Properties of exotic nuclei with a high excess of neutrons in the mass region A = 110

Rozprawa opisuje badania nad egzotycznymi j¡drami neutrono-nadmiarowymi 107Mo, 117Ag i 119Ag, które znajduj¡ si¦ na granicy j¡der dost¦pnych do zbadania dla wspóªczesnych tech nik do±wiadczalnych z wykorzystaniem Puªapki Penninga. Badane j¡dra zostaªy wytworzone w procesie rozszczepienia indukowanego protonami z wykorzystaniem tarczy 238U. Protony byªy przyspieszane w cyklotronie K-130, który nale»y do Laboratorium Akceleracyjnego Uniwer sytetu Jyväskylä (Finlandia). Fragmenty rozszczepienia zostaªy nast¦pnie zatrzymane w ko morze wypeªnionej helem systemu IGISOL. Nast¦pnie, dipolowy magnes oddzieliª wi¡zk¦ izo barow¡ o wybranej liczbie masowej A. Potem, u»ywana byªa puªapka jonowa typu Penning, zwana JYFLTRAP, do selekcji jonów wybranego pierwiastka z wi¡zki izobarowej. Taka wyse lekcjonowana wi¡zka nazywana jest wi¡zk¡ monoizotopow¡. Rozpady β próbek monoizotopowych zasilaj¡ poziomy energetyczne w j¡drach potomnych, które s¡ przedmiotem niniejszej rozprawy. Kwanty γ i cz¡stki β po rozpadzie β byªy rejestrowane odpowiednio za pomoc¡ detektorów germanowych niskiej energii oraz scyntylatora plastikowego. J¡dra 107Mo, 117Ag i 119Ag byªy badane metod¡ koincydencji β γ. W wyniku bada« zi denty kowano 28 nowych przej±¢ γ dla j¡dra 107Mo, 17 nowych przej±¢ γ dla j¡dra 117Ag oraz 58 nowych przej±¢ γ dla j¡dra 119Ag. Energi¦ stanu izomerycznego w j¡drze 119Ag wyznac zono na 33,4 keV. Zaobserwowane okresy poªowicznego rozpadu β mieszcz¡ si¦ w przedziale od 0,27±0,02 s dla rozpadu β 107Nb do 107Mo, do 0,87±0,02 s dla rozpadu β 119Pd do 119Ag. Dla stanu podstawowego j¡dra 107Mo zaproponowano przypisanie spinu i parzysto±ci 1/2 +, zast¦puj¡c wcze±niejsze przypisanie, pojawiaj¡ce si¦ w literaturze. Pierwszy poziom wzbudzony o energii 65,4 keV zyskaª przypisanie 5/2 +. Ponadto zaproponowano umiejscowienie poziomu (1/2 −) powy»ej stanu podstawowego (7/2 +) w j¡drze 117Ag, co zostaªo poparte danymi pochodz¡- cymi z rozszczepienia spontanicznego. Zaobserwowano dwie odr¦bne struktury poziomów wzbud zonych w j¡drze 117Ag, zbudowanych na izomerach 1/2 − i 7/2 +. Wyniki eksperymentalne zostaªy zinterpretowane przy u»yciu zdeformowanego modelu powªokowego. Dane do±wiadczalne dotycz¡ce takich egzotycznych j¡der s¡ niezb¦dne do wyznaczenia poprawnej ±cie»ki astro zycznego procesu r. Na przestrzeni lat zostaªo zaproponowanych wiele miejsc, gdzie ten proces mo»e si¦ odbywa¢, jednak jego faktyczne poªo»enie pozostaje niejasne. Ponadto dostarczanie nowych danych eksperymentalnych jest kluczowe dla wery kacji istniej¡cych modeli teoretycznych. ¡cz¡c spektroskopi¦ γ, która dostarcza informacji o wªasno±ciach j¡der, z metodami opty cznymi, które pozwalaj¡ odwzorowa¢ rozmieszczenie elektronów i wyznaczy¢ kluczowe parame try, takie jak masy j¡der, energie izomeryczne, spiny, momenty dipolowe magnetyczne oraz kwadrupolowe elektryczne, mo»liwe mo»e by¢ dokªadniejsze okre±lenie miejsca zachodzenia pro cesu r. Tez¦ t¦ wspiera fakt, zaprezentowany w tej pracy, któryy wskazuje, »e energia stanu izomerycznego w j¡drze 119Ag, zostaªa wyznaczona niezale»nie za pomoc¡ spektroskopii γ i spek torskopii optycznej i okazaªa si¦ w obydwu przypadkach identyczna.

The thesis presents the results of a study of the exotic, neutron-rich nuclei 107Mo, 117Ag, and 119Ag, at the limits of contemporary experimental methods by means of trap assisted spectroscopy. The studied nuclei were produced in proton-induced ssion of a 238U target. Protons were accelerated in the K-130 cyclotron at the Accelerator Laboratory of the University of Jyväskylä (Finland). The ssion fragments were then stopped in a gas cell of the Ion Guide Isotope Separator Online (IGISOL) system. Next a dipole magnet separated an isobaric beam of a selected mass number A. Then the Penning-type ion trap called JYFLTRAP was used to select ions of a wanted element out of the isobaric beam, forming a so-called monoisotopic beam. β decays of the monoisotopic samples populated levels in their daughter nuclei (the nuclei of interest in this work). The γ quanta and β particles following β-decay were recorded using germanium Low-Energy Germanium detectors and a thin plastic scintillator, respectively. The nuclei 107Mo, 117Ag and 119Ag were studied via β γ coincidence methods. As a result 28 new γ transitions for the nucleus 107Mo, 17 new γ transitions for the 117Ag nucleus, and 58 new γ transitions for the 119Ag nucleus were discovered. The energy of the isomeric state in 119Ag was determined to be 33.4 keV. The observed β half-lives range from 0.27±0.02 s for the β decay of 107Nb to 107Mo, to 0.87±0.02 s for the β decay of 119Pd to 119Ag. A spin and parity assignment of 1/2 + is proposed for the ground state of 107Mo, replacing the previous assignment. The rst excited level at 65.4 keV has been assigned 5/2 +. Moreover the placement of the (1/2 −) level above the (7/2 +) ground state in 117Ag is proposed, supported by data from spontaneous ssion. Two distinct nuclear-level structures were observed in 117Ag, built on the 1/2 − and 7/2 + isomers. Experimental results were interpreted using a deformed shell model. Experimental data on exotic nuclei like these are essential for calculating the correct path of the astrophysical r -process. Over the years, many astrophysical sites have been proposed for the r -process, but its actual location remains uncertain. In addition, pro viding new experimental data from exotic nuclei is crucial for testing existing theoretical models. By combining γ-spectroscopy, which provides information on nuclear properties, with optical methods, which map the electron distribution and enable the determination of key nuclear parameters such as masses, isomeric energies, spins, and magnetic dipole and electric quadrupole moments, it might be possible to determine r -process site with greater accuracy. This view is supported by the fact that the energy and spin of the isomeric state in 119Ag, determined independently through γ and optical spectroscopy, were found to be identical.