Kütle numarası 47-63 aralığındaki egzotik PF-kabuk çekirdeklerinin beta bozunumlarının incelenmesi
Investigation of beta decay of exotic PF-shell nuclei in the 47-63 mass region
Yazar: LEVENT KÜÇÜK
Danışman: PROF. DR. YEŞİM ÖKTEM
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Nükleer Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Nükleer tabloda bulunan çekirdeklere bakıldığında, çekirdeklerin temel amacı olan kararlı hale gelebilmek için yaptıkları birbirinden farklı nükleer özelliklere sahip bozunum tiplerinin olduğu görülür. Çekirdeklerin hangi tip bozunumu yapacakları, yapılarındaki proton ve nötron sayılarına ve kararlılık bölgesi çekirdeklerinden uzaklıklarına bağlıdır. Bu durum dikkate alınarak nükleer tabloya tekrar bakıldığında, birçok çekirdeğin kararlı hale gelebilmek için tercih ettiği bozunum tipinin beta bozunumu olduğu görülür. β+, β- ve elektron yakalama şeklinde farklı tiplerde gerçekleşebilen beta bozunumu için gerçekleştirilen çalışmalar, nükleer tablodaki bu ağırlığı ile her zaman ön planda kalmayı başarmıştır. Bu tez çalışması için kullanılan deneysel veri, Fransa' da bulunan GANIL(Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) Araştırma Merkezinde gerçekleştirilen deneysel çalışma ile toplanmıştır ve bu tez çalışmasının temelini kütle numarası 47 – 63 aralığında değişen ve proton zengini egzotik pf-kabuk çekirdeklerinin beta bozunumlarının yarı ömürlerinin ölçülmesi oluşturmaktadır. Hüzme olarak kararlı 64Zn29+ çekirdeği nükleon başına 79 MeV enerjide hızlandırılmış, 235 mg/cm² yoğunluktaki kararlı ve durgun 58Ni hedef üzerine bombardıman edilmiş ve bu sayede fragmantasyon tipi reaksiyon elde edilmiştir. Üretilen farklı tipte ve çok sayıda egzotik çekirdek, GANIL bünyesinde bulunan LISE(Ligne d'Ions Super Epluchés) Spektrometresi boyunca uygulanan magnetik alan ve birbirinden farklı eş zamanlı filtreleme ve yönlendirme süreçlerinden geçerek DSSSD (Double Sided Silicon Strip Detector) detektöründe implantasyona uğramıştır. Reaksiyon ürünü çekirdeklerden beta bozunumları incelenmek istenen çekirdekler titizlikle seçilmiş, kullanılan analiz teknikleri ve ilgili fiziksel büyüklüklerin birbirleriyle ilişkilendirilmeleri sonucunda (_24^47)Cr, (_25^49)Mn, (_26^50)Fe, (_26^51)Fe, (_27^52)Co, (_27^53)Co, (_28^54)Ni, (_28^55)Ni, (_29^56)Cu, (_29^57)Cu, (_30^58)Zn, (_30^59)Zn, (_31^60)Ga, (_31^61)Ga, (_32^62)Ge ve (_32^63)Ge çekirdeklerinin beta bozunumları yarı ömürleri başarıyla ölçülmüştür. Bu değerler mevcut literatür bilgisiyle tamamen örtüşürken, bu çekirdeklerin birçoğunun yarı ömür değerleri için ölçülen hata payları tamamen düşürülerek geliştirilmiştir. Bu sayede nükleer tablodaki ilgili bölge için yarı ömür belirsizlikleri minimuma indirgenmiştir. Bu bulgulara ek olarak, 58Zn çekirdeğinin 58Cu çekirdeğine beta bozunumu daha kapsamlı olarak incelenmiştir. Bu beta bozunumu sonucunda gözlemlenen kız çekirdek uyarılmış seviyelerine ait gama bozunumlarının ve hesaplanmış olan gerekli fiziksel büyüklüklerin de kullanılmasıyla bu beta bozunumu için kesin Fermi ve Gamow –  Teller geçiş şiddetleri hesaplanmıştır. Elde edilen bu sonuçlar izospin değeri T = 1 olarak tanımlanan ayna çekirdekler 58Zn (izospin Tz = -1) ve 58Ni (izospin Tz = +1) arasındaki nükleer yapı ilişkisinin ve izospin simetrisinin tanımlanabilmesi için kullanılmıştır. Bu sayede 58Zn çekirdeğinin 58Cu çekirdeğine beta bozunumu ile yük değişim reaksiyonu 58Ni(3He,t)58Cu arasındaki ilişkinin ve Fermi ile Gamow – Teller geçişlerinin bu iki farklı reaksiyon tipi arasındaki bağlantısının incelenebilmesi için zemin hazırlanmıştır.

Abstract:
Looking at the nuclei and their positions in the nuclear chart may give a clear idea of what type of decay can be favored by the nuclei to reach the stability. Depending on the distance from the stability valley and how many protons and neutrons the nuclei have, the required type of the decay occurs. Considering the requirement of moving through the chart to be stable, one can see that most nuclei go for beta decay. This dominance always keeps the popularity of the beta decay studies forefront, while beta decay can occur via different types, defined as β+, β- and electron capture. The experimental data, which was used as a certain basis of this thesis was collected through an experiment performed at GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds), France. The study is based on the measurement of the β-decay half-lives of 16 proton rich nuclei within the 47-63 mass region. In order to perform the experiment and carry out a proper fragmentation procedure; a stable and fixed target, natural 58Ni with a 235 mg/cm² density was hit by a stable beam, 64Zn29+ at an energy of 79 MeV / nucleon. As a consequence of this reaction, many different types of exotic nuclei with very high cross-sections values were produced. Following several simultaneous filtering procedures, selection rules and magnetic field applied during their flight through LISE (Ligne d'Ions Super Epluchés) Spectrometer, these nuclei were implanted into a DSSSD (Double Sided Silicon Strip Detector) detector. A very precise identification process for each type of nucleus was carefully followed via using a very sensitive analysis approach. As a result of performing the required correlations, β-decay half-lives of  (_24^47)Cr, (_25^49)Mn, (_26^50)Fe, (_26^51)Fe, (_27^52)Co, (_27^53)Co, (_28^54)Ni, (_28^55)Ni, (_29^56)Cu, (_29^57)Cu, (_30^58)Zn, (_30^59)Zn, (_31^60)Ga, (_31^61)Ga, (_32^62)Ge ve (_32^63)Ge were successfully measured. The measured half-lives of these nuclei are all found in alignment with the literature values and for most of them, the precision on the half-lives values have been improved. Thus, for the mentioned mass region, the uncertainty values have been decreased. In addition to these results, beta decay of 58Zn was studied in more detail. Gamma decays associated with the excited states of the daughter nucleus, 58Cu together used with several calculations obtained via the beta decay let the calculation of the absolute Fermi and Gamow – Teller transition strengths. These calculated values were taken into account in the assessment for the nuclear structures of mirror nuclei, 58Zn (isospin Tz = -1) and 58Ni (isospin Tz = +1) under T = 1 isospin symmetry. Therefore, this has enabled the study for the comparison between the beta decay of 58Zn and 58Ni(3He,t)58Cu charge exchange reaction considering the Fermi and Gamow – Teller transition strengths.