Construction and commissioning of a collinear laser spectroscopy setup at TRIGA Mainz and laser spectroscopy of magnesium isotopes at ISOLDE (CERN)

Abstract

Collinear laser spectroscopy has been used as a tool for nuclear physics for more than 30 years. The unique possibility to extract nuclear properties like spins, radii and nuclear moments in a model-independent manner leads to important physics results to test the predictive power of existing nuclear models. rnThis work presents the construction and the commissioning of a new collinear laser spectroscopy experiment TRIGA-LASER as a part of the TRIGA-SPEC facility at the TRIGA research reactor at the University of Mainz. The goal of the experiment is to study the nuclear structure of radioactive isotopes which will be produced by neutron-induced fission near the reactor core and transported to an ion source by a gas jet system. rnThe versatility of the collinear laser spectroscopy technique will be exploited in the second part of this thesis. The nuclear spin and the magnetic moment of the neutron-deficient isotope Mg-21 will be presented, which were measured by the detection of the beta-decay asymmetry induced by nuclear polarization after optical pumping. A combination of this detection method with the classical fluorescence detection is then used to determine the isotope shifts of the neutron-rich magnesium isotopes from Mg-24 through Mg-32 to study the transition to the ''island of inversion''.

Kollineare Laserspektroskopie ist seit über 30 Jahren ein wichtiges Instrument für die Untersuchung von Kerneigenschaften. Die einzigartige Möglichkeit, Kernstrukturgrößen wie Spins, Radien und Kernmomente modellunabhängig zu extrahieren, gibt den gewonnenen Daten ein besonders großes Gewicht beim Test der Vorhersagekraft existierender Kernmodelle. rnIn dieser Arbeit werden der Aufbau und Testmessungen eines neuen Experiments für kollineare Laserspektroskopie TRIGA-LASER am TRIGA Forschungsreaktor der Universität Mainz vorgestellt. TRIGA-LASER ist eines von zwei Experimentzweigen der TRIGA-SPEC Anlage. Ziel des Laserexperiments ist die Untersuchung von radioaktiven Isotopen, welche durch neutroneninduzierte Spaltung nahe des Reaktorkerns produziert und durch ein Gas-Jet Transportsystem zur Ionequelle geführt werden. rnDie Vielseitigkeit der von uns angewendeten experimentellen Methode wird im zweiten Teil dieser Arbeit ausgenutzt. Wir präsentieren den Kernspin und das magnetische Moment des neutronenarmen Isotops Mg-21, welche wir durch den Nachweis der beta-Zerfalls-Asymmetrie nach optischem Pumpen bestimmt haben. Die Kombination dieser Nachweismethode mit dem klassischen optischen Nachweis wird dann verwendet, um die Isotopieverschiebungen der neutronenreichen Kerne von Mg-24 bis Mg-32 zu bestimmen. Dies dient der Untersuchung der ''island of Inversion''.