Эксперимент с мини-шаром
| Список экспериментальных установок ISOLDE | |
|---|---|
| COLLAPS , CRIS , EC-SLI , IDS , ISS , ISOLTRAP , LUCRECIA , Miniball , MIRACLS , SEC , VITO , WISArD | |
| Другие удобства | |
| Врачи | Медицинские изотопы, собранные из ISOLDE |
| 508 | Лаборатория физики твердого тела |
Эксперимент Miniball объекте представляет собой установку гамма-спектроскопии, регулярно размещаемую на ISOLDE в ЦЕРН , а также в других местах, включая GSI , Кельн , PSI и RIKEN (HiCARI). [1] [2] [3] [4] Miniball — это матрица высокого разрешения германиевая детекторная низкой интенсивности, , специально разработанная для работы с пучками радиоактивных ионов пост-ускоренными с помощью HIE-ISOLDE (High Intensity and Energy-ISOLDE), для анализа гамма-излучения, испускаемого короткоживущими ядрами. Благодаря шестикратной сегментации детектора Miniball предлагает превосходные возможности доплеровской коррекции по сравнению с обычными спектрометрами гамма-излучения, использующими несегментированные детекторы. Установка использовалась для успешных экспериментов по кулоновскому возбуждению и реакции передачи с экзотическими пучками. Результаты экспериментов с мини-шаром использовались для определения и исследования структуры ядра . [5]
Миниболл работает на пост-ускорителе REX-ISOLDE (Эксперимент пучка радиоактивных ионов-ISOLDE) в ЦЕРНе с 2001 года. [6] В 2015 году он стал частью проекта HIE-ISOLDE, подключенного через луч XT01. [7] Это был первый полностью работоспособный германиевый гамма-спектрометр, способный определять пространственные координаты точек взаимодействия гамма-лучей в объеме детектора с помощью анализа формы импульса. [8]
Фон
[ редактировать ]Основными двумя механизмами реакций, используемыми в экспериментах на установке «Миниболл» в ISOLDE, являются реакции кулоновского возбуждения и реакции передачи (в основном одно- и двухнейтронной передачи).
Кулоновское возбуждение — это метод, используемый для исследования электромагнитного (ЭМ) аспекта ядерной структуры. Ядро ; возбуждается при неупругом столкновении с другим ядром для того, чтобы не было вклада в процесс возбуждения короткодействующей ядерной силы, необходима достаточно большая дистанция наибольшего сближения сталкивающихся ядер. Затем ядро распадается до более низкого состояния, испуская гамма-лучи , которые можно обнаружить с помощью детекторов гамма-излучения. [9] Этот метод полезен для исследования коллективности в ядрах (движения отдельных нуклонов коррелированы), поскольку коллективные возбуждения часто связаны электрическими квадрупольными переходами. [10]
Во время реакций передачи один (или несколько) нуклонов обмениваются между ядром-мишенью и снарядом , что приводит к другому конечному состоянию ядра. [11] Измерения угла излучения и энергии для использования в кинематических расчетах двух тел могут дать энергию возбуждения заселенных состояний в ядре конечного состояния. Кроме того, измеренные угловые распределения сравниваются с теорией, чтобы определить переданный орбитальный угловой момент в реакции. Для однонуклонного перехода это указывает на орбиталь, на которую был переведен нуклон. Изучение реакций переноса полезно в ядерной астрофизике , поскольку оно воспроизводит эволюцию звезд и может проверять теоретические модели . [12]
Экспериментальная установка
[ редактировать ]
германия высокой чистоты Детекторная матрица Miniball состоит из 24 кристаллов , имеющих коническую переднюю часть. [8] В отличие от других детекторов, разработанных в то же время (например, EUROBALL), они имеют шестикратную сегментацию, при этом каждый из сегментов подключен к отдельному предусилителю . [13] Кристаллы запечатаны в алюминиевой банке , что обеспечивает доступ к холодной электронике без использования чистой комнаты , поскольку хрупкая поверхность германиевого кристалла защищена банкой. [6] [5]
