Experimental studies for the second-forbidden non-unique β-decay of 20F at IGISOL

Abstract

Tähtien evoluution vaiheet perustuvat tähden alkuperäiseen massaan: kevyemmät tähdet, joiden massa on alle kahdeksan Auringon massaa päättävät evoluutionsa valkoisena kääpiönä, kun taas suuremmat tähdet, joiden massa on suurempi kuin 11 Auringon massaa päätyvät supernoviksi, jotka johtuvat tähden ytimen luhistumisesta. Kuitenkin keskimassaisten tähtien evolutiivinen kaari on vielä epäselvä. On arvioitu, että keskimassaisten tähtien evoluutiossa 20Ne ytimeen taphtuvilla elektronisieppauksilla, jotka johtavat 20Fe ytimen perustilalle, on tärkeä rooli. Kuitenkin tälle perustilalta perustilalle tapahtuvan siirtymän voimakkuudelle on määritetty vain kokeellinen yläraja. Tämä työ keskittyy mittauslaitteiston, jolla mittasimme onnistuneesti kyseisen siirtymän vahvuuden ensimmäistä kertaa, kokeelliseen kehitystyöhön.

Mittaukset tapahtuivat IGISOL-tutkimusryhmän tiloissa Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa. 20F+-ionit tuotettiin 19F(d,p)20F reaktiolla käyttämällä 9 MeV energistä deuteronihiukkassuihkua. Kokeellinen laitteisto koostui Siegbahn-Slätis tyypin keskikuvantavasta spektrometristä, muovituikeilmaisimesta ja LaBr3(Ce)-ilmaisimesta. Tämä työ antaa kuvauksen käytetystä mittauslaitteistosta ja sen testauksesta sekä lyhyen esittelyn tähtien evoluutioon liittyvistä aiheista ja katsauksen onnistuneeseen perustilalta perustilalle tapahtuvan siirtymän mittaukseen.

The evolution of stars is determined by the stars initial mass, smaller stars with masses under eight solar masses end their life as a white dwarf when the heavier stars with masses over 11 solar masses end as core-collapse supernovae. The evolutionary path of the intermediate-mass star with masses between 8 to 11 solar masses is still uncertain. The electron capture on 20Ne ground state leading to 20F ground state has been estimated to have an important role in the evolution of intermediate-mass stars. The branching of this ground-state to ground-state transition has previously had only an experimental upper limit. This thesis focuses on the experimental developments of a measurement setup which we used to measure this branching ratio for the first time.

The measurement was done at the Ion Guide Isotope Separator On-Line (IGISOL) facility in the Accelerator Laboratory of the University of Jyväskylä. The 20F+ ions were produced via 19F(d,p)20F reaction with a 9 MeV deuteron beam. The experimental setup consisted of a Siegbahn-Slätis type of intermediate-image spectrometer, plastic scintillator detector and of LaBr3(Ce) detector. This work gives of a detailed description of the measurement setup and its testing as well as a brief discussion of the stellar evolution related topics and of an overview of the successful experiment.