Spektroskopia jader neutrononadmiarowych od kuchni. Krzysztof Miernik

Spektroskopia jader neutrononadmiarowych od kuchni Krzysztof Miernik 1

Holifield Radioactive Ion Beam Facility HRIBF 2

Radioaktywne wiazki w HRIBF HRIBF 3

Pomiary spektroskopowe wokół 78 Ni HRIBF 4

Układ eksperymentalany HRIBF 5

Układ detektorów HRIBF 6

Izomery 7

Pomiar rozpadu 93 Br 12-godzinny pomiar, cykl 1 1 0.425 oraz 1 4 0.425 s 93 Br 8

Okres połowicznego zaniku T 1/2 = 152(8) ms Dane w tablicach T 1/2 = 102(10) ms Nie przechodzi testu 3σ 93 Br 9

Poprzednie pomiary rozpadu 93 Br Okres połowicznego zaniku: K.-L. Kratz et al., Z. Phys. A 330(1988) (short note) Schemat rozpadu: G. Lhersonneau et al., Phys. Rev. C 63(2001) Brak podanego T 1/2, ale nowy P n = 68(7)% Brak widm γ, krzywych zaniku itd. 93 Br 10

Schemat rozpadu 93 Br 93 Br 11

Poprzednie pomiary czasu połowicznego zaniku 93 Kr T 1/2 (s) Comment P. Patzelt (1965) 1.17(4) Metoda przepływu gazu J. Talbert (1969) 1.29(1) Linia transportująca gaz G. Carslon (1969) 1.289(12) Linia transportująca gaz (12 s) S. Amiel (1972) 1.20(10) Separator masowy, gazy szlachetne M. Ashgar (1975) 1.27(2) Separator masowy, taśma transportująca G. Rudstam (1976) 1.33(5) Separator masowy, taśma transportująca M. Quinn (2012) 1.04(6) fragmentacja Adopted value T 1/2 = 1.286(12) s 93 Kr 12

Okres połowicznego zaniku 93 Kr 93 Kr 13

Możliwe wyjaśnienia Problemy z synchronizacja taśma wiazka? Problem z systemem akwizycji danych? Czas martwy? 93 Kr 14

Możliwe wyjaśnienia Wpływ krótkożyciowego 93 Br? 93 Kr 16

Możliwe wyjaśnienia Dyfuzja kryptonu z taśmy? 93 Kr 18

Możliwe wyjaśnienia Izomer ulegajacy rozpadowi beta? 93 Kr 20

Poprzednie pomiary czasu połowicznego zaniku 93 Kr T 1/2 (s) Comment P. Patzelt (1965) 1.17(4) Metoda przepływu gazu J. Talbert (1969) 1.29(1) Linia transportująca gaz G. Carslon (1969) 1.289(12) Linia transportująca gaz (12 s) S. Amiel (1972) 1.20(10) Separator masowy, gazy szlachetne M. Ashgar (1975) 1.27(2) Separator masowy, taśma transportująca G. Rudstam (1976) 1.33(5) Separator masowy, taśma transportująca M. Quinn (2012) 1.04(6) fragmentacja K. M. 1.28(4) K. M. 0.20(4) Adopted value T 1/2 = 1.286(12) s 93 Kr g.s 93 Kr m 93 Kr 22

Możliwe położenie izomeru 93 Kr 23

Możliwe położenie izomeru 93 Kr 24

Weryfikacja 93 Kr 25

Rozwiazanie zagadki? 93 Kr 26

Rozwiazanie zagadki? Problem dyfuzji gazów szlachetnych z materiałów, w których sa implantowane jest znany 93 Kr 26

Rozwiazanie zagadki? Problem dyfuzji gazów szlachetnych z materiałów, w których sa implantowane jest znany Część atomów zostaje uwięziona, podczas gdy pozostałe ulegaja dyfuzji 93 Kr 26

Rozwiazanie zagadki? Problem dyfuzji gazów szlachetnych z materiałów, w których sa implantowane jest znany Część atomów zostaje uwięziona, podczas gdy pozostałe ulegaja dyfuzji Pomiary czasów życia 94 96 Kr z ISOLDE (U.C. Bergman et al., NPA 714 (2003) podaja czas połowicznej dyfuzji 50-110 ms i 13-22% uciekajacych atomów 93 Kr 26

