Advancing Radiation-Detected Resonance Ionization towards Heavier Elements and More Exotic Nuclides

RAdiation-Detected Resonance Ionization Spectroscopy (RADRIS) is a versatile method for highly sensitive laser spectroscopy studies of the heaviest actinides. Most of these nuclides need to be produced at accelerator facilities in fusion-evaporation reactions and are studied immediately after their production and separation from the primary beam due to their short half-lives and low production rates of only a few atoms per second or less. Only recently, the first laser spectroscopic investigation of nobelium (Z=102) was performed by applying the RADRIS technique in a buffer-gas-filled stopping cell at the GSI in Darmstadt, Germany. To expand this technique to other nobelium isotopes and for the search for atomic levels in the heaviest actinide element, lawrencium (Z=103), the sensitivity of the RADRIS setup needed to be further improved. Therefore, a new movable double-detector setup was developed, which enhances the overall efficiency by approximately 65% compared to the previously used single-detector setup. Further development work was performed to enable the study of longer-lived (t₁/₂>1 h) and shorter-lived nuclides (t₁/₂<1 s) with the RADRIS method. With a new rotatable multi-detector design, the long-lived isotope 254Fm (t₁/₂=3.2 h) becomes within reach for laser spectroscopy. Upcoming experiments will also tackle the short-lived isotope 251No (t₁/₂=0.8 s) by applying a newly implemented short RADRIS measurement cycle

Déformation octupolaire dans le noyau de ²²¹Ac et développement du détecteur SEASON

Octupole deformation is a hot topic of nuclear physics. They are expected in several regions of the nuclear chart and notably in the neutron-deficient actinides where strong deformations are predicted. However those deformations are measured only in a limited number of cases. This thesis focuses on the study of ²²¹Ac through the α-decay spectroscopy of ²²⁵Pa at the IGISOL (Ion Guide Isotope Separation On-Line) facility, University of Jyväskylä. The level scheme of ²²¹Ac was reconstructed and interpreted as parity doublet bands arising from a static octupole deformations. Hints of a transition towards octupole vibration for more neutron-deficient actinium isotopes were found. In addition, work was also done for the development of the SEASON (Spectroscopy Electron Alpha in Silicon bOx couNter) detector. This detector is designed to perform decay spectroscopy of heavy and super-heavy nuclei and will be part of the S³-LEB setup where it will act as an ion counter, thus enabling the combination of decay spectroscopy with laser spectroscopy. Among the possible studies, SEASON will open opportunities in the study of octupole deformation in the neutron-deficient actinides. In this thesis the GEANT4 simulations of the detector were improved to have a good description of the expected detection efficiency and energy resolution. In addition a study of the detector implantation foils was performed, comparing carbon foils with SiN foils, to determine the best choice for the detector.L'étude des déformations octupolaires est un sujet important en physique nucléaire. Elles sont attendues dans différentes régions de la carte des noyaux et notamment dans les actinides déficients en neutrons où de fortes déformations sont prédites. Toutefois ces déformations n'ont pu être mesurées que dans un nombre limité de cas. Cette thèse se concentre sur l'étude du ²²¹Ac par la spectroscopie de décroissance α du ²²⁵Pa à IGISOL (Ion Guide Isotope Separation On-Line), Université de Jyväskylä. Le schéma de niveau du ²²¹Ac a été reconstruit et interprété comme correspondant à des bandes de doublets de parités provenant d'une déformation octupolaire statique. Des indices de la présence d'une transition vers des vibrations octupolaires, pour les isotopes de l'actinium encore plus déficients en neutrons, ont été trouvés. De plus, un travail a également été effectué pour le développement du détecteur SEASON (Spectroscopy Electron Alpha in Silicon bOx couNter). Ce détecteur a été conçu pour effectuer la spectroscopie de décroissance des noyaux lourds et super-lourds. Il fera partie du dispositif S³-LEB, où il servira également de compteur d'ions, afin de permettre la combinaison de la spectroscopie de décroissance avec la spectroscopie laser. Parmi les études possibles, SEASON va ouvrir de nouvelles opportunités pour l'étude des déformations octupolaires dans les actinides déficients en neutrons. Dans cette thèse, les simulations GEANT4 du détecteur ont été améliorées pour obtenir une bonne description des efficacités de détection et des résolutions en énergie attendues. De plus, une étude des feuilles d'implantation du détecteur a été réalisée. Des feuilles de carbone et de SiN ont été comparées afin de déterminer le meilleur choix pour le détecteur

Déformation octupolaire dans le noyau de ²²¹Ac et développement du détecteur SEASON

L'étude des déformations octupolaires est un sujet important en physique nucléaire. Elles sont attendues dans différentes régions de la carte des noyaux et notamment dans les actinides déficients en neutrons où de fortes déformations sont prédites. Toutefois ces déformations n'ont pu être mesurées que dans un nombre limité de cas. Cette thèse se concentre sur l'étude du ²²¹Ac par la spectroscopie de décroissance α du ²²⁵Pa à IGISOL (Ion Guide Isotope Separation On-Line), Université de Jyväskylä. Le schéma de niveau du ²²¹Ac a été reconstruit et interprété comme correspondant à des bandes de doublets de parités provenant d'une déformation octupolaire statique. Des indices de la présence d'une transition vers des vibrations octupolaires, pour les isotopes de l'actinium encore plus déficients en neutrons, ont été trouvés. De plus, un travail a également été effectué pour le développement du détecteur SEASON (Spectroscopy Electron Alpha in Silicon bOx couNter). Ce détecteur a été conçu pour effectuer la spectroscopie de décroissance des noyaux lourds et super-lourds. Il fera partie du dispositif S³-LEB, où il servira également de compteur d'ions, afin de permettre la combinaison de la spectroscopie de décroissance avec la spectroscopie laser. Parmi les études possibles, SEASON va ouvrir de nouvelles opportunités pour l'étude des déformations octupolaires dans les actinides déficients en neutrons. Dans cette thèse, les simulations GEANT4 du détecteur ont été améliorées pour obtenir une bonne description des efficacités de détection et des résolutions en énergie attendues. De plus, une étude des feuilles d'implantation du détecteur a été réalisée. Des feuilles de carbone et de SiN ont été comparées afin de déterminer le meilleur choix pour le détecteur.Octupole deformation is a hot topic of nuclear physics. They are expected in several regions of the nuclear chart and notably in the neutron-deficient actinides where strong deformations are predicted. However those deformations are measured only in a limited number of cases. This thesis focuses on the study of ²²¹Ac through the α-decay spectroscopy of ²²⁵Pa at the IGISOL (Ion Guide Isotope Separation On-Line) facility, University of Jyväskylä. The level scheme of ²²¹Ac was reconstructed and interpreted as parity doublet bands arising from a static octupole deformations. Hints of a transition towards octupole vibration for more neutron-deficient actinium isotopes were found. In addition, work was also done for the development of the SEASON (Spectroscopy Electron Alpha in Silicon bOx couNter) detector. This detector is designed to perform decay spectroscopy of heavy and super-heavy nuclei and will be part of the S³-LEB setup where it will act as an ion counter, thus enabling the combination of decay spectroscopy with laser spectroscopy. Among the possible studies, SEASON will open opportunities in the study of octupole deformation in the neutron-deficient actinides. In this thesis the GEANT4 simulations of the detector were improved to have a good description of the expected detection efficiency and energy resolution. In addition a study of the detector implantation foils was performed, comparing carbon foils with SiN foils, to determine the best choice for the detector

Déformation octupolaire dans le noyau de ²²¹Ac et développement du détecteur SEASON

Octupole deformation is a hot topic of nuclear physics. They are expected in several regions of the nuclear chart and notably in the neutron-deficient actinides where strong deformations are predicted. However those deformations are measured only in a limited number of cases. This thesis focuses on the study of ²²¹Ac through the α-decay spectroscopy of ²²⁵Pa at the IGISOL (Ion Guide Isotope Separation On-Line) facility, University of Jyväskylä. The level scheme of ²²¹Ac was reconstructed and interpreted as parity doublet bands arising from a static octupole deformations. Hints of a transition towards octupole vibration for more neutron-deficient actinium isotopes were found. In addition, work was also done for the development of the SEASON (Spectroscopy Electron Alpha in Silicon bOx couNter) detector. This detector is designed to perform decay spectroscopy of heavy and super-heavy nuclei and will be part of the S³-LEB setup where it will act as an ion counter, thus enabling the combination of decay spectroscopy with laser spectroscopy. Among the possible studies, SEASON will open opportunities in the study of octupole deformation in the neutron-deficient actinides. In this thesis the GEANT4 simulations of the detector were improved to have a good description of the expected detection efficiency and energy resolution. In addition a study of the detector implantation foils was performed, comparing carbon foils with SiN foils, to determine the best choice for the detector.L'étude des déformations octupolaires est un sujet important en physique nucléaire. Elles sont attendues dans différentes régions de la carte des noyaux et notamment dans les actinides déficients en neutrons où de fortes déformations sont prédites. Toutefois ces déformations n'ont pu être mesurées que dans un nombre limité de cas. Cette thèse se concentre sur l'étude du ²²¹Ac par la spectroscopie de décroissance α du ²²⁵Pa à IGISOL (Ion Guide Isotope Separation On-Line), Université de Jyväskylä. Le schéma de niveau du ²²¹Ac a été reconstruit et interprété comme correspondant à des bandes de doublets de parités provenant d'une déformation octupolaire statique. Des indices de la présence d'une transition vers des vibrations octupolaires, pour les isotopes de l'actinium encore plus déficients en neutrons, ont été trouvés. De plus, un travail a également été effectué pour le développement du détecteur SEASON (Spectroscopy Electron Alpha in Silicon bOx couNter). Ce détecteur a été conçu pour effectuer la spectroscopie de décroissance des noyaux lourds et super-lourds. Il fera partie du dispositif S³-LEB, où il servira également de compteur d'ions, afin de permettre la combinaison de la spectroscopie de décroissance avec la spectroscopie laser. Parmi les études possibles, SEASON va ouvrir de nouvelles opportunités pour l'étude des déformations octupolaires dans les actinides déficients en neutrons. Dans cette thèse, les simulations GEANT4 du détecteur ont été améliorées pour obtenir une bonne description des efficacités de détection et des résolutions en énergie attendues. De plus, une étude des feuilles d'implantation du détecteur a été réalisée. Des feuilles de carbone et de SiN ont été comparées afin de déterminer le meilleur choix pour le détecteur

Advancing Radiation-Detected Resonance Ionization towards Heavier Elements and More Exotic Nuclides

RAdiation-Detected Resonance Ionization Spectroscopy (RADRIS) is a versatile method for highly sensitive laser spectroscopy studies of the heaviest actinides. Most of these nuclides need to be produced at accelerator facilities in fusion-evaporation reactions and are studied immediately after their production and separation from the primary beam due to their short half-lives and low production rates of only a few atoms per second or less. Only recently, the first laser spectroscopic investigation of nobelium (Z=102) was performed by applying the RADRIS technique in a buffer-gas-filled stopping cell at the GSI in Darmstadt, Germany. To expand this technique to other nobelium isotopes and for the search for atomic levels in the heaviest actinide element, lawrencium (Z=103), the sensitivity of the RADRIS setup needed to be further improved. Therefore, a new movable double-detector setup was developed, which enhances the overall efficiency by approximately 65% compared to the previously used single-detector setup. Further development work was performed to enable the study of longer-lived (t1/2>1 h) and shorter-lived nuclides (t1/2<1 s) with the RADRIS method. With a new rotatable multi-detector design, the long-lived isotope 254Fm (t1/2=3.2 h) becomes within reach for laser spectroscopy. Upcoming experiments will also tackle the short-lived isotope 251No (t1/2=0.8 s) by applying a newly implemented short RADRIS measurement cycle

Opportunities and limitations of in-gas-cell laser spectroscopy of the heaviest elements with RADRIS

International audienceThe radiation detection resonance ionization spectroscopy (RADRIS) technique enables laser spectroscopic investigations of the heaviest elements which are produced in atom-at-a-time quantities from fusion-evaporation reactions. To achieve a high efficiency, laser spectroscopy is performed in a buffer-gas environment used to thermalize and stop the high-energy evaporation residues behind the velocity filter SHIP. The required cyclic measurement procedure in combination with the applied filament collection for neutralization as well as confinement of the stopped ions and subsequent pulse-heat desorption constrains the applicability of the technique. Here, some of these limitations and also opportunities that arise from this unique measurement setup will be evaluated