Metodyka eksperymentów w badaniach jąder o dużej deformacji

Podobne dokumenty
Chiralność w fizyce jądrowej. na przykładzie Cs

Zjawisko Dopplera w fizyce jądrowej. 3.1 Wstęp. (opracowany na podstawie podręcznika Mayera-Kuckuka [8])

Jądra o dużych deformacjach. Jądra o wysokich spinach.

Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów UW

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

Podstawowe własności jąder atomowych

Badania eksperymentalne kolektywnej struktury nuklidów z pobliża jąder magicznych- 40 Ca i 56 Ni, przy wysokim spinie

Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

Detekcja promieniowania elektromagnetycznego czastek naładowanych i neutronów

Model uogólniony jądra atomowego

i. m.henr n yka N ie i wod o n d i n c i zańs ń kie i go

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

J7 - Badanie zawartości manganu w stali metodą analizy aktywacyjnej

Identyfikacja cząstek

Badanie Gigantycznego Rezonansu Dipolowego wzbudzanego w zderzeniach ciężkich jonów.

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

Pomiar koincydencji γ-γ jako metoda badań poziomów wzbudzonych jądra atomowego

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

RECENZENT Jan Kownacki. REDAKTOR INICJUJĄCY Beata Koźniewska. SKŁAD I ŁAMANIE Jarosław Perkowski. KOREKTA TECHNICZNA Leonora Wojciechowska

Dwie lub więcej cząstek poza zamkniętą powłoką

Rozpad gamma. Przez konwersję wewnętrzną (emisję wirtualnego kwantu gamma, który przekazuje swą energię elektronom z powłoki atomowej)

SPEKTROMETRIA CIEKŁOSCYNTYLACYJNA

Analiza aktywacyjna składu chemicznego na przykładzie zawartości Mn w stali.

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

J6 - Pomiar absorpcji promieniowania γ

J8 - Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

γ6 Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

Spin jądra atomowego. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Theory Polish (Poland)

Fizyka jądrowa z Kosmosu wyniki z kosmicznego teleskopu γ

P O L S K I E J A K A D E M I I N A U K

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2013

J17 - Badanie zjawiska Dopplera dla promieniowania gamma

C2: WYKORZYSTANIE DETEKTORA PÓŁPRZEWODNIKOWEGO W POMIARACH PROMIENIOWANIA

Zagadnienia do egzaminu licencjackiego

Temat 1 Badanie fluorescencji rentgenowskiej fragmentu meteorytu pułtuskiego opiekun: dr Chiara Mazzocchi,

Oddziaływanie cząstek z materią

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 3 Promieniotwórczość naturalna

Ćwiczenie 3++ Spektrometria promieniowania gamma z licznikiem półprzewodnikowym Ge(Li) kalibracja energetyczna i wydajnościowa

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Doświadczenie nr 6 Pomiar energii promieniowania gamma metodą absorpcji elektronów komptonowskich.

PRACOWNIA JĄDROWA ĆWICZENIE 10. Spektrometria promieniowania γ z wykorzystaniem detektora scyntylacyjnego

Β2 - DETEKTOR SCYNTYLACYJNY POZYCYJNIE CZUŁY

Fizyka współczesna. Jądro atomowe podstawy Odkrycie jądra atomowego: 1911, Rutherford Rozpraszanie cząstek alfa na cienkich warstwach metalu

Rozpad alfa. albo od stanów wzbudzonych (np. po rozpadzie beta) są to tzw. długozasięgowe cząstki alfa

Fragmentacja pocisków

Ćwiczenie nr 2 : Badanie licznika proporcjonalnego fotonów X

Ćwiczenie 3 : Spektrometr promieniowania gamma z licznikiem półprzewodnikowym Ge(Li)

Modele jądra atomowego

O egzotycznych nuklidach i ich promieniotwórczości

Jądra dalekie od stabilności

LNL Legnaro, IFIC Valencia, GSI, ZFJA. Ernest Grodner Weryfikacja hipotezy udziału kolektywnych bozonów w rozpadzie beta 62 Ga

Słowniczek pojęć fizyki jądrowej

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

Wyznaczanie współczynnika rozpraszania zwrotnego. promieniowania β.

