Authors:	Sulignano, Barbara
Title:	Search for K isomers in 252,254 No and 260 Sg and investigation of their nuclear structure
Online publication date:	9-Jul-2007
Year of first publication:	2007
Language:	english
Abstract:	Study of K isomerism in the transfermium region around the deformed shells at N=152, Z=102, and N=162, Z=108 provides important information on the structure of heavy nuclei. Recent calculations suggest that the K-isomerism can enhance the stability of such nuclei against alpha emission and spontaneous fission. Nuclei showing K isomerism have neutron and proton orbitals with large spin projections on the symmetry axis which is due to multi quasiparticle states with aligned spins K. Quasi-particle states are formed by breaking pairs of nucleons and raising one or two nucleons in orbitals near the Fermi surface above the gap, forming high K (multi)quasi-particle states mainly at low excitation energies. Experimental examples are the recently studied two quasi-particle K isomers in 250,256-Fm, 254-No, and 270-Ds. Nuclei in this region, are produced with cross sections ranging from several nb up to µb, which are high enough for a detailed decay study. In this work, K isomerism in Sg and No isotopes was studied at the velocity filter SHIP of GSI, Darmstadt. The data were obtained by using a new data acquisition system which was developed and installed during this work. 252,254-No and 260-Sg were produced in fusion evaporation reactions of 48-Ca and 54-Cr projectiles with 206,208-Pb targets at beam energies close to the Coulomb barrier. A new K isomer was discovered in 252-No at excitation energy of 1.25 MeV, which decays to the ground state rotational band via gamma emission. It has a half-life of about 100 ms. The population of the isomeric state was about 20% of the ground state population. Detailed investigations were performed on 254-No in which two isomeric states (275 ms and 198 µs) were already discovered by R.-D. Herzberg, but due to the higher number of observed gamma decays more detailed information about the decay path of the isomers was obtained in the present work. In 260-Sg, we observed no statistically significant component with a half life different from that of the ground state. A ncomparison between experimental results and theoretical calculations of the single particle energies shows a fair agreement. The structure of the here studied nuclei is in particular important as single particle levels are involved which are relevant for the next shell closure expected to form the region of the shell stabilized superheavy elements at proton numbers 114, 120, or 126 and neutron number 184. K isomers, in particular, could be an ideal tool for the synthesis and study of these isotopes due to enhanced spontaneous fission life times which could result in higher alpha to spontaneous fission branching ratios and longer half lifes. Das Studium von K-Isomeren in Transfermiumelementen im Bereich N=152, Z=102 und N=162, Z=108 liefert wichtige Informationen über die Kernstruktur schwerer Elemente. Neuere Rechnungen zeigen, dass K-Isomerie die Stabilität eines Kerns gegenüber alpha-Emission oder Spontanspaltung erhöhen kann. Voraussetzung für das Auftreten von K-Isomerie ist das Aufbrechen von Nukleonpaaren nahe der Fermifläche und das Anheben eines oder mehrerer Nukleonen auf höhere Energieniveaus, wobei Quasiteilchenzustände gebildet werden. Wenn dabei Neutron- und/oder Protonorbitale mit großen Spinprojektionen K auf die Symmetrieachse des Kerns entstehen, können sich K-Isomere ausbilden. Beispiele für Kerne, in denen K-Isomere beobachtet wurden, sind 250,256-Fm, 254-No und 270-Ds. Die Produktionsquerschnitte für diese Kerne sind nb bis µb und damit ausreichend hoch für eine detaillierte Zerfallsspektroskopie. In dieser Arbeit wurde K-Isomerie in No und Sg Isotopen am Geschwindigkeitsfilter SHIP der GSI Darmstadt untersucht. Dafür stand auch ein neues Datenaufnahmesystem zur Verfügung, welches während dieser Arbeit entwickelt und installiert wurde. 252,254-No und 260-Sg wurden in Fusions-Verdampfungsreaktionen mit 48-Ca, 54-Cr Strahlen und 206,208-Pb Targets bei Energien an der Coulombbarriere erzeugt. In 252-No wurde ein neues K-Isomer bei einer Anregungsenergie von 1.25 MeV entdeckt, welches mit einer Halbwertszeit von 100 ms über alpha-Emission ins Grundzustandsrotationsband zerfällt. Im Isotop 254-Fm konnte die Existenz von zwei K-Isomeren mit Halbwertszeiten von 275 ms und 198 µs bestätigt werden, die bereits aus Experimenten von R.-D. Herzberg bekannt war. Auf Grund der fünfmal höheren Statistik konnte überdies in der vorliegenden Arbeit das Zerfallsschema von 254-No erweitert werden. In 260-Sg konnte keine statistisch relevante Komponente identifiziert werden, die dem Zerfall eines Isomers zugeordnet werden könnte. K-Isomerie könnte für die Produktion und Untersuchung superschwerer Kerne eine wichtige Rolle spielen. Auf Grund der erhöhten Lebensdauer für Spontanspaltung können ein größeres Verzweigungsverhältnis von alpha-Emission zu Spaltung und längere Halbwertszeiten erwartet werden. Für die Protonenzahlen 114, 120 oder 126 und die Neutronenzahl 184 wird ein Bereich schalenstabilisierter Kerne erwartet. Einteilchenzustände, welche für diese Schalenabschlüsse relevant sind, sind auch in den Isotopen beteiligt, die in dieser Arbeit untersucht wurden.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3343
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-13300
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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