Rozwiazanie zagadki? Problem dyfuzji gazów szlachetnych z materiałów, w których sa implantowane jest znany Część atomów zostaje uwięziona, podczas gdy pozostałe ulegaja dyfuzji Pomiary czasów życia 94 96 Kr z ISOLDE (U.C. Bergman et al., NPA 714 (2003) podaja czas połowicznej dyfuzji 50-110 ms i 13-22% uciekajacych atomów τ eff = τ βτ d, τ β +τ d { PR(1 e ( t/τ eff f(t) = ) )+P(1 R)(1 e ( t/τβ) ) PR(1 e ( t 1/τ eff ) )e ( t/τeff) + P(1 R)(1 e ( t 1/τ β ) )e ( t/τ, β) 93 Kr 26

Rozwiazanie zagadki? Problem dyfuzji gazów szlachetnych z materiałów, w których sa implantowane jest znany Część atomów zostaje uwięziona, podczas gdy pozostałe ulegaja dyfuzji Pomiary czasów życia 94 96 Kr z ISOLDE (U.C. Bergman et al., NPA 714 (2003) podaja czas połowicznej dyfuzji 50-110 ms i 13-22% uciekajacych atomów τ eff = τ βτ d, τ β +τ d { PR(1 e ( t/τ eff f(t) = ) )+P(1 R)(1 e ( t/τβ) ) PR(1 e ( t 1/τ eff ) )e ( t/τeff) + P(1 R)(1 e ( t 1/τ β ) )e ( t/τ, β) T 1/2 = 1.298(54) s, T d = 0.295(68) s, R = 16% 1/2 W przypadku 94 Kr efekt był zamaskowany bardzo podobnym czasem życia! 93 Kr 26

Izomer 93 Rb 57µs 93 Rb 27

Nasze wyniki 250 253 kev 200 E (kev) 150 100 100 kev 50 A = 93 A = 94 0 200 400 600 800 200 400 600 800 t - t (ns) t - t (ns) 93 Rb 28

Izomer 93 Rb 57µs E. Achterberg PRC 10(1974) We were able to propose tentative parities for eight excited levels and to show that if the isomeric state reported in Ref. 7 is populated in the β decay of 93 Kr, it does so only very weakly. R. Brissot et al. Nuc. Phys. A238(1975) Wyklucza możliwość populacji izomerów w rozpadzie 93 Kr. C.J. Bischof and W.L. Talbert Jr. PRC 15(1977) Nie widza izomeru, zgadzaja się z Achterbergiem z przypisaniem przejścia M1. K. Sistemich et al. ZPA 325(1986) Zmierzony limit czasu połowicznego zaniku poziomu 253 kev: < 0.5 ns Izomer o T 1/2 = 53 µs i energii 260 kev został znaleziony w 95 Y (obecny w wiazce Grütera) Po publikacji K. M. et al. Nucl. Data Sheets (2014) izomer wreszcie się rozpadł 93 Rb 29

Nocna zmiana 30

Rozpad 83 Ga RILIS ORIC m/ m ~ 10 3 15 A 50 MeV protons UC x 6 g/cm 2 A = 83 200 kev Cykl 2 + 1 + 0.7 s LeRIBSS Czysta wi zka 83 Ga + m/ m ~ 10 4 83 Ga 31

Rozpad 83 Ga 83 Ga 32

Dzienna zmiana 83 Ga 33

Nocna zmiana 83 Ga 34

Zerwana taśma 83 Ga 35

Schemat rozpadu 82 Ge 82 Ge 36

Porównanie z modelem powłokowym 82 Ge 37

Rozpad 94 Br 38

Co wiadomo o rozpadzie 94 Br? K.-L. Kratz et al., Z. Phys. A 330(1988) (short note) T 1/2 = 70 ms, P n = 30(10)% B. Pfeiffer and K-L. Kratz Prog. Nucl. Energy 41 (2002) P n = 70(20)% (?) 94 Br 39

