AUTOREFERAT 1. Imię i Nazwisko: Jarosław Perkowski 2. Wykształcenie i stopnie naukowe: studia na Wydziale Fizyki i Chemii Uniwersytetu Łódzkiego - 1996 2001, magister fizyki 2001, temat pracyμ Efektywność rejestracji elektronów konwersji wewnętrznej w układzie elektronowód spektrometr półprzewodnikowy, w szerokim zakresie energii elektronów promotor: dr hab. Józef Andrzejewski studia doktoranckie na Wydziale Fizyki i Chemii UŁ - 2001-2005 doktor nauk fizycznych - 2005, Uniwersytet Łódzki, temat pracy: Nowe eksperymentalne podejście do wyznaczania strat energii jonów w cienkich absorbentach promotorzy : dr hab. Józef Andrzejewski, dr hab. Władysław Trzaska (Uniwersytet Jyvaskyla, Finlandia) 3. Przebieg pracy zawodowej: Od 2000 do 2001: pracownik techniczny w Katedrze Fizyki Jądrowej i Bezpieczeństwa Radiacyjnego (KFJiBR) w Uniwersytecie Łódzkim, Od 2001 do 2005: asystent doktorant w KFJiBR, Od 2005 do dnia dzisiejszego: adiunkt w KFJiBR, na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej UŁ. 1
4. Wskazanie osiągnięcia* wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. 2016 r. poz. 882 ze zm. w Dz. U. z 2016 r. poz. 1311.): Tytuł osiągnięcia naukowego: Badanie stanów izomerycznych I π = K π = 8 - w jądrach trójosiowych metodami spektroskopii elektronów konwersji wewnętrznej i promieniowania Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego 2017 Recenzent Wydawniczy: prof. dr hab. Jan Kownacki Omówienie celu naukowego pracy i osiągniętych wyników Napisana przeze mnie monografia podsumowuje badania własno ci izomerów K w jądrach 130 Ba, 132 Ce, 134 Nd i 184 Pt wykonane przy wykorzystaniu techniki pomiarowej opierającej się na spektrometrii elektronów konwersji wewnętrznej oraz kwantów gamma w rodowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego ( LCJ UW). Do rejestracji elektronów konwersji wewnętrznej były wykorzystywane spektrometry zbudowane w Uniwersytecie Łódzkim przy wiodącym udziale autora tej pracy. We wszystkich eksperymentach przeprowadzonych w LCJ w latach 2003-2017 byłem ich koordynatorem (z ang. spokesperson) i przedstawiałem ich założenia przed członkami międzynarodowego Komitetu Eksperymentów tego laboratorium. Badania własno ci izomerów K były również przedmiotem dwóch zrealizowanych grantów, którymi kierowałem: 1. Tytuł: Badanie wpływu trójosiowości jąder atomowych na rozpad izomerów K π =8 - w nuklidach o liczbie neutronów N=74 metodą wyznaczania współczynników konwersji wewnętrznej Numer grantu: N N202 181638 Czas trwania: 2010 2012 Budżet projektu: 99 580 zł Źródło finansowania: Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego 2. Tytuł: Badanie K-izomerów za pomocą spektrometru elektronów Numer grantu: 2011/03/B/ST2/02660 Czas trwania: 2012 2016 Budżet projektu: 335 000 zł Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki w Krakowie 2
W swojej monografii opieram się na wynikach opublikowanych w siedmiu następujących pracach z załączonej listy moich publikacjiμ 21. J. Andrzejewski, A. Król, J. Perkowski, K. Sobczak, R. Wojtkiewicz, M. Kisieliński, M. Kowalczyk, J. Kownacki, A. Korman Electron spectrometer for in-beam spectroscopy Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 585 (2008) 155 23. A. Król, J. Andrzejewski, J. Perkowski, K. Sobczak, M. Kisieliński, M. Kowalczyk, J. Kownacki, A. Korman The internal conversion electron and gamma spectroscopy in the 14 N + 197 Au reaction measurements Acta Physica Polonica B, Vol. 39, No 2 (2008) 495 26. J. Perkowski, J. Andrzejewski, J. Srebrny, A.M. Bruce, Ch. Droste, E. Grodner, M. Kisieliński, A. Korman, M. Kowalczyk, J. Kownacki, A. Król, J. Marganiec, J. Mierzejewski, T. Morek, K. Sobczak, W.H. Trzaska, M. Zielińska, Absolute E3 and M2 transition probabilities for the electromagnetic decay of the I π =K π =8 - isomeric state in 132 Ce European Physical Journal A 42 (2009) 379 39. J. Perkowski, J. Andrzejewski, T. Abraham,W. Czarnacki, Ch. Droste, E. Grodner, L. Janiak, M. Kisieliński, M. Kowalczyk, J. Kownacki, J. Mierzejewski, A. Korman, J. Samorajczyk, J. Srebrny, A. Stolarz, M. Zielińska Isomeric state 8 in 130 Ba studied by conversion-electron and gamma-ray spectroscopy Acta Physica Polonica B, Vol. 43, No. 2 (2012) 273 40. J. Samorajczyk, A. Stolarz, J. Andrzejewski, Ł. Janiak, J. Perkowski, J. Skubalski Preparation and tests of the target for production of 134 Nd nuclei Acta Physica Polonica B, Vol. 43, No. 2 (2012) 325 51. J. Perkowski, J. Andrzejewski, Ł. Janiak, J. Samorajczyk, T. Abraham, Ch. Droste, E. Grodner, K. Hadyńska-Klęk, M. Kisieliński, M. Komorowska, M. Kowalczyk, J. Kownacki, J. Mierzejewski, P. Napiorkowski, A. Korman, J. Srebrny, A. Stolarz, M. Zielińska University of Lodz an electron spectrometer A new conversion-electron spectrometer for in-beam measurements Review of Scientific Instruments 85 (2014) 043303 3