Инкапсулированные кристаллы разделены на шесть сегментов и помещены в криостаты , которые позволяют охлаждать кристаллы с помощью жидкого азота . Каждый криостат разделен на три капсулы, которые установлены в общей вакуумной камере, соединенной с одним дьюаром . В зависимости от размеров реакционной камеры, расположенной в центре массива, кластеры могут быть расположены в различных конфигурациях, чтобы обеспечить оптимальное покрытие телесных углов . [14] Это достигается за счет установки криостатов на полукруглых поворотных кронштейнах с возможностью непрерывного перемещения вдоль них. [5]
Установка T-REX (Transfer at REX) предназначена для измерения реакций переноса на детекторе Miniball. Установка состоит из кремниевого ствола с передним и обратным детекторами CD, покрывающими телесный угол 66% от 4π. T-REX измеряет угловое распределение легких продуктов реакции. [11]
Miniball использует цифровую обработку импульсов с использованием в реальном времени алгоритмов цифрового фильтра для получения результатов по энергии и времени. Система сбора и анализа данных состоит из фронтальной системы считывания и транспортировки данных и серверной системы управления и анализа данных. [1]
Результаты
[ редактировать ]Результат эксперимента «Миниболл» в ISOLDE вошел в Института физики (IoP) за 2013 год. «десятку лучших достижений в физике» [15] Исследование обнаружило доказательства того, что тяжелое ядро, а именно радий-224, имеет жесткую грушевидную форму. [16] Прорыв также был показан на обложке одного из номеров журнала Nature в 2013 году. [17]
Основной экспериментальной техникой, используемой с Miniball, является низкоэнергетическое кулоновское возбуждение . С помощью этого метода электрические дипольные , квадрупольные и октупольные моменты электромагнитных переходов в нескольких радиоактивных ядрах. были определены [18] Техника реакций переноса также используется в экспериментах с минишаром. [11] Например, в одном из первых экспериментов по реакции переноса, проведенных с Miniball, возбужденное состояние со спиновой четностью 0 + имеющий сферическую форму был идентифицирован в ядре « острова инверсии » 32 Мг . [19] [6]
Внешние ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Рейтер, П.; Эберт, Дж.; Фауст, Х.; Франчу, С.; Герл, Дж.; Гунд, К.; Хабс, Д.; Хейс, М.; Юнгклаус, А.; Либ, КП; Шейт, Х.; Швальм, Д.; Томас, Х.Г.; ван Дуппен, П.; Вайсшаар, Д. (22 апреля 2002 г.). «Массив МИНИБАЛ» . Ядерная физика А . 5-я Международная конференция по радиоактивным ядерным пучкам. 701 (1): 209–212. Бибкод : 2002НуФА.701..209Р . дои : 10.1016/S0375-9474(01)01576-7 . ISSN 0375-9474 .
- ^ «Страница документации по мини-шару» . www.ikp.uni-koeln.de . Проверено 11 августа 2023 г.
- ^ "muX | LTP | Институт Пола Шеррера (PSI)" . www.psi.ch. Проверено 16 августа 2023 г.
- ^ Виммер, К; Дорненбал, П; Аой, Н; Баба, Х; Браун, Ф; Кэмпбелл, К; Кроуфорд, Х; Де Витте, Х; Франсен, К; Хесс, Х; Ивадзаки, С; Ким, Дж; Кода, А; Койвай, Т; и др. (2021). «HiCARI: Кластерный массив высокого разрешения в RIBF» (PDF) . Отчет о ходе работы акселератора RIKEN . 54 .
- ^ Jump up to: а б с Уорр, Н.; Ван де Валле, Дж.; Альберс, М.; Эймс, Ф.; Бастин, Б.; Бауэр, К.; Бильдштейн, В.; Блажев А.; Бениг, С.; Бри, Н.; Брюнель, Б.; Батлер, Пенсильвания; Седеркелл, Дж.; Клемент, Э.; Коколиос, TE (март 2013 г.). «Спектрометр Миниболл» . Европейский физический журнал А. 49 (3): 40. Бибкод : 2013EPJA...49...40W . дои : 10.1140/epja/i2013-13040-9 . ISSN 1434-6001 .
- ^ Jump up to: а б с Рейтер, П.; Уорр, Н. (01 июля 2020 г.). «Исследование ядерной структуры с помощью повторно ускоренных пучков на REX- и HIE-ISOLDE» . Прогресс в области физики элементарных частиц и ядерной физики . 113 : 103767. Бибкод : 2020ПрПНП.11303767Р . дои : 10.1016/j.ppnp.2020.103767 . ISSN 0146-6410 . S2CID 213422435 .
- ^ Борге, MJG; Рийсагер, К. (17 ноября 2016 г.). «HIE-ISOLDE, проект и возможности физики» . Европейский физический журнал А. 52 (11): 334. Бибкод : 2016EPJA...52..334B . дои : 10.1140/epja/i2016-16334-4 . ISSN 1434-601X . S2CID 254112292 .
