Please use this identifier to cite or link to this item: https://openscience.ub.uni-mainz.de/handle/20.500.12030/2053
Authors: Krieger, Andreas
Title: Laser systems for collinear spectroscopy and the charge radius of 12 Be
Online publishing date: 19-Jun-2012
Language : english
Abstract: Die kollineare Laserspektroskopie hat sich in den vergangenen drei Jahrzehnten zur Bestimmung der Kernladungsradien mittelschwerer und schwerer kurzlebiger Atomkerne in ausgezeichneter Weise bewährt. Auf die Isotope sehr leichter Elemente konnte sie allerdings erst kürzlich erweitert werden. Dieser Bereich der Nuklidkarte ist von besonderem Interesse, denn die ersten ab-initio Modelle der Kernphysik, die den Aufbau eines Atomkerns basierend auf individuellen Nukleonen und realistischenWechselwirkungspotentialen beschreiben, sind gegenwärtig nur für die leichtesten Elemente anwendbar. Außerdem existiert\r\nin dieser Region eine besonders exotische Form von Atomkernen, die sogenannten\r\nHalokerne. Die Isotopenkette der Berylliumisotope zeichnet sich durch das Auftreten des Ein-Neutronen Halokerns 11Be und des Zwei- oder Vier-Neutronen-Halos 14Be aus. Dem Isotop 12Be kommt durch seine Position zwischen diesen beiden Exoten und den im Schalenmodell erwarteten magischen Schalenabschluss N = 8 eine besondere Bedeutung zu.\r\nIm Rahmen dieser Arbeit wurden mehrere frequenzstabilisierte Lasersysteme für die kollineare Laserspektroskopie aufgebaut. An TRIGA-SPEC stehen nun unter anderem ein frequenzverdoppeltes Diodenlasersystem mit Trapezverstärker und frequenzkammstabilisierter Titan- Saphirlaser mit Frequenzverdopplungsstufe für die Spektroskopie an refraktären Elementen oberhalb von Molybdän zur Verfügung, die für erste Testexperimente eingesetzt wurden. Außerdem wurde die effiziente Frequenzvervierfachung eines Titan-Saphirlasers demonstriert. An ISOLDE/CERN wurde ein frequenzkammstabilisierter und ein jodstabilisierter Farbstofflaser installiert und für die Laserspektroskopie an 9,10,11,12Be eingesetzt. Durch das verbesserte Lasersystem und den Einsatz eines verzögerten Koinzidenznachweises für Photonen und Ionen gelang es die Empfindlichkeit\r\nder Berylliumspektroskopie um mehr als zwei Größenordnungen zu steigern und damit die früheren Messungen an 7−11Be erstmals auf das Isotop 12Be auszuweiten. Außerdem wurde die Genauigkeit der absoluten Übergangsfrequenzen und der Isotopieverschiebungen der Isotope 9,10,11Be signifikant verbessert.\r\nDurch den Vergleich mit Ergebnissen des Fermionic Molecular Dynamics Modells kann der Trend der Ladungsradien der leichteren Isotope durch die ausgeprägte Clusterstruktur der Berylliumkerne erklärt werden. Für 12Be wird ersichtlich, dass der Grundzustand durch eine (sd)2 Konfiguration statt der vom Schalenmodell erwarteten p2 Konfiguration dominiert wird. Dies ist ein klares Indiz für das bereits zuvor beobachtete Verschwinden des N = 8 Schalenabschlusses bei 12Be.
Collinear laser spectroscopy has been used to investigate the nuclear charge radii of shortlived medium- and heavy-Z nuclei for more than three decades. But it became only recently be applicable to low-Z nuclei. This region of the nuclear chart attracts attention because so-called ab-initio nuclear models, based on realistic nucleon-nucleon potentials, can only be applied to the lightest elements due to the rapidly increasing calculational demands with the number of nucleons. Furthermore, strong clusterization of atomic nuclei occurs\r\nand the encountered halo nuclei are presently subject of intense research. The isotopic chain of beryllium exhibits the prime example of a one-neutron halo nucleus, 11Be, and the two- or four-neutron halo nucleus 14Be. 12Be is a key isotope between these two exotic nuclei and particularly interesting because the nuclear shell model predicts a shell closure for the magic neutron number N = 8. In the course of this thesis, several frequency-stabilized laser systems for collinear laser spectroscopy have been developed. At TRIGA-SPEC a frequency-doubled diode laser system with a tapered amplifier and a frequency comb-stabilized titanium-sapphire laser with a frequency doubling stage are now available for the spectroscopy of refractory metals above molybdenum. They have already been used for test-experiments and commissioning of the TRIGA-LASER beamline. Furthermore, frequency- quadrupling of the Ti:Sa laser was demonstrated to expand the emitted wavelengths into the 200 nm region. At ISOLDE/CERN a frequency comb-stabilized and an iodine-stabilized dye laser were installed and applied for laser spectroscopy of 9,10,11,12Be. The improved laser system and the development of a delayed photon-ion coincidence detection improved the sensitivity of the beryllium spectroscopy by more than two orders of magnitude and, thus, the previous measurements of 7−11Be could be extended for the first time to the short-lived isotope 12Be. In addition, the accuracy of the absolute transition frequencies and of the isotope shifts of 9,10,11Be were significantly improved. Comparing the extracted charge radii with results of the Fermionic Molecular Dynamics model, the trend of the charge radii of the lighter isotopes can be explained by the pronounced cluster structure of the beryllium nuclei. Further it was derived that the ground-state wavefunction is clearly dominated by an intruder (sd)2 configuration. This is contradictory to the nuclear shell model expectation of a p2 ground-state configuration and strongly supports the previously observed breakdown of the N = 8 magic shell closure in the beryllium isotope 12Be.
DDC: 540 Chemie
540 Chemistry and allied sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 136 S.
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