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Gassmann, David (2003): Spektroskopie im superdeformierten Minimum von 240 Pu. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

The present work gives an overview on the experimental results of the spectroscopy in the second minimum of the double-humped fission barrier of ^240Pu and the derived conclusions on the structure of collective excitation modes in deformed nuclei. From the combined analysis of γ-decay and conversion electron measurements and an experiment on the transmission resonances in the prompt fission probability a detailed level scheme for the second minimum of an actinide nucleus could be established for the first time. Excitation energies, spins, parities and lifetimes of collective excitations above the groundstate band of the isomer up to β-vibrational multiphonon excitations could be established. Contrary to the experiments in the high-spin region of superdeformed nuclei, which were promoted extraordinarily during the last years, the K-purity of the isomer states populated with low spins allows for a clear separation of vibrational and rotational excitations. Therefore low-lying collective vibrational bands could be identified unambiguously as K^π i=0^-, 1^- and 2^- -octupole bands, as well as the lowest-lying β-vibrational band. After determining the energy of the β-vibrational phonon it became possible to identify the resonance groups in the prompt fission probability as the third and fourth β-vibrational phonon. The complete spectroscopy of the K^ π =0^+ states in the transmission resonance experiment made it possible to determine the excitation energy of the fission isomeric ground state from measured level densities with a recently developed method. Very interesting was furthermore the observation of the predominant population of negative parity states (98 %) in the second minimum, most likely attributed to a filtering action of the inner and outer fission barrier. Finally the measured rotational bands give hints on the behaviour of the moments of inertia of superdeformed nuclei with increasing excitation energy. The measurements could help to better understand the multiphonon states in the first minimum, where much stronger mixing with quasiparticle states occur.

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden die Experimente zur Spektroskopie im II. Minimum der doppelhöckrigen Spaltbarriere von ^240Pu und die sich daraus ergebenden Erkenntnisse zur Struktur der Kernanregungen von stark deformierten Kernen vorgestellt. Durch die kombinierte Analyse von γ-spektroskopischen sowie Konversionselektronen-Experimenten mit den Messungen der Transmissionsresonanzen in der prompten Spaltwahrscheinlichkeit gelang es zum ersten Mal, ein detailliertes Niveauschema der Zustände im II. Minimum eines Aktinidenkernes zu erstellen. Anregungsenergien, Spins, Paritäten und Lebensdauern kollektiver Anregungen konnten oberhalb der Grundzustandsbande bis hin zu β-Vibrations-Multiphonon-Zuständen bestimmt werden. Im Gegensatz zu den in den letzten Jahren mit großem Aufwand durchgeführten Experimenten im Hochspinbereich superdeformierter Kerne erlaubt die K-Reinheit der bei niedrigen Drehimpulsen populierten Formisomere eine klare Trennung von Vibrations- und Rotationsanregungen. Mit den im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Experimenten gelang es daher, niedrig liegende kollektive Vibrationsbanden eindeutig als K^π =0^-, 1^- und 2^--Oktupolbanden sowie als das energetisch am tiefsten liegende β-Vibrationsphonon zu identifizieren. Durch die Bestimmung der Energie des β-Vibrationsphonons gelang es zudem, die Resonanzgruppen in der prompten Spaltwahrscheinlichkeit eindeutig dem 3. und 4. β-Vibrationsphonon zuzuordnen. Außerdem ließ sich durch die komplette Spektroskopie der K^π = 0^+-Zustände im Transmissionsresonanz-Experiment die Grundzustandsenergie des Formisomers unabhängig von den bisher verwendeten Methoden mit hoher Genauigkeit bestimmen. Dabei kam eine neu entwickelte Methode zum Einsatz, welche den Niveaudichte-Formalismus ausnutzt. äußerst bemerkenswert war es festzustellen, dass im II. Minimum fast ausschließlich tiefliegende Zustände negativer Parität (98~\%) populiert wurden, was auf eine Filterwirkung der inneren und äußeren Spaltbarriere zurückgeführt werden kann. Mit der Gesamtheit der gemessenen Rotationsbanden wurde schließlich der Kenntnisstand über das Verhalten der Trägheitsmomente bei großer Deformation und zunehmender Anregungsenergie erheblich erweitert. Die gewonnenen Erkenntnissen könnten in der Zukunft dazu beitragen, auch die Multiphonon-Zustände im I. Minimum von deformierten Kernen besser zu verstehen, die dort im Vergleich zum II. Minimum einer viel stärkeren Wechselwirkung mit Vielquasiteilchen-Niveaus unterliegen.