Análisis de los canales de ruptura de la reacción 11Li+208Pb a energías en torno a la barrera de Coulomb
- Autores: Juan Pablo Fernández García
- Directores de la Tesis: Marcos Aurelio González Álvarez (dir. tes.), Antonio Matias Moro Muñoz (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2012
- Idioma: español
- Número de páginas: 132
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Victoria Andrés Martín (presid.), Ángel Miguel Sánchez Benítez (secret.), Olof Tengblad (voc.), Alessia Di Pietro (voc.), Daniel Galaviz Redondo (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
En los últimos años, uno de los temas de trabajo más activos en el campo de la Física Nuclear es el estudio de los llamados núcleos exóticos, consistentes en núcleos atómicos con una proporción muy diferente de protones y neutrones, hecho que les confiere propiedades muy diferentes a las de los núcleos estables.
Dentro de los núcleos exóticos se encuentran los denominados núcleos halo. Son núcleos cuyos últimos nucleones se encuentran débilmente ligados al resto del núcleo (core), y por tanto, dan lugar a una estructura muy extensa y difusa [Tan85]. Existen núcleos halo de neutrones y de protones, aunque debido a la interacción coulombiana la formación de núcleos halo con protones se encuentra muy limitada.
Un caso particular de núcleo halo es el denominado núcleo borromeo. Éste consiste en un sistema de tres cuerpos tal que el sistema completo posee al menos un estado ligado, a pesar de que los subsistemas binarios no poseen estados ligados. Un procedimiento muy útil para extraer información acerca de las propiedades de estos sistemas es mediante el estudio de colisiones de dichos núcleos con un blanco constituido por un elemento estable. Debido a su pequeña energía de ligadura, un mecanismo de reacción muy relevante en estas colisiones es la ruptura del proyectil en dos o más fragmentos.
El estudio de núcleos exóticos nos ayuda a investigar y verificar si los modelos que se han desarrollado para reacciones entre núcleos estables son válidos para estos núcleos exóticos y estudiar cómo las propiedades de su estructura se modifican a medida que nos alejamos del valle de estabilidad. Además, este tipo de núcleos tiene gran interés astrofísico, ya que el conocimiento del comportamiento nuclear en estas regiones hace posible, por ejemplo, un estudio más detallado del mecanismo del proceso-r y donde se produce dicho proceso. Este mecanismo es uno de los más importantes de la nucleosíntesis estelar, la cual consiste en una rápida captura neutrónica, creando núcleos exóticos ricos en neutrones, seguido de un decaimiento beta hacia la formación de núcleos estables.
El caso que vamos a estudiar es la reacción del núcleo 11Li con 208Pb. Para ello se realizó un experimento en la línea ISAC-II del laboratorio de iones radiactivos de TRIUMF (Vancouver, Canadá), en el cual se hizo colisionar una haz de 11Li con un blanco de 208Pb a dos energías en torno a la barrera coulombiana, 24,3 y 29,8 MeV. El sistema experimental de medida utilizado abarca un gran rango angular, comprendido entre 10º y 140º, y permite separar los fragmentos de 9Li provenientes de la ruptura del proyectil de 11Li mediante cuatro telescopios de silicio.
El trabajo presentado estudiará la producción de núcleos de 9Li provenientes de la ruptura de 11Li en la reacción 11Li+208Pb a energías en torno a la barrera de Coulomb. Con este estudio se intentará, no sólo dar una explicación física al mecanismo que produce dicha ruptura, sino también obtener una valiosa información estructural del núcleo 11Li a partir de la medida inclusiva de dichos fragmentos de ruptura, como es la energía efectiva de ruptura y el valor de la distribución B(E1) cerca de la energía umbral de ruptura (eb). Por último, y gracias a cálculos de Canales Acoplados con Discretización del Continuo (CDCC) basados en un modelo de tres cuerpos del núcleo 11Li, discutiremos la presencia y localización de la resonancia dipolar en los estados del continuo de 11Li a bajas energías de excitación, cuyo debate aún se encuentra abierto.
La memoria de tesis que se presenta surge con la idea de estudiar los canales de ruptura del núcleo 11Li en la reacción 11Li+208Pb a energías en torno a la barrera coulombiana a partir de los datos obtenidos durante el experimento E1104 que se realizó en el laboratorio de haces radiactivos TRIUMF (TRI-University Meson Facility), en Vancouver, Canadá. Dicho experimento se propuso para estudiar, por primera vez, los procesos elásticos y de ruptura en la reacción 11Li+208Pb a energías por debajo (24.3MeV) y por encima (29.8MeV) de la barrera de Coulomb (VB ?28MeV). Además, se pretendía entender la dinámica de la reacción inducida por el núcleo débilmente ligado 11Li contra un blanco pesado, 208Pb, a partir de la medida inclusiva de fragmentos de reacción (9Li) procedentes de la ruptura del 11Li en dicha colisión.