Co spodziewamy się znaleźć? 94 Br 40

Widmo promieniowania γ-β 94 Kr 41

Schemat rozpadu 94 Kr 94 Kr 42

Systematyka stanów w izotopach Rb p 1/2 p 3/2 f 5/2 40 38 Zr 90 Y 89 Sr 88 Rb 87 Zr 91 Y 90 Sr 89 Rb 88 Zr 92 Y 91 Sr 90 Rb 89 Zr 93 Y 92 Sr 91 Rb 90 Zr 94 Y 93 Sr 92 Rb 91 Zr 95 Rb 92 Rb 93 2.5 2.0 1 1.5 3/2-2- 3/2-0- 3/2-0- 5/2-3- 5/2-2- 1.0 Kr 86 Kr 88 Kr 90 Kr 92 Kr 94 36 Kr 87 Kr 89 Kr 91 Kr 93 1 Kr 95 1 0.5 Br 85 Br 86 Br 87 Br 88 Br 89 Br 90 Br 91 Br 92 Br 93 Br 94 3/2-3/2-50 52 54 56 58 0 Y 94 Sr 93 Zr 96 Y 95 Sr 94 Zr 97 1 Y 96 1/2-2- 1/2-2- 1/2-2- 1/2-0- d 5/2 Sr 95 1 Rb 94 Zr 98 Zr 99 Y 97 Sr 96 Rb 95 s 1/2 Y 98 Sr 97 Rb 96 E (MeV) 1+ g 9/2Ȃ g 7/2 2Ȃ f -1 5/2Ȃ g 7/2 4Ȃ 1Ȃ 3Ȃ 2Ȃ 0Ȃ 88 R 5 9 R 5 9 R 55 9 R 5 9 R 5-1 -1 p 3/2Ȃ d 5/2 f 5/2Ȃ d 5/2 f 5/2Ȃ s 1/2 4Ȃ 3Ȃ 2Ȃ 94 Kr 43

Systematyka stanów w izotopach Rb p 1/2 p 3/2 f 5/2 40 38 Zr 90 Y 89 Sr 88 Rb 87 Zr 91 Y 90 Sr 89 Rb 88 Zr 92 Y 91 Sr 90 Rb 89 Zr 93 Y 92 Sr 91 Rb 90 Zr 94 Y 93 Sr 92 Rb 91 Zr 95 Rb 92 Rb 93 2.5 2.0 1.5 3/2-2- 3/2-0- 3/2-0- 5/2-3- 5/2-2- 1.0 Kr 86 Kr 88 Kr 90 Kr 92 Kr 94 36 Kr 87 Kr 89 Kr 91 Kr 93 Kr 95 0.5 Br 85 Br 86 Br 87 Br 88 Br 89 Br 90 Br 91 Br 92 Br 93 Br 94 3/2-3/2-50 52 54 56 58 0 Y 94 Sr 93 Zr 96 Y 95 Sr 94 Zr 97 Y 96 1/2-2- 1/2-2- 1/2-2- 1/2-0- d 5/2 Sr 95 Rb 94 Zr 98 Zr 99 Y 97 Sr 96 Rb 95 s 1/2 Y 98 Sr 97 Rb 96 E (MeV) 1+ g 9/2Ȃ g 7/2 2 f -1 Ȃ g 4 1 3 2 5/2 7/2 0 88 Rb 51 90 Rb 53 92 Rb 55 Rb57 96 Rb 59-1 -1 p 3/2Ȃ d 5/2 f 5/2Ȃ d 5/2 f 5/2Ȃ s 1/2 4 3 2 94 Kr 43

Poziomy jednoczastkowe 94 Kr E* > Q 94 Kr 44

Poziomy jednoczastkowe 94 Kr 94 Kr 44

Czasy życia sasiednich jader 94 Kr 45

Podsumowanie W 93 Kr nie ma izomeru i krypton jednak ucieka z taśmy... ale czas połowicznego zaniku 93 Br został lepiej zmierzony, a stan 253 kev w 93 Rb nie jest izomerem. Dzięki drzemce na nocnej zmianie udało się zmierzyć nadprogramowe rozpady ( 82 Ge,... ) Wprawdzie nie udało się wyprodukować dostatecznie dużo 94 Br, ale uzykaliśmy nowe, ciekawe wyniki i ich interpretację dla 94 Kr. Podsumowanie 46

Publikacje K. Miernik et al., Phys. Rev. C 88(2013)014309 K. Miernik et al., Phys. Rev. C 90(2014)034311 K. Miernik et al., Phys. Rev. C 94(2016)024305 Appendix 47