Analysis of neutron-rich isotopes around the Z-38 region populated through a heavy-ion fission reaction

Abstract

Abstract. The study of neutron-rich nuclei is currently one of the most active research fields in nuclear physics. The neutron excess that these nuclei contain in comparison to the stable nuclei induces new physics phenomena such as changes of the so called magic numbers given by the nuclear shell model, which leads to unexpected deformations of the nuclear shape of these nuclei far away from the stability line. In the last decades, neutron-rich nuclei with a number of protons (Z) near 38 have gained attention due to the evolution of their nuclear deformation as a function of the number of neutrons. The most remarkable case corresponds to Zirconium (Z=40), where the nuclear deformation changes from a quasi-spherical shape for 96Zr, to a highly prolate deformation as in the case of 104Zr. Nevertheless, the experimental study of this behaviour has not been completed yet since the low production cross-section of these isotopes demands improved facilities only recently developed, with a detection eficiency high enough to clearly detect these nuclei together with the gamma radiation emmited by them when de-excite. In 2011, at the Laboratori Nazionali di Legnaro, Italy, neutron-rich nuclei in the Z-38 region were populated by the fission reaction of a 136Xe projectile colliding against a 238U target, at a beam energy of 960 MeV. In order to detect the nuclear species produced and the gamma rays emmited by them, the new -ray detector AGATA Demonstrator was used in coupling with the mass spectrometer PRISMA. In this thesis the data obtained has been analysed in order to determine the mass distribution for the detected neutron-rich Zirconium and Strontium isotopes together with their associated gamma spectrum.

El estudio de núcleos ricos en neutrones es uno de los actuales campos de investigación más activos en física nuclear. El exceso de neutrones que estos presentan en comparación con los núcleos estables genera fenómenos físicos no observados previamente, por ejemplos, el cambio en los llamados números mágicos predichos por el modelo de capas nuclear, lo que lleva a comportamientos inesperados de la deformación nuclear para estos isótopos lejos de la línea de estabilidad. En las ultimas décadas, los isótopos ricos en neutrones con un número de protones (Z) cercano a 38 han ganado atención debido a la evolución de su deformación como función del número de neutrones. El caso más importante corresponde al Zirconio (Z=40), donde la deformación nuclear cambia desde una forma cuasi-esférica para el 96Zr hasta una deformación altamente prolata para el 104Zr. No obstante, el análisis experimental de este fenómeno no se ha completado pues la producción de estos núcleos inestables tiene una sección eficaz tan baja que su detección en conjunto con la radiación gamma que emiten cuando se desexcitan, con una eficiencia tal que permita acumular una adecuada estadística, es un reto que sólo ha podido enfrentarse recientemente gracias a los últimos desarrollos en las herramientas experimentales de espectroscopía nuclear. En el año 2011, en las instalaciones del Laboratori Nazionali di Legnaro, Italia, núcleos ricos en neutrones con Z-38 fueron creados usando la reacción de fisión inducida de un proyectil de 136Xe colisionando contra un blanco en reposo de 238U, con una energía cinética de 960 MeV. Para detectar las especies nucleares producidas y la radiación gamma emitida producto de su desexcitación, se usó un montaje experimental compuesto por el nuevo detector gamma AGATA Demonstrator acoplado con el espectrómetro de masas PRISMA. En esta tesis se analizan los datos obtenidos en el experimento para determinar la distribución de masas detectadas para los isótopos de Zirconio y Estroncio, y se obtienen los espectros de radiacióon gamma asociados a estos núcleos.