Gamma-ray spectroscopy of deformed states in light nuclei and cluster emission

Abstract

Gamma-ray decays from possible nuclear cluster structures in light deformed nuclei have been investigated using the GASP array of high purity germanium detectors. In order to achieve the required experimental sensitivity, a special device was used, namely a highly efficient array of silicon-detector telescopes for the detection of charged particles. Using gamma-particle coincidences, a detailed level scheme for the gamma-ray transitions in 10-Be beneath the particle threshold was obtained and new gamma-ray transitions identified. Furthermore, the gamma-ray populations in the direct and compound reaction mechanisms were studied for neon-isotopes. The gamma-ray spectra obtained for 21-Ne were interpreted as indicating a reflection asymmetric structure. New spin assignments have been made for some of the levels in 21-Ne following a DCO (Directional Correlations de-exciting Oriented states) analysis. New transitions in 22-Ne were found. In addition, tentative spin assignments for 23-Ne were extracted after comparing the current experimental data with theoretical predictions. A quantitative analysis of the emission of 8-Be and 12-C* clusters was made and information about the ratio between the coincident uncorrelated alpha-particles as well as the real cluster events was extracted from the energy spectra. In addition, the differences between the gamma-ray spectra in coincidence with two alpha-particles registered in different detectors and the `8-Be' events were analysed. The results show the enhanced sequential emission of alpha-particles. Here, it has been experimentally observed that the residual nuclei, after cluster emission, are in a state of higher excitation energy than the same compound nuclei following the sequential emission of alpha-particles. This phenomenon is discussed and an explanation proposed.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde nach gamma-Übergängen möglicher Cluster- Strukturen in leichten Kernen gesucht. Dazu wurden Experimente mit dem gamma- Detektorball GASP am Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) in Italien durchgeführt. Um eine bessere Kannaltrenung und Selektivität zu erreichen wurde zusätzlich der Detektorball ISIS (zum Nachweiss leichter Teilchen) verwendet. Mit der Hilfe von gamma-Teichen-Koinzidenzen wurden detaillierte Niveau-Schemata für die Übergänge unter der Teilchenschwelle in 10-Be extrahiert. Außerdem wurde die Bevölkerung der gamma-Übergänge durch Direkte- und Compoundkern- Reaktionmechanismen für die Neon-Isotope studiert. Das beobachtete gamma-Spektrum für 21-Ne wurde als starker Hinweis auf eine reflexionsasymetrische Struktur gedeutet. Neue Spinzuordnungen, die einer DCO (Directional Correlations de-exciting Oriented states) Analyse folgen, sind für einige der Niveaus in 21-Ne getrofen worden. Neue Übergänge in 22-Ne wurden gefunden. Durch Vergleich der von uns gemessenen Daten mit theoretischen Vorhersagen konnten zusätzlich vorläufige Spinzuordnungen für 23-Ne extrahiert werden. Eine quantitative Analyse der Emission von 8-Be und 12-C* wurde durchgeführt und aus den Energiespektren wurden Informationen über das Verhältnis zwischen den gleichzeitig eintreffenden unkorellierten alpha- Teilchen sowie die den realen 8-Be-Clustern extrahiert. Zusätzlich wurden die Unterschiede zwischen den registrierten gamma-Spektren in Koinzidenz mit zwei alpha-Teilchen in unterschiedlichen Detektoren, und den gamma-Spektren in Koinzidenz mit den `8-Be' Ereignisse analysiert. Es wurde experimentell nachgewiesen, daß die Restkerne nach der Cluster-Emission in einem höheren Anregungszustand sind, als die gleiche Kerne, die aus der aufeinanderfolgenden Emission der alpha-Teichen enstanden sind. Deshalb ist bei Restkerne, die aus der Cluster-Emission herforgeganden sind, die Emission weitere leichte Teilchen bevorzugt. Dieses Phänomen ist diskutiert und eine mögliche Erklärung wurde gegeben.