Лазерная спектроскопия нейтронно-дефицитных

изотопов таллия(ПИЯФ и CERN)

A. E. Барзах, Ю. M. Волков, В. С. Иванов, K. A. Мезилев, П. Л. Молканов, Ф. В. Мороз,

С. Ю. Орлов, В. Н. Пантелеев, М. Д. Селиверстов, Д. В. Федоров

1. Изотопические изменения зарядовых радиусов и сосуществование форм в нейтронно-дефицитных изотопах Tl (ИРИС & ISOLDE).

2. Аномалия сверхтонкой структуры у изотопов Tl и возможность изучения распределения ядерной намагниченности (ИРИС).

3. Ядерная спектроскопия 180Tl и 180Hg. Изомерно селективное исследование 184Tl и 184mTl (ISOLDE).

4. Перспективы: исследование сосуществования форм, запаздывающего деления, октупольной деформации, радиусов и моментов цепочки изотопов At и Bi (ИРИС & ISOLDE).

1. Изотопические изменения зарядовых радиусов и сосуществование форм

в нейтронно-дефицитных изотопах таллия

98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128-1.4

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

Hg ground states isomers

Tlold data

I=1/2 I=9/2 I=2 I=7

<r2 >

N, N

0

N

?

regions of interest

strongly prolate deformed weekly oblate deformed

2 21/2 3/2

276.9 511 5786 6

nm nm nm

NBL CVLp P d D continuum

Isotope shift δ A,A’:

2, ’ , ’

- '     

'A A A A

A AF r M

A A

183Tl, I=1/2, T1/2=6.9 s

184Tl, I=7, T1/2=11 s

185Tl, I=1/2, T1/2=19.5 s

185Tl, I=9/2, T1/2=1.8 s

186Tl, I=10, T1/2=2.9 s

188Tl, I=9, T1/2=0.04 s

195Tl, I=9/2, T1/2=3.6 s

197Tl, I=9/2, T1/2=0.54 s

…

186Tl, I=7, T1/2=27.5 s

187Tl, I=9/2, T1/2=15.6 s

188Tl, I=7, T1/2=71 s

190Tl, I=7, T1/2=3.7 m

189Tl, I=9/2, T1/2=84 s

190Tl, I=2, T1/2=2.6 m

191Tl, I=9/2, T1/2=5.2 m

192Tl, I=7, T1/2=10.8 m

192Tl, I=2, T1/2=9.6 m

194Tl, I=7, T1/2=32.8 m

193Tl, I=9/2, T1/2=2.1 m

194Tl, I=2, T1/2=33 m

203Tl, I=1/2, stable

207Tl, I=1/2, T1/2=4.77 m

repeated for another atomic transition

(276.9 nm)

for King-plot calibration

21/26p P 2

3/26d Dmeasured previously for

23/26p P 2

1/27s S

transition (535.2 nm)

183Tl, I=1/2, T1/2=6.9 s

184Tl, I=7, T1/2=11 s

185Tl, I=1/2, T1/2=19.5 s

185Tl, I=9/2, T1/2=1.8 s

183Tl, I=1/2, T1/2=6.9 s

184Tl, I=7, T1/2=11 s

183Tl, I=9/2, T1/2= 0.053 s

184Tl, I>8, T1/2<1 s

180Tl, I=(4,5), T1/2=1.1 s

181Tl, I=1/2, T1/2=3.4 s

182Tl, I=(4,5), T1/2=3.1 s

179Tl, I=1/2, T1/2= 0.23 s

IRIS

IRIS & ISOLDE

ISOLDE

186Tl, I=10, T1/2= 2.9 s

Laser Ion Source (LIS)

target

ionizer

Laser beams

Mass separatorprotons

5000

10000

15000

0

400

800

1200

0400800

1200

0200400600

1000

2000

3000

-12000 -9000 -6000 -3000 0 3000 6000 9000 120000

50010001500

A=191m, I=9/2E= 265, 326 keV

T1/2= 313 s

A=193m, I=9/2E= 365 keV

T1/2=127 s

A=195m, I=9/2E=384 keV

T1/2=3.6 s

(MHz)

