Predicting half-lives of alpha decay for heavy and superheavy nuclei / by Mohammed Ali Abbas Ali; Supervised by Prof. Mahmoud Yahia Ismail, Prof. Ali Yahia Ellithi, Prof. Ahmed Adel Ahmed.

Thesis (M.Sc.)-Cairo University, 2022.

Bibliography: pages 63-67.

The present thesis provides a comprehensive study of the decay properties and stability of heavy and superheavy nuclei, as well as an in-depth analysis of their half-lives against α-decay. A variety of topics are addressed in the present study to provide a comprehensive overview of the decay properties from various aspects. Throughout the study, we present the results from other theoretical approaches to compare and provide a complete overview that helps in building an objective perception regarding the subject of the study. The purpose of this thesis is to present improved empirical Royer formulas for α-decay half-lives taking into account the effects of centrifugal potential, isospin asymmetry, and parity. The improved empirical Royer formulas are developed using the latest experimental data. The coefficients of the improved formulas for even-even, even-odd, odd-even and odd-odd nuclei are determined by least square fitting method using the most recently evaluated half-lives for a large set of 573 nuclei, with 52 ≤ Z ≤ 118 including 266 neutron-deficient nuclei. The improved formulas are found with good accuracy when compared to the most recent experimental data for heavy and recently synthesised superheavy nuclei. The α-decay half-lives of different isotopes of superheavy nuclei with Z = 120-126, which not yet been experimentally synthesized, are predicted using the improved formulas and compared with other theoretical approaches. The characteristics of the predicted α-decay half-lives demonstrate that N = 184 is the expected neutron magic number. Aside from the neutron magicity at 184, we predicted stability of the SHN at neutron numbers 190, 196, 200, 202, 204, 210, 216, 218, 220, and 228 based on minima in log10 T1/2 variation with the daughter neutron number. These minima are attributed to the neutron levels being completely occupied. On these bases, some of the neutron energy levels of the SHN with Z = 120-126 are predicted.
In the second part of the present thesis, we extend our previous study to include cluster radioactivity. For this purpose, we modify NRDX formula for both α-decay and cluster radioactivity by considering the contribution of the orbital angular momentum, isospin asymmetry, and parity effects. Latest experimental data for α-decay half-lives of 573 nuclei, along with the available 22 cluster decay half-lives, are used to calculate the coefficients of the modified NRDX formula. The α- and cluster decay half-lives are the results of the modified formulas, and they are consistent with computations using other similar theoretical approaches. We applied the new modified formula to calculate the half-lives of cluster emissions of the SHN with Z = 120, 122, 124, and 126, which have not yet been experimentally synthesized. The presented predictions can provide useful guidance for future experimental researches.

تقدم هذه الرسالة دراسة شاملة لخصائص الاضمحلال واستقرار الأنوية الثقيلة وفائقة الثقل، بالإضافة إلى تحليل متعمق لفترة عمر النصف لهذه الانوية ضد اضمحلال الفا. تم تناول مجموعة متنوعة من الموضوعات في هذه الدراسة لتقديم نظرة عامة شاملة على خصائص الاضمحلال من مختلف الجوانب وخلال الدراسة، نقدم نتائج المناهج النظرية الأخرى للمقارنة وتقديم نظرة عامة كاملة تساعد في بناء تصور موضوعي فيما يتعلق بموضوع الدراسة.
في هذه الدراسة، تم تقديم مجموعة من صيغ Royer التجريبية المحسنة لفترة عمر النصف لاضمحلال جسيم الفا والتي تأخذ في الاعتبار مساهمة الزخم الزاوي المداري، وعدم تناسق النظائر، وتأثيرات التكافؤ. وقد تم تطوير هذه الصيغ باستخدام أحدث البيانات التجريبية المتاحة. و تم الحصول على معاملات الصيغ المحسنة للأنوية الزوجية-الزوجية (e-e)، والزوجية-الفردية (e-o)، والفردية-الزوجية ((o-e، والفردية-الفردية (o-o) باستخدام طريقة (least square fit scheme) باستخدام أحدث بيانات فترة عمر نصف تجريبي لمجموعة كبيرة مكونة من 573 نواة خلال نطاق عدد ذرى يتراوح من Z ≥ 52 118 ≥ بما في ذلك 266 نواة تعاني من نقص النيوترونات.
تصف هذه الصيغ المعدلة فترة عمر النصف لاضمحلال جسيم الفا بدقة عند مقارنتها بأحدث البيانات التجريبية للأنوية الثقيلة وفائقة الثقل التي تم تصنيعها مؤخراً. وأيضاً يتم توقع فترة عمر النصف لاضمحلال جسيم الفا لنظائر مختلفة من الأنوية فائقة الثقل خلال نطاق عدد ذرى Z = 120 -126 والتي لم يتم تصنيعها تجريبياً بعد، باستخدام هذه الصيغ المحسنة ومقارنتها بالأساليب النظرية الأخرى، وتوضح خصائص فترة عمر النصف لاضمحلال جسيم الفا المتوقعة أن العدد النيوتروني N = 184 هو الرقم السحري النيوتروني المتوقع، وبالإضافة إلى هذا الرقم N = 184 ، نتوقع استقرار الأنوية فائقة الثقل عند أرقام النيوترونات 190 و196 و200 و202 و204 و210 و216 و218 و220 و228 بناء على الحدود الدنيا عند دراسـة اللوغاريتم لفتـرة عمـر النصـف لاضمحلال جسيم الفا مع عدد النيوترونات الخاصة بالنواة الابنة، وتعزى هذه الحدود الدنيا إلى امتلاء مستويات النيوترونات بالكامل. وبناءً على هذه القواعد، نتوقع بعض مستويات الطاقة النيوترونية للأنوية فائقة الثقل خلال نطاق عدد ذرى Z = 120 - 126.
في الجزء الثاني من هذه الأطروحة، قمنا بتوسيع دراستنا السابقة لتشمل النشاط الإشعاعي العنقودي، لذلك نقوم بتعديل صيغة NRDX لكل من اضمحلال الفا والنشاط الإشعاعي العنقودي من خلال النظر في مساهمة الزخم الزاوي المداري، وعدم تناسق النظائر، وتأثيرات التكافؤ. تستخدم أحدث البيانات التجريبية لأنصاف عمر اضمحلال الفا ل 573 نواة، جنبا إلى جنب مع أنصاف عمر الاضمحلال العنقودي المتاح البالغ 22 نواة، لحساب معاملات صيغة NRDX المعدلة. وقد أظهرت نتائج الصيغ المعدلة لحساب فترات نصف عمر اضمحلال الفا والعنقودي اتساقاً مع الحسابات باستخدام مناهج نظرية أخرى مماثلة، ثم طبقنا الصيغة المعدلة الجديدة لحساب فترة عمر النصف للانبعاثات العنقودية من الأنوية فائقة الثقل والتي لها عدد ذري ,122,124,126120 =Z والتي لم يتم تصنيعها تجريبياً بعد.

والغرض من هذه الدراسة المقدمة أن توفر التنبؤات المقدمة في هذه الدراسة إرشادات مفيدة للأبحاث التجريبية المستقبلية وأن تكون مرجع ذو قيمه في الدراسات المستقبلية لكل المهتمين بهذا المجال

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.