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Badanie próbek środowiskowych

3. Zależność energii kwantów γ od kąta rozproszenia w zjawisku Comptona

Badanie absorpcji promieniowania γ

Energetyka Jądrowa. Wykład 3 14 marca Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

Atom wodoru i jony wodoropodobne

Marek Kowalski

Wyznaczanie energii promieniowania γ pochodzącego ze. źródła Co metodą absorpcji

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Oddziaływanie Promieniowania Jonizującego z Materią

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

Reakcje jądrowe. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

Wyznaczanie profilu wiązki promieniowania używanego do cechowania tomografu PET

Seminarium. -rozpad α -oddziaływanie promienowania z materią -liczniki scyntylacyjne. Konrad Tudyka

Podczerwień bliska: cm -1 (0,7-2,5 µm) Podczerwień właściwa: cm -1 (2,5-14,3 µm) Podczerwień daleka: cm -1 (14,3-50 µm)

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

E 2 E = 2. Zjawisko Mössbauera. Spoczywające jądro doznaje przejścia e-m z emisją fotonu γ. Zastosujmy zasadę zachowania energii i pędu:

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

Energetyka Jądrowa. Wykład 28 lutego Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

gamma - Pochłanianie promieniowania γ przez materiały

Ćwiczenie nr 5. Pomiar górnej granicy widma energetycznego Promieniowania beta metodą absorpcji.

Co to są jądra superciężkie?

Spektroskopia Fluorescencyjna promieniowania X

Promieniowanie jonizujące

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

Promieniowanie jonizujące

Jak działają detektory. Julia Hoffman

CHEMIA LEKCJA 1. Budowa atomu, Izotopy Promieniotwórczość naturalna i sztuczna. Model atomu Bohra

J14. Pomiar zasięgu, rozrzutu zasięgu i zdolności hamującej cząstek alfa w powietrzu PRZYGOTOWANIE

Pψ ψ ψ. r p r p. r r, θ π θ, ϕ π + ϕ. , 1 l m

BADANIE KORELACJI KIERUNKOWYCH DLA KASKADY PROMIENIOWANIA GAMMA EMITOWANEGO W ROZPADZIE ANIHILACYJNEGO POZYTONÓW Z ROZPADU 22 NA

III. EFEKT COMPTONA (1923)

Foton, kwant światła. w klasycznym opisie świata, światło jest falą sinusoidalną o częstości n równej: c gdzie: c prędkość światła, długość fali św.

Transkrypt:

Metodyka eksperymentów w badaniach jąder o dużej deformacji 1. Pomiar i identyfikacja przejść elektromagnetycznych pomiędzy stanami pasm rotacyjnych a) określenie energii przejścia, czasużycia poziomów 2. Charakterystyka układów pomiarowych a) wielodetektorowe układy dużych liczników germanowych z osłonami antykomptonowskimi (stosunek P/T = 0,6) b) dodatkowo detektory cząstek naładowanych i neutronów c) duża wydajność i dobra zdolność rozdzielcza w pomiarach kwantówg d) pomiary wielkorotnych koincydencji kwantówg

Pomiar i identyfikacja przejść elektromagnetycznych pomiędzy stanami pasm rotacyjnych

Rejestracja kwantów γ Spektrometr γ na wiązce ciężkich jonów 1. Energetyczna zdolność rozdzielcza detektorów 2. Wydajność i granulacja układu

Przyczyny użycia dużej liczby detektorów 1. zapewnienie dużej wydajności rejestracji kwantów g a) detektory blisko tarczy b) zapewnienie kąta bryłowego ok. 4π 2. konieczność odsunięcia detektorów od tarczy w celu redukcji a) wielokrotnych rejestracji w jednym detektorze b) dopplerowskiego poszerzenia linii g E = E γ 0 (1+v/c cos θ) θ => E γ g θ v detektor rozmycie kątowe θ

