Faculté des sciences

Gamma-ray spectroscopy using the (n,γ) and (α,2nγ) reactions

Genilloud, Laurent ; Jolie, Jan (Dir.) ; Dousse, Jean-Claude (Codir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2000 ; no 1314.

Un des buts de la spectroscopie gamma est d'étudier la structure des noyaux atomiques. Pour ce faire, les noyaux doivent être amenés à des états excités à l'aide d'une réaction nucléaire. L'étude de la désintégration électromagnétique subséquente de ces états par la mesure des rayons γ qui la compose permet ensuite de reconstruire le schéma des niveaux excités de noyaux... Plus

Ajouter à la liste personnelle
    Résumé
    Un des buts de la spectroscopie gamma est d'étudier la structure des noyaux atomiques. Pour ce faire, les noyaux doivent être amenés à des états excités à l'aide d'une réaction nucléaire. L'étude de la désintégration électromagnétique subséquente de ces états par la mesure des rayons γ qui la compose permet ensuite de reconstruire le schéma des niveaux excités de noyaux atomiques. La comparaison de ce schéma avec un modèle théorique permet une meilleure compréhension du système quantique qu'est le noyau atomique. Un test sensible des fonctions d'ondes prédites par les modèles peut être réalisé en mesurant les probabilités de transition entre les états excités. Ceci explique l'importance de connaître les temps de vie en physique nucléaire. Les différentes techniques utilisées dans ce travail pour parvenir à de tels résultats sont présentées dans la première partie de cette thèse. Les noyaux atomiques, composés d'un nombre fini de nucléons, montrent des mouvements collectifs. Le noyau 100Ru présente une structure vibrationnelle claire et peut être décrit par la symétrie dynamique U(5) du modèle IBA. Nous avons montré que pour cet isotope, cette limite s'est avérée reproduire de manière très satisfaisante presque tous les niveaux jusqu'aux états 4-phonons. Cependant, la comparaison avec la théorie des énergies d'excitation et des taux de transitions réduits est améliorée par l'ajout d'une perturbation SU(3) à la symétrie dominante U(5). De plus, les quelques états non-décrits par cette extension du modèle IBA ont été identifiés sur la base de leur mode de désintégration. Un ensemble complet de temps de vie d'états excités en dessous de 2.2 MeV dans un noyau déformé peut former une base de donnée unique pour l'étude de la structure nucléaire. Un bon candidat est le 168Er, l'un des noyaux déformés le mieux connu. En continuation de travaux précédents, les temps de vie des états excités appartenant à quelques bandes-K de parité négative ont été mesurés par la méthode GRID. La comparaison avec le modèle IBA permet de sélectionner les bandes ayant un caractère vibrationnel octupolaire. Les résultats concernant le 100Ru et 168Er sont présentés dans la deuxième partie de cette thèse. L'analyse par PGA (Prompt Gamma-ray Activation) est une excellente technique pour déterminer la présence et quantité d'éléments contenus dans un échantillon en l'irradiant continûment par des neutrons thermiques ou froids. Cependant, la complexité des spectres mesurés par des détecteurs germanium de haute pureté requiert l'utilisation d'un logiciel adéquat pour l'identification des éléments de l'échantillon. La troisième partie de cette thèse présente les bases théoriques de la technique PGA et décrit le programme d'analyse PEGASE.
    Summary
    One of the goals of gamma-ray spectroscopy is to study the structure of the atomic nuclei. To this aim, the nucleus has to be brought into excited states by a nuclear reaction. The study of the subsequent electromagnetic decay via the measurement of γ rays then allows one to establish the level scheme of the atomic nucleus. The comparison of this scheme with a theoretical model allows a better understanding of the quantal system formed by the atomic nucleus. A sensitive test of the wave functions predicted by the model can be realized by measuring the transitions probabilities in between excited states. This emphasizes the necessity of measuring lifetimes in nuclear physics. The different techniques used in this work are described in the first part of this thesis. The atomic nuclei, consisting of a finite number of nucleons, show collective motion. The nucleus 100Ru presents a clear vibrational structure and can be described by the U(5) dynamical symmetry of the IBA model. We showed that for this isotope, this limit proved to yield a very good description of nearly all levels up to the 4-phonons states. However, the comparison with theory of excitation energies and reduced transition rates could be improved by an admixture of SU(3) breaking terms to the dominant U(5) symmetry. Moreover, the few states not described by this extension of this IBA model have been identified on the basis of their absolute decay strengths. A complete set of lifetimes of nuclear excited states below 2.2 MeV in a well deformed nucleus could form a unique database for the study of nuclear structure. A good candidate for such a nucleus is 168Er, one of the best known deformed nuclei. In a continuation of prior works, the lifetimes of excited states pertaining to several low-K negative parity bands have been measured using the GRID method. The comparison with the IBA model allows to select the bands having a octupole vibrational character. The result on 100Ru and 168Er are presented in the second part of this thesis. The analysis using Prompt Gamma-ray Activation (PGA) is an excellent tool to determine the presence and quantity of elements in a sample irradiate continuously with cold or thermal neutrons. However, the complexity of the spectra measured with high-purity germanium detectors requires the use of adequate software for the identification of elements contained in the sample. The third part of this thesis deals with the presentation of the theoretical basis of the PGA technique and the developed analysis program PEGASE.