Massenmessungen exotischer Kerne an TITAN bei TRIUMF (Vancouver, Kanada)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Aktivitäten dieses Projekts wurden in enger Zusammenarbeit der AG-Scheidenberger am II. Physikalischen Institut der Justus-Liebig-Universität (JLU) in Gießen (Deutschland) und der TITAN-Kollaboration am TRIUMF (Kanada) durchgeführt. Das zentrale Instrument aller Aktivitäten ist ein Vielfach-Reflexions-Flugzeit-Massenspektrometer (engl.: Multiple-Reflection Time-of-Flight Mass Spectrometer, abgek.: MR-TOF-MS), welches von der AG- Scheidenberger speziell für das TITAN-Experiment entwickelt und im Jahr 2017 dort implementiert worden war. Es konnte nun für Experimente der wissensorientierten Grundlagenforschung zur Erforschung der Eigenschaften exotischer Kerne genutzt werden. Weiterhin wurden daran methodische Weiterentwicklungen durchgeführt, die das Leistungsvermögen steigern (z.B. wurde das Massenauflösungsvermögen von 250.000 auf 500.000 verdoppelt), die Einsatzmöglichkeiten erweitern (z.B. als Isobarenseparator und zur Strahldiagnose) und neue, weiterführende Messungen ermöglichen (aufgrund der gesteigerten Empfindlichkeit). Das Experiment-Spektrum umfasst Präzisionsmassenmessungen zur Untersuchung wichtiger Fragestellungen der Kernstruktur weitab vom Stabilitätstal, der nuklearen Astrophysik sowie die Grenzen der Existenz gebundener Kerne. Die erzielten Fortschritte und Ergebnisse wurden in 14 „peer-reviewed“ Artikeln veröffentlicht. Mit einer Ausnahme konnten alle im Antrag formulierten Ziele erreicht werden; das einzige angestrebte Ergebnis, das nicht erreicht werden konnte, war der Einsatz des MR-TOF-MS als Vorseparator für eine Massenmessung in der Penning-Falle, da die Penning-Falle des TITAN-Experiments bis Ende 2023 außer Betrieb war; es konnten allerdings alle Vorarbeiten für die Kopplung der beiden Systeme fertiggestellt werden, einschließlich dem Transport von separierten Ionen vom MR-TOF-MS zum Detektor am Eintritt vor der Penning-Falle. Der Betrieb des Transport-RFQs als Massenfilter wurde nicht realisiert, da die hierfür beantragten Fördermittel nicht bewilligt worden waren. Die in der Projektlaufzeit veröffentlichten Publikationen decken sogar mehr thematische Schwerpunkte ab als im Antrag geplant worden waren. Während der Förderperiode wurde der Routinebetrieb des MR-TOF-MS am TITAN-Experiment etabliert und das Instrument während der Förderperiode in neun Experiment-Strahlzeiten eingesetzt. Bei zwei dieser Experimente fungierte der durch diesen Antrag geförderte Postdoc der AG Scheidenberger als Sprecher. Aufgrund der Vielzahl der gewonnenen Daten und der noch laufenden Auswertung sind viele weitere Veröffentlichungen zu erwarten: mehrere Manuskripte sind derzeit im Begutachtungsprozess, weitere sind in Vorbereitung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Commissioning and performance of TITAN’s Multiple-Reflection Time-of-Flight Mass-Spectrometer and isobar separator. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 1018, 165823.
Reiter, M.P.; Andrés, S. Ayet San; Bergmann, J.; Dickel, T.; Dilling, J.; Jacobs, A.; Kwiatkowski, A.A.; Plaß, W.R.; Scheidenberger, C.; Short, D.; Will, C.; Babcock, C.; Dunling, E.; Finlay, A.; Hornung, C.; Jesch, C.; Klawitter, R.; Kootte, B.; Lascar, D. ... & Yavor, M.
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Mass measurements of Ga60–63 reduce x-ray burst model uncertainties and extend the evaluated T=1 isobaric multiplet mass equation. Physical Review C, 104(6).
Paul, S. F.; Bergmann, J.; Cardona, J. D.; Dietrich, K. A.; Dunling, E.; Hockenbery, Z.; Hornung, C.; Izzo, C.; Jacobs, A.; Javaji, A.; Kootte, B.; Lan, Y.; Leistenschneider, E.; Lykiardopoulou, E. M.; Mukul, I.; Murböck, T.; Porter, W. S.; Silwal, R.; Smith, M. B. ... & Kwiatkowski, A. A.
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Mass Measurements of Neutron-Deficient Yb Isotopes and Nuclear Structure at the Extreme Proton-Rich Side of the N=82 Shell. Physical Review Letters, 127(11).
Beck, Sönke; Kootte, Brian; Dedes, Irene; Dickel, Timo; Kwiatkowski, A. A.; Lykiardopoulou, Eleni Marina; Plaß, Wolfgang R.; Reiter, Moritz P.; Andreoiu, Corina; Bergmann, Julian; Brunner, Thomas; Curien, Dominique; Dilling, Jens; Dudek, Jerzy; Dunling, Eleanor; Flowerdew, Jake; Gaamouci, Abdelghafar; Graham, Leigh; Gwinner, Gerald ... & Yang, Jie
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Collision-Induced Dissociation at TRIUMF's Ion Trap for Atomic and Nuclear science. International Journal of Mass Spectrometry, 482, 116931.
Jacobs, A.; Andreoiu, C.; Bergmann, J.; Brunner, T.; Dickel, T.; Dillmann, I.; Dunling, E.; Flowerdew, J.; Graham, L.; Gwinner, G.; Hockenbery, Z.; Kootte, B.; Lan, Y.; Leach, K.G.; Leistenschneider, E.; Lykiardopoulou, E.M.; Monier, V.; Mukul, I.; Paul, S.F. ... & Kwiatkowski, A.A.
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Investigating nuclear structure near N=32 and N=34: Precision mass measurements of neutron-rich Ca, Ti, and V isotopes. Physical Review C, 106(2).
Porter, W. S.; Dunling, E.; Leistenschneider, E.; Bergmann, J.; Bollen, G.; Dickel, T.; Dietrich, K. A.; Hamaker, A.; Hockenbery, Z.; Izzo, C.; Jacobs, A.; Javaji, A.; Kootte, B.; Lan, Y.; Miskun, I.; Mukul, I.; Murböck, T.; Paul, S. F.; Plaß, W. R. ... & Kwiatkowski, A. A.
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Mapping the N=40 island of inversion: Precision mass measurements of neutron-rich Fe isotopes. Physical Review C, 105(4).
Porter, W. S.; Ashrafkhani, B.; Bergmann, J.; Brown, C.; Brunner, T.; Cardona, J. D.; Curien, D.; Dedes, I.; Dickel, T.; Dudek, J.; Dunling, E.; Gwinner, G.; Hockenbery, Z.; Holt, J. D.; Hornung, C.; Izzo, C.; Jacobs, A.; Javaji, A.; Kootte, B. ... & Kwiatkowski, A. A.
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Summit of the N=40 island of inversion: Precision mass measurements and ab initio calculations of neutron-rich chromium isotopes. Physics Letters B, 833, 137288.
Silwal, R.; Andreoiu, C.; Ashrafkhani, B.; Bergmann, J.; Brunner, T.; Cardona, J.; Dietrich, K.; Dunling, E.; Gwinner, G.; Hockenbery, Z.; Holt, J.D.; Izzo, C.; Jacobs, A.; Javaji, A.; Kootte, B.; Lan, Y.; Lunney, D.; Lykiardopoulou, E.M.; Miyagi, T. ... & Kwiatkowski, A.A.
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Improved high-precision mass measurements of mid-shell neon isotopes. Nuclear Physics A, 1033, 122636.
Jacobs, A.; Andreoiu, C.; Bergmann, J.; Brunner, T.; Dickel, T.; Dillmann, I.; Dunling, E.; Flowerdew, J.; Graham, L.; Gwinner, G.; Hockenbery, Z.; Huang, W.J.; Kootte, B.; Lan, Y.; Leach, K.G.; Leistenschneider, E.; Lunney, D.; Lykiardopoulou, E.M.; Monier, V. ... & Kwiatkowski, A.A.
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Mass tagging: Verification and calibration of particle identification by high-resolution mass measurements. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 541, 257-259.
Hornung, Christine; Dickel, Timo; Amanbayev, Daler; Ayet San Andrés, Samuel; Balabanski, Dimiter L.; Beck, Sönke; Bergmann, Julian; Constantin, Paul; Ebert, Jens; Geissel, Hans; Greiner, Florian; Gröf, Lizzy; Haettner, Emma; Harakeh, Muhsin N.; Hucka, Jan-Paul; Kalantar-Nayestanaki, Nasser; Kostyleva, Daria A.; Kripko-Koncz, Gabriella; Miskun, Ivan ... & Zhao, Jianwei
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Mean range bunching of exotic nuclei produced by in-flight fragmentation and fission — Stopped-beam experiments with increased efficiency. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 541, 275-278.
Dickel, Timo; Hornung, Christine; Amanbayev, Daler; Ayet San Andrés, Samuel; Beck, Sönke; Bergmann, Julian; Geissel, Hans; Gerl, Jürgen; Górska, Magdalena; Gröf, Lizzy; Haettner, Emma; Hucka, Jan-Paul; Kostyleva, Daria A.; Kripko-Koncz, Gabriella; Mollaebrahimi, Ali; Mukha, Ivan; Pietri, Stephane; Plaß, Wolfgang R.; Podolyák, Zsolt ... & Zhao, Jianwei
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A compact ion source combining electron-impact and thermal ionization for multiple-reflection time-of-flight mass spectrometry. Review of Scientific Instruments, 95(8).
Yu, Jiajun; Mollaebrahimi, Ali; San, Andrés Samuel Ayet; Dickel, Timo; Plaß, Wolfgang R.; Wilsenach, Heinrich; Beck, Sönke; Ge, Zhuang; Geissel, Hans; Hornung, Christine; Jacobs, Andrew; Kripko-Koncz, Gabriella; Kwiatkowski, Anna A.; Narang, Meetika; Scheidenberger, Christoph; Sequeira, Jaden & Walls, Coulter
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Unveiling nuclear isomers through multiple-reflection time-of-flight mass spectrometry. The European Physical Journal Special Topics, 233(5), 1181-1190.
Dickel, Timo & Mollaebrahimi, Ali
