDegree Spectrometer wurden die Reaktionskanäle Sn(α ,α’γ ) ausgewählt. Als Target wurde CRYPTA mit flüssigem Helium verwendet. Das Target war von zwei szintillierenden Detektorgruppen umschlossen. Diese bestanden aus NaJ Kristallen (DALI2) und großvolumigen LaBr 3 :Ce Kristallen (HECTOR) in Vorwärtsrichtung. Die nachgewiesenen γ-Quanten geben Aufschluss über die Anregungsenergie der Zustände in den beiden Zinnisotopen. Für beide Isotope wurden bereits bekannte Übergänge, hauptsächlich 2+ zum Grundzustand 0+ , gemessen und deren Schwerpunktsenergien und Wirkungsquerschnitte bestimmt, wobei deren Übergangsenergien mit den Literaturwerten überein- stimmen. Des Weiteren wurden für beide Isotope jeweils zwei neue Übergangsenergien und deren Wirkungsquerschnitte bestimmt. Für Sn-128 wurden die Energien zu 5.45(15) und 6.35(15) MeV mit den Wirkungsquerschnitten 112(29) μb und 79(29) μb ermittelt. Und für Sn-132 zu 6.25(10) MeV und 7.10(15) MeV mit den Wirkungsquerschnitten 3.82(30) mb und 0.258(16) mb bestimmt. Welche Art die neuen Übergänge sind, ist bisher noch nicht geklärt, aber theoretische Untersuchungen dazu sind auf dem Weg. Bemerkenswert ist, dass oberhalb der Neutronenseparationsschwelle keine Übergangsstärke beobachtet wurde. Unter der Annahme eines E1-Übergangs, wurden die Ergebnisse mit theoretischen Berechnungen für isoskalare Dipolanregungen, basierend auf Quasiparticle Random Phase Approximation, verglichen. Innerhalb der Unsicherheiten stimmen die Ergebnisse überein. Außerdem sind die Ergebnisse mit anderen durchgeführten Experimenten mit stabilen Isotopen verglichen worden. In diesen Experimenten wurden auch isoskalare Sonden verwendet. Ein klarer Trend der Anregungsenergie als Funktion der Asymmetrie N−Z ist nicht zu erkennen. Das Ergebnis für Sn-132 wurde zudem mit einem Experiment verglichen, in dem die isovektorielle Mode angesprochen wird und deren Anregungsenergie bei 9.8(7) MeV liegt. Falls es sich um eine niedrig liegende Dipolanregung handelt ergibt sich auch für das instabile Sn-132 eine Separation zwi- schen den isoskalaren und isovektoriellen Anregungen in der Anregungsenergie.German
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