80. J. Perkowski, J. Andrzejewski, Ch. Droste, Ł. Janiak, E. Grodner, and S. G. Rohoziński, L. Próchniak, J. Srebrny, J. Samorajczyk-Py k, T. Abraham, K. Hadyńska-Klęk, M. Kisieliński, M. Komorowska, M. Kowalczyk, J. Kownacki, T. Marchlewski, J. Mierzejewski, P. Napiorkowski, A. Stolarz, A. Korman, M. Zielińska Decay of the I π = 8 isomeric state in 134 Nd and 184 Pt studied by electron and spectroscopy Physical Review C 95, 014305 (2017) W przypadku prac gdzie jestem pierwszym autorem swój udział oceniam na 50 %, a w pozostałych przypadkach na około 30 %. Brałem czynny udział w każdym etapie realizacji projektu badań izomerów K w LCJ, od przedstawienia projektów eksperymentów, aż po przygotowanie publikacji. Występowanie stanów izomerycznych w jadrach atomowych jest dosyć powszechnym zjawiskiem. Zidentyfikowano 2469 wzbudzonych stanów izomerycznych o półokresie rozpadu powyżej 10 ns 1. Powstanie stanów metastabilnych występujących w jądrach atomowych może być wynikiem znacznej różnicy ich kształtów w stanie wzbudzonym i podstawowym, lub też dużej różnicy spinów pomiędzy nimi (np. o 8 jednostek w 180 Te), a także zmiany orientacji przestrzennej wektora całkowitego momentu pędu jądra 2. Rzut całkowitego momentu pędu jądra na jego o symetrii jest oznaczany dużą literą K, w związku z czym ten ostatni rodzaj stanów metastabilnych jest okre lany izomerami K. Mechanizm rozpadu stanów izomerycznych mimo wielu lat badań nadal nie jest w pełni wyja niony 3. Celem prezentowanych w tej pracy badań było poznanie własno ci stanu izomerycznego I = K = 8 występującego między innymi w jądrach atomowych 130 Ba, 132 Ce, 134 Nd i 184 Pt. Ten metastabilny stan obserwuje się w jądrach o liczbie neutronów odpowiednio 74, 106 i 150, co odpowiada liczbie masowej około A=130, A=180 i A=250. Badane jądra atomowe mają strukturę daleką od układu zamkniętych powłok i charakteryzują się deformacją kształtu typu prolate. Je li liczba kwantowa K jest dobrą liczba kwantowa powinna ona być zachowana podczas deekscytacji wzbudzonych stanów jądrowych, zgodnie z regułą, że multipolowo ć przej cia ( ) powinna być większa bądź równa różnicy warto ci liczby K dla stanu jądra wzbudzonego początkowego (i) i końcowego (f): K i K f 4 (wzór 1) 1 A. Kumar Jain et al., Nuclear data Sheets 128 (2015) 1 2 P. M. Walker and G. D. Dracoulis, Nature 399 (1999) 35 3 P. M. Walker et al., Phys. Rev. Lett. 65 (1990) 416 4
Jednakże proces deeksytacji obserwowalny jest dla takich przej ć, dla których z pozoru ta reguła nie jest spełniona. Są one nie tyle wzbronione, co silnie tłumione, co jest obserwowane poprzez wydłużenie czasów życia tych poziomów wzbudzonych, tworząc stany metastabilne. Powodem takiej sytuacji jest fakt, że funkcje falowe opisujące wzbudzone stany jądrowe oprócz warto ci nominalnych K zawierają również domieszki o innych warto ciach tej liczby. W związku z powyższym prawdopodobieństwo deekscytacji danego poziomu może być opisane przez czę ci funkcji falowych o takich warto ciach liczby K, dla których ta reguła jest spełniona. Za powstanie domieszek o różnym K w funkcji falowej danego stanu może odpowiadać oddziaływanie Coriolisa pomiędzy nukleonami tworzącymi dany stan wzbudzony a rotującym rdzeniem jądra. Jednakże również trójosiowo ć opisująca nie osiową deformacje jądra może być odpowiedzialna za powstanie tych domieszek 2,3. Typowym przykładem izomeru K jest stan w jadrze 180 Hf, gdzie występuje stan izomeryczny o czasie połowicznego rozpadu 5.5 godziny i energii 1.1 MeV. Ten stan I = K = 8 charakteryzuje się warto cią K = 8, a rozpada się miedzy innymi do stanu wzbudzonego o K = 0 i spinie 8 + poprzez emisje kwantu γ o energii 58 kev i multipolowosci E1 ( = 1) 2. Półokresy życia stanów izomerycznych I = K = 8 w jądrach o liczbie neutronów odpowiednio 74, 106 i 150 wahają się od kilkunastu sekund do pojedynczych ns 5. Ten stan metastabilny występuje również w jądrach o liczbie atomowej Z=74, czyli w izotopach wolframu. Wykres obrazujący półokres rozpadu stanów w funkcji energii wzbudzenia tych stanów jest przedstawiony na rysunku 1. W celu scharakteryzowania własno ci danego izomeru K niezbędna jest pełna informacja o wszystkich możliwych drogach rozpadu. W tym celu istnieje potrzeba poznania mutlipolowo ci przej ć rozładowujących stan izomeryczny, które to mogą być okre lone na podstawie jednoczesnych pomiarów elektronów konwersji wewnętrznej i γ. Pierwszym spektrometrem elektronów konwersji wewnętrznej zbudowanym w Uniwersytecie Łódzkim na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej było urządzenie, które w odróżnieniu od poprzednich tego typu urządzeń łączy cechy spektrometrów rodzaju Mini Orange ze spektrometrami z długą soczewką [21]. O symetrii tego spektrometru pokrywa się z kierunkiem poruszania się jonów z akceleratora, a detekcja elektronów odbywa się przeciwlegle do kierunku padania wiązki na tarczę jądrową. Na elektrony konwersji wewnętrznej emitowane z tarczy w kierunkach do tyłu działa pole magnetyczne wytworzone przez układ magnesów charakterystyczny dla spektrometrów Mini Orange, gdzie główna składowa pola magnetycznego jest prostopadła do wektora prędko ci elektronów. W tym selektorze magnetycznym tory elektronów są zakrzywiane w kierunku detektora elektronów. Dzięki silnej niejednorodno ci pola magnetycznego w rejonie tarczy elektrony ze stosunkowo szerokiego zakresu energetycznego mogą być kierowane do kolejnego pola 4 F. G. Kondev et al., Atomic Data and Nuclear Data Tables 103-104 (2015) 50 5
