First measurement of beta-decay half-lives and neutron emission probabilities in several isotopes beyond N = 126

Abstract

In this work beta-decay half-lives and neutron-emission probability values have been experimentally determined for first time in several nuclei beyond the neutron-shell closure at N=126. To this aim the accelerator complex at the GSI center for heavy ion research (Germany), in combination with the FRS fragment separator, were employed. The beta-decay detection system consisted of a charged particle detector named SIMBA, which served to detect both ion and beta-particles, surrounded by an array of He-3 based neutron counters named BELEN. The half-life values of eighteen isotopes of Au, Hg, Tl, Pb and Bi were determined, as well as the neutron-branching ratios (or upper limits) for seven nuclei. A comparison of the present results with previous half-life measurements in this mass-region shows a generally good agreement, thus reflecting the systematic validity of the decay data available in this region. Compared to theoretical models, our results show a reasonable agreement for half of the analyzed isotopes, and large discrepancies of up to a factor of 10 for the other half. The measured neutron-branching ratios represent the first set of experimental data available in this mass-region for several isotopes. Owing to the absence of previous experimental results, the values reported here can be only compared with theoretical predictions. In summary, a fair compatibility is found between FRDM+QRPA calculations, which however are underestimating by a factor of 5 the neutron-branching ratio of Tl-215, which is the most exotic nucleus measured in this work.

En aquest treball s'han determinat, experimentalment i per primera vegada, vides mitjanes i valors de probabilitat d'emissió de neutrons de diversos nuclis amb més de 126 neutrons. Per tal d'obtenir les dades es va realitzar un experiment a les instal·lacions del centre d’investigació d'ions pesats GSI a (Alemanya), combinat amb el separador de fragments FRS. El sistema de detecció d'ions i desintegracions beta va consistir d'un detector de partícules carregades anomenat SIMBA, que estava envoltat per una matriu de comptadors proporcionals d’'He-3 que conformen el detector de neutrons BELEN. En total s'han determinat valors de vida mitjana de divuit isòtops d'or, mercuri, tal·li, plom i bismut, així com també la probabilitat d'emissió de neutrons (o llindars superiors) de set d'ells. Comparant els resultats amb les mesures de vides mitjanes anteriors en aquesta regió de nuclis s'observa un bon acord, reflectint la validesa de la sistemàtica de les dades existents. D’'altra banda, fent la comparació amb els models teòrics, els resultats mostren un acord raonable per la meitat dels isòtops analitzats, i grans discrepàncies, de fins a un factor 10, per l'altra meitat. Pel que fa a les probabilitats d'emissió de neutrons mesurades, essent la primera mesura experimental a la regió per a diversos nuclis, no és possible comparar amb altres els valors obtinguts. La única comparació que es pot avaluar és amb les prediccions teòriques. En resum, els resultats són compatibles amb el model FRDM + QRPA, no obstant s'observen discrepàncies considerables en alguns isòtops de fins a un factor 5, com és el cas del valor obtingut per Tl-215, que correspon al nucli més exòtic del qual s'’ha determinat la probabilitat d’'emissió de neutrons.