β-delayed neutron spectroscopy of ⁸⁵ ⁸⁶ As with MONSTER

• Autores: Alberto Pérez de Rada Fiol
• Directores de la Tesis: Trinitario Martínez Pérez (dir. tes.), Daniel Cano-Ott (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2023
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 143
• Títulos paralelos:
  • Espectroscopía de neutrones β-retardados de ⁸⁵ ⁸⁶ As con MONSTER
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Udías Moinelo (presid.), Luis Mario Fraile Prieto (secret.), Alejandro Algora (voc.), Heikki Tapani Pentillä (voc.), María José García Borge (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Física atómica y nuclear
      • Desintegración nuclear
      • Estructura nuclear
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    Una comprensión cuantitativa precisa de las tasas y espectros de emisión de neutrones beta-retardados es relevante para la estructura nuclear, la astrofísica y las aplicaciones de reactores, entre otras. El campo ha experimentado una mayor actividad durante las últimas décadas gracias a los avances en las técnicas experimentales nucleares y en las instalaciones de haces de iones radiactivos.

    Este trabajo presenta los resultados del primer experimento realizado con el espectrómetro modular de neutrones por tiempo de vuelo MONSTER y su sistema de adquisición de datos. La emisión de neutrones beta-retardados en las desintegraciones de 85,86As ha sido medida en la instalación IGISOL del JYFL-ACCLAB de la Universidad de Jyväskylä, Finlandia. Los isótopos de 85,86As fueron producidos por reacciones de fisión inducidas por protones de 25 MeV en natU, separados del resto de los fragmentos de fisión e implantados en una cinta. Las desintegraciones se han estudiado con la ayuda de una configuración compleja que consiste en un detector de centelleo de plástico para la detección de las partículas beta, MONSTER (en dos matrices a distancias de vuelo de 2 y 1.5 m) para la detección de los neutrones emitidos y un clover de germanio de alta pureza EXOGAM y un clúster de cuatro cristales de LaBr3 para la detección de los rayos gamma emitidos. La energía de los neutrones se ha determinado con la técnica de tiempo de vuelo, usando las señales del detector beta y de MONSTER como señales de inicio y fin, respectivamente.

    Esta tesis doctoral consiste en la exitosa puesta en servicio de MONSTER y su sistema de adquisición de datos totalmente digital, DAISY, con los datos de 85As, la presunta primera medición del espectro de neutrones beta-retardados de 86As y el desarrollo de un método de calibración robusto y una nueva metodología de análisis de espectros de tiempo de vuelo de neutrones.

    El método de calibración se basa en la medición de fuentes de rayos gamma para la caracterización de la respuesta a rayos gamma y una fuente de 252Cf para caracterizar la respuesta a neutrones. Los datos experimentales sirven para validar simulaciones Monte Carlo precisas. Las simulaciones validadas permiten extender la respuesta del detector a todo el rango de energía de interés. El rendimiento de los mecanismos de supresión de fondo de MONSTER basados en el tiempo de vuelo y la discriminación de neutrones/rayos gamma también se ha evaluado con los datos de referencia de 85As. También se ha caracterizado la respuesta del detector beta y se ha reproducido su eficiencia a través de simulaciones Monte Carlo.

    La innovadora metodología de análisis desarrollada en este trabajo se basa en simulaciones Monte Carlo precisas y en el método iterativo de deconvolución bayesiana. La distribución de energía de los neutrones y el número total de neutrones emitidos después de la desintegración beta se determinan deconvolucionando el espectro de tiempo de vuelo. Además, el ajuste de las soluciones de las ecuaciones de Bateman a la curva de actividad beta sirve para obtener el número total de desintegraciones beta. De esta forma, el valor Pn de la desintegración beta se obtiene a partir de la relación entre el número total de neutrones emitidos y el número total de desintegraciones.

    La medida del espectro de neutrones retardados después de la desintegración beta de 85As sirve como validación del método propuesto. La robustez de la metodología se demuestra al obtener resultados perfectamente compatibles con ambas matrices de MONSTER para dos ciclos diferentes de implantación y desintegración. Además, el espectro producido está en excelente acuerdo con los datos experimentales anteriores y con las evaluaciones.

    Finalmente, se ha obtenido el espectro de energía de neutrones beta-retardados de 86As. No se ha encontrado otra distribución experimental en la bibliografía. Este resultado está razonablemente de acuerdo con los cálculos

  • English

    An accurate quantitative understanding of β-delayed neutron emission rates and spectra is relevant for nuclear structure, astrophysics, and reactor applications, among others. The field has experienced increased activity during the last decades thanks to the advances in nuclear experimental techniques and in Radioactive Ion Beam (RIB) facilities. More accurate measurements of β-delayed neutron emission properties like the emission probability (Pn value), β-feeding, and neutron energy spectrum from individual precursors are being carried out with advanced neutron detectors, digital Data AcQuisition (DAQ) systems, and high-intensity RIBs...