Лазерно-спектроскопические исследования изотопов таллия. I. Аномалия сверхтонкой структуры и возможность изучения распределения ядерной намагниченности. A. E. Барзах, Ю. M. Волков, В. С. Иванов, K. A. Мезилев, П. Л. Молканов, Ф. В. Мороз, С. Ю. Орлов, В. Н. Пантелеев, Д. В. Федоров

1.Общий обзор результатов по исследованию изотопов таллия. 2.Экспериментальная установка. 3.Что такое «аномалия сверхтонкой структуры» и новый метод ее измерения. 4.Экспериментальные результаты: HFA для изомеров таллия с I=9/2. Какую информацию о ядре можно получить из данных по HFA?

ionization efficiency ~ 3-4%

183 Tl, I=1/2, T 1/2 =6.9 s 184 Tl, I=7, T 1/2 =11 s 186 Tl, I=7, T 1/2 =27.5 s 185 Tl, I=1/2, T 1/2 =19.5 s 185 Tl, I=9/2, T 1/2 =1.8 s 186 Tl, I=10, T 1/2 =2.9 s 187 Tl, I=1/2, T 1/2 =51 s 187 Tl, I=9/2, T 1/2 =15.6 s 188 Tl, I=7, T 1/2 =71 s 188 Tl, I=9, T 1/2 =0.04 s 190 Tl, I=7, T 1/2 =3.7 m 189 Tl, I=1/2, T 1/2 =2.6 m 189 Tl, I=9/2, T 1/2 =84 s 190 Tl, I=2, T 1/2 =2.6 m 191 Tl, I=1/2, T 1/2 =2.2 m 191 Tl, I=9/2, T 1/2 =5.2 m 192 Tl, I=7, T 1/2 =10.8 m 192 Tl, I=2, T 1/2 =9.6 m 194 Tl, I=7, T 1/2 =32.8 m 193 Tl, I=1/2, T 1/2 =21.6 m 193 Tl, I=9/2, T 1/2 =2.1 m 194 Tl, I=2, T 1/2 =33 m 196 Tl, I=7, T 1/2 =1.41 h 195 Tl, I=1/2, T 1/2 =1.16 h 195 Tl, I=9/2, T 1/2 =3.6 s 196 Tl, I=2, T 1/2 =1.84 h 197 Tl, I=1/2, T 1/2 =2.84 h 197 Tl, I=9/2, T 1/2 =0.54 s 198 Tl, I=7, T 1/2 =1.87 h 198 Tl, I=2, T 1/2 =5.3 h 200 Tl, I=2, T 1/2 =26.1 h 199 Tl, I=1/2, T 1/2 =7.42 h 199 Tl, I=9/2, T 1/2 =0.028 s 201 Tl, I=1/2, T 1/2 =72.9 h 201 Tl, I=9/2, T 1/2 =0.002 s 202 Tl, I=2, T 1/2 =12.23 d 203 Tl, I=1/2, stable ?? measured previously for transition (535.2 nm) unknown g.s. m.s., I=2 m.s., I=9/2 } Before our experiments:

183 Tl, I=1/2, T 1/2 =6.9 s 184 Tl, I=7, T 1/2 =11 s 185 Tl, I=1/2, T 1/2 =19.5 s 185 Tl, I=9/2, T 1/2 =1.8 s 186 Tl, I=10, T 1/2 =2.9 s 188 Tl, I=9, T 1/2 =0.04 s 195 Tl, I=9/2, T 1/2 =3.6 s 197 Tl, I=9/2, T 1/2 =0.54 s 189 Tl, I=1/2, T 1/2 =2.6 m 187 Tl, I=1/2, T 1/2 =51 s 191 Tl, I=1/2, T 1/2 =2.2 m 193 Tl, I=1/2, T 1/2 =21.6 m 196 Tl, I=7, T 1/2 =1.41 h 195 Tl, I=1/2, T 1/2 =1.16 h 196 Tl, I=2, T 1/2 =1.84 h 197 Tl, I=1/2, T 1/2 =2.84 h 198 Tl, I=7, T 1/2 =1.87 h 198 Tl, I=2, T 1/2 =5.3 h 200 Tl, I=2, T 1/2 =26.1 h 199 Tl, I=1/2, T 1/2 =7.42 h 199 Tl, I=9/2, T 1/2 =0.028 s 201 Tl, I=1/2, T 1/2 =72.9 h 201 Tl, I=9/2, T 1/2 =0.002 s 202 Tl, I=2, T 1/2 =12.23 d ?? … 186 Tl, I=7, T 1/2 =27.5 s 187 Tl, I=9/2, T 1/2 =15.6 s 188 Tl, I=7, T 1/2 =71 s 190 Tl, I=7, T 1/2 =3.7 m 189 Tl, I=9/2, T 1/2 =84 s 190 Tl, I=2, T 1/2 =2.6 m 191 Tl, I=9/2, T 1/2 =5.2 m 192 Tl, I=7, T 1/2 =10.8 m 192 Tl, I=2, T 1/2 =9.6 m 194 Tl, I=7, T 1/2 =32.8 m 193 Tl, I=9/2, T 1/2 =2.1 m 194 Tl, I=2, T 1/2 =33 m 203 Tl, I=1/2, stable 207 Tl, I=1/2, T 1/2 =4.77 m repeated for another atomic transition ( nm) for King-plot calibration measured for the first time

183 Tl, I=1/2, T 1/2 =6.9 s 184 Tl, I=7, T 1/2 =11 s 185 Tl, I=1/2, T 1/2 =19.5 s 185 Tl, I=9/2, T 1/2 =1.8 s 183 Tl, I=1/2, T 1/2 =6.9 s 184 Tl, I=7, T 1/2 =11 s 183 Tl, I=9/2, T 1/2 = s 184 Tl, I>8, T 1/2

Laser Ion Source (LIS) target ionizer Laser beams Mass separator protons

HFA:

Our case: we have studied state with p 1/2 valence electron; previously state with s 1/2 valence electron has been studied Ratio of the electron density at the nucleus for p 1/2 state and s 1/2 state: for Z=81, so one can expect: DHFA: Ratio can have a different value for different isotopes because the atomic states with different n, l have different sensitivity to the nuclear magnetization distribution.

large errors prevent to trace isotopic dependence of DHFA A (2.6)× (1.1)× (93)× (66)×10 -2

Magnetic moments for Tl isomers with I=9/2

DHFA calculation Atomic part: atomic many-body technique (relativistic coupled-cluster approach) by A.-M. Mårtensson-Pendrill Single shell-model configuration: (in our case: pure h 9/2 intruder state)

Magnetic moments for Tl isomers with I=9/2 A µ (μ N ) (literature data) µ (μ N ) with the new HFA correction (90) (65)3.712(27) (63)3.760(28) (48)3.785(28) (39)3.829(28) (38) (69)

atomic part: independent of A nuclear configuration part: independent of A (as magnetic moment constancy shows)

1.Продемонстрирована работоспособность и эффективность новой лазерной установки на масс-сепараторе ИРИС. 2.Впервые измерена аномалия сверхтонкой структуры для изомеров таллия с I=9/2, что позволило, в частности, уточнить значения ранее измеренных магнитных моментов. 3.Показано, что современные атомные расчеты удовлетворительно описывают «электронные» факторы, необходимые для вычисления HFA. 4.Измерение DHFA в сочетании с современными атомными расчетами открывает возможность исследования распределения намагниченности для короткоживущих удаленных ядер.