21.7.2023: Penningin loukulla mitattiin neutronirikkaiden yttrium-, zirkonium-, niobium-, molybdeeni-, rutenium- ja rodiumisotooppien massoja erittäin tarkasti (Hukkanen)
Väitöskirjassaan FM Marjut Hukkanen otti käyttöön PIPERADE Penningin loukun Bordeaux’n yliopiston LP2i-tutkimuslaboratoriossa ja mittasi usean uuden neutronirikkaan refraktorisen isotoopin atomimassan käyttäen JYFLTRAP Penningin loukkua Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa.
Atomi koostuu atomiytimestä, ja sitä ympäröivistä elektroneista. Atomiydin itsessään rakentuu protoneista ja neutroneista, joita kutsutaan yhteisesti nukleoneiksi. Atomiytimen massa on pienempi kuin sen rakenneosasten yhteenlaskettu massa, mikä johtuu ytimen sidosenergiasta. Sidosenergia voidaan määrittää atomiytimen massasta ja se on hyödyllinen suure atomiytimen rakenteen tutkimisessa. Se voi esimerkiksi antaa merkkejä atomiytimen muodon muutoksesta. Sidosenergiat ovat myös tärkeä parametri astrofysikaalisen nopean neutronisieppausprosessin (r-prosessi) mallintamisessa. R-prosessi tuottaa noin puolet rautaa raskaammista alkuaineista universumissamme.
Atomiytimen massa voidaan mitata suurimmalla tarkkuudella käyttäen Penningin loukkua, jossa tutkittava ioni vangitaan voimakkaan magneettikentän ja sähkökentän avulla. Väitöskirjatyössään FM Marjut Hukkanen käytti Penningin loukkua kahdessa eri tutkimuslaboratoriossa. Väitöskirjan ensimmäinen osuus koostuu uuden Penningin loukun nimeltään PIPERADE käyttöönotosta LP2i Bordeaux -tutkimuslaboratoriossa. PIPERADE tulee lopulta olemaan osa uutta DESIR-tutkimuslaitteistoa GANIL-kiihdytinlaboratoriossa, Caenissa, Ranskassa. Toisessa osuudessa Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa JYFLTRAP-Penningin loukulla mitattiin neutronirikkaiden refraktoristen alkuaineiden massoja korkealla tarkkuudella.
Väitöskirjatutkimuksessaan Hukkanen mittasi JYFLTRAP Penningin loukulla 15 neutronirikkaan isotoopin perustilan ja 8 isomeerisen tilan massat. Näistä 8 mitattiin ensimmäistä kertaa. Ionien vaihekulman määrittämiseen perustuvalla syklotroniresonanssitekniikalla (PI-ICR) voitiin ensimmäistä kertaa erottaa perus- ja isomeeritilat neutronirikkaissa rodium- ja ruteniumytimissä. Kokeissa määritettyjen massojen arvoja verrattiin globaaleihin Hartree-Fock-Bogoliubov-massamalleihin BSkG1 ja BSkG2, jotka ennustavat triaksiaalisen muodon tutkittaville ytimille. Lisäksi selvitettiin uusien massojen vaikutusta neutronisieppausreaktioihin, jotka tarvitaan r-prosessin mallintamiseen.
Väitöskirjatyö tehtiin Jyväskylän yliopiston ja ranskalaisen Bordeaux’n yliopiston kaksoistutkintona eli ns. cotutelle-väitöskirjana.
”Sain erinomaisen tilaisuuden tehdä väitöskirjatutkimukseni kaksoistutkintona Jyväskylän ja Bordeaux’n yliopistojen välillä. Tämä antoi minulle mahdollisuuden oppia kokeneilta tutkijoilta kahdessa eri korkeakoulussa. Harmillisesti, COVID19-pandemia teki projektista haasteellisemman kuin ajattelin”, sanoo Hukkanen.
Marjut Hukkanen suoritti filosofian maisterin tutkintonsa Jyväskylän yliopistossa ja on työskennellyt väitöskirjatutkijana Jyväskylän ja Bordeaux’n yliopistoissa vuodesta 2018.
FM Marjut Hukkasen väitöskirjan ”Penning-trap mass spectrometry: commissioning of PIPERADE and measurements of neutron-rich A = 100-120 nuclei at JYFLTRAP” tarkastustilaisuus on 21.7.2023 klo 12 Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen FYS1-salissa. Vastaväittäjänä toimii professori Michael Block (Johannes Gutenberg University Mainz, Saksa) ja kustoksena professori Anu Kankainen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kielenä on englanti.
Tutustu .