Badanie koincydencji czasowych między kwantami g g 2 g 1 g 1 g 2 g 0 g 0 Rozstrzygnięcie, który schemat poziomów jest prawdziwy: 1. wybór właściwej kaskady g (z wybranego jądra wzbudzonego), zarejestrowanej jednocześnie z kwantem g 0 2. Wybór kaskady g zarejestrowanej jednocześnie z kwantem g 1 Bada się wielokrotne koincydencje - konieczne szybkie komputery o dużej pamięci

Analiza koincydencji wielokrotnych

Historia układów pomiarowych

Historia układów pomiarowych

Charakterystyka układów pomiarowych Osłony anty-komptonowskie zasada działania Linia pełnej energii Linia podwójnej ucieczki Linia pojedynczej ucieczki Krawędź komptonowska Oddziaływanie kwantu g w detektorze Odpowiedź detektora na monoenergetyczny kwant g

Ograniczenia Osłony anty-komptonowskie pokrywają ~ 50% kąta 4p Antykoincydencja pomiędzy Ge i AC Odrzucenie zdarzeń komptonowskich Główny czynnik ograniczający wydajność układu (czynnik geometrii)

Charakterystyka układów pomiarowych Osłony anty-komptonowskie efekt działania Stosunek P/T

Detektor Algorytm śledzenia g Detektor jest używany jak detektor czuły na pozycję Identyfikuje się pojedyncze punkty oddziaływania Określa się sekwencję oddziaływań kwantu g Rekonstruuje się energię wchodzącego kwantu g

Układy eksperymentalne 1. EUROBALL w Europie 2. GAMMASPHERE w LBL w Berkeley w USA 3. AGATA w Europie 4. OZIRIS w Warszawie

EUROBALL 30 dużych detektorów HPGe 26 detektorów HPGe typu Clover 15 detektorów HPGe typu Cluster W sumie 239 detektorów HPGe Dodatkowe detektory: Si -ball detektor cząstek naładowanych BGO-ball detektor - filtr krotności Ściana neutronowa

GAMMASPHERE 110 HPGe dużych (φ10cm 10cm) detektorów w osłonach z BGO, w tym 70 detektorów złożonych z 2 segmentów - granulacja poprawia zdolność rozdzielczą FWHM dla E g = 1 MeV wynosi 2 kev P/T ª 55%

GAMMASPHERE

GAMMASPHERE dodatkowe detektory Microball = 95 CsI rejestruje p, d, t, 3,4 He, pomaga określić kanał reakcji Compact Heavy Ion Counter CHICO przednia i tylna sfera zawierające po 10 detektorów czułych na pozycję do rejestracji ciężkich fragmentów w koincydencji z γ

GAMMASPHERE dodatkowe urządzenia Plunger urządzenie stosowane do pomiarów czasów życia jąder metodą RDM

Główne cechy detektora AGATA Wydajność: 43% (M=1) 28% (M=30) Obecne układy: 10% (M=1) 5% (M=30) P/T: 58% (M=1) 49% (M=30) Obecnie: 55% (M=1) 40% (M=30) 180 kryształów pogrupowanych w 60 potrójnych klastrów, każdy klaster w jednym kriostacie FWHM (1 MeV) 6 kev Obecnie: 40 kev Rozdzielczość kątowa: 1 0

Podstawowe elementy techniki śledzenia Identyfikacja punktów oddziaływania Silnie segmentowane detektory HPGe Rekonstrukcja śladów Analiza kształtu impulsu Cyfrowa elektronika do rejestracji i przetworzenia sygnału z segmentu Rekonstrukcja pełnej informacji o kwancie g

Silnie segmentowany detektor HPGe Wynik zastosowania techniki śledzenia

OZIRIS przy Warszawskim Cyclotronie ZFJAt: Ch. Droste, E. Grodner, T. Morek, SLCJ: J. Kownacki, J. Srebrny

