Reac&on  and  Decay  Studies  with  an    Ac&ve-­‐Target  Time  Projec&on  Chamber.    

I.    The  pAT-­‐TPC  at  TwinSol.  

II.    Resonant  α-­‐scaAering  from  6He.  

III.    Resonant  α-­‐scaAering  from  10Be.  

IV.    Fusion  of  10Be  +  40Ar.  

V.    Direct  α-­‐decay  of  the  Hoyle  State.    

VI.    Future  Work:    Resonant  α-­‐scaAering  from  10C.    

VII.    Modifica&ons  to  TwinSol.  

Beam  line Adapter

Gate  valve

Bellows

α  source Mul7-­‐channel  plate  device

Interface  with  the  TwinSol  beam  line

1.5  m  Dependex  

4”  

Stopper Collimator

Resonant  α-­‐par&cle  ScaAering  from  6He  

:  10Be  

Resonant  α-­‐par&cle  ScaAering  from  10Be  

Elas&c:  

Inelas&c:  10Be  (21+)  

Alpha-­‐par&cle  Spectroscopic  Factor  

Red:  P2L(Θcm)    Blue:    R-­‐matrix  

Comparison  with  Theory*  

*Y.  Kanada-­‐En’yo  and  T.  Suhara    (Asymmetric  Molecular  Dynamics)  

(I):  Present  Work.   (II)  Previous  Data  on  Posi&ve-­‐Parity  States.  

10Be+P10  

Hoyle-­‐State  α-­‐Decay  via  12B  and  12N  β-­‐Decay  

2H(11B,12B)p   3He(10B,12N)n  

12B  (5+)  12N  (7+)  

Implant:  4ms    Delay:  2ms    Count:  4ms    Delay:    2ms  

DDE:  Direct  Equal  Energy        DDΦ:  Direct  Equal  Phase  Space      DDL:  Direct  Linear  3α    

(18)  M.  Freer  et  al.,  Phys.  Rev.  C  49,  R1751  (1994).  12C(12C,12C*)  @  4.83  MeV/A    ~2,000  events      

(17)  Ad.  R.  Raduta  et  al.,  Phys.  LeH.  B  705,  65  (2011).    12C(40Ca,12C*)  @  25  MeV/A    ~1000  events      

(19)  J.  Manfredi  et  al.,  Phys.  Rev.  C  85,  037603  (2012).  9Be,12C(10C,12C*)  @  10.7  MeV/A    ~4000  events              

(20)  O.S.  Kirsebom  et  al.,  Phys.  Rev.  LeH.  108,  202501  (2012).  11B(3He,d)  12C*    @  2.83  MeV/A    ~5000  events          

(21)  T.  K.  Rana  et  al.,  Phys.  Rev.  C  88,  021601(R)  (2013).  12C(α,α’)  12C*  @  15  MeV/A    ~20,000  events          

(Pres.)  M.  Itoh  et  al.,  Phys.  Rev.  LeH.  113,  102501  (2014).  12C(12C,12C*)  @  9.17  MeV/A    ~21,000  events        

(Useful  Refs.)  C.  Aa.  Diget,  et  al.,  Nucl.  Phys.  A760,  3  (2005).    12B  β-­‐decay  to  the  10  MeV  state  in  12C                                                    M.  Freer  and  H.O.U.  Fynbo,  Progress  in  Par^cle  and  Nuclear  Physics  78,  1  (2014).    

“Backgammon”  

a)  A$proton$track.$$The$center$of$the$image$$$$$$$$$$$is$suppressed$due$to$lower$bias$on$the$$$$$$$$$$$central$rings$where$the$beam$track$is.$$$

b)  A$carbon$track.$$On$this$and$the$other$images,$$$$$$$delta$rays$from$the$heavily>ionizing$beam$$can$$$$$$be$seen$extending$beyond$the$central$region.$

c)$$A$three>body$event.$ d)$A$mulA>parAcle$event?$

1H(124Sn,1H)  at  ANL  

Hoyle  Sequen&al  Decay  

A  “Golden”  Event:    This  event  is  simple  because:  in  only  one  quadrant,    in  the  middle  (  no  odd-­‐even  staggering  )  and  oriented  ~  perpendicular  to  the  pad  plane  (no  change  in  odd-­‐  even  staggering).  

Monte-­‐Carlo  Simula^on  

Monte-­‐Carlo  Simula&on  

3He(10B,10Cgs)t   3He(10B,10C2+)t  

10C  

11C     10C  

Resonant  α-­‐par&cle  ScaAering  from  10C  

12C(3He,n)14O  M.  Febbraro  et  al.,  EPJ  Web  of  Conferences  66,    03026  (2014).  

BEAMS  (all  are  3-­‐5  MeV/A  max,  except  3H  at  7  MeV/A  max)    3H,  6He,  8Li          (Typically  at  106  -­‐  107  per  second).    7Be,  8B,10Be,10C,12B,17F        (Typically  at  105  -­‐  106  per  second).    12N,18Ne        (Typically  at  103  -­‐  104  per  second).    11C,  13N,  15,19O,  18,20F        (“Easy”  to  make  but  so  far  unused).    14,20O,21F,19Ne,22,24Na,22Mg,25,26,28Al,26,27,31Si,29P,33,34,36,38Cl,34,35Ar    (The  above  are  “hard”  to  make  or  untested).    

TwinSol  Radioac&ve  Beams  

The  energy   resolu&on  of   the  beams   is   typically   from  0.5-­‐1  MeV  FWHM  and  the  angular  resolu&on  ranges  from  4°  to  1°  depending  on  the  loca&on  of  the  focus.    The  corresponding  beam-­‐spot  sizes  are  typically  5-­‐25  mm  FWHM.    Experiments  are  typically  1-­‐2  weeks  in  length.    Scheduling  occurs  two  months  ahead  of  &me,  so  a  high-­‐priority  experiment  can  be  approved  and  carried  out  within  as  liAle  as  three  months.    Typically,  5-­‐6  experiments  are  approved  per  year.    Recent  work  on  (d,n)  reac&ons  in   inverse  kinema&cs,  and  experiments  using  the   prototype   ac&ve-­‐target   TPC   (pAT-­‐TPC)   developed   at   Michigan   State  University,   require   that   the   detectors   be   placed   far   from   the   originally-­‐designed  focus  of  TwinSol,  at  a  point  where  the  beam  spot  size  is  up  to  25  mm  in  diameter.    As  a  result,  we  are  currently  inves&ga&ng  the  addi&on  of  a  third  solenoid  or  other  modifica&ons  to  produce  5-­‐mm-­‐diameter  beam  spots  at  this  distant  focus.    

TwinSol  Beam  Parameters  and  Opera&ons  

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0distance from target [m]

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

radi

us [m

]

University of Michigan - University of Notre Dame SolenoidI1: 29.5,I2: 20.8 Amps. File: 12NTi.dat

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0distance from target [m]

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

radi

us [m

]

University of Michigan - University of Notre Dame SolenoidI1: 20.5,I2: 12.5 Amps. File: 12NTi.dat

Standard  Configura&on   Solenoids  Shined  

Improving  the  Beam  Quality  

New  “TwinSolers”  at  ND:    Dan  Bardayan,  Tan  Ahn,  Maxime  Brodeur  

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0distance from target [m]

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

radi

us [m

]University of Michigan - University of Notre Dame Solenoid

I1: 20.5,I2: 14.0,I3: 46.8 Amps. File: 12NTi.dat