magnetycznego. Tak ukształtowane pole magnetyczne służy nie tylko do selekcji elektronów z wybranego zakresu energetycznego, ale tez do eliminacji pozytronów odchylanych w stronę przeciwną do detektora. Selektor magnetyczny pozwala również na redukcję tła rejestrowanego przez detektor krzemowy powstającego od elektronów delta, ze względu na ich silnie zakrzywianie i pochłanianie przez specjalny rdzeń znajdujący się na osi spektrometru. Następnie elektrony wlatują w obszar pola magnetycznego wytworzonego przez magnes w postaci solenoidu o kierunku równoległym do głównej składowej prędko ci elektronów. Pole to jest odpowiedzialne za transport elektronów do detektora krzemowego, który znajdował się w odległo ci 20 cm od tarczy jądrowej. Dzięki do ć znacznej odległo ci miedzy tarczą a detektorem oraz obecno ci trzpienia z absorbentem ołowianym znajdującemu się na osi spektrometru następowała także znaczna redukcja fotonów z tarczy jądrowej docierających do detektora krzemowego. Elektrony były rejestrowane przez detektory krzemowe domieszkowane litem Si(Li). W ostatecznej wersji spektrometru był to 12 segmentowy detektor Si(Li) o grubo ci 2.5 mm, rednicy zewnętrznej 100 mm i wewnętrznej 30 mm, wykonany w NCBJ przez dr. W. Czarnackiego. Rys. 1. Półokresy życia izomerów I = K = 8 w funkcji energii wzbudzenia, występujące w jądrach atomowych o liczbie neutronówμ 74, 106 i 150 oraz dla izotopów wolframu (Z = 74) 5. 5 National Nuclear Data Center (http://www.nndc.bnl.gov/) 6
Kolejnym spektrometrem elektronów konwersji wewnętrznej zbudowanym w UŁ jest detektor nazwany jako ULESE (z ang. University of Lodz an Electron SpEctrometer) [51]. Zastosowany w nim układ pól magnetycznych jest podobny jak w przypadku pierwszej konstrukcji, jednak zmieniło się względne położenie osi symetrii spektrometru w stosunku do kierunku poruszania się wiązki jonów. W poprzedniej konstrukcji elektrony docierały do detektora przeciwlegle w stosunku do kierunku ruchu jonów, natomiast w nowym spektrometrze pod kątem 90. Elektrony konwersji wewnętrznej emitowane z tarczy są odchylane przez tak ukształtowane pole magnetyczne wytwarzane przez 4 magnesy, że elektrony wyemitowane do przodu czyli zgodnie z kierunkiem padania wiązki, jak również do tyłu są odchylane w kierunku detektora. Rozwiązanie to zostało zaproponowane w celu zwiększenie efektywno ci układu. Podobnie jak w poprzednim spektrometrze elektrony wlatują w obszar pola magnetycznego, o kierunku równoległym do głównej składowej prędko ci elektronów wytworzonego przez magnesy solenoidalne. Pole to ma celu zogniskować poruszające się elektrony na powierzchni detektora znajdującego się 20 cm od tarczy jądrowej. W celu optymalizacji parametrów spektrometru wykonano szereg symulacji pól magnetycznych przy użyciu specjalistycznego oprogramowania o nazwie CST(CST PARTICLE STUDIO). Do detekcji elektronów zastosowano półprzewodnikowy 16-segmentowy kwadratowy detektor krzemowy o boku 5 cm i grubo ci czynnej 1.5 mm, wyprodukowany przez firmę Micron Semiconductor Ltd. Podobnie jak poprzednio, geometria pola magnetycznego umożliwiała znaczą redukcję elektronów delta i pozytonów emitowanych z tarczy jądrowej. W obu spektrometrach, w celu poprawy rozdzielczo ci energetycznej rejestrowanych elektronów detektory chłodzono za pomocą układów złożonych z modułów Peltiera do temperatury około -20-30 C. Wszystkie magnesy wykorzystane do budowy spektrometrów są wykonane ze spieku Nd-Fe-B. Oba urządzenia pozwalają na prowadzenie spektrometrii w trakcie trwania wiązki w tzw. reżimie in-beam. Spektrometry zbudowane w UŁ, zwłaszcza ULESE, mają porównywalne parametry z innymi tego typu urządzeniami badawczymi na wiecie. Jednak ze względu na swoje nieduże rozmiary pozwalają rejestrować promieniowanie γ za pomocą sprzężonych z nimi spektrometrów gamma o znacznie większej efektywno ci geometrycznej. Wykonane eksperymenty miały na celu badanie rozpadów stanów izomerycznych I = K = 8 w jądrach atomowych o liczbie neutronów N=74 i N=106. Bezpo rednim celem było wyznaczenie współczynników konwersji wewnętrznej dla przej ć istotnych ze względu na poznanie mechanizmu rozpadu tych izomerów. Na postawie ich warto ci można okre lić multipolowo ć przej ć radiacyjnych, a co za tym idzie ich parcjalne czasy życia. Eksperymenty, w których wytwarzano stany izomeryczne I = K = 8 w jądrach atomowych: 130 Ba, 132 Ce, 134 Nd i 184 Pt zostały przeprowadzone 7
w rodowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego ( LCJ UW) [26,39,40,80]. Do produkcji wymienionych izotopów wykorzystywano wiązki ciężkich jonów przy pieszanych przez cyklotron o K=130. W eksperymentach zastosowano układ pomiarowy złożony z połączonych spektrometrów elektronów konwersji wewnętrznej zbudowanych w UŁ oraz promieniowania gamma OSIRIS II lub jego następcy EAGLE. Ze względu na to, że w eksperymentach obserwowana jest z reguły znaczna ilo ć przej ć radiacyjnych, zdarzenia były rejestrowane tylko wtedy, gdy zaobserwowano koincydencje elektron-γ lub też γ-γ. Zastosowana metoda koincydencji obniżyła w znaczący sposób tło w widmach oraz elektronów, jak również pozwoliła wydzielić przej cia w interesującym nas jądrze atomowym oraz rozwikłać obserwowane widma elektronowe. Izomery K dają unikalną możliwo ć badania efektu osłabienia wzbronienia dla przej ć elektromagnetycznych rozładowujących te stany metastabilne. Istnienie tych wzbronionych przej ć może być powodowane oddziaływaniem sił Coriolisa, lub tez wpływem kształtu trójosiowo cią jadra atomowego. Rola oddziaływania Coriolisa w rozpadzie izomerów K jest związana ze zjawiskiem rozprzężenia sparowanych nukleonów i uporządkowania ich spinów zgodnie z kierunkiem momentu pędu obracającego się rdzenia jadra, zachodzącego w pewnym momencie, gdy wzrasta szybko ć rotacji jądra 6. W efekcie takiego uporządkowania (z ang. alignment) powstaje pasmo rotacyjne zwane pasmem sztokholmskim ( s-band ) 7,8. Je li taka para nukleonów ma znaczącą warto ć składowej momentu pędu na o symetrii jadra, może przyczyniać się do powstania