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Würkner, Michael (2003): Spektroskopie der Oktupolkorrelationen von 231Pa und 229Pa mit adaptierten Koinzidenzteilchendetektorsystemen. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

The shape of a nucleus can be defined in a classical view by a sphere of constant density of positive space-charge in a body-fixed frame of reference. Experimental observations can be interpreted as deviations from spherical symmetry of the nucleus. Static shapes of nuclei in the periodic table near the valley of stability predominantly are rotationally symmetric and mostly quadrupole deformed (American football or lens). For nuclei in time-dependent excited states asymmetric terms are known, like octupole deformation (pear shape). The group of actinides lies in a transition region with possible "static octupole deformation". For a fixed proton number (Z = 91) the impact of changing octupole correlations with neutron number on the configuration of 31Pa and 229Pa was analysed in the present work. A detector optimized for the reaction 231Pa(22 MeV p,t)229Pa at the Munich Universities tandem accelerator laboratory gave experimental clues of the 229Pa ground-state energy. A detailed study of231Pa by Coulomb-excitation with 148 MeV 32S und 255, 260, 261 MeV 58Ni projectiles can answer open questions on octupole correlations and determines a multitude of transition matrix elements as well as their global parameters in an enlarged level scheme. A segmented coincidence detector for backscattered particles with read-out electronics and software for high resolution, combined with Compton-suppressed and background-reduced-gamma spectroscopy following Coulomb-excitation was developed for the NORDBALL gamma-spectrometer of the Niels Bohr Institute Tandem Accelerator Laboratory, Risø (Denmark). An optional extension of the detector system, built by the University of Warsaw (Poland), can be integrated. For some experiments a Si-detector of the College of Industrial Technology Amagasaki (Japan) was used. The 1/2[530] ground-state band 231Pa could be followed up to spin 39/2-, the 1/2[400]+1/2[660] parity-partner band up to 23/2+ and the 3/2[651] side band up to 37/2+. The simulation of Coulomb-excitation with the code GOSIA helped to fit the parameters of a model system consisting of three bands with 47 levels and interconnecting 672 matrix elements of E1, E2, E3, E4 and M1 transitions to experimental data within chi^2/n=1. As far as possible the calculation remained model-independent and led to values for model parameters of multipole moments and deformation. The determination of signs of matrix elements is discussed. Different methods of error analysis were used. The results were related to the experimental known properties of neighbouring nuclei. A comparison of the results with calculations by the Charles University, Prague (Czech Republic) in the one-quasiparticle-plus-phonon model with Coriolis-coupling is given.

Abstract

Die Form eines Kerns ist nach klassischer Vorstellung durch einen Bereich konstanter Dichte positiver Raumladung in einem körperfesten Bezugssystem definierbar. Experimentelle Beobachtungen lassen sich durch Symmetrieabweichungen von einer Kugelform des Kerns deuten. Die statischen Kernformen im Periodensystem nahe dem Tal der Stabilität sind überwiegend rotationssymmetrisch und hauptsächlich quadrupoldeformiert (amerikanischer Fußball oder Linse). Bei Kernen in zeitlich veränderlichen Anregungszuständen sind mit zunehmender Energie außerdem asymmetrische Terme bekannt, wie die Oktupoldeformation (Birnenform). Im Bereich der Aktiniden liegt eine Übergangsregion zu möglicher "statischer Oktupoldeformation". Bei konstanter Protonenzahl (Z=91) wurde der Einfluss der Änderung von Oktupolkorrelationen mit der Neutronenzahl auf die Struktur von 231Pa und 229Pa untersucht. In Richtung zunehmender Oktupolwechselwirkung gab ein für die 231Pa(22 MeV p,t)229Pa Reaktion optimiertes Detektorsystem am Tandem-Beschleuniger Labor der Universitäten Münchens experimentelle Hinweise auf die Grundzustandsenergie von 229Pa. Die detaillierte Untersuchung durch Coulombanregung mit 148 MeV 32S und 255, 260, 261 MeV 58Ni Projektilen klärte offene Fragen der Struktur von 231Pa bei abnehmenden Oktupolkorrelationen und bestimmte neben einem erweiterten Niveauschema eine Vielzahl von Übergangsmatrixelementen, sowie die sie global beschreibenden Parameter. Zur hochauflösenden, Compton-unterdrückten und untergrundreduzierten gamma-Spektroskopie nach Coulombanregung wurde ein segmentierter Detektor zum Nachweis in Koinzidenz gestreuter Teilchen für das NORDBALL gamma-Spektrometer des Tandem-Beschleuniger Labors des Niels Bohr Instituts, Risø (Dänemark), mit zugehöriger Auswertungselektronik und Software entwickelt. In das Detektorsystem ist eine Ergänzung der Universität Warschau (Polen) integrierbar. Anfänglich konnte ein Si-Detektor des College of Industrial Technology, Amagasaki (Japan) genutzt werden. Das 1/2[530] Grundzustandsband von 231Pa wurde bis zum Zustand mit Spin 39/2-, das 1/2[400]+1/2[660] Paritätspartnerband bis 23/2+ und das 3/2[651] Seitenband bis 37/2+ beobachtet. Die Simulation der Coulombanregung mit dem Computerprogramm GOSIA half ein Modellsystem aus drei Bändern mit 47 Zuständen und verbindenden 672 Matrixelementen der E1, E2, E3, E4 und M1 Übergänge an die experimentellen Daten mit chi^2/n=1 anzupassen. Soweit möglich blieb die Rechnung modellunabhängig und führte zu Werten für Modellparameter der Multipolmomente und der Deformation. Auf die Bestimmbarkeit von Vorzeichen der Matrixelemente wurde eingegangen. Verschiedene Methoden der Fehleranalyse kamen zum Einsatz. Die Ergebnisse wurden in das experimentelle Umfeld der Nachbarkerne eingeordnet. Ein Vergleich der spektroskopischen Resultate mit Rechnungen an der Karls-Universität, Prag (Tschechische Republik), im Ein-Quasiteilchen-plus-Phonon Modell mit Corioliskopplung wurden angegeben.