Ajankohtaista

Väitös: Rakenteiden rinnakkaiselo keveissä vismuttiytimissä (Nieminen)

Alkamisaika: perjantai 31. lokakuuta 2003, 12.00

Päättymisaika: perjantai 31. lokakuuta 2003, 00.00

Paikka: FYS-1, Ylistönrinne


VÄITÖS: pe 31.10.2003 klo 12
Fysiikan laitoksen salissa FYS-1, Ylistönrinne

FM Päivi Niemisen fysiikan väitöskirjan Competing structures in very light bismuth isotopes (Kilpailevat rakenteet hyvin keveissä vismuttiytimissä) tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä professori Bo Cederwall (Kuninkaallinen teknillinen korkeakoulu (KTH), Ruotsi) ja kustoksena dosentti Sakari Juutinen.

Päivi Nieminen on väitöskirjatyössään tutkinut erittäin keveiden vismuttiytimien rakennetta. Luonnosta löytyvä vismutti on metallimainen alkuaine, joka aikaisemmin sekoitettiin usein esimerkiksi lyijyyn. Niemisen tutkimista vismuttiytimistä toisella on 16 ja toisella 18 neutronia vähemmän kuin luonnon yleisimmän lyijyisotoopin ytimillä. Määrä on juuri ja juuri riittävä, jotta ytimet voidaan muodostaa ja niitä voidaan tutkia.

Tulokset osoittavat, että keveät vismuttiytimet ovat perustilassaan lähes pallomaisia. Tutkimuksessa kuitenkin myös havaittiin ensimmäistä kertaa, että joissain viritystiloissa keveiden vismuttiydinten rakennetta voidaan kuvailla navoiltaan litistyneen pallon muotoiseksi. Tulokset vahvistavat erimuotoisten rakenteiden rinnakkaiselon näissä ytimissä.

Ytimen rakenne voidaan päätellä säteilyä tarkastelemalla

Ytimet tuotettiin laboratoriossa törmäyttämällä hiukkaskiihdyttimestä saatava hiukkassuihku ohueen kohtiokalvoon. Väitöstyössä tutkittujen ytimien muodostuminen vaatii, että pommittava ydin ja kohtioydin yhdistyvät oikealla tavalla.

– Nämä reaktiot ovat erittäin harvinaisia. Vain yksi noin miljoonasta kohtiossa tapahtuvasta reaktiosta tuottaa halutun tuloksen. Pommittavien ytimien määrä on kuitenkin valtava, noin 30 miljardia kappaletta sekunnissa, joten muodostuneiden ytimien määrä oli riittävä työssä käytetyille erittäin herkille mittausmenetelmille, Nieminen selittää.

– Syntyessään ydin on virittyneessä tilassa eli sillä on ylimääräistä energiaa. Tämän energian se purkaa lähettämällä peräkkäin useita pieniä säteilyannoksia joita kutsutaan gammasäteilyksi. Viritystilojen purkautuessa ydin saavuttaa perustilan. Perustilalla tarkoitetaan rakennetta, jonka ainoa mahdollisuus luovuttaa energiaa on muuntua toiseksi ytimeksi, tutkija jatkaa.

Perustilaansa palautuneet ytimet seulottiin rekyylierottimen avulla valtavasta määrästä muita hiukkasia, jotka muodostuivat pommittavan ytimen ja kohtioytimen välisissä yhteentörmäyksissä. Halutut ytimet pystyttiin tunnistamaan radioaktiivisen hajoamisen havaitsevalla ilmaisimella. Nieminen on suorittanut kerätylle aineistolle yksityiskohtaisen lajittelun käyttäen menetelmiä, joilla voidaan erotella tutkittavista ytimistä peräisin oleva gammasäteily. Säteilyn ominaisuuksia tarkastelemalla hän on selvittänyt millaisin hyppäyksin ydin luovuttaa syntyessään saamansa ylimääräisen energian. Näiden tietojen perusteella voidaan päätellä tutkittavien ytimien rakenne.

Keveät vismuttiytimet ovat perustilassa pallomaisia

Luonnossa esiintyvän lyijyn ytimet ovat rakenteeltaan erityisen pysyviä ja muodoltaan pallomaisia. Vaikka niihin tuodaan ylimääräistä energiaa, niiden muoto ei muutu. Keveitä lyijyn isotooppeja tutkittaessa on havaittu, että niiden perustilan muoto pysyy edelleen pallomaisena.

– Havaitsin tutkimuksessani, että myös kevyet vismuttiytimet ovat perustilassaan lähes pallomaisia. Tällaista ydintä voidaan kuvailla ajattelemalla, että siinä yksi protoni kiertää lyijy-ytimen muodostamaa sisusta, aivan kuten kuu kiertää maapalloa. Tosin toisin kuin kuu, protoni saattaa liikkua erilaisilla radoilla. Mittauksissa havaitut viritystilojen purkautumisen reitit antoivat tietoa protonin liiketiloista, Nieminen kertoo.

Jos reaktiossa muodostuva ydin ei ole pallomainen, se voi joutua pyörivään liikkeeseen. Väitöstyössä tutkituissa vismuttiytimissä osa lyijysisuksen viritystiloista vastasi rakenteeltaan navoiltaan litistynyttä muotoa. Tällöin sitä kiertävän protonin suosituimmat radat valikoituivat sisuksen muodon mukaan.

Nieminen on havainnut tutkimuksessaan ensimmäistä kertaa, että joissakin viritystiloissa myös keveiden vismuttiytimien rakennetta voidaan kuvailla navoiltaan litistyneen pallon muotoiseksi.

– Saadut tulokset vahvistavat erimuotoisten rakenteiden rinnakkaiselon näissä ytimissä. Tulokset sopivat suurelta osin hyvin yhteen teoreettisten ennusteiden kanssa. Mittauksissa havaittiin kuitenkin erään litistynyttä muotoa vastaavan viritystilan rakenteessa muutos työssä tutkittujen isotooppien välillä. Tätä muutosta ei ole pystytty teoreettisesti selittämään, ja tulosten tarkentamiseen tarvitaan uusia mittauksia vieläkin herkemmillä laitteistoilla. Työ on siis fysiikan perustutkimusta.

Tutkimuksessa käytetty gammailmaisinlaitteisto koostuu 27 erillisestä ilmaisinyksiköstä. Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa sijaitseva laitteisto on arvoltaan noin viisi miljoonaa euroa ja se on ulkomaisessa omistuksessa. Mittaukset on tehty yhteistyössä englantilaisten, belgialaisten, ranskalaisten sekä suomalaisten kollegojen kanssa. Nieminen on tutkimustyönsä aikana ollut osittain vastuussa useissa mittausjaksoissa käytettyjen ilmaisinlaitteistojen rakentamisesta sekä yksittäisten mittausten suorittamisesta. Lisäksi hän on vastannut ilmaisimien korjauksista ja ylläpidosta.

Päivi Niemisen tutkimustyötä ovat tukeneet taloudellisesti Jyväskylän yliopisto, Suomen Akatemia, Suomen Kulttuurirahaston Keski-Suomen rahasto sekä Emil Aaltosen säätiö.

Lisätietoja:
Päivi Nieminen, puh. (014) 260 2418 tai 040 724 3395, sähköposti: paivi.nieminen@phys.jyu.fi
tiedottaja Tarja Timonen, puh. (014) 260 1043 tai 050 313 0401, sähköposti: tiedotus@jyu.fi, josta voi pyytää myös väittelijän kuvan sähköisenä


Julkaisutiedot:
Väitöskirja on julkaistu sarjassa Research report/Department of Physics, University of Jyväskylä numerona 6/2003, 101 s., Jyväskylä 2003, ISSN:0075-465X, ISBN:951-39-1609-X. Julkaisua voi tilata Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselta, puh. (014) 260 2350.

Päivi Nieminen on kirjoittanut ylioppilaaksi Joutsan lukiosta vuonna 1987 ja hän valmistui ylioppilasmerkonomiksi Heinolan Seudun kauppaoppilaitoksesta vuonna 1989. Oltuaan kaksi vuotta töissä Luhangan Osuuspankissa, hän aloitti fysiikan opinnot vuonna 1992 Jyväskylän yliopistossa, josta valmistui filosofian maisteriksi vuonna 1998. Siitä lähtien hän on työskennellyt tutkijakoulutettavana Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella professori Rauno Julinin johtamassa tutkimusryhmässä.


ABSTRACT
Competing structures in very light bismuth isotopes

In the present work, the structure of the very neutron-deficient nuclei 191,193Bi has been studied at the Accelerator laboratory of the University of Jyväskylä using an experimental apparatus which combines arrays of Ge detectors and the high-transmission recoil separator RITU. The very selective recoil-decay tagging, isomer tagging and recoil gating techniques have provided the first identification of prompt and delayed gamma rays from 193Bi and 191Bi, resulting in extensive level schemes for both nuclei. Excitation energies of the isomeric 13/2+ states, observed in all the heavier odd-A bismuth isotopes have been established and strongly coupled bands based on them have been constructed indicating oblate deformation. The proton 2p-2h core excitation responsible for the oblate shape has been associated also with the observed negative-parity bands. Bands feeding the 1/2+ intruder state in both nuclei suggest a change in shape for this structure when going from 193Bi to 191Bi. Some quasiparticle excitations corresponding to those which dominate the structure of the heavier isotopes down to 195Bi have been observed to survive in 193Bi and interpreted as the odd proton coupled to spherical states of the 192Pb core. The present results extend the knowledge on the odd-A bismuth nuclei close to the proton drip line and are in agreement with the picture of coexistence of spherical and deformed nuclear shapes, widely established in neutron-deficient nuclei in the tin and lead regions.

Tekijä

Orvokki Honkonen
jutaojan@cc.jyu.fi
260 1015
viestintä
kuuluu seuraaviin kategorioihin: