Väitös 10.11.2023: Uudet beetahajoamisen puoliintumisajat tuovat tärkeää tietoa neutronisieppausprosessin mallintamiseen

FM Minna Luoma käsittelee väitöskirjassaan ”New β-decay half-lives of heavy neutron-rich nuclei and performance studies of the GEM-TPC detector” kokeellisia tuloksia neutronirikkaiden isotooppien beetahajoamisten puoliintumisaikojen mittauksesta ja GEM-TPC-ilmaisimen suorituskyvyn analyysistä.
Minna Luoma
Minna Luoma
Julkaistu
6.11.2023

Radioaktiivisen hajoamisen muoto, beeta-miinus -hajoaminen tapahtuu atomiytimessä, jossa yksi neutroni hajoaa protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi. Hajoamisen jälkeen syntyneellä uudella ytimellä, jota kutsutaan tytärytimeksi, on näin ollen yksi protoni enemmän kuin hajonneella emoytimellä. Täten beetahajoamisen myötä on syntynyt raskaampi alkuaine.  

Universumissamme neutronirikkaiden ytimien beeta-miinus -hajoamisella on merkittävä rooli nopeassa neutronisieppausprosessissa (r-prosessi), sillä se tuottaa noin puolet rautaa raskaammista alkuaineista. 

GEM-TPC-ilmaisimella tulevaisuudessa merkittävä rooli 

Väitöskirjassa käsiteltävä tutkimus koostui kolmesta osasta, joissa hyödynnettiin GSI-tutkimuslaitoksessa FAIR Phase-0 kokeissa Saksassa sijaitsevaa fragmenttiseparaattoria (FRS). Fragmenttiseparaattoria käytettiin tunnistamaan ja erottelemaan tutkitut atomiytimet.  

Tulevaisuudessa tämä separaattori tullaan korvaamaan uudella fragmenttiseparaattorilla (Super-FRS), joka on keskeinen osa rakenteilla olevaa FAIR-tutkimuslaitosta. Uudessa separaattorissa eksoottisten atomiytimien paikan mittaus tullaan tekemään GEM-TPC-ilmaisimella, joka tulee näin ollen olemaan merkittävässä roolissa hiukkassuihkun diagnostiikassa ja atomiytimien identifikaatiossa. 

Neljä uutta puoliintumisaikaa 

Väitöskirjatutkimuksessa onnistuttiin määrittämään neljä uutta beetahajoamisen puoliintumisaikaa neutronirikkaille ytimille. 

”Mitatut beetahajoamisen puoliintumisajat auttavat meitä mallintamaan r-prosessia tarkemmin ja arvioimaan olemassa olevia malleja”, väitöskirjatutkijana vuodesta 2018 asti toiminut FM Minna Luoma kertoo. 

Ilmaisimen suorituskykymittaus menestyksekäs 

Kaasutäytteisen hiukkasilmaisimen GEM-TPC:n suorituskykyä testattiin kahdessa suihkunaikaisessa testissä. Suorituskykymittauksista saatiin kattavasti tuloksia mm. ilmaisimen paikkaresoluutiosta sekä seuranta- ja havaitsemistehokkuudesta. Lisäksi klusterisaatiota käytettiin ensimmäistä kertaa tämän ilmaisimen data-analyysissä. Mittaustulokset osoittavat, että ilmaisin täyttää tutkituilta osin sille asetetut vaatimukset.  

Tämä väitöskirjatyö on osa Fysiikan tutkimuslaitoksen (Helsinki Institute of Physics, HIP) FAIR-projektia, joka on rahoittanut tutkimusta.  

 

FM Minna Luoman väitöskirjan ”New β-decay half-lives of heavy neutron-rich nuclei and performance studies of the GEM-TPC detector” tarkastustilaisuus on 10.11.2023 klo 12 Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen FYS1-salissa. Vastaväittäjänä toimii tohtori Karolina Kolos (Lawrence Livermore National Laboratory, California, USA) ja kustoksena apulaisprofessori Tuomas Grahn (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti. 

Lue julkaisu JYX-julkaisuarkistosta: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/90608