Pomiar czasówżycia jąder wzbudzonych 1. Bezpośredni pomiar czasużycia a) z użyciem przelicznika b) z użyciem analizatora wielokanałowego jako multiscalera 2. Metoda koincydencji opóźnionych 3.Metoda RDM (Recoil Distance Method) - pomiar promieniowania γ jąder odrzutu 4. Metoda DSAM (Doppler Shift Attenuation Method) 5. Metoda wykorzystująca wzbudzenia kulombowskie jąder

Bezpośredni pomiar czasużycia Prawo rozpadu: N(t) = N 0 e -lt l - stała rozpadu [s -1 ] Czas połowicznego zaniku T 1/2 = ln2/ l 0,693/ l Czas życia: τ = 1/ l = T 1/2 / ln2 1,44 T 1/2 Aktywność: A(t) = A 0 e -lt ln A(t) = ln A 0 - t/ τ

Bezpośredni pomiar czasużycia a) z użyciem przelicznika (dla τ rzędu min) źródło detektor przedwzmacniacz wzmacniacz przelicznik Pomiar A(t) ln A(t) ln A(t) = ln A 0 - t/ τ t

Bezpośredni pomiar czasużycia b) z użyciem analizatora wielokanałowego jako multiscalera dla τ 10-3 s źródło detektor przedwzmacniacz wzmacniacz multiscaler τ 1 ms ln A(t) t

Metoda koincydencji opóźnionych detektor detektor przedwzmacniacz przedwzmacniacz wzmacniacz linia opóźniająca wzmacniacz układ koincydencyjny dla τ 10-11 s przelicznik

Metoda RDM (Recoil Distance Method) - pomiar promieniowania γ jąder odrzutu

Metoda RDM (Recoil Distance Method) - pomiar promieniowania γ jąder odrzutu I s Prawo rozpadu: N(t) = N 0 exp (-t / τ) Natężenie linii o E u : I u = I 0 exp (-d/(v τ)) Natężenie linii o E s : I s = I 0 - I u = I 0 (1-exp (-d/(v τ)) I u /(I u + I s ) = exp (-d/(v τ))

Metoda RDM (Recoil Distance Method) - pomiar promieniowania γ jąder odrzutu I u /(I u + I s ) nachylenie = - 1/(v τ) d dla τ = 1 ps - 1000 ps dla τ = 10-9 s - 10-12 s

Plunger przy GAMMASPHERE

Metoda DSAM (Doppler Shift Attenuation Method) v 1 E 1 = E 0 (1+v 1 /c) wiązka v 2 < v 1 detektor E 2 = E 0 (1+v 2 /c) v 3 = 0 E 3 = E 0 cienka tarcza gruba podkładka dla τ = 0,01 ps - 10 ps dla τ = 10-11 s - 10-14 s

Metoda DSAM (Doppler Shift Attenuation Method) E 1 = E 0 (1+v 1 /c) E 2 = E 0 (1+v 2 /c) I E 3 = E 0 E 1 E 2 E 3 E τ = 0,01 ps - 10 ps

Wykorzystanie zjawiska Dopplera do pomiaru bardzo krótkich czasów życia poziomów jądrowych t (stopowania) τ (jądrowy) τ = 10-14 s - 10-11 s detektor N γ E a = E 0 (1+v 1 /c cos θ) E b = E 0 (1+v 2 /c cos θ) a) b) c) tarcza stoper E γ jądra odrzutu wiązka jonów E c = E 0 T S

OZIRIS przy Warszawskim Cyclotronie ZFJAt: Ch. Droste, E. Grodner, T. Morek, J. Srebrny

122 Sn ( 14 N, 4n ) 132 La 120 100 984 kev, 38 0 0.28±0.07 ps 43/2-80 60 30 1092 40 0.41±0.07 ps 39/2-20 0.40±0.06 ps 0.45±0.09 ps 35/2-31/2-75 125 190 1054 985 901 25 125 0-20 240 200 975 980 985 990 995 1000 Energy [kev] 984 kev, 142 0 0.64±0.14 ps 27/2-160 360 793 210 120 1.25±0.25 ps 23/2-625 672 315 80 40 4.3±1.2 ps 19/2-1000 533 0 56±3 ps 15/2-336 11/2 -, 170 µs 975 980 985 990 995 1000 Energy[keV]

