PILGRIM : un spectromètre de masse par temps de vol pour S3, et brisure de symétrie d'isopin dans le 38K

PILGRIM : a multi-reflexions time-of-flight mass spectrometer for S3, and isospin symmetry breaking in 38K

• Auteur / Autrice : Blaise-Mael Retailleau
• Direction : Gilles De France
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/02/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grand accélérateur national d'ions lourds (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Fléchard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles De France, Araceli Lopez-Martens, Olivier Dorvaux, Carole Gaulard, Pauline Ascher, Lutz Schweikard, Pierre Delahaye
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Araceli Lopez-Martens, Olivier Dorvaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand accélérateur national d'ions lourds (Caen)

Excitation coulombienne

Malaxage

Spin isobarique

Masse (physique) -- Mesure

Spectrométrie de masse

Faisceaux d'ions radioactifs

Mots clés libres

Mélange d'isospin

Rapport isométrique

Radioactive ion beam

RIB

SPIRAL

SPIRAL2

S3

S3-LEB

Mass spectrometry

Mass measurement

MR-ToF-MS

38K

Isospin mixing

Coulomb excitation

Isomeric ratio

FEBIAD

EXOGAM

Résumé

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du développement des faisceaux d'ions radioactifs (RIB) pour la physique dans deux grands projets au GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds) SPIRAL et SPIRAL2 (Système de Production d’Ions Radioactifs Accélérés en Ligne).La première partie de cette thèse se concentre sur l'étude d'un MR-ToF-MS (multi-reflexions time-of-flight mass spectrometer) ; PILGRIM (Piège à Ions Lourds du GANIL pour la Résolution des Isobares en Masse) conçu pour la séparation et la mesure des isobares radioactifs en masse. Les MR-ToF-MS sont déjà utilisés dans le monde entier pour réaliser des mesures de masse de haute précision avec des incertitudes inférieures à quelques 1E-07. Les études de PILGRIM se concentrent sur : la forme des paquets d'ions, la dépendance des temps de vol en fonction de la température, la résolution de masse et la mise en place de méthodes de mesure de masse utilisant une ou deux références. La résolution maximal obtenue avec l'appareil est de 140 000 et les méthodes de mesures développée permettent une précision sur la mesure de masse inférieure à 10^-7.La deuxième partie de cette thèse se concentre sur une expérience utilisant la nouvelle source FEBIAD (Forced Electron Beam Induced Arc Discharge) développée au GANIL dans le cadre de l'amélioration de SPIRAL1. L'expérience se divisaient en deux étapes : la détection des produits de réaction par un détecteur silicium DSSSD (Double Sided Silicon Strip Detector) et les gammas de désexcitation par l'ensemble de détecteurs EXOGAM d'une part et la mesure du rapport isomérique entre les ions dans l'état fondamental et ceux dans l'état isomérique qui constituent le faisceau d'ion radioactif de 38K d'autre part. Nous présentons ici : l'étalonnage des détecteurs de l'expérience, l'analyse des spectres des détecteurs en germanium d'EXOGAM et du détecteur en silicium DSSSD, puis le spectre gamma obtenu après correction de l'effet Doppler et enfin la mesure du rapport isomérique. Lors de cette expérience, la source FEBIAD à produit un faisceau d'ions radioactifs d'environ 1E06 pps avec un rapport isométrique d'environ 20%. Les spectres d'EXOGAM n'ont cependant pas permis ici d'en déduire les valeurs des éléments de matrice recherchés.

This work is directly related to the evolution of radioactive ion beam (RIB) for physical studies in two projects at GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds) SPIRAL and SPIRAL2 (Système de Production d’Ions Radioactifs Accélérés en Ligne).The first part of this work focus on studies of a MR-ToF-MS (multi-reflexions time-of-flight mass spectrometer) PILGRIM (Piège à Ions Lourds du GANIL pour la Résolution des Isobares en Masse) designed for mass separation and mesurement of radioactive isobars. MR-ToF-MS devices are already use around the world achieving high precision mass measurements (mass uncertainty down to a few 1E-07). The studies on PILGRIM focus on: ion bunch shape, thermal dependencies, masse resolution and development of mass measurement methods using one and two references. The maximal resolution obtained with the setup is 140 000 and both methods used allow a mass precision below 1E-07.The second part of this thesis focus on an experiment using the new FEBIAD (Forced Electron Beam Induced Arc Discharge) ion source developed at GANIL for the SPIRAL1 upgrade. This experience is divided into two stages: detection of recoil ions by a silicon detector DSSSD (Double Sided Silicon Strip Detector) and the gammas from decay by the detector array EXOGAM in one hand, and the mesure of the isomeric ratio between ions in ground state and those in isomeric state which form the radioactive ion beam of 38K in an other hand. We present: calibration of the detectors, analysis of detectors spectra, then gamma spectrum after Doppler corrections effect and finally isomeric ratio measurement. During this experiment, the FEBIAD source produced a radioactive ion beam of ~1E-06 pps with an isomeric ratio of ~ 20%. Gamma spectra from EXOGAM didn't give a value on seeked E2 matrix element.