Dipolstärkeverteilungen in 124,126,128,129,130,131,132,134,136 Xe : Suche nach dem E(5)-Phasenübergang

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden am Institut für Strahlenphysik der Universität Stuttgart erstmals Kernresonanzfluoreszenz-Experimente an gasförmigen Proben durchgeführt. Ziel dieser Forschungsarbeit war es, systematische Studien von niedrigliegenden, kollektiven Dipolanregungen in den Kernen der Xenon-Isotopenkette zu betreiben. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf der auftretenden Kernformänderung bei abnehmender Neutronenzahl vom sphärischen 136Xe hin zum gamma-weichen 124Xe, da diese den Bereich der sogenannten kritischen Punktsymmetrien durchschreitet.

Die Kernresonanzfluoreszenz-Untersuchungen hierfür sind am Stuttgarter Dynamitron Beschleuniger durchgeführt worden. Zur Erzeugung der Photonen wurde ein monoenergetischer Elektronenstrahl mit einer Energie von ca. 4 MeV auf ein massives Gold-Target geschossen, und dort unter Emission von Bremsstrahlung gestoppt. Zum Nachweis der am Hochdruck-Target gestreuten Photonen kamen drei hochreine Germanium-Detektoren (HPGe) zum Einsatz, die eine relative Nachweiswahrscheinlichkeit von 100% (bezogen auf einen Standard 7.6 x 7.6 cm^2 NaI(Tl)-Szintillationsdetektor) besitzen. Sie wurden unter den Winkeln 90 Grad, 127 Grad und 150 Grad relativ zum primären Photonenstrahl aufgestellt, wobei der Detektor unter 127 Grad zusätzlich mit einer aktiven Anti-Compton-Abschirmung (BGO) ausgestattet war.

Das bei den hier vorliegenden Messungen erstmals in der KRF verwendete Hochdruck-Target ist vom Karlsruher Forschungszentrum entwickelt und zur Verfügung gestellt worden.

Aus den gemessenen Spektren konnten sehr genau die Anregungsenergie, die Übergangsstärke, der integrierte Streuquerschnitt und die Verzweigungsverhältnisse für eine Vielzahl von Zuständen gemessen werden. Die meisten davon waren bislang unbekannt.

Mittels der drei verschiedenen Winkel, unter denen die Detektoren relativ zum Primärstrahl aufgestellt wurden, konnten für die geraden Xenon-Isotope außerdem die Spins der angeregten Zustände bestimmt werden. Für die reinen Dipol- bzw. Quadrupolübergänge sind jeweils die reduzierte elektrische und magnetische Übergangswahrscheinlichkeit B(E1)(uparrow) bzw. B(E2)(uparrow) und B(M1)(uparrow) berechnet worden.

Insgesamt wurden 76 Grundzustandsübergänge und 33 inelastische Übergänge in den sieben geraden Xenon-Isotopen 124,126,128,130,132,134,136Xe und 40 Grundzustandsübergänge und drei inelastische Übergänge in den zwei ungeraden Xenon-Isotopen 129,131Xe gefunden.

Zudem konnte in 124,126,128,130,132,134Xe ein starker M1-Übergang zum Grundzustand im Energiebereich von 2.7 - 3.0 MeV entdeckt und als Anregung des 1+ mixed-symmetry Zustands identifiziert werden. Erwartungsgemäß nimmt dessen Übergangsstärke vom gamma-weichen Kern 124Xe hin zur geschlossenen N=82 Neutronenschale stark ab und verschwindet im sphärischen 136Xe völlig. Im Falle von 124Xe und 126Xe fragmentierte der 1+ mixed-symmetry Zustand zwar, durch Summation der gefundenen Fragmente war es aber möglich, die von der Theorie erwartete Gesamtstärke nachzuweisen. Die gemessenen Übergangsstärken sind proportional zum Quadrat des Deformationsparameters beta_2 und zeigen ein starkes Verzweigungsverhältnis in den zweiten 2+ Zustand, beides Charakteristika für 1+ mixed-symmetry Zustände.

In den Kernen 128,130,132,134Xe konnte der unterste 1- Zustand des (2+ x 3-)^(J-) 2-Phonon-Quintupletts beobachtet werden, der bereits in einer Vielzahl von Kernen nahe der Schalenabschlüsse (N=82, 50, 28; Z=50, 28) systematisch untersucht wurde. Mit abnehmender Neutronenzahl weg vom Schalenabschluß bei N=82 nimmt die Übergangsstärke, wie auch schon in der Barium-Kette, stark ab. Die Differenz zwischen den Übergangsenergien der 1- Zustände und der Summe der E_(2+) und E_(3-) 1-Phononanregungen ist sehr klein, was auf eine nahezu vollständig harmonische Kopplung hinweist.

Im 124Xe und im 126Xe liegt dieser Zustand unter der Nachweisempfindlichkeit der Messung und im 136Xe, mit einer erwarteten Energie von ca. 4580 keV, energetisch außerhalb des Meßbereichs der Stuttgarter Anlage.

Ein E(5)-Phasenübergang in der Dipolstärkeverteilung konnte nicht direkt beobachtet werden. Dies ist auch nicht weiter verwunderlich, da es sich beim E(5)-Übergang um einen Phasenübergang 2. Ordnung handelt. Betrachtet man jedoch die erste Ableitung des Verlaufs der magnetischen Übergangsstärken der gefundenen 1+ mixed-symmetry Zustände, so ergibt sich ein Minimum bei 130Xe, das als Indiz für einen E(5)-Phasenübergang interpretiert werden kann.

In den beiden ungeraden Xenon-Isotopen 129,131Xe konnte die Fragmentierung der 1+ mixed-symmetry Zustände beobachtet und mit ihren geraden Nachbarkernen verglichen werden.

Within the present dissertation thesis it was the first time that gaseous targets could be investigated in nuclear resonance fluorescence (NRF) experiments at the well established Stuttgart bremsstrahlung facility.

The main goal of this thesis is the systematic investigation of the low-lying dipole strength distributions in the stable even-even Xenon isotopes. A special interest in this isotopic chain is, that their 9 stable isotopes undergo a shape or phase transition from the spherical 136Xe to the gamma-soft nuclei 124,126Xe.

In total 76 ground state transitions and 33 inelastic transitions in the seven stable even-even Xenon isotopes 124,126,128,130,132,134,136Xe could be measured. Beside this, strong 1+ mixed-symmetry states could be found in 124,126,128,130,132,134Xe and identified via systematics, as well as 1- 2-phonon states in 128,130,132,134Xe.

The two odd-even Xenon isotopes 129Xe and 131Xe have been measured in addition and 40 ground state transitions and 3 inelastic transitions could be found. The results of the two odd-even Xenon isotopes 129Xe and 131Xe will not be discussed in this summary.