Pomiar czasów życia poprzez wzbudzenie kulombowskie jądra wzbudzenie kulombowskie 1. występuje tylko oddziaływanie elektromagnetyczne, nie występuje oddziaływanie jądrowe 2. pole elektromagnetyczne powoduje dynamiczną deformację jądra lub (gdy jest ono trwale zdeformowane) jego obrót - kolektywna wibracja lub rotacja 3. największe prawdopodobieństwo wzbudzeń kulombowskich o niskiej energii i małej multipolowości (E2) 4. możliwe jest wielokrotne wzbudzenie kulombowskie

3.15 Pomiar czasów życia poprzez wzbudzenie kulombowskie jądra 16 + 2.56 2.01 1.50 1.04 0.64 0.32 0.10 0 170 Hf 14 + 12 + 10 + 8 + 6 + 4 + 2 + 0 + 5. prawdopodobieństwo wzbudzenia kulombowskiego rośnie ze wzrostem energii pocisku 6. prawdopodobieństwo wzbudzenia kulombowskiego rośnie ze wzrostem masy (ładunku) pocisku 7. wzbudzeniu kulombowskiemu może ulec jądro tarczy lub/i jądro pocisku B(E2) λ τ dla τ 10-13 s

Pasma chiralne (dowód na istnienie trójosiowych kształtów jąder)

Trzy wzajemnie prostopadłe wektory mogą tworzyć układ lewo-skrętny lub prawo-skrętny. Są przypuszczenia, że niektóre jądra mogą istnieć w dwu odmianach: lewo i prawo-skrętnej. Warunkiem koniecznym istnienia lewo-skrętnej i prawoskrętnej konfiguracji w jądrze jest występowanie trzech prostopadłych wektorów momentu pędu.

j p 132 La j n operator chiralny = R(180 o ) T Taka sytuacja występuje dla jąder trójosiowych z walencyjnym protonem i dziurą neutronową. Te trzy wektory to wektory tworzące całkowity moment pędu jądra: moment pędu walencyjnego protonu j p, walencyjnej dziury neutronowej j n i moment pędu parzysto-parzystego rdzenia R.

W jądrach o A 130 jądra parzysto-parzyste nie są sferyczne, ale mają kształt trójosiowej elipsoidy. Jądro trójosiowe - rotacja wokół osi o największym momencie bezwładności. Dodanie protonu - jak najmniejsza energia dodana- duży promień orbity. Odjęcie neutronu - jak największa energia odjęta- mały promień orbity. Tworzą się 3 wektory wzajemnie prostopadłe, które w układzie związanym z jądrem mogą różnić się chiralnością. R(180 o ) T =

T = R(180 o ) = R(180 o ) T =

Przewidywane obserwacje eksperymentalne Występowanie w jednym jądrze dwóch w przybliżeniu zdegenerowanych pasm rotacyjnych: podobne energie, identyczne spiny i parzystości, podobne czasy życia, podobne własności elektromagnetyczne 122 Sn + 14 N 4n + 132 La E( 14 N) = 70 MeV 122 Sn + 10 B = 4n + 128 55Cs E( 10 B) = 55 MeV 4n + ( 128 54Xe + p + n -1 )

Zmierzone pasma podejrzewane o chiralność

Symetria chiralna w jądrach atomowych Lewo- i prawo- skrętne molekuły zostały odkryte w przyrodzie przez Ludwika Pasteura w połowie XIX w. W jądrach atomowych: 1. Pierwsze rozważania teoretyczne na temat łamania symetrii chiralnej Frauendorf, Mang 1997 2. Identyfikacja chiralnych pasm partnerskich oparta na energii poziomów 2001 3. Sformułowano model CPHC (Core Particle Hole Coupling) zastosowany do 132 La 2002 4. Pierwsze wyniki pomiarów czasów życia w hipotetycznych pasmach partnerskich (SLCJ, OSIRIS II, DSA) 2003 5. Pomiar czasów życia poziomów partnerskich pasm chiralnych w 128 Cs (OSIRIS III) 2004