Nuclear structure investigations at medium-weight isotopes

Abstract

This work focuses on the nuclear structure and spectroscopic properties of even-even isotopes of Ytterbium (164-180Yb) and Tungsten (172-186W). This mass region is of significant interest due to its unexplored nature and the presence of intriguing structural phenomena, including deformation, shape changes, and shape coexistence. The present work combines theoretical calculations and experimental measurements to provide insights into the behavior and structure of these nuclei. The theoretical part of the work involves extensive calculations using different models, including the Interacting Boson Model-1 (IBM-1), to study the energy levels, electric quadrupole moments Q, and electric quadrupole transition probabilities B(E2) for Yb and W isotopes. The results agree with previous experimental measurements and contribute to the knowledge of deformation, shape changes in neutron-rich nuclei. Experimental measurements were conducted in the National Laboratory IFIN-HH in Romania, focused on the spectroscopic study of Yb and W isotopes using advanced techniques, such as Fast Electronics Scintillation Timing (FEST) and Differential Decay Curve Method (DDCM). These experiments provided valuable data on the energy levels, lifetimes, and decay properties of the excited states in the nuclei. The measurements were performed using ROSPHERE detector array, including HPGe detectors, LaBr3(Ce) scintillators, and particle identification detectors (Si). As a result, the lower limits of the lifetimes for the isotopes 172,174,176,178Yb were determined through the reaction 18O + natYb at 72 MeV beam energy using FEST. In addition, the result for the 6+ state in 182W was obtained for the first time via the reaction 181Ta(11B, 10Be)182W using the plunger device for lifetime measurements.

Αυτή η εργασία επικεντρώνεται στην πυρηνική δομή και στις φασματοσκοπικές ιδιότητες των άρτιων-άρτιων ισοτόπων του Υττερβίου (164-180Yb) και του Βολφραμίου (172-186W). Αυτή η περιοχή μαζών είναι ιδιαιτέρως ενδιαφέρουσα λόγω της έλλειψης σημαντικών δεδομένων και της παρουσίας φαινομένων όσον αφορά την δομή αυτών των πυρήνων, όπως της πυρηνικής παραμόρφωσης, της αλλαγής και της συνύπαρξης σχημάτων. Η παρούσα εργασία συνδυάζει θεωρητικούς υπολογισμούς και πειραματικές μετρήσεις για να παρέχει πληροφορίες για τη συμπεριφορά και τη δομή αυτών των πυρήνων. Το θεωρητικό μέρος της εργασίας περιλαμβάνει εκτεταμένους υπολογισμούς χρησιμοποιώντας διάφορα μοντέλα, συμπεριλαμβανομένου του Interacting Boson Model-1 (IBM-1), για τη μελέτη των ενεργειακών επιπέδων, των ηλεκτρικών τετραπολικών ροπών Q και των ηλεκτρικών τετραπολικών πιθανοτήτων μετάβασης B(E2) για τα ισότοπα του Yb και του W. Τα αποτελέσματα συμφωνούν με προηγούμενες πειραματικές μετρήσεις και συμβάλλουν στην κατανόηση της παραμόρφωσης και των αλλαγών σχήματος σε πυρήνες πλούσιους σε νετρόνια. Στο πειραματικό μέρος, διεξήχθησαν δύο πειράματα στο εργαστήριο IFIN-HH της Ρουμανίας, όπου πραγματοποιήθηκε φασματοσκοπική μελέτη των ισοτόπων Yb και W με προηγμένες τεχνικές, όπως η μέθοδος Fast Electronics Scintillation Timing (FEST) και η μέθοδος Differential Decay Curve (DDCM). Αυτά τα πειράματα παρείχαν αξιόλογα αποτελέσματα για τα ενεργειακά επίπεδα, τους χρόνους ημιζωής και τις ιδιότητες εκπομπής των διεγερμένων καταστάσεων σε αυτούς τους πυρήνες. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας τη συστοιχία ανιχνευτών ROSPHERE, η οποία αποτελείται από ανιχνευτές HPGe, σπινθηριστές LaBr3(Ce) και ανιχνευτές σωματιδίων (Si). Ως αποτέλεσμα, προέκυψαν τα κατώτατα όρια των χρόνων ημιζωής για τα ισότοπα 172,174,176,178Yb μέσω της αντίδρασης 18O + natYb με ενέργεια δέσμης 72 MeV χρησιμοποιώντας τη μέθοδο FEST. Επιπλέον, το αποτέλεσμα για την ενεργειακή στάθμη 6+ του 182W υπολογίστηκε για πρώτη φορά μέσω της αντίδρασης 181Ta(11B, 10Be)182W χρησιμοποιώντας τη συσκευή plunger για μετρήσεις χρόνων ημιζωής.