izomeru K. Z drugiej strony oddziaływanie Coriolisa powoduje powstanie domieszek o wyższym K niż dominujące w funkcji falowej danego stanu z pasma rotacyjnego. Domieszki te odgrywają kluczową role w osłabieniu wzbronienia dla przej ć izomerycznych. Głównym celem przy wyznaczaniu wpływu oddziaływania Coriolisa na rozpad izomerów K jest przedstawienie stanów pasma yrast jako kombinacji liniowej stanów pasma podstawowego i sztokholmskiego. Wykonuje się to przy wykorzystaniu mechanizmu mieszania stanów. Na tej podstawie można wyznaczyć domieszki w funkcji falowych charakteryzujące się wyższymi warto ciami K. W tym celu trzeba sparametryzować poziomy pasma podstawowego i sztokholmskiego za pomocą modelu VMI (z ang. variable-moment-of-inertia) 9. Natomiast do wyznaczenia wpływu trójosiowo ci jąder atomowych na rozpad izomerów K można posłużyć się fenomenologicznym modelem kolektywnym jądra atomowego opisującym jądra o parzystej liczbie nukleonów, nie posiadające symetrii osiowej. Taki model zakładający sztywną deformacje jądra został zaproponowany przez A. S. Davydova 6 S.G. Nillsson and I. Ragnarsson, Shapes and shells in nuclear structure, Cambridge University Press 1995, Cambridge,UK 7 M.J. A de Voigt, J. Dudek, Z. Szymanski, Reviews of Modern Physics 55 (1983) 949 8 R. F. Casten, Nuclear Structure from a Simple Perspective, Oxford University Press 1990, Oxford, UK 9 M. A. J. Mariscottiet al., Phys. Rev. 178 (1969) 1864 8
i G.F. Filippova w latach sze ćdziesiątych zeszłego wieku 10. Do obliczeń przewidywań modelu Davydova i Filippova (D-F) wykorzystano program komputerowy napisany przez P. Napiorkowskiego ze LCJ UW 11. W celu stwierdzenia, który mechanizm dominuje w przypadku rozpadu badanych stanów izomerycznych I = K = 8 w jądrach o N=74 i N=106 należy porównać przewidywania tych modeli. Wzór 1 pokazuje, że różnica w warto ciach K pomiędzy stanami może być co najwyżej równa mulipolowo ci przej cia. Przykładowo przej cie E1 (8 8 + ) w 130 Ba, 132 Ce, 134 Nd i 184 Pt może być scharakteryzowane poprzez domieszki K = 8, 7, 6 dla stanu 8 oraz K = 8, 7, 6 dla stanu 8 +, dając możliwe kombinacje składowych K stanu początkowego i końcowegoμ K = 8 K = 8 lub K = 8 K = 7 lub K = 7 K = 7 lub K = 7 K = 6 itp.. Rysunek 2 prezentuje przykład obliczeń wykonanych dla stanów 6 + i 8 + we wszystkich badanych jądrach, odpowiednio dla składowych K = 4 i K = 6 w funkcji trójosiowo ci. Stany te zostały wybrane ze względu na to, że rozpad stanu izomerycznego I = K = 8 głównie zachodzi dzięki przej ciom 8 8 + i 8 6 +. Można zaobserwować, że dla jąder o niewielkiej warto ci parametru deformacji dominuje oddziaływanie Coriolisa w osłabieniu wzbronienia dla przej ć izomerycznych, natomiast wraz rosnąca jego warto cią w rozpadzie izomerów K coraz większą role odgrywa trójosiowo ć. Biorąc pod uwagę wyznaczone warto ci parametru opisującego trójosiowo ć (dla jadra 184 Pt = 20, a dla pozostałych izotopów = 24 ) można wyciągnąć wniosek, że dla jader o N=74 dominującym czynnikiem odpowiedzialnym za powstanie domieszki o K = 4 w funkcji falowej opisującej stan 6 + jest trójosiowo ć. Natomiast w przypadku 184 Pt domieszka o K = 6 w funkcji falowej opisującej stan 8 + powstaje wyniku oddziaływania Coriolisa. W wyniku analizy zgromadzonych danych eksperymentalnych wyznaczono multipolowo ci przej ć radiacyjnych rozładowujących stany izomeryczne I = K = 8 w badanych jadrach o N=74 i N=106, obliczono parcjalne czasy życia, współczynniki zmieszania δ 2 i wzbronienia F oraz ich zredukowane warto ci f [26,39,80]. Wyznaczono również półokres rozpadu badanego stanu izomerycznego w jadrach 184 Pt oraz 134 Nd [80]. Oprócz multipolowo ci przej ć istotnych przy rozważaniu własno ci stanu izomerycznego wyznaczono również współczynniki konwersji wewnętrznej dla szeregu innych przej ć w jadrachμ 130 Ba (1004 kev), 132 Ce (614, 874 i 955 kev) oraz 184 Pt (119, 424 i 488 kev). W przypadku ostatniego jądra, po raz pierwszy okre lono również intensywno ć dla przej cia o energii 49 kev, niezwykle istotnego w badaniu stanu izomerycznego I = K = 8, a łączącego ten stan z poziomem (6 ). W przypadku 134 Nd potwierdzono domniemaną 10 A. S. Davydov, G. F. Filippov, Nucl. Phys. 8, (1958) 237 11 P.J. Napiorkowski, Davydov-Filippov Code dostepny na stronieμ httpμ//www.slcj.uw.edu.pl/ pjn/df/df.htm 9
wcze niej drogę rozpadu badanego stanu izomerycznego poprzez emisje kwantu gamma o energii 596 kev (8 5 + ). Intensywno ć tego przej cia została oszacowana i wynosi 0.52(16)% [80]. Z przeprowadzonego porównania danych do wiadczalnych z przewidywaniami teoretycznymi wynika, że w przypadku jader 130 Ba, 132 Ce, 134 Nd i przej cia zmieszanego E3/M2 pomiędzy stanem izomerycznym 8, a poziomem 6 + trójosiowo ć kształtu jądra odgrywa ważną role w osłabieniu wzbronienia dla tego przej cia radiacyjnego. Z analizy danych wynika konkluzja, ze oddziaływanie Coriolisa jest dominującym mechanizmem powstawania domieszek do funkcji falowej o K innym niż nominalne, w przypadku przej ć E1 (8 8 + ) dla jader o N=74, jak również dla różnych dróg rozpadu badanego stanu izomerycznego w 184 Pt. Z przedstawionych danych teoretycznych, jak również eksperymentalnych wyłania się spójny wniosek, ze trójosiowo ć jader atomowych (gdy parametr γ > 20º) odgrywa znaczącą rolę w osłabieniu wzbronienia dla przej ć o multipolowo ci > 1 rozładowujących stany izomeryczne I = K = 8. Opierając, się na tym wniosku dla przej ć E3/M2 oraz korzystając z przewidywań modelu D-F można wyznaczyć deformacje opisaną parametrem γ stanu 5 + z pasma quasi-gamma. Wykonana analiza sugeruje, że istnieje zależno ć liniowa pomiędzy energia przej cia E3 (8 5 + ) a wyznaczona różnicą w deformacji opisanej parametrem γ. Im wyższa energia przej cia, tym jądro w pasmie quasi-gamma charakteryzuje się niższą trójosiowo cią w porównaniu z pasmem yrast. Rys. 2 Porównanie przewidywań modelu D-F i wpływu oddziaływania Coriolisa (linie poziome) na powstanie składowych o K = 4 i K = 6 w funkcji falowej opisującej stany 6 + i 8 +. 10
