Yüksek rezolüsyonlu (3He,t) reaksiyonu ile elde edilen +3/2 izospinli 45Sc çekirdeğinin gamow-teller geçişlerinin incelenmesi
Study of gamow-teller transitions of 45Sc nucleus with +3/2 isospin obtained from high-resolution (3He,t) reaction
Yazar: GÜLFEM SÜSOY
Danışman: DOÇ. DR. YEŞİM ÖKTEM ; PROF. YOSHİTAKA FUJİTA
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Nükleer Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Çekirdeğin içindeki zayıf süreçler arasında, ??-tipi etkileşmelerden kaynaklanan Gamow-Teller (GT) geçişleri oldukça popülerdir. Sadece nükleer fizikte değil aynı zamanda astrofizikte de ilgi çekmektedir; örneğin bu geçişler süpernova kor çökmesinin ilk evresinde önemli bir rol oynar. Bu aşamada, çoğunlukla GT geçişleriyle sürdürülen pf-kabuk çekirdeklerinin elektron yakalama ve ß bozunumu önemli rol oynamaktadır. 1980'li yıllarda orta enerjilerde yapılan (p,n) ve (n,p) tipli yük değişim reaksiyonları (Charge-Exchange Reactions (CE)) kullanılarak pf-kabuk çekirdeklerinde B(GT) güçlerinin araştırılmasına başlanmıştır. Bu tür reaksiyonlar GT güç dağılımları hakkında zengin bilgiler sağlamıştır ancak tek geçişler hakkındaki çalışmalar sınırlı enerji rezolüsyonu (~300 keV) nedeniyle fakir kalmıştır. Hüzme eşleştirme tekniklerindeki gelişme, 0° saçılma açısında ve orta enerjilerde yapılan (3He,t) reaksiyonunda ~30 keV luk enerji rezolüsyonuna ulaşılmasına olanak sağlamıştır. Bu bir basamak daha iyi rezolüsyonla, daha önce yapılan (p,n) reaksiyonlarında çözümlenememiş GT ve Fermi seviyeleri çalışılabilmektedir. Ayrıca 0° saçılma açısında CE reaksiyonlarında, GT geçişleri için tesir kesitlerinin B(GT) ile orantılı olduğu bilinmektedir. L=0 GT geçişleri için iyi orantılılık ispat edilmiştir.GT geçiş güçlerinin detaylı çalışmaları için, Osaka Üniversitesi Research Center for Nuclear Physics (RCNP) Araştırma Merkezinde, Tz= (1/2)(N-Z) olduğu izospini Tz=+3/2 olan 45Sc pf-kabuk çekirdeğinden başlayarak, nükleon başına 140 MeV enerjide 0° deneyi gerçekleştirildi. Deneyde yüksek rezolüsyona ulaşmak için Grand-Raiden (GR) manyetik spektrometresi kullanıldı ve hüzme taşınımı için dispersiyon eşleştirme teknikleri uygulandı. Software analiz programları kullanılarak 45Ti çekirdeğinin açı tanımlamaları ve enerji kalibrasyonları yapıldı. 45Ti spektrumları ?=0°-0.5°, 0.5°-0.8°, 0.8°-1.2°, 1.2°-1.6°, 1.6°-2° açı sınırlaması ile elde edildi. 45Ti spektrumlarında ~ 35 keV luk enerji rezolüsyonu elde edildi ve 8.5 MeV e kadar ayrık seviyeler gözlendi. Ayrık piklerin şiddetleri iyi ayrılmış bir pikin şeklinin kullanıldığı bir pik fit programı yardımı kullanılarak elde edildi. L=0 GT seviyelerinin tespit edilebilmesi amacıyla açısal dağılımların analizi yapıldı ve 0°-piklerinin seviyeleri seçildi. Uyarılmış seviyenin B(GT) değerleri, tesir kesiti ile 45Ti çekirdeğinin temel seviyesinden 45Sc çekirdeğinin temel seviyesine olan ß bozunumlarından elde edilebilen standart B(GT) değeri arasındaki orantılılığın kullanılmasından elde edilebildi.GT geçiş güçleri 45Sc pf-kabuk çekirdeğinden 45Ti çekirdeğine yüksek rezolüsyonlu (3He,t) reaksiyonunun kullanılması ile belirlendi ve böylece pf-kabuk çekirdeklerinin nükleer yapı çalışmalarına yeni bilgiler ekleyebildik. Ayrıca elde edilen GT geçiş güçleri astrofiziksel açıdan da önemlidir.

Abstract:
Among the weak processes in nuclei, Gamow-Teller (GT) transitions, caused by the ??-type interaction, are very popular. It is of interest not only in nuclear physics, but also in astrophysics; it plays important roles, for example, in the early stage of the core collapse of supernovae. There, electron capture and ß decay of pf-shell nuclei that mainly proceed by GT transitions play important roles. Studies of GT strenghts B(GT) in pf-shell nuclei using (p,n) and (n,p) Charge-Exchange (CE) reactions at intermadiate energies started in the 1980s. They provided rich information on the overall GT strenght disributions but individual transitions were only poorly studied due to their limited energy resolutions of ~300 keV. A development in precise beam matching techniques realized an energy resolution of ~30 keV in intermediate energy (3He,t) reactions at 0°. With this one order of magnitude better resolution, GT and Fermi states that were unresolved in the pioneering (p,n) reactions ca be studied. It is known that in CE reactions at 0° the cross sections for GT transitions are approximately propotional to B(GT) values. Good proportionality was demonstrated for L=0 GT transitions.In order to study the detail of the GT transition strengths starting from one of the Tz=3/2 pf-shell nucleus 45Sc, where Tz= (1/2)(N-Z), performed a 0° experiment at an intermediate energies of 140 MeV/nucleon at the Research Center for Nuclear Physics (RCNP) in Osaka University. The magnetic spectrometer Grand Raiden (GR) used and the dispersion-matching techniques applied for the beam transportation in order to achieve high resolution at the experiment. By using the software analysis programs angle reconstruction and energy calibrations of 45Ti nucleus were done. 45Ti spectra were obtained with the angle cuts ?= 0°-0.5°, 0.5°-0.8°, 0.8°-1.2°, 1.2°-1.6°, 1.6°-2°. In 45Ti spectra energy resolution of ~35 keV was achieved and the discrete states were observed up to 8.5 MeV. The intensities of individual peaks were obtained by applying a peak fitting program using the shape of a well seperated peak. In order to identify the L=0 GT states, the angular distributions were analyzed and 0°-peaked states were selected. The B(GT) values of excited state could be reliably obtained by using the proportionality between cross section and the standart B(GT) value that could be obtained in the ß decay of 45Ti ground state to the 45Sc ground state.The GT transtion strenghts from the pf-shell nucleus 45Sc to 45Ti by using a high resolution (3He,t) reaction determined and thus new information to the nulear structure study of pf-shell nuclei added. The obtained GT transitions strenghts are also of astrophysics interest.