Hafif-ağır çekirdeklerin yapı ve reaksiyon gözlenirlerinin incelenmesi
Investigation of the structure and reaction observables of light-heavy nuclei
Yazar: RAMAZAN DAĞTAŞ
Danışman: PROF. DR. ORHAN BAYRAK
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Nükleer Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Çekirdekteki çok sayıda nükleonlar arasındaki etkileşimi tanımlamak çözülmesi güç
bir problemdir. Bu probleme çözüm önerisi olarak literatürde pek çok teorik model
geliştirilmiştir. Bu modellerden birisi de ikili kümelenme modelidir. Bu çalışmada
hafif ve ağır çekirdeklerin deneysel gözlenirlerini açıklamada ikili kümelenme modeli
kullanılmıştır. İlk kısımda, $^{20}\textrm{Ne}$ ve $^{24}\textrm{Mg}$ çekirdeklerinin
nükleer yapı ve reaksiyon gözlenirleri farklı küme konfigürasyonları kullanılarak
sistematik olarak araştırılmıştır. Her iki çekirdeğin pozitif çift pariteli
uyarılma enerjileri ve $B(E2\downarrow)$ geçiş şiddetleri hesaplanmıştır.
Ek olarak, $^{24}\textrm{Mg}$ çekirdeğinden $^{8}\textrm{Be}$ ve $^{12}\textrm{C}$
kümelerinin bozunma genişlikleri de hesaplanmıştır. Hesaplamalarda
$^{20}\textrm{Ne}$=$\alpha$+$^{16}\textrm{O}$ konfigürasyonunda fenomenolojik
Morse potansiyeli, $^{24}\textrm{Mg}$=$\alpha$+$^{20}\textrm{Ne}$,
$^{8}\textrm{Be}$+$^{16}\textrm{O}$ ve $^{12}\textrm{C}$+$^{12}\textrm{C}$
konfigürasyonlarında nükleon-nükleon Michigan 3 Yukawa (M3Y) etkileşimli çift
katlı potansiyeli kullanılmıştır. Bozunma genişlikleri Wentzel-Kramers-Brillouin
(WKB) metodu ile bulunmuştur. Ayrıca, $^{16}\textrm{O}$ ve $^{20}\textrm{Ne}$ hedefleri
üzerine farklı gelme enerjilerinde $\alpha$-elastik saçılma diferansiyel
tesir kesitleri de hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, önceki benzer teorik
çalışmaların sonuçları ile karşılaştırılmış ve $^{24}\textrm{Mg}$ çekirdeği
için sonuçlar geliştirilmiştir.

İkinci kısımda, ikili kümelenme modeli ağır ve süper ağır çekirdeklerin alfa ve daha
ağır küme bozunum yarı ömürlerini elde etmek için uygulanmıştır. Bu bağlamda
Modifiye edilmiş harmonik osilatör potansiyeli ve küresel Coulomb potansiyellerinin
analitik çözümüne dayanan Geiger-Nuttal benzeri basit yarı ömür formül kullanılarak
öncelikle atom numarası $87\leq Z \leq 96$ aralığındaki ağır çekirdeklerden alfa ve
daha ağır kümelerin bozunma yarı ömürleri hesaplanmıştır. Akabinde alfa bozunumuna göre
ağır küme bozunum yarı ömürlerinin dallanma oranları belirlenmiştir. Daha sonra atom numarası
$104\leq Z \leq 120$ aralığında olan süper ağır çekirdeklerden alfa bozunum yarı ömürleri
hesaplanmıştır. Her iki çekirdek bölgesinde elde edilen sonuçlar deneysel verilerle
uyumlu olup, minimum rms sapmaları elde edilmiştir. Ek olarak deneysel yarı ömürleri
bilinmeyen çekirdeklerin de yarı ömürleri tahmin edilmiştir. $Z=118-120$ bölgesindeki
çekirdeklerde yapılan analizde, nötron sayısının bir fonksiyonu olarak alfa bozunma
yarı ömürlerinin değişimi, $N=178$ ve $N=184$'te kabuk kapanma etkisini göstermektedir.

Abstract:
Identifying the intricate interactions among the large numbers of nucleons within the
nucleus remains a challenging task. To address this issue, this study employs a binary
clustering model to elucidate the experimental observations associated with both light
and heavy nuclei. In the first stage, a comprehensive investigation of the nuclear
structure and reaction observables of $^{20}\textrm{Ne}$ and $^{24}\textrm{Mg}$ nuclei
has been conducted using different clusture configurations. This includes the systematic
evaluation of positive parity excitation energies, $B(E2\downarrow)$ transition strengths,
as well as the decay widths pertaining to $^{8}\textrm{Be}$ and $^{12}\textrm{C}$ clusters
originating from the $^{24}\textrm{Mg}$ nucleus. The phenomenological Morse potential has
been employed to describe the $^{20}\textrm{Ne}$=$\alpha$+$^{16}\textrm{O}$ configuration,
while the double folding potential incorporating nucleon-nucleon Michigan 3 Yukawa (M3Y)
interaction has been utilized to model the $^{24}\textrm{Mg}$=$\alpha$+$^{20}\textrm{Ne}$,
$^{8}\textrm{Be}$+$^{16}\textrm{O}$, and $^{12}\textrm{C}$+$^{12}\textrm{C}$ configurations.
The decay widths have been determined through the application of the Wentzel-Kramers-Brillouin
(WKB) approximation. Furthermore, the $\alpha$-elastic scattering
differential cross sections on the $^{16}\textrm{O}$ and $^{20}\textrm{Ne}$ targets have been
calculated. The obtained results are compared with the results of prior similar theoretical
studies and the results for the $^{24}\textrm{Mg}$ nucleus are developed.

In the second stage, the binary cluster model has been employed to determine the decay
half-lives of alpha and heavier clusters for both heavy and superheavy nuclei.
Specifically, the decay half-lives of alpha and heavier clusters have been
calculated from heavy nuclei with atomic number range of $87\leq Z \leq 96$ using a
Geiger-Nuttal like simple half-life formula based on the analytical solution of
modified harmonic oscillator and spherical Coulomb potentials. Subsequently, the branching
ratios of the heavy cluster decay half-lives with respect to alpha decay have been determined.
Then, alpha decay half-lives have been calculated from superheavy nuclei with atomic number
in the range $104\leq Z \leq 120$. The obtained results are in excellent agreement with
experimental data, and minimum rms deviations have been obtained. Furthermore, estimations
of the half-lives have been provided for nuclei lacking available experimental data.
Notably, the analysis of nuclei in the $Z=118-120$ region reveals a pronounced shell
closure effect at $N=178$ and $N=184$ through the variation of alpha decay half-lives as
a function of neutron number.