Podsumowując, przedstawione badania stanu izomerycznego I = K = 8 występującego w jądrach 130 Ba, 132 Ce, 134 Nd oraz 184 Pt pokazały, że analizując osłabienie wzbronienia dla przej ć elektromagnetycznych w rozpadzie tych stanów należy oprócz siły Coriolisa uwzględnić też trójosiowo ć jąder [80]. Nowe dane otrzymane w wyniku przeprowadzonych badań rozszerzają naszą wiedzę o własno ciach stanów izomerycznych i strukturze jąder, w których one występują. 5. Pozostałe osiągnięcia naukowo-badawcze Moją aktywno ć naukowo-badawczą oprócz badań izomerów K można podzielić na obszary: a) W latach 2002-2006 brałem udział w badaniach dotyczących pomiarów strat energii (de/dx) ciężkich jonów w materii prowadzonych w Laboratorium Akceleratorowym w Uniwersytecie Jyvaskyla (JYFL) w Finlandii. b) Uczestniczyłem w eksperymentach z wykorzystaniem spektroskopii gamma w badaniach stanów wzbudzonych egzotycznych jąder protonowo nadmiarowych w JYFL oraz LCJ. c) Od 2008 r. w ramach Współpracy n_tof wykorzystującej spalacyjne źródło neutronów w CERN biorę udział w precyzyjnym wyznaczaniu przekrojów czynnych na reakcje (n, ), (n,p), (n,α) oraz (n,f) istotnych dla wyja nienia procesu nukleosyntezy pierwiastków chemicznych we wszech wiecie oraz dla rozwoju energetyki jądrowej. d) Brałem też udział w eksperymencie mającym na celu badanie kanałów rozpadu 6 He w laboratorium ISOLDE w CERNie (2012) za pomocą detektora skonstruowanego przez polską grupę badawczą z UW o nazwie OTPC (Optical Time Projection Chamber). Wyniki pomiaru zostały przedstawione w pracy [74]. e) W 2016 r. konsorcjum Polska@ISOLDE kierowane przez p. prof. M. Pfütznera z UW, którego jestem członkiem, otrzymało grant NCN na współpracę z laboratorium ISOLDE w CERN. W ramach tego projektu wraz prof. J. Andrzejewskim podjęli my się zadania integracji spektrometru elektronów konwersji wewnętrznej ULESE (University of Lodz an Electron SpEctrometer) z układem detektorów gamma MINIBALL i wykonania eksperymentu testowego. 11
Ad a) Pomiary strat energii ciężkich jonów w materii (de/dx) Teoretyczny opis strat energii jonów w różnych absorbentach pomimo prawie stu lat jego rozwoju nie jest satysfakcjonujący, zwłaszcza w stosunku do ciężkich jonów (Z > 2) 12. W praktyce dla przewidywań warto ci de/dx dla ciężkich jonów używa się zamiast równania Bethe-Blocha 12 programów pół-empirycznych typu SRIM 13, bazujących na warto ciach eksperymentalnych. W związku z czym, istnieje nadal potrzeba mierzenia z jak najlepszą dokładno cią warto ci strat energii jonów w szerokim zakresie energii, liczby atomowej jonów i typu absorbentów. Otrzymane w cyklu pomiarów dane służą do testowania istniejących teoretycznych modeli oddziaływania jonów z materią, co w efekcie prowadzi do zwiększania dokładno ci programów pozwalających obliczać de/dx dla różnych kombinacji jonów i tarcz. Celem eksperymentów, w których brałem udział, przeprowadzonych w Laboratorium Akceleratorowym w Uniwersytecie Jyvaskyla (JYFL) w Finlandii, było zmierzenie warto ci strat energii (de/dx) w jak najszerszym zakresie energii jonów, przedziale liczby atomowej absorbentów i wielu rodzajów jonów. W sumie w ciągu kilku lat pomiarów zmierzono de/dx dla jonów o liczbie atomowej od Z = 7 do Z = 79 ( 14 N, 16 O, 20 Ne, 28,30 Si, 40 Ar, 48 Ca, 56 Fe, 84 Kr, 89 Y, 132 Xe, 179 Au), jak również u rednione warto ci dla fragmentów rozszczepienia z 252 Cf w cienkich absorbentach stałych o 6 Z 90 (węgiel, aluminium, nikiel, srebro, lutet, złoto, ołów, tor) [12]. Warto ci strat energii jonów w większo ci przypadków zostały wyznaczone dla zakresu energii od 0.1 MeV/u do 10 MeV/u z błędami około 1 5 %. W pomiarach de/dx zastosowano dwa sposoby okre lania energii jonówμ metodę TOF E opartą na pomiarze energii jonów metodą czasu przelotu i za pomocą detektora półprzewodnikowego [5,12,13], metodę TOF TOF opartą wyłącznie na metodzie czasu przelotu przy okre laniu energii jonu [17,24,25,27,28]. Wyniki tych badań w czę ci były podstawą mojej pracy doktorskiej (prace oznaczone jako 5 i 13). Pozostałe prace powstały na podstawie pomiarów nie wchodzących w skład mojej pracy doktorskiej. W tych eksperymentach wykorzystywano poprzeczne pole magnetyczne do selekcji jonów o danym stosunku energii do ładunku. Dzięki czemu z praktycznie ciągłego widma energetycznego jonów po przej ciu wiązki pierwotnej przez system cienkich folii otrzymywali my widmo dyskretne. 12 J.F. Ziegler, J. Appl. Phys./Rev. Appl. Phys. 85, 1249 (1999) 13 J.F.Ziegler, et al., SRIM 2013 program dostępny na stronie http://www.srim.org/ 12