- ^ Jump up to: а б Швальм, Д. (март 2005 г.), «Первые эксперименты с Рекс-Изольдой и мини-шаром», Ключевые темы ядерной структуры , World Scientific, стр. 21–34, Бибкод : 2005ktns.conf...21S , doi : 10.1142/9789812702265_0003 , ISBN 978-981-256-093-3 , получено 2 августа 2023 г.
- ^ Зелинска, Магда (27 января 2016 г.). «Теоретическое описание низкоэнергетического кулоновского возбуждения» (PDF) . indico.cern . Проверено 2 августа 2023 г.
- ^ Клемент, Э.; Зелинска, М.; Перу, С.; Гутте, Х.; Хилэр, С.; Гёрген, А.; Кортен, В.; Доэрти, DT; Бастин, Б.; Бауэр, К.; Блажев А.; Бри, Н.; Брюнель, Б.; Батлер, Пенсильвания; Баттерворт, Дж. (28 ноября 2016 г.). «Низкоэнергетическое кулоновское возбуждение пучков Sr 96, 98» . Физический обзор C . 94 (5): 054326. Бибкод : 2016PhRvC..94e4326C . дои : 10.1103/PhysRevC.94.054326 . hdl : 10852/66640 . ISSN 2469-9985 .
- ^ Jump up to: а б с Сотрудничество T-REX; Бильдштейн, Винсент; Гернхойзер, роман; Крёлль, Торстен; Костыли, Райнер; Виммер, Кэтрин; Ван Дуппен, Пит; Хейс, Марк; Патронис, Николас; Раабе, Риккардо (июнь 2012 г.). «T-REX: Новая установка для экспериментов по переносу в REX-ISOLDE» . Европейский физический журнал А. 48 (6): 85. Бибкод : 2012EPJA...48...85B . дои : 10.1140/epja/i2012-12085-6 . ISSN 1434-6001 . S2CID 119716833 .
- ^ Ингеберг, Фольксваген; Сием, С; Видекинг, М; Чоплин, А; Гориели, С; Сисс, Дж; Абрахамс, Арнсвальд; Белло Гарроте, форвард; Блюэль, Д.Л.; Седеркалл, Дж; Кристофферсен, ТЛ; Кокс, DM; Де Витте, Х; Гаффни, LP; Горген, А. (14 июля 2023 г.). «Плотность ядерного уровня и функция прочности γ-лучей 67Ni и влияние на i-процесс». arXiv : 2307.07153 [ nucl-ex ].
- ^ Тирольф, PG; Хабс, Д; Рудольф, Д; Фишбек, К; Швальма, Д; Эбетб, Дж; Гуткнехт Д. «Проект МИНИБОЛ» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Батлер, Пенсильвания; Седеркалл, Дж; Райтер, П. (01 апреля 2017 г.). «Исследование ядерной структуры экзотических ядер с помощью MINIBALL» . Журнал физики G: Ядерная физика и физика элементарных частиц . 44 (4): 044012. Бибкод : 2017JPhG...44d4012B . дои : 10.1088/1361-6471/aa5c4e . ISSN 0954-3899 .
- ^ iopp (13 декабря 2013 г.). «Объявлены 10 главных достижений в области физики за 2013 год» . Издательство ИОП . Проверено 11 августа 2023 г.
- ^ «Ядерная физика становится грушевидной» . Мир физики . 08.05.2013 . Проверено 11 августа 2023 г.
- ^ «Природа — том 497, выпуск 7448, 9 мая 2013 г.» . Природа . 08.05.2013 . Проверено 11 августа 2023 г.
- ^ Ван Дюппен, П; Рийсагер, К. (1 февраля 2011 г.). «Физика с REX-ISOLDE: от эксперимента к установке» . Журнал физики G: Ядерная физика и физика элементарных частиц . 38 (2): 024005. Бибкод : 2011JPhG...38b4005V . дои : 10.1088/0954-3899/38/2/024005 . ISSN 0954-3899 . S2CID 123521877 .
- ^ Виммер, К.; Крёлль, Т.; Крюкен, Р.; Бильдштейн, В.; Гернхойзер, Р.; Бастин, Б.; Бри, Н.; Дирикен, Дж.; Ван Дуппен, П.; Хейс, М.; Патронис, Н.; Вермален, П.; Вуло, Д.; Ван де Валле, Дж.; Венандер, Ф. (13 декабря 2010 г.). «Открытие формы сосуществующего состояния 0 + в Mg 32 посредством реакции передачи двух нейтронов» . Письма о физических отзывах . 105 (25): 252501. arXiv : 1010.3999 . Бибкод : 2010PhRvL.105y2501W . doi : 10.1103/PhysRevLett.105.252501 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 21231582 . S2CID 43334780 .