coun

tsco

unts

coun

tsco

unts

IS

A=197m, I=9/2E=386 keV

T1/2=0.54 s

coun

tsI FC

, arb

. uni

ts

A=205, I=1/2Faraday cupstable isotope

A=189m, I=9/2E= 216 keV

T1/2= 84 s

5000

10000

15000

0

400

800

1200

0400800

1200

0200400600

1000

2000

3000

-12000 -9000 -6000 -3000 0 3000 6000 9000 120000

50010001500

A=191m, I=9/2E= 265, 326 keV

T1/2= 313 s

A=193m, I=9/2E= 365 keV

T1/2=127 s

A=195m, I=9/2E=384 keV

T1/2=3.6 s

(MHz)

coun

tsco

unts

coun

tsco

unts

IS

A=197m, I=9/2E=386 keV

T1/2=0.54 s

coun

tsI FC

, arb

. uni

ts

A=205, I=1/2Faraday cupstable isotope

A=189m, I=9/2E= 216 keV

T1/2= 84 s

2.4x107 2.8x107 3.2x107 3.6x107 4.0x1071.2x107

1.4x107

1.6x107

1.8x107

2.0x107

2.2x107

2.4x107

2.6x107

2.8x107

mg

m

A, A'

=A, A'

AA'/(A-A')

King plot for 535 nm and 277 nm lines in Tl

A

,205

(277

nm

)

A,205 (535 nm)

187m

203

207

191m189m

193m

190

186

188

192

194

g

Isotope shift δ A,A’:

2, ’ , ’

- '     

'A A A A

A AF r M

A A

98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128-1.4

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

Hg ground states isomers

Tlold data

I=1/2 I=9/2 I=2 I=7

new data (preliminary) IRIS ISOLDE

<r2

>N

, N0

N

98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128-1.4

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

Hg ground states isomers

Tlold data

I=1/2 I=9/2 I=2 I=7

new data (preliminary) IRIS

<r2

>N

, N0

N

?

regions of interest

2. Аномалия сверхтонкой структуры и возможность изучения распределения

ядерной намагниченности

5000

10000

15000

0

400

800

1200

0400800

1200

0200400600

1000

2000

3000

-12000 -9000 -6000 -3000 0 3000 6000 9000 120000

50010001500

A=191m, I=9/2E= 265, 326 keV

T1/2= 313 s

A=193m, I=9/2E= 365 keV

T1/2=127 s

A=195m, I=9/2E=384 keV

T1/2=3.6 s

(MHz)

coun

tsco

unts

coun

tsco

unts

IS

A=197m, I=9/2E=386 keV

T1/2=0.54 s

coun

tsI FC

, arb

. uni

ts

A=205, I=1/2Faraday cupstable isotope

A=189m, I=9/2E= 216 keV

T1/2= 84 s

2 1

2

Ia

aI

1 2 1 1 2

1 2 2

1A A a I

a I

HFA:

A

A A

constI a

(1 )pointa a 1 2

1 2( )A AA A

205205

205 205

( )(1 )

( )AA A

A nl

I a nl

I a nl

187 189 191 193 204 206

1.68

1.70

1.72

1.74

1.76

1.78I=1/2I=9/2

(7s

, 6p

)

A

Our case: we have studiedstate with p1/2 valence electron;previously state with s1/2 valence electron has been studied

1 1

1 1 2 2

2 2

,

An lA

n l n l An l

a

a

)()(1 2211,

, 2121

2

2211

1

221122

2

11

1lnln AAAA

Alnln

Alnlnln

AlnA

DHFA: Ratio can have a different value for different isotopes because the atomic states with different n, l have different sensitivity to the nuclear magnetization distribution.

1 1 2 2,An l n l

187 189 191 193

-3.0x10-2

-2.0x10-2

-1.0x10-2

0.0

1.0x10-2

2.0x10-2

3.0x10-2

A

2/1

2/1

76205

S AP

1/2 1/26 7 2205 ( 9/2)mean : 1.45(48) 10P S

A I exp

DHFA calculation: atomic many-body technique (relativistic “coupled-cluster” approach) by A.-M. Mårtensson-Pendrill

27)2/9(

6205 102.1)(2/12/1

theorSIA

P

185 187 189 191 193 195 197

3.7

3.8

3.9

4.0

4.1

4.2

literature data lit. data corrected on HFA new data (with HFA correction)

, n

.m.

A

Magnetic moments for Tl isomers with I=9/2

205205

205 205

( )(1 )

( )AA A

A nl

I a nl

I a nl

3. Ядерная спектроскопия 180Tl и 180Hg. Изомерно селективное исследование

184Tl и 184mTl.

