Nuevas medidas de la emisión de neutrones en la desintegración ß de 85Ge, 85,86AS, 91Br, 135Sb, 137,138Te y 138,139,140I
- Autores: Jorge Agramunt Ros
- Directores de la Tesis: José Luis Taín (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María José García Borge (presid.), Nadia Yahlali (secret.), Daniel Cano-Ott (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universitat de València (Estudi General)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
En esta Tesis he determinado de forma experimental la probabilidad de emisión de neutrones en la desintegración ß de los núcleos 85Ge,85,86As,91Br,135Sb, 137,138Te y 138,139,140I para los que las medidas previas mostraban errores relativamente altos y/o una gran dispersión. Estos núcleos son de interés 1) en tecnología nuclear, para cálculos de dinámica y control de reactores, 2) en astrofísica nuclear, para cálculos de la abundancia de elementos químicos pesados en el proceso de captura rápida de neutrones, y 3) en el estudio de la estructura de núcleos ricos en neutrones.
Así, en este trabajo el énfasis se ha puesto en la mejora de las medidas y el análisis de los datos. Por ello se seleccionó para la producción de los núcleos de interés el Laboratorio del Acelerador de la Universidad de Jyväsylä (JYFL), donde se realizaron dos campañas de medida en 2010 y 2014 respectivamente. La razón es que el Laboratorio cuenta con el separador de masas IGISOL y una doble trampa de Penning (JYFLTRAP) asociada. El conjunto permite obtener haces de alta pureza para estos productos de fisión, descartando los isóbaros contaminantes, lo que elimina errores sistemáticos en el análisis.
Como método de medida se escogió el contaje de neutrones y ßs, considerado en general más fiable, usando detectores de última generación. Se empleó un contador de neutrones, BELEN, compuesto por tubos de 3He insertados en una matriz de polietileno que actúa como moderador. El contador inicial con 20 tubos se mejoró en la segunda medida aumentando el número de tubos a 48, consiguiendo así una eficiencia de detección menos sensible a la energía del neutrón. También se mejoró el contador de ßs cambiando el detector de Si inicial por un detector de centelleo plástico con foto-sensor dual con la misma finalidad. Con todo, la característica más importante del dispositivo experimental es su sistema de adquisición de datos digital de tipo eventless (o triggerless), pionero en su momento, y que yo desarrollé como parte de esta Tesis. Este sistema permite reducir tiempos muertos, caracterizar fondos en las correlaciones temporales y variar con gran flexibilidad las condiciones en el análisis; todo ello proporcionando mayor control sobre errores sistemáticos.
En el análisis de los datos se usaron dos variantes, una en que se compara el número de neutrones detectados Nn con el número de ßs Nß y otra en que se comparan los neutrones en coincidencia con ßs Nßn, con el número de ßs detectados. Cada una tiene sus ventajas e inconvenientes, y se ven afectadas por diferentes errores sistemáticos. En esta Tesis se hizo por primera vez un estudio formal y numérico, mediante simulaciones Monte Carlo, de los errores asociados a la variación en función del núcleo, y de la eficiencia de detección de ßs y neutrones. Para la obtención de la probabilidad de emisión de neutrón Pn he desarrollado programas de ajuste simultáneo de los espectros de evolución temporal de conteo. Estos me permiten a su vez estimar el error sistemático debido a las incertidumbres en los parámetros que se mantienen fijos en el ajuste (eficiencias, T1/2 de descendientes, ...) mediante un método Monte Carlo.
He comparado los valores de Pn que he obtenido con una selección de valores de medidas previas, concretamente con aquellos considerados más fiables en la muy reciente evaluación de Liang y colaboradores [LIA20]. En la mayoría de los casos se observa una mejora de la incertidumbre. En algunos casos se observa una cierta discrepancia con los valores previos (85Ge, 85As, 138¿140I), y en otros casos son los valores previos los que muestran discrepancias entre sí (91Br, 135Sb). En este punto conviene mencionar que presenté resultados preliminares de esta Tesis en tres publicaciones [AGR14, AGR16, AGR17]. Los valores que obtengo aquí coinciden prácticamente con estos, a excepción del 85Ge y 135Sb, pero con una mayor barra de error consecuencia de incluir la evaluación de errores sistemáticos. Estos valores preliminares fueron tenidos en cuenta por los evaluadores de [LIA20], y como se observa allí han tenido un gran peso en la determinación de los valores recomendados. Los nuevos valores serán tenidos 137 Capítulo 6. Sumario y conclusiones en cuenta en una próxima evaluación, y se espera un impacto similar.
También comparé los valores de esta Tesis con resultados obtenidos a partir de modelos teóricos o de fórmulas semi-empíricas. Todos ellos están basados en el cálculo de la llamada fortaleza beta Sß(Ex), que tiene en cuenta la estructura nuclear. Se escogieron tres modelos teóricos que representan el estado del arte en el cálculo de valores Pn. Se trata de cálculos globales, que aspiran a predecir las propiedades de todos los núcleos posibles, susceptibles de ser usados en cálculos astrofísicos del proceso-r. De ellos, dos están basados en funciones de onda calculadas dentro del modelo QRPA y el tercero en la Teoría Grosera de la Desintegración ß. En el caso de los dos primeros además incluí una actualización que tiene en cuenta la competición de los distintos canales de emisión en la desintegración mediante el modelo de Hauser-Feshbach, ignorada inicialmente. Sin entrar en los detalles, la conclusión general es que ninguno de los modelos es capaz de reproducir de forma razonable el Pn para todos los núcleos medidos. La misma conclusión es válida para las tres fórmulas semi-empíricas consideradas.
El trabajo realizado en esta Tesis doctoral fue esencial para el desarrollo del proyecto BRIKEN [TAI18], una colaboración internacional en la que yo he participado, creada con el objetivo de medir vidas medias y probabilidades de emisión de neutrón de los núcleos más ricos en neutrones que se pudieran producir en la instalación RIBF del RIKEN Nishina Center (Japón) y ha estado operando de 2016 a 2021. El detector de neutrones está basado en el mismo concepto que BELEN, pero con 140 tubos de 3He, y usa el sistema de adquisición de datos que yo he desarrollado. La experiencia obtenida en los experimentos de JYFL y RIKEN será muy valiosa para futuros experimentos en estas y otras instalaciones como FAIR e ISOLDE.