En los capítulos 1 y 2 se introducirán los núcleos exóticos, haciendo énfasis en los núcleos con halo, más concretamente en el núcleo 11Li, y los formalismos teóricos utilizados para el estudio de la reacción 11Li+208Pb.
A continuación, en el capítulo 3, se describirá la producción de haces radiactivos y todos los elementos que componen el experimento E1104. Se mostrará el diseño experimental ideado para poder separar en masa y carga los distintos productos provenientes de la reacción 11Li+208Pb, las características del blanco, así como los diferentes detectores utilizados para formar el sistema de detección. Seguidamente, se presentará la geometría de dicho sistema de detección, se detallará la electrónica analógica, lógica y digital que se empleó para la adquisición de datos y se mostrará la calibración utilizada para obtener los espectros de energía de los productos de la reacción 11Li+208Pb. Se presentarán los diagramas bidimensionales de las pérdidas de energía de dichos productos de la reacción 11Li+208Pb como función de la energía total depositada en los detectores de silicio (Si). Por ´ultimo, a partir de los diagramas bidimensionales, se obtendrá la distribución de energía de los fragmentos (9Li) del núcleo 11Li integrando sobre el rango angular que abarca cada sistema de telescopio y la distribución angular de la probabilidad de ruptura de 11Li en la reacción 11Li+208Pb.
En el capítulo 4, analizaremos los datos experimentales obtenidos en el capítulo 3. A partir de la aproximación semiclásica, se obtendrá la denominada probabilidad de ruptura reducida en función de una nueva variable, el tiempo de colisión, que da cuenta del tiempo que pasa el proyectil en las inmediaciones del blanco durante la colisión. Veremos que esta nueva magnitud es independiente de los parámetros de colisión y cómo, a partir de ella, podremos obtener información estructural del núcleo 11Li, como es la energía de ruptura y el comportamiento de la distribución de B(E1) a energ´?as cercanas al umbral de ruptura. A continuación, compararemos los datos experimentales con cálculos semiclásicos basados en la excitación dipolar coulombiana, la cual depende directamente de la distribución de transición eléctrica dipolar B(E1). Se verá cómo los datos experimentales sugieren una mayor contribución de la distribución de B(E1) a bajas energ´?as de excitación que la obtenida por Nakamura et al. en el laboratorio RIKEN (RIagaku KENkyujo).
Seguidamente, se compararán los datos experimentales con cálculos de Canales Acoplados con Discretización del Continuo (CDCC) empleando un modelo simple de dineutrón (9Li+2n) y uno más realista de tres cuerpos (9Li+n+n) para describir el núcleo de 11Li. Estos cálculos están basados en una imagen de ruptura directa del proyectil, es decir, se considera la excitación de 11Li a estados de energía no ligados del mismo. En ambos modelos de 11Li se incluye una resonancia dipolar a baja energía de excitación, cuya posición se ajusta para reproducir de la mejor forma posible los datos experimentales de ruptura. Veremos cómo será necesario la incorporación de dicha resonancia para lograr reproducir los datos experimentales presentados. A partir de la comparación de los datos experimentales con los cálculos CDCC estimaremos la posición en energía de la resonancia dipolar.
También, en el capítulo 4, compararemos los datos de ruptura con cálculos basados en la Aproximación de Born de Onda Distorsionada (DWBA), los cuales se basan en una imagen de transferencia de los dos neutrones de valencia de 11Li a estados ligados y no ligados del blanco de 208Pb. Comparando con la distribución angular de la probabilidad de ruptura, se verá que, para ángulos delanteros, el mecanismo de ruptura directa del proyectil es dominante en la reaccionó 11Li+208Pb. En cambio, para ángulos traseros, existe una competición entre ambos mecanismos de ruptura (ruptura directa de 11Li y transferencia al continuo del blanco de 208Pb).
Por último, en el capítulo 5, discutiremos los resultados obtenidos en este trabajo y presentaremos las conclusiones del mismo.
Finalmente, en el apéndice A se presentan los cálculos de errores obtenidos para la distribución de B(E1) de una manera más detallada y en el apéndice B se presenta un resumen del análisis de uno de los detectores que componían el experimento FIRST. Esta última parte del trabajo ha sido posible gracias a una estancia de 3 meses correspondiente a la obtención del título de doctor internacional, en el dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l�Ingegneria - Universit`a di Roma �La Sapienza�.