Przykładowe widmo energetyczne jonów złota zarejestrowane dla jednej warto ci pola magnetycznego za pomocą metody czasu przelotu jest pokazane na rysunku 3. Każdy pik odpowiada innemu stanowi ładunkowemu jonów Au przechodzących przez pole magnetyczne. Warto ć de/dx wyznacza się na podstawie przesunięcia pozycji pików pomiędzy obserwowanymi w takim widmie i po przej ciu przez badaną folię. Dzięki tej metodzie opisanej w pracach 17, 24, 25 i 28 można było zwiększyć dokładno ć uzyskanych danych poprzez eliminacje detektora krzemowego z układu pomiarowego. Takie rozwiązanie pozwala uniknąć problemu w analizie związanego z efektem zależno ci wysoko ci sygnału elektrycznego otrzymywanego z detektora krzemowego od masy rejestrowanego jonu, zwanego jako PHD (Pulse High Defect). Przykładowe otrzymane przeze mnie wyniki pomiarów de/dx dla jonów złota w niklu są pokazane na Rysunku 4 [24]. Były to pierwsze eksperymentalnie uzyskane warto ci de/dx dla takiej kombinacji jon-tarcza. Rys. 3. Przykładowe widmo energetyczne rozproszonych jonów Au zmierzone po przelocie przez prostopadłe pole magnetyczne w Laboratorium Akceleratorowym w Uniwersytecie Jyvaskyla (JYFL) w Finlandii w 2006 r. 13
Brałem też udział w eksperymentach, w których wyznaczano de/dx dla jąder powstających w wyniku reakcji jądrowej. Analiza kształtu linii w widmie kwantów gamma odpowiadającym deekscytacji poziomów wzbudzonych w trakcie hamowania tych jonów w absorbencie pozwala na wyznaczenie warto ci de/dx. Wyznaczono w ten sposób warto ci de/dx dla jonów Nd, Pm i Sm w Cd oraz jonów La i Cs w Sn. We wszystkich tych przypadkach energia jonów wynosiła około 1% prędko ci wiatła. Wyniki tego cyklu pomiarów przeprowadzonych w LCJ UW zostały opublikowane w pracy [70]. Podsumowując jestem pierwszym autorem lub współautorem 9 prac dotyczących pomiarów de/dx ciężkich jonów w materii. Rys. 4. Przykład wyników dla jonów złota w niklu uzyskanych na podstawie pomiarów de/dx przeprowadzonych w Laboratorium Akceleratorowym w Uniwersytecie Jyvaskyla (JYFL) w Finlandii w 2006 r. [24]. Warto ci eksperymentalne porównano z przewidywaniami teoretycznymi programów komputerowych SRIM, LET, CASP oraz PASS. 14
Ad b) Spektroskopia gamma w badaniach struktury jąder atomowych Na początku pracy naukowej brałem udział w badaniach dotyczących struktury poziomów wzbudzonych w izotopach cyny o masach 110 i 111. Eksperymenty te były przeprowadzone w LCJ UW z wykorzystaniem spektrometru gamma OSIRIS II złożonego z 12 detektorów HPGe z osłonami anty-komptonowskimi. Wyniki tych badań zostały przedstawione w dwóch publikacjach [1,6]. W latach 2006-2012 brałem udział w eksperymentach prowadzonych w LCJ UW mających na celu poszukiwanie stanów izomerycznych w jądrach o A = 120 i A = 150. Do identyfikacji stanu izomerycznego wykorzystywano spektrometr OSIRIS II lub EAGLE obserwując zmianę intensywno ci linii gamma w trakcie przerw pomiędzy na wietlaniem tarczy wiązką jonów. Standardowo struktura czasowa wiązki wyglądała następującoμ na wietlanie - 2 ms, przerwa 4 ms, co pozwalało badać stany izomeryczne o T 1/2 w zakresie od kilkudziesięciu µs do kilku ms. W wyniku przeprowadzonych eksperymentów znaleziono nowy stan izomeryczny w jądrze 121 Sb o energii 2721 kev i spinie (25/2 + ) i T 1/2 = 167 ± 19 s. Rezultaty tego eksperymentu zostały przedstawione w publikacji [22]. Większo ć pomiarów jednak dotyczyła jąder o masach w okolicy A = 150. W eksperymencie dotyczącym jądra 148 Ho wykorzystano pierwszy spektrometr elektronów konwersji wewnętrznej zbudowany w UŁ. W wyniku dokonanej analizy wyznaczono w tym jądrze półokres rozpadu (2.62 ± 0.18 ms) dla stanu 10 + o energii 694 kev, jak również wyznaczono współczynniki konwersji wewnętrznej dla dwóch przej ć o energii 321 i 373 kev pochodzących z rozpadu tego stanu izomerycznego. Podobnie w wyniku badań jądra 146 Tb wyznaczono T 1/2 (1.24 ± 0.03 ms) dla stanu 10 + o energii 779 kev oraz współczynniki konwersji wewnętrznej dla dwóch przej ć pochodzących z rozpadu tego stanu o energii 343 i 417 kev. Rezultaty badań struktury poziomów wzbudzonych w jądrach 148 Ho, 149 Ho i 146 Tb zostały przedstawione w dwóch pracach w Phys. Rev. C [30,33]. Uczestniczyłem również w badaniach spontanicznego naruszania symetrii odwracania czasu tzw. symetrii chiralnej. Zjawisko to występuje w jądrach nieparzysto-nieparzystych, gdzie różnemu ustawieniu przestrzennemu (układ lewoskrętny lub prawoskrętny) trzech wektorów okre lających moment pędu parzystego rdzenia jądra oraz spin walencyjnego neutronu i protonu, może odpowiadać powstanie dwóch zdegenerowanych pasm rotacyjnych o tych samych parzysto ciach. Do cyklu eksperymentów przeprowadzonych w LCJ UW wykorzystywano spektrometry gamma OSIRIS II i EAGLE. Do okre lenia prawdopodobieństw przej ć gamma w tych pasmach wykorzystywano metodę Doppler Shift Attenuation (DSA), dzięki której możliwy jest pomiar czasów życia stanów wzbudzonych w zakresie od 0.1 do 1.5 ps. Takie pasma zostały zidentyfikowane przez nas zespół na podstawie przeprowadzonych badań w kilku jądrachμ 128 Cs, 132 La oraz ostatnio w 134 Cs. 15
