Applications des rayonnements g

(1)

• Structure nucléaire

• Imagerie medicale

• Astronomie g

Applications des rayonnements g

(2)

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Structure nucléaire

Multi-détecteurs g

• Euroball, Gammasphere,Jurogam, Rising, GASP – coaxial, clover, cluster

• Exogam, Sega, Miniball

– segmented detectors

• AGATA, GRETA

– segmented, tracking, pulse shape analysis

(3)

Euroball

(4)

4

Etude de la super-déformation des

noyaux

(5)

Production du

¹⁴⁰

Nd dans un état de haut spin

18O

12652Te₇₄

fusion

noyau composé

évaporation

14460Nd₈₄

14060Nd₈₀

75 MeV

18 126 144 * 140

8

O 

52

Te 

60

Nd 

60

Nd  4 n

18 126 144 * 139

8

O 

52

Te 

60

Nd 

60

Nd  5 n

Réaction de fusion

évaporation

(6)

6

Emission de rayonnements gamma

(7)

(a) Résonance dipolaire géante

Si l’énergie d'excitation est très élevée, des mouvements vibrationnels collectifs peuvent apparaitre au sein du noyau. Ceux-ci sont interprètes

comme l'oscillation de l'ensemble des protons par rapport à l'ensemble des neutrons autour du centre du noyau. Il en résulte l‘émission de

transitions gamma dipolaires dont l’énergie est comprise entre 10 et 20 MeV. Cette émission gamma s'effectue en compétition avec

l‘évaporation de particules.

(b) Transitions statistiques

Ces rayonnements gamma sont émis en cascade de deux a trois transitions quand l’énergie d'excitation au-dessus de la ligne yrast est comprise entre l’énergie de liaison des neutrons et quelques centaines de keV.

Le noyau se trouve alors dans une région de densité de niveaux très élevée, correspondant a un quasi-continuum d’états accessibles. De nature E1, ces transitions emportent beaucoup d‘énergie mais peu de moment angulaire (0,5 ħ en moyenne).

(8)

(c) Transitions collectives

Ces transitions électriques quadrupolaires forment des bandes construites parallèlement a la ligne yrast. Leur nombre important et leur très faible espacement en énergie constitue un quasi-continuum gamma. Pour la région de masse A ~150, l’énergie moyenne de ces rayonnements gamma est estimée a 1.5 MeV. D'autres transitions inter-bandes de type dipolaire magnétique ou électrique peuvent être émises;

cependant elles sont supposées être de faible énergie (E < 100 keV) a cause de la proximité des bandes du quasi-continuum.

8

(9)

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Discovery potential

• What are the properties of the heaviest nuclei?

• How deformed can a nucleus become and how fast can a nucleus rotate before it breaks up?

• Does the atomic nucleus display new symmetries?

• What are the properties of atomic nuclei with extreme neutron- proton ratios?

• How does the structure of nuclei change towards the limits of stability when binding becomes weak?

• What are the wave functions of spatially very extended halo nuclei?

Goal: Gain a quantitative understanding of the atomic nucleus

in many areas of nuclear structure physics

(11)

• Hyper-deformation

• New Symmetries and Shapes

• Wave function of halo nuclei

• Exotic collective modes

Examples

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• Prolate axis ratios > 2:1 (3:1 ?)

• Large deformations

- on the way to fission - high-spins modify the

microscopic structure.

?

ND SD HD

Woods Saxon Potential

Quadrupole Deformation

Single Particle Levels (MeV)

Hyperdeformed Nuclei

(13)



Many calculations predict some degree of necking - How pronounced is the necking

- When does is develop ?



If it develops well before fission  two isolated structures

 pairing

 shell structure/symmetries (pseudo SU3 multiplet will breakdown )

Hyperdeformed Nuclei

(14)

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Neutron-rich Zr Isotopes

N. Schunck, J. Dudek, A. Góźdź, P.Regan Phys. Rev. C69061305(R) (2004)

Tetrahedral Shape

simplest case Y₃₂non-zero

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Segmented detector array

RISING

EXOGAM

MINIBALL SeGA

GRAPE

9 seg ×2 xtal 1 seg × 7 xtal

4 seg × 4 xtal

6 seg × 3 xtal 32 seg × 1 xtal

currently operational

(26)

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Segmented detector array

GRETINA (2010) TIGRESS (2009)

AGATA Demo (2008)

ANL

36 seg × 4 xtal 8 seg × 4 xtal

36 seg × 3 xtal

32 seg × 2 xtal

under construction

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(28)

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AGATA Design and Construction

180 geometry defined

Conceptual design of 180 array done

Specifications of infrastructure parts done

Design of AGATA demonstrator for LNL done

Flanges manufacture done, support manufacture ongoing

Assembly in LNL, 2008

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The First Step:

The AGATA Demonstrator

Objective of the final R&D phase 2003-2008

1 symmetric triple-cluster 5 asymmetric triple-clusters

36-fold segmented crystals 540 segments

555 digital-channels Eff. 3 – 8 % @ M_g = 1 Eff. 2 – 4 % @ M_g = 30 Full EDAQ

with on line PSA and g-ray tracking In beam Commissioning

Technical proposal for full array Cost ~ 6 M € Capital

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Imagerie medicale

SPECT, Gamma camera, Pin-hole SPECT PET, Micro-PET, PEM, 3D Brain PET

Compton camera, Compton PET, Compton Scintimammography

Collimator-less imaging

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Performance Comparison of Compton Probe and SPECT with Collimator

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Astronomie g

Compton télescopes :

COMPTEL, INTEGRAL, MEGA, GLAST

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The measured quantities in Compton imaging are:

•x, y, z-co-ordinates in the first detector

•x, y, z-co-ordinates in the second detector

•Energy of recoil electron in first detector

•Energy of scattered photon in second detector

•Not measurable with Compton Cameras for medical applications: Direction of recoil electron, which leads to the conical ambiguity. This leads to more complicated image reconstruction algorithms.

Illustration of conical ambiguity in the reconstruction of a point source