Nuclear charge radii of potassium isotopes beyond N = 28

We report on the measurement of optical isotope shifts for ³⁸, ³⁹, ⁴², ⁴⁴, ⁴⁶⁻⁵¹K relative to ⁴⁷K from which changes in the nuclear mean square charge radii across the N = 28 shell closure are deduced. The investigation was carried out by bunched-beam collinear laser spectroscopy at the CERN-ISOLDE radioactive ion-beam facility. Mean square charge radii are now known from ³⁷K to ⁵¹K, covering all ν f₇/₂-shell as well as all ν p₃/₂-shell nuclei. These measurements, in conjunction with those of Ca, Cr, Mn and Fe, provide a first insight into the Z dependence of the evolution of nuclear size above the shell closure at N = 28

A dedicated beta-NMR/beta-NQR setup for LISE-GANIL and study of the nuclear moments of the neutron-rich Al and Cl isotopes.

Hoe materie ontstaat en welke eigenschappen de fundamentele interacties in de natuur hebben, kan worden bestudeerd aan de hand van de structuur van de atoomkern. Een veel gebruikte methode, die een goede beschrijving geeft van de kernstructuur rond de stabiliteitslijn, is het schillenmod el. Wanneer echter meer exotische kernen worden bestudeerd (exotische ke rnen hebben een extreme verhouding van het aantal protonen tot het aanta l neutronen), voldoet het conventionele schillenmodel niet langer en moe t er rekening worden gehouden met bijkomende effecten zoals het ontstaan van nieuwe magische getallen, sterke configuratiemenging, vormcoexisten tie en vervorming. Zowel het magnetisch dipoolmoment, dat gevoelig is voor de configuratie van de valentienucleonen, als het spectroscopisch elektrisch quadrupoolm oment, dat de gemiddelde afwijking geeft van de ladingsverdeling in de k ern ten opzichte van een bolvorm, zijn heel geschikt om de kernstructuur te onderzoeken. Om beide grootheden experimenteel te bepalen wordt in v eel gevallen de beta-Nucleaire Magnetische Resonantie (beta-NMR) technie k gebruikt. In dit onderzoekswerk wordt de achterliggende fysica van twee beta-NMR m ethodes besproken: de Continue RF techniek en de `Adiabatic Fast Passage ' benadering. Daarnaast biedt deze thesistekst ook een gedetailleerde be schrijving van de nieuwe beta-NMR opstelling die werd geinstalleerd aan de LISE fragment separator in GANIL. Dit omvat een overzicht van alle te chnische componenten, een samenvatting van de veldprofielmetingen en een evaluatie van de opstelling aan de hand van een speciaal daarvoor ontwi kkelde GEANT4 toepassing. Tijdens een eerste experiment, bedoeld om de nieuwe opstelling uit te te sten, werden de g-factoren van 17-18N opnieuw bepaald. Voor de grondtoes tand van 17N werd een magnetisch moment gelijk aan |mu(17N)| = 0.3551(4) mu_N opgemeten. Deze waarde bevestigt de eerdere publicatie en illustre ert heel duidelijk dat de nieuwe opstelling bijzonder geschikt is voor p recisiemetingen. Voor 18N werd de experimentele waarde |mu(18N)| = 0.327 3(4) mu_N gevonden, in overeenstemming met het magnetisch moment gepubli ceerd door Ogawa et al. in Phys. Lett. B 451(1999)11. Het magnetisch mom ent, |mu(18N)| = 0.135(15) mu_N, dat eerder door Neyens et al. (Phys. Re v. Lett. 82(1999)497) werd opgemeten, kon niet worden gereprod uceerd. De oorsprong van dit meetresultaat blijft voorlopig onduidelijk. Een eerste onderzoeksproject, voorgesteld in dit doctoraatswerk, richt z ich op de quadrupoolmomenten van de neutronrijke Al-isotopen, gesitueerd aan de rand van het eiland van inversie. Deze regio van exotische kerne n omvat meerdere vervormde Ne, Na en Mg isotopen rond N=20, waarvan de g rondtoestand wordt gedomineerd door neutron excitaties van de sd naar de pf schil. Een vergelijking van het gemeten quadrupoolmoment |Q (31Al)| = 134.0(16) mb met schillenmodel berekeningen laat vermoeden dat 31Al ho ofdzakelijk wordt bepaald door normale sd-schil configuraties. Een klein e bijdrage van indringtoestanden kan echter niet worden uitgesloten. Bov endien toont een compilatie van beschikbare experimentele en berekende q uadrupoolmomenten van oneven-Z even-N sd-kernen aan dat e_p=1.1e een bet ere effectieve proton lading is in de sd-schil dan de aangenomen waarde e_p=1.3e. Veranderingen in de kernstructuur worden eveneens waargenomen in de neut ronrijke kernen rond N=28. Om de effecten van de gereduceerde N=28 schil lensluiting en de ontaarding van de proton (s1/2) en proton(d3/2) niveau s te onderzoeken, worden de g-factoren van de neutronrijke Cl-isotopen b estudeerd. Een Continue RF beta-NMR meting, uitgevoerd op 44Cl en result erend in g(44Cl) = (-)0.2749(2), toont aan dat beide effecten een belang rijke rol spelen in de grondtoestand van deze kern. Bovendien bevestigt de opgemeten g-factor 2- als de meest waarschijnlijke spin voor 44Cl. Samenvattend kan gesteld worden dat de studie van de kernmomenten van de neutronrijke isotopen in de nabijheid van de N=20 en N=28 schillensluit ingen nieuwe elementen heeft toegevoegd aan het huidige debat over de ke rnstructuur. Hoe dan ook is voortgezet onderzoek nodig om de interacties binnenin de atoomkern verder te modeleren.nrpages: 179status: publishe