1. Ip(180Tl)=4- or 5-;2. The absence of low spin isomer in contrast with heavier Tl isotopes

202010

Minimum of the energy (strongly prolate deformed state) is established at N=102Ground states is weakly oblate deformed

20

10

Hyperfine structures observed for 184Tl with different detection modes

with frequency of the narrow-band laser fixed at the marked positions isomer selectivity is obtained and one can investigate properties of the pure isomer state

hfs of the previously unknown isomer (I=10)

ground state hfs

Task 1. Fission fragment mass distribution in the βDF studies of 192,194,196At Task 2. Isotope shifts, HFS and charge radii measurements for a long series

of isotopes 192-212, 217-223At and βDF of 194At in narrowband modeTask 3. ISOLTRAP Mass measurement for 198m1, m2AtTask 4. Detailed α/β-decay studies of 192-204At

Proposal for future shape coexistence and βDF studies for a long series of At isotopes (ISOLDE)

1. Продемонстрирована работоспособность и эффективность новой лазерной установки на масс-сепараторе ИРИС.

2. Измерены изотопические сдвиги для 28 изотопов (изомеров) Tl на переходе 276.9 nm. Определены электронный фактор и массовый сдвиг для этого перехода, необходимые для получения данных о δ<r2>. Получены новые данные о μ, δ<r2> и деформации для 14 изотопов (изомеров) Tl, что позволит продвинуться в понимании и теоретическом описании феномена сосуществования форм (ИРИС, ISOLDE).

3. Впервые измерена аномалия сверхтонкой структуры для изомеров таллия с I=9/2, что позволило уточнить значения ранее измеренных магнитных моментов. Показано, что современные атомные расчеты удовлетворительно описывают «атомные» факторы, необходимые для вычисления HFA (ИРИС).

4. Обнаружен новый изомер 184mTl на границе области сосуществования форм; в режиме изомерной селективности исследованы ядерно-спектроскопические свойства 184mTl, а также 180Tl, что важно для описания асимметричного запаздывающего деления и эволюции форм в этой области ядер (ISOLDE).

5. Предложены эксперименты по дальнейшему исследованию рассматриваемой области ядер (ИРИС, ISOLDE).

Заключение

Shape coexistence in neutron deficient 82Pb and 84Po isotopes (even-proton) was investigated at ISOLDE previously.The aim is to extend these studies on odd-proton isotopic chains.We begun with 81Tl

179 183 187 191 195 199 203 207-1.4

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

2 >

1/2 =0.25

2 >

1/2 =0.2

2 >1/2 =0.15

2 >

1/2 =0.1

<r2 >

A, 2

05

fm2

A

I=1/2 I=9/2 I=2 I=7 I=5 Gatchina

(preliminary) ISOLDE

(preliminary)

2 >

1/2 =0

<2>1/2 (205Tl)=0.069 (Raman)

The filled triangles show the newly identified states. The full dots are the level energies associated with the weakly oblate ground-state band, the open dots are those related to the excited strongly prolate band. However, at low spin states, strong mixing can occur.

Energy systematics of excited states of even-even neutron-deficient Hg isotopes.

205205 205

( )

( )A A

nl

I a nl

I a nl

187 188 189 190 191 192 193

3.65

3.70

3.75

3.80

3.85

3.90

3.95

(

N )

A

1/26 p

1/27s

1/21/2 1/2

1/2

76 7205

6

( )1

( )SP S

AP

A

A

Magnetic moments for Tl isomers with I=9/2

187 188 189 190 191 192 193

3.65

3.70

3.75

3.80

3.85

3.90

3.95

(

N )

A

1/26 p

1/27s1/2 1/2

1/2

6 76 205 ( 9/2)(1 )P SP A I

1/2 1/26 7 2205 ( 9/2) 1.45(48) 10P S

A I exp

42 24 4

2 2 22 2

, 1 ss m m m m m

s

b d rb d r k r

b d r

27)2/9(

6205 102.1)(2/12/1

theorSIA

P

1/2 1/26 7 2205 ( 9/2) 1.45(48) 10P S

A I exp

DHFA calculationAtomic part: atomic many-body technique

(relativistic “coupled-cluster” approach) by A.-M. Mårtensson-Pendrill

sensitive to the nuclear magnetization distributionatomic coefficient