Mesure de masse de noyaux à halo et refroidissement de faisceaux avec l'expérience MISTRAL

Mass measurement of halo nuclides and beam cooling with the mass spectrometer MISTRAL

• Auteur / Autrice : Cyril Bachelet
• Direction : David Lunney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Spectromètre de masse MISTRAL

Piège de Paul

Faisceaux radioactifs

Résumé

Les noyaux à halo sont une caractéristique spectaculaire et inattendue des abords de la drip-line et leur description amène les théories de la physique nucléaire à leurs limites. Le paramètre d'entrée le plus critique est l'énergie de liaison nucléaire ; une quantité qui nécessite des mesures très précises, puisque l'énergie de séparation de deux neutrons est faible à la "drip-line". De plus, de tels noyaux ont typiquement une courte durée de vie. Pour faire de telles mesures, un instrument de haute précision utilisant une méthode rapide de mesure est nécessaire. MISTRAL est un tel instrument ; c'est un spectromètre de masse à transmission situé à ISOLDE/CERN. En juillet 2003 nous avons mesuré la masse du 11Li qui est un noyau à halo à deux neutrons. La mesure effectuée améliore la précision d'un facteur 6, avec une barre d'erreur de 5 keV. De plus la mesure donne une énergie de séparation de deux neutrons 20% supérieure à la valeur précédente. Cette mesure a un impact sur le rayon du noyau ainsi que sur l'état des deux neutrons de valence. Dans le même temps, une mesure du 11Be a été effectuée avec une barre d'erreur de 4 keV en excellent accord avec les précédentes mesures. Dans le but de poursuivre le programme de mesure de MISTRAL, par la mesure de la masse du 14Be, un système de refroidissement de faisceau d'ions est actuellement en développement qui va accroître la sensibilité du spectromètre. Une partie de ce travail est consacrée au développement de ce refroidisseur, constitué d'un piège de Paul rempli par un gaz tampon.

Halo nuclides are a spectacular drip-line phenomenon and their description pushes nuclear theories to the limits. The most critical input parameter is the nuclear binding energy; a quantity that requires excellent measurement precision, since the two-neutron separation energy is small at the drip-line by definition. Moreover halo nuclides are typically very short-lived. Thus, a high accuracy instrument using a quick method of measurement is necessary. MISTRAL is such an instrument; it is a radiofrequency transmission mass spectrometer located at ISOLDE/CERN. In July 2003 we measured the mass of the 11Li, a two-neutron halo nuclide. Our measurement improves the precision by a factor 6, with an error of 5 keV. Moreover the measurement gives a two-neutron separation energy 20% higher than the previous value. This measurement has an impact on the radius of the nucleus, and on the state of the two valence neutrons. At the same time, a measurement of the 11Be was performed with an uncertainty of 4 keV, in excellent agreement with previous measurements. In order to measure the mass of the two-neutron halo nuclide 14Be, an ion beam cooling system is presently under development which will increase the sensitivity of the spectrometer. The second part of this work presents the development of this beam cooler using a gas-filled Paul trap.