Comment on "Intruder Configurations in the A=33 Isobars: Mg-33 and Al-33"

A Reply to the Comment by D.T. Yordanov et al. © 2010 The American Physical Society.status: publishe

Spin and magnetic moment of Mg-33: Evidence for a negative-parity intruder ground state

We report on the first determination of the nuclear ground-state spin of Mg-33, I=3/2, and its magnetic moment, mu=-0.7456(5) mu(N), by combining laser spectroscopy with nuclear magnetic resonance techniques. These values are inconsistent with an earlier suggested 1 particle-1 hole configuration and provide evidence for a 2 particle-2 hole intruder ground state with negative parity. The results are in agreement with an odd-neutron occupation of the 3/2[321] Nilsson orbital at a large prolate deformation. The discussion emphasizes the need of further theoretical and experimental investigation of the island of inversion, a region previously thought to be well understood.We report on the first determination of the nuclear ground-state spin of Mg-33, I = 3/2, and its magnetic moment, mu = -0.7456(5) mu(N), by combining laser spectroscopy with nuclear magnetic resonance techniques. These values are inconsistent with an earlier suggested 1 particle-1 hole configuration and provide evidence for a 2 particle-2 hole intruder ground state with negative parity. The results are in agreement with an odd-neutron occupation of the 3/2[321] Nilsson orbital at a large prolate deformation. The discussion emphasizes the need of further theoretical and experimental investigation of the island of inversion, a region previously thought to be well understood.status: publishe

Technical Note: Experimental carbon ion range verification in inhomogeneous phantoms using prompt gammas

PURPOSE: The purpose of this study was to experimentally assess the possibility to monitor carbon ion range variations--due to tumor shift and/or elongation or shrinking--using prompt-gamma (PG) emission with inhomogeneous phantoms. Such a study is related to the development of PG monitoring techniques to be used in a carbon ion therapy context. METHODS: A 95 MeV/u carbon ion beam was used to irradiate phantoms with a variable density along the ion path to mimic the presence of bone and lung in homogeneous humanlike tissue. PG profiles were obtained after a longitudinal scan of the phantoms. A setup comprising a narrow single-slit collimator and two detectors placed at 90° with respect to the beam axis was used. The time of flight technique was applied to allow the selection between PG and background events. RESULTS: Using the positions at 50% entrance and 50% falloff of the PG profiles, a quantity called prompt-gamma profile length (PGPL) is defined. It is possible to observe shifts in the PGPL when there are absolute ion range shifts as small as 1-2 mm. Quantitatively, for an ion range shift of -1.33 ± 0.46 mm (insertion of a Teflon slab), a PGPL difference of -1.93 ± 0.58 mm and -1.84 ± 1.27 mm is obtained using a BaF2 and a NaI(Tl) detector, respectively. In turn, when an ion range shift of 4.59 ± 0.42 mm (insertion of a lung-equivalent material slab) is considered, the difference is of 4.10 ± 0.54 and 4.39 ± 0.80 mm for the same detectors. CONCLUSIONS: Herein, experimental evidence of the usefulness of employing PG to monitor carbon ion range using inhomogeneous phantoms is presented. Considering the homogeneous phantom as reference, the results show that the information provided by the PG emission allows for detecting ion range shifts as small as 1-2 mm. When considering the expected PG emission from an energy slice in a carbon ion therapy scenario, the experimental setup would allow to retrieve the same PGPL as the high statistics of the full experimental dataset in 58% of the times. However, this success rate increases to 93% when using a better optimized setup by means of Monte Carlo simulations.status: publishe

The "island of inversion" from a nuclear moments perspective and the g factor of Si-35

This paper reviews recent results from electromagnetic moment measurements on isotopes in the island of inversion around N=20. The obtained moments on neutron rich Na, Mg, Al and Si isotopes allow to draw conclusions on the amount of intruder components in their ground state wave function, demonstrating a gradual transition from the normal sd-shell region into the island of inversion, starting at N=18 for Na, N=19 for Mg and N=20 for Al isotopes. A measurement of the ground state g factor of Si-35 (N=21), using a polarized fragment beam at GANIL, is discussed in more detail. The magnetic moment mu(Si-35, I-pi = 7/2(-)) = (-)1.638(4) mu(N) is consistent with a normal ground state structure, dominated by a nu f(7/2) neutron.status: publishe

Quadrupole moments of ²⁹Mg and ³³Mg

The quadrupole moments of 29Mg and 33Mg have been constrained by collinear laser spectroscopy at CERN-ISOLDE. The values are consistent with shell-model predictions, thus supporting the current understanding of light nuclei associated with the "island of inversion"

g factors of N-17 and N-18 remeasured

The g factors of the N-17 and N-18 ground states were remeasured using the beta-nuclear magnetic resonance (beta-NMR) technique on spin-polarized fragment beams at the LISE fragment separator at GANIL. Based on the g-factor results, the magnetic moments of N-17 (I-pi = 1/2(-)) and N-18 (I-pi = 1(-)) were deduced: |mu(N-17)| = 0.3551(4) mu(N) and |mu(N-18)| = 0.3273(4) mu(N). Both results are in good agreement with and more precise than the earlier observed values.status: publishe

g factor of the Cl-44 ground state: Probing the reduced Z=16 and N=28 gaps

The g factor of the Cl-44 ground state is measured at the LISE fragment separator at the Grand Accelerateur National d'Ions Lourds (GANIL) using the beta nuclear magnetic resonance technique, resulting in g(Cl-44) = (-)0.2749(2). An analysis of the g factor value and of the theoretical level scheme in the shell-model framework reveals the presence of odd-proton s(1/2) configurations and neutron excitation across the N = 28 shell gap in the ground state of Cl-44. In addition, the measured g factor strongly supports a 2(-) spin assignment for the Cl-44 ground state.status: publishe

Nuclear charge radii of potassium isotopes beyond N = 28

We report on the measurement of optical isotope shifts for 38, 39, 42, 44, 46–51 K relative to 47 K from which changes in the nuclear mean square charge radii across the N = 28 shell closure are deduced. The investigation was carried out by bunched-beam collinear laser spectroscopy at the CERN-ISOLDE radioactive ion-beam facility. Mean square charge radii are now known from 37K to 51K, covering all ν f7/2-shell as well as all νp3/2-shell nuclei. These measurements, in conjunction with those of Ca, Cr, Mn and Fe, provide a first insight into the Z dependence of the evolution of nuclear size above the shell closure at N = 28info:eu-repo/semantics/publishe