Ajankohtaista

Väitös: Uusi malli alfahajoamisen selittämiseen (Peltonen)

Alkamisaika: keskiviikko 05. elokuuta 2009, 12.00

Päättymisaika: keskiviikko 05. elokuuta 2009, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, fysiikan laitoksen sali FYS 1

FM Sami Peltosen fysiikan alan väitöskirjan ”Alpha-decay fine structure in even-even nuclei” (Alfahajoamisen hienorakenne täysparisissa ytimissä) tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä toimii emeritusprofessori Roberto J. Liotta (KTH, Ruotsi) ja kustoksena professori Jouni Suhonen (Jyväskylän yliopisto).

 

Alfasäteily on ensimmäisiä tunnettuja radioaktiivisuuden muotoja. Sitä tutkittiin innolla 1900-luvun alusta aina 1950-60-luvuille saakka. Nykyään alfahajoamisen tutkimus elää uutta tulemista.

 

Alfahajoamisessa atomiytimestä irtoaa 4He-ydin, eli niin sanottu alfahiukkanen. Vauhti, jolla irronnut alfahiukkanen sinkoutuu pois ytimestä, kertoo reaktion energian. Kun alfahajoamista tutkitaan kokeellisesti, tämä vauhti mitataan. Alfahajoamisen hienorakenteen tutkimuksessa selvitetään sitä, paljonko mistäkin aineesta sinkoutuu alfahiukkasia milläkin vauhdilla. 

 

Sami Peltosen tutkimus kuuluu teoreettisen ydinfysiikan alaan.

- Keskityimme isompiin kokonaisuuksiin, jotka oli mahdollista tuottaa yksinkertaisilla malleilla löytääksemme nyrkkisääntöjä ja perustavanlaatuisia ominaisuuksia aineistosta, Peltonen kertoo.

 

Tutkimuksessa kehitettiin malleja, jotka selittävät alfahajoamisen hienorakenteen. Tutkimuksessa luotiin perusmalli, teoreettisten ydinfyysikoiden kannalta eräänlainen rautalankaversio, joka selittää onnistuneesti alfahajoamisen hienorakenteen peruspiirteet. Kyseessä on systemaattinen analyysi. Aineistona ovat sellaiset alfahajoamiset, joissa hajoamisesta jäljelle jäävän ytimen, eli tytärytimen, rakenne on kaikkein yleisin eli sen ensimmäisen viritystilan spin on 2 ja pariteetti +. Tutkimuksessa sovellettiin mikroskooppista ydinrakennemallia lähes pallomaisille ytimille ja makroskooppista mallia kaikenmuotoisille ytimille. Yhteensä tutkimus käsittelee yli sataa erilaista ydintä eli isotooppia.

 

Mikroskooppisessa mallissa lasketaan ensin hajoamista edeltävän emoytimen ja sitten hajoamisen jälkeisen tytärytimen rakenne käyttäen suhteellisen yksinkertaista ydinrakennemallia, ja näistä lasketaan siirtymätodennäköisyydet tytärytimen eri tiloille eli alfahajoamisen hienorakenne. Makroskooppisessa mallissa puolestaan tytärytimen muodosta lähtien lasketaan kvanttimekaaniset tunneloitumistodennäköisyydet eri viritysenergioille ja siten selvitetään hienorakenne.

 

 

Tulevaisuudessa voi olla mahdollista määrittää alfahajoamisen avulla tarkemmin ja luotettavammin alfa-aktiivisten atomiydinten muotoja. Alfahajoaminen liittyy kiinteästi myös ns. superraskaisiin alkuaineisiin.

 

- Ydinfysiikan perustutkimus on tärkeää jo siitäkin syystä, että tarkempi tieto ytimistä voi auttaa tarkempien simulaatioiden kautta uusien ratkaisujen löytämisessä ydinjäteongelmaan, Peltonen painottaa.

 

Lisätietoja:

Sami Peltonen, puh. 0400 503 363, sami.j1.peltonen@jyu.fi

Tiedottaja Liisa Harjula, puh. (014) 260 1043, tiedotus@jyu.fi

 

Sami Peltonen valmistui ylioppilaaksi Virtain lukiosta vuonna 1994. Hän aloitti syksyllä 1995 opinnot Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella, josta valmistui luonnontieteiden kandidaatiksi syksyllä 2000 ja filosofian maisteriksi keväällä 2002. Hän on työskennellyt fysiikan laitoksella vuodesta 2001. Väitöksen jälkeen hän siirtyy peruskoulun opettajaksi Multialle Sinervän koulukeskukseen.

 

Tutkimus valmistui professori Jouni Suhosen tutkimusryhmässä kansainvälisenä yhteistyönä. Työn toisena ohjaajana toimi professori Doru Delion Romaniasta.

Tutkimusta ovat rahoittaneet Suomen Akatemia Huippututkimusyksikköohjelman kautta sekä Ellen ja Artturi Nyyssösen säätiö.

 

 

Teos julkaistaan sarjassa Department of Physics, University of Jyväskylä Research Reports numerona 9/2009, 22s, Jyväskylä 2009, ISSN:0075-465X, ISBN: 978-951-39-3602-0. Pdf-version ISBN on 978-951-39-3603-7. Sitä voi tiedustella fysiikan laitoksesta, puh. (014) 260 2350.

 

Abstract

 

Alpha-decay fine structure in even-even nuclei

 

The aim of this work has been to study the systematics of a-decay fine structure n those cases, where the daughter nucleus is doubly even and has a 2+ state as the lowest excited state. Restriction to these decays is a practical one, as doubly even nuclei have a simpler excitation level structure than other nuclei. Also the lowest 2+ state corresponds to either a one phonon excitation or the first rotational state, and that helps us to keep our microscopic and macroscopic models simple.

We have concentrated on the main features reproducible with simple models, trying to find fundamental connections, thumb-rules and order-of-magnitude estimates instead of complex fit formulas to reproduce exactly all given numbers. This trend is reflected by our choice of units. We deal mostly with logarithmic units of time and intensity ratios, because the time scales and intensity scales vary hugely over the nuclide chart.

This kind of systematic analysis about a-decay fine structure did not exist previously, even though there were lots of measured data. Although the general impression about a-decay at the time this work was started was, that everything important about this decay mode was already known from the1950’s-1960’s, the fine structure and even the preformation part of ground-state-to-ground-state a-decay is still worth investigating even at a rather basic level.

This work is divided into macroscopic and microscopic approach. The first is a collective model using coupled channels formalism and double folding integration over the matter density in both the a-particle and daughter nucleus to create an effective potential for the alpha particle to escape from. The second is a microscopic quasi-particle model where both the daughter and parent nucleus are constructed from an inert core and some active nucleons that occupy some single-particle levels. Here the probability to decay to a certain final configuration is calculated as an overlap integral between the starting configuration and the final configuration.

The macroscopic part is further divided to a rotational case and a vibrational case. Rotational nuclei exhibit clearly more collective characteristics than vibrational ones, so this was the first and more straightforward application of the model. Later, with some modifications, we have successfully implemented a similar model also for the vibrational cases.

 

 

 

kuuluu seuraaviin kategorioihin: