Mass measurement of nuclei in the N = Z = 40 region
Mesure de masses de noyaux dans la region N=Z=40
Résumé
Mass measurement of very proton-rich nuclei is a way to study nuclear pairing far from stability. In particular, N=Z nuclei present strong effects called Wigner effects. Determination of the residual interaction between the last proton and the last neutron, by measuring masses, leads to a better understanding of these characteristics and a test of spin-isospin SU(4) symmetry. In the region N=Z=[34;40] nuclei have also an astrophysical interest in the modelling of the rp process. The second cyclotron of GANIL -CSS2- has been used as a mass spectrometer of high resolution. Exotic nuclei were produced by a fusion-evaporation reaction between a 58Ni (4.3 MeV.A) beam and 24Mg and 12C targets. They are injected simultaneously with ions with well-known masses which constitute references for the measurement. Ions are time-separated as they are accelerated and their relative mass difference are linearly related to their relative difference of total time-of-flight into CSS2. They are detected in an interceptive telescope placed on a radially moving rod inside the cyclotron. Simulations were previously used to optimise different parts of the method for this range of masses: production, simultaneous injection, time-separation and identification of the ions. Experiment analysis then leads to the new mass determination, with 4 reference nuclei, of 3 N=Z nuclei: 80Zr, 76Sr, 68Se and a second mass measurement for 80Y, with a precision of 10-6. Validity of SU(4) symmetry is tested in the fp shell and the new masses importance in terms of rp process path is highlighted, in comparison with some mass models.
La mesure des masses des noyaux tres riches en protons est un moyen d'etudier la cohesion nucleaire a la limite de la stabilite. En particulier, les noyaux N=Z presentent des proprietes d'appariement singulieres, appelees effets de Wigner. Ces effets peuvent etre mis en evidence par l'etude de l'interaction residuelle entre le dernier proton et le dernier neutron, directement accessible par les masses, et permet de tester la symetrie de spin-isospin SU(4) dans les noyaux. Egalement dans la region N=Z=[34;40] les noyaux ont un interet particulier dans la modelisation du processus rp en astrophysique nucleaire. Une experience a ete realisee en utilisant le deuxieme cyclotron du GANIL -CSS2- comme spectrometre de masse de haute resolution. Les noyaux exotiques sont produits par reaction de fusion-evaporation entre un faisceau de 58Ni a 4.3 MeV/A et des cibles de 24Mg et 12C. Ils sont injectes dans CSS2 simultanement a des noyaux de masses connues, servant de reference pour la mesure. Les ions sont separes en temps au cours de leur acceleration et leurs difference relative de masses se deduisent directement de leur difference relative de temps de vol. Leur detection se fait par un telescope interceptif situe sur une sonde radiale mobile placee a l'interieur du cyclotron. Des simulations ont ete realisees auparavant concernant chaque etape de la methode afin d'optimiser la production, l'injection simultanee des ions, leur separation et leur identification pour l'appliquer a cette gamme de masses. L'analyse de l'experience a conduit, avec 4 noyaux de reference, a la determination des masses des noyaux N=Z: 80Zr, 76Sr, 68Se et a la deuxieme mesure de celle du noyau 80Y, avec une precision de l'ordre de 10-6. Ces mesures ont permis de tester la validite de la symetrie SU(4) dans la couche fp et de montrer l'impact des nouvelles masses sur la modelisation du processus rp par la comparaison avec differents modeles de masse.