Wyniki tych badań są przedstawione w publikacjach [3,4,14,72], między innymi również w prestiżowym czasopi mie Physical Review Letters (2006), gdzie opisano przypadek łamania symetrii chiralnej w 128 Cs [14]. W trakcie mojego pobytu w Laboratorium Akceleratorowym w Uniwersytecie Jyvaskyla (JYFL) w Finlandii w latach 2002-2003 brałem również udział w eksperymentach wykorzystujących spektrometry gamma, α, elektronów konwersji wewnętrznej jak również protonów, do badań struktury pasm wzbudzonych w jądrach superciężkich ( 218 U[7], 254 No[8,9], 251 Md[16,18]), jak również w izotopach z obszaru mas w okolicy A=180 ( 169,170 Ir [10,19,20], 169-173 Pt [11,15], 185 Pb [29] oraz 161 Ta [31]). We wszystkich eksperymentach wykorzystano do pomiarów układ spektrometryczny gamma z detektorami rozmieszczonymi wokół tarczy jądrowej (JUROGAM), spektrometru gazowego (RITU) oraz spektrometru promieniowania,, i p emitowanego w wyniku rozpadu powstałych jąder (GREAT). W pomiarach tych wykorzystywano również technikę RDT (recoil-decay tagging), która pozwala rejestrować promieniowanie gamma emitowane z pasm wzbudzonych jąder powstałych w trakcie reakcji jądrowej tylko wtedy, gdy zostaną one przesłane przez spektrometr masowy (RITU) do spektrometru GREAT. Technika ta, umożliwia w znakomity sposób wydobyć z olbrzymiej ilo ci napływających danych ze spektrometru JUROGAM, tylko te pochodzące od interesujących jąder. Przykładowo, w JYFL zaobserwowano po raz pierwszy przej cia gamma z pasma rotacyjnego w jądrze 251 Md produkowanym w reakcji 48 Ca + 205 Tl z przekrojem czynnym wynoszącym tylko około 0.8 µb. Wyniki tego eksperymentu zostały opublikowane w Physical Review Letters w 2007 r. [18]. Brałem też czynny udział w budowaniu nowego spektrometru gamma w LCJ UW o nazwie EAGLE. Opis tego urządzenia badawczego można znaleźć w pracy [33]. Podsumowując jestem współautorem 23 prac, gdzie wykorzystano spektroskopię gamma do badań struktury jąder atomowych. 16
Ad c) Spektroskopia neutronów i pomiary przekrojów czynnych na reakcje wywołane przez neutrony. Reakcje jądrowe wywoływane przez neutrony są istotne nie tylko w wielu zastosowaniach praktycznych, ale również w astrofizyce jądrowej i badaniach struktury jądra atomowego. Znajomo ć przekrojów czynnych na reakcje z dużą dokładno cią jest niezbędna wielu obszarach technologii jądrowej takich jak, projektowanie reaktorów, bezpieczeństwo czynne, przetwarzanie wypalonego paliwa, projektowanie nowego typu reaktorów. Dane o tego typu reakcjach są też użyteczne w dozymetrii i medycynie jądrowej. Zgłębianie wiedzy o reakcjach wywoływanych przez neutrony są kluczowe przy projektowaniu nowego typu reaktorów, w ród nich można wyróżnić systemy podkrytyczne (Accelerator-Driven Systems) 14, gdzie rdzeń w stan krytyczny przechodzi dzięki neutronom produkowanym w reakcji spalacji wywoływanej przez protony o energii rzędu GeV na tarczy zbudowanej z np. ołowiu. Uczestniczę od 2008 r. w badaniach prowadzonych przez Współpracę n_tof, których głównym celem jest pomiar z jak najlepszą dokładno cią (zwykle < 5%) przekrojów czynnych na reakcje (n, ), (n,f), (n, cząstka naładowana). Do tego celu wykorzystuje się spalacyjne źródło neutronów zbudowane w CERN w 2001 r [78]. Idea takiego źródła neutronów została zaproponowana przez noblistę C. Rubbię 14. Wiązka protonów o energii 20 GeV, która uderza tarczę ołowianą pochodzi z synchrotronu PS (Proton Synchrotron). Jest to wiązka impulsowa o długo ci trwania 6 ns i czasie powtarzania 1.2 s. W jednym impulsie znajduje się zwykle około 7 10 12 protonów, co przekłada się na 2.1 10 15 neutronów (~ 300 neutronów/proton). Niezwykle ważna jest struktura czasowa wiązki protonowej, a co za tym idzie również strumienia neutronów, ponieważ neutrony nie posiadają ładunku ich spektroskopia jest w praktyce tylko możliwa przy wykorzystaniu metody czasu przelotu. Spektrometrię neutronów prowadzi się metodą czasu przelot (ToF). Współpraca n-tof od 2014 r. korzysta z dwóch eksperymentalnych stanowisk EAR1 i EAR2 odpowiednio w odległo ci 185 m i 20 m od źródła neutronów, pokazanych schematycznie na rysunku 5. W celu usunięcia cząstek naładowanych produkowanych również w reakcji spalacji ze strumienia neutronów docierających do stanowisk pomiarowych stosuje się pole magnetyczne wytworzone przez elektromagnesy lub magnesy stałe. Dalej położone stanowisko ze względu na odległo ć od tarczy ołowianej służy do pomiarów przekrojów czynnych, gdzie jest bardzo ważna rozdzielczo ć energetyczna neutronów np. przy okre leniu parametrów rezonansów na reakcję (n, ) [43,47,49,50,54,60,64,69]. Bliższe stanowisko charakteryzuje się natomiast około 25 większym 14 C. Rubbia, et al., Conceptual design of a fast neutron operated high power energy amplifier CERN/AT/95-44 (ET)(1995) 17
strumieniem neutronów [73], dzięki czemu są tam możliwe badania reakcji zachodzących z bardzo małym prawdopodobieństwem np. takich jak (n, ) na izotopie 7 Be [77,79]. W obu stanowiskach są możliwe do przeprowadzenia pomiary dla niestabilnych izotopów np. 241 Am [50,60,65] oraz 238 U [66,69,71]. Strumień neutronów obserwowany w obu stanowiskach jest przedstawiony na rysunku 6. Rys. 5. Schemat instalacji badawczej zbudowanej przez współpracę n-tof w CERNie do badań reakcji jądrowych wywołanych przez neutrony [78]. Do detekcji promieniowania wykorzystuje się głównie detektory scyntylacyjne. Stosowane detektory z ciekłym scyntylatorem C 6 D 6 charakteryzują się bardzo dobrą czasową zdolno cią rozdzielczą oraz są w znikomym stopniu czułe na neutrony rozpraszane na tarczy dając w efekcie bardzo niskie tło. Efektywno ć rejestracji przez układu złożonego z 4 detektorów wynosi około 20 % dla kaskady kwantów wyemitowanych z jądra po wychwycie neutronu. Współpraca n_tof do badań reakcji (n, ) wykorzystuje również kalorymetr 4π, złożony z 40 detektorów BaF 2 (TAC Total Absorption Calorimeter ). Efektywno ć tych detektorów sięga 100 % i charakteryzują się bardzo wysoką czasową zdolno cią rozdzielczą. Badanie reakcji (n,f) odbywa się za pomocą detektorów gazowych takich jak PPACs (Parallel Plate Avalanche Counters) czy MicroMegas. W pierwszym detektorze dzięki detekcji koincydencji obydwu fragmentów rozszczepienia oraz bardzo krótkiemu czasowi narastania impulsu jest możliwy pomiar przekrojów czynnych aż do energii 1 GeV. Konstrukcja tego detektora pozwala na pomiar kierunku wylotu fragmentów rozszczepienia, dzięki czemu bada się anizotropię reakcji jądrowych. Ponieważ detektor ten składa się z kilku niezależnych 18
komór prowadzi się zwykle pomiary jednocze nie dla kilku różnych tarcz, dzięki czemu jest możliwe porównanie danych do rezultatów dla tarcz z 235 U i 238 U. Reakcja rozszczepienia na tych jądrach jest najlepiej poznana i może posłużyć do pomiarów względnych dla innych przypadków. Detektory rodzaju MicroMegas są również stosowane przez współpracę n-tof do pomiarów antykoincydencyjnych pomiędzy fragmentami rozszczepienia a kwantami gamma pochodzącymi z wychwytu radiacyjnego neutronu. Taki układ pomiary zastosowano do badania reakcji (n, ) i (n,f) na 235 U[56]. Wówczas detektor MicroMegas jest umieszczany wewnątrz układu detektorów o nazwie TAC. W pomiarach wykorzystano również detektory diamentowe (CVD) do badania reakcji 59 Ni(n, ) [46,55]. Rys. 6. Obserwowany strumień neutronów produkowanych w źródle spalacyjnym w CERN w odległo ci 185 m (EAR1) i 20 m (EAR2) od niego [78]. Podczas eksperymentów ciągłą kontrolę strumienia neutronów lecących z bloku ołowianego prowadzi się przy użyciu zestawów 4 detektorów krzemowych (SiMon) rejestrujących cząstki oraz 3 H pochodzących z reakcji neutronów na 6 Li. Izotop litu jest napylony na cienkie folie mylarowe znajdujące się tuż przed układami detekcyjnymi w EAR1 i EAR2. 19
Od 2009 r do chwili obecnej zostały zmierzone przekroje czynne na reakcje (n, ) dla następujących izotopówμ 25 Mg [64,82], 54,56,57 Fe [54,61], 62,63 Ni [43,47,49,54], 70,73,74,76 Ge, 87 Sr [63], 92,93 Zr, 147 Pm, 171 Tm, 204 Tl, 235,236,238 U [56,57,66,69,81], 242 Pu [68] i 241 Am [50,60,65]. Natomiast reakcję (n,f) przebadano dla jąderμ 232 Th [67], 234,235,238 U [56,71], 237 Np i 240 Pu. Zostały również wykonane pomiary przekroju czynnego na reakcje (n, ) dla izotopówμ 7 Be[77,79], 33 S i 59 Ni[55]. Jako przykład szczególnie ważnych dla astrofizyki badań podejmowanych przez Współpracę n_tof może posłużyć pomiar przekroju czynnego na reakcje (n, ) i (n,p) na izotopie 7 Be. Badanie tej reakcji było próbą rozwiązania problemu obserwowanego we wszech wiecie niedoboru izotopu 7 Li, który powstaje głównie w wyniku rozpadu (EC) 7 Be. Przewidywania modelu nukleosyntezy wielkiego wybuchu (BBN Big Bang Nucleosynthesis) wskazują, że tego izotopu powinno być około 3 razy więcej niż wynika to z pomiarów. W przypadku innych lekkich izotopów z modelu BBN otrzymuje się warto ci zgodne z danymi eksperymentalnymi. Wyja nienie tej rozbieżno ci może być związane z istnieniem zjawisk nieopisywanych modelem standardowym BBN, błędnymi pomiarami ilo ci izotopu w halo gwiazd lub tez nieprawdziwymi danymi jądrowymi wprowadzanymi do modelu BBN opisującymi między innymi prawdopodobieństwa reakcji, które mogą prowadzić do niszczenia 7 Be. Potencjalnymi reakcjami odpowiedzialnymi za zmniejszanie ilo ci izotopu berylu we wczesnym stadium życia wszech wiata mogą być wła nie reakcje (n, ) i (n,p). Zwłaszcza w przypadku reakcji (n, ) przekrój czynny był znany do tej pory tylko dla neutronów termicznych, a przewidywania modeli różniły się o całe rzędy wielko ci. Pomiar przekroju czynnego na reakcje 7 Be(n, ) został wykonany w stanowisku pomiarowym EAR2, ze względu na spodziewaną niewielką jego warto ć. W eksperymencie za pomocą detektorów krzemowych mierzono w koincydencji cząstki pochodzące z tej reakcji, wylatujące w przeciwnych kierunkach. Układ pomiarowy znajdował się w wiązce neutronów i składał się z dwóch zestawów detektorów, pomiędzy, którymi znajdowały się tarcze z napylonym 7 Be na podkładki aluminiowe. Wyprodukowanie samych tarcz było wielkim wyzwaniem, gdyż izotop 7 Be jest niestabilny, rozpada się z czasem T 1/2 =53.2 d, w związku, z czym przygotowane tarcze jądrowe charakteryzowały się aktywno cią rzędu kilkunastu GBq. Powodowało to zwiększenie tła rejestrowanego przez detektory krzemowe pochodzącego od olbrzymie ilo ci z rozpadów. Taka aktywno ć tarczy powodowała również problemy z bezpieczeństwem podczas jej transportu i ustawieniu w układzie pomiarowym. Układ pomiarowy i szczegóły związane z produkcja tarczy zostały przedstawione w publikacji w NIM A [77]. Zmierzony przekrój czynny na rekcje (n, ) okazał się około 20 razy większy niż do tej pory używany w obliczeniach modelu BBN, jednakże wpływ na ostateczny rezultat końcowy ilo ci 7 Li był dużo mniejszy i wynosił około 2%, ze 20
wzglgdu na wystqpowanie z wigkszym praradopodobieristweni innych proces6w. Wyniki tego eksperymentu zostaly ostatnio opublikowane w presti2owym w Physical Review Letters [791. Moja aktywno$i w wsp6lpracy n_tof g{tiwnie sip skupia na badaniach rvla$nie takich reakcji (n, czqstka naladowana). Pr:z.vkladowo, przy moim udziale zostal zbudowany w Llniwersytecie l-6dz-kim i przetestowany na stanowisku eksperyrnentalnym EAR2 teleskop czqstek naladowanych zloaany z dw6ch paskowych detektor6w krzernowych. Nasza grupa z UL opracowuje dane i tych ponriar6w, jak r6wnie*" z przepror.vadzonego ostatnio pomiaru przekroju cz)'nnego na reakcjg 70Ce1n.y;. W sumie jestern wsp6tautorem 40 publikacji bgd4cych rezultatenl nrcrjej dzialaln*sci we Wsp<Slprucv n T'OF, oznaczonych w spisie publikacji, jako [34-38,42-5A,52-69,71,73,75,77-79,81,823. *h L,t \{ tc,r'ur*, ts"ux'r * #r*.*l 21