Estudio del potencial de interacción de núcleos débilmente ligados - Gollan Scilipotti, Fernando Daniel (2019)
La disponibilidad de instalaciones capaces de producir haces radiactivos para el estudio de mecanismos de reacción de núcleos exóticos ha despertado un nuevo inter ́es en el campo de la física nuclear de bajas energías. Estos núcleos, alejados del denominado valle de estabilidad, exhiben propiedades como baja energía de ligadura y estructuras tipo cúmulos o de halos de neutrones. De igual forma, la existencia de núcleos livianos débilmente ligados estables (6Li, 7Li y 9Be), que comparten estas características, brindan la posibilidad de estudiar estos mecanismos en instalaciones convencionales con haces estables, con la ventaja de poder ser producidos con mayor intensidad. En particular, el mecanismo de quiebre (breakup) resulta de gran interés por diversos motivos. En el campo de estudio de las reacciones nucleares se ha comprobado, a través de experimentos realizados en distintos sistemas binarios, que el efecto de quiebre modifica radicalmente la dinámica de la colisión de los núcleos débilmente ligados, ya sean estables o radiactivos. Por otra parte, dentro del área de la astrofísica nuclear, se ha propuesto que el estudio del mecanismo de quiebre de núcleos livianos permitiría la determinación de secciones eficaces de captura radiativa por medio del proceso inverso. El presente trabajo consistió en medir y analizar las secciones eficaces diferenciales de dispersión el ́astica, inelástica y las secciones eficaces totales de fusión completa, incompleta y transferencia de un neutrón del sistema 9Be + 197Au. Dada la baja energía de separación del neutrón del proyectil 9Be, Sn = 1,66 MeV, el proceso de quiebre en interacción con el blanco ocurre, a ́un para energías por debajo de la barrera coulombiana del sistema, estimada en 40,5 MeV. Por otra parte, al ser el blanco de 197Au un núcleo impar, da lugar numerosos estados excitados de baja energía, lo que se traduce en distintos canales de dispersión inelástica. Asimismo, se produce la fusión completa del proyectil o incompleta de alguno de los fragmentos del quiