High resolution gamma-ray spectroscopy of neutron rich Br and Kr fission fragments
Spectroscopie gamma à haute résolution des noyaux de Kr et Br riches en neutrons produits avec réactions de fission
Résumé
This thesis work presents new spectroscopic information for neutron rich krypton and bromine nuclei populated in fission experiments. New nuclear excited states were identified in 90-95Kr, in particular a significant extension of the known level scheme of 94Kr was achieved. For the case of the Br isotopes, new gamma-ray transitions were assigned to 87Br, and excited states in 89,91,93Br were observed for the first time. The results presented in this thesis were obtained from the analysis of two fission experiments. A first fission campaign took place at the GANIL facility, where fission of a 238U beam on a Be target was used to produce the isotopes of interest. The fission fragments were identified according to mass and proton number by the VAMOS++ spectrometer, and their structure probed through gamma-ray emission detected by the Advanced Gamma Tracking Array (AGATA). A second campaign took place at the research reactor of the Institut Laue-Langevin (ILL), where neutron induced fission of 235U was combined with the FIssion Product Prompt gamma-ray Spectrometer (FIPPS). The FIPPS fission campaign employed, for the first time at an intense neutron beam facility, an active fission target. The active target allowed a selection of the fission events, and consequently increased the selectivity and reduced the gamma-ray background following beta-decay of the fission fragments. The complementarity of the two experimental setups was exploited to perform investigations into prompt gamma-ray transitions as well as isomeric states in the range of tens of nanoseconds. Double and triple gamma-ray coincidence techniques were employed to construct level schemes of excited states in the Kr and Br isotopes. The capabilities of the FIPPS array for angular correlation measurements, which can be employed for the determination of spins of excited states, were examined. The investigated neutron rich Kr isotopes are located in the low Z boundary of the A 100 region, known for a rapid shape change. The study of excited states in the Kr chain allowed a discussion of the evolution of collectivity as well as the appearance of isomeric states as a function of neutron number. An analysis of systematics in the Br chain and neighbouring nuclei enabled the interpretation of a series of newly observed excited states as proton excitations in the p3/2, f5/2, p1/2 and g9/2 orbitals. These results were compared to Large Scale Shell Model calculations, providing a benchmark for a new nucleon-nucleon interaction above the 78Ni core.
Ce travail de thèse présente de nouvelles informations spectroscopiques sur les noyaux de Kr et de Br, dans la région des nucleides riches en neutron. Ces isotopes ont été produit par des réactions de fission. De nouveaux états excités ont été identifiés dans les noyaux de 90-95Kr, en particulier une extension significative du schéma de niveaux connu du noyau de 94Kr a été réalisée. Dans le cas des isotopes de Br, de nouvelles transitions ont été attribuées au noyau de 87Br et des états excités dans les noyaux de 89,91,93Br ont été observés pour la première fois. Les résultats présentés dans cette thèse ont été obtenus à partir de l'analyse des données acquises pendant deux expériences de fission. Une première campagne de fission a eu lieu au laboratoire de GANIL, où la fission d'un faisceau de 238U sur une cible de Be a été utilisée pour produire les isotopes d'intérêt. Les fragments de fission ont été identifiés par le spectromètre VAMOS++ en fonction de leur masse et du nombre de protons. Leur structure a été étudiée grâce à l'émission des rayons gamma détectés par l'Advanced Gamma Tracking Array (AGATA). Une deuxième campagne s'est déroulée auprès du réacteur de recherche de l'Institut Laue-Langevin (ILL), où la fission de l'235U induite par neutrons a été utilisée comme source des nucleides à etudier, au sein du dispositif FIPPS (FIssion Product Prompt gamma-ray Spectrometer). Dans la campagne avec FIPPS, une cible active a été utilisé pour la première fois avec un faisceau intense de neutrons. La cible active a permis de sélectionner les événements de fission et, par conséquent, d'augmenter la sélectivité et de réduire le bruit de fond des rayons gamma après la désintégration beta des fragments de fission. La complémentarité des deux dispositifs expérimentaux a été exploitée pour étudier les transitions γ prompt ainsi que les états isomériques avec un temps de vie de l'ordre de la dizaine de nanosecondes. Des techniques de coïncidences gamma doubles et triples ont été utilisées pour construire des schémas de niveaux des états excités dans les isotopes du Kr et du Br. Les capacités de FIPPS pour les mesures de corrélation angulaire ont été utilisées pour déterminer les spins des états excités. Les isotopes du Kr riches en neutrons étudiés sont situés dans la limite basse Z de la région A 100, connue pour un changement de forme nucléaire rapide. L'étude des états excités dans la chaîne du Kr a permis de discuter l'évolution de la collectivité ainsi que l'occurrence des états isomériques en fonction du nombre de neutrons. Une analyse de la systématique dans la chaîne du Br et des noyaux voisins a permis d'interpréter une série d'états excités nouvellement observés comme des excitations de protons dans les orbitales p3/2, f5/2, p1/2 et g9/2. Ces résultats ont été comparés avec des calculs de modèle en couche avec un large espace de valence, permettant de tester une nouvelle interaction nucléon-nucléon au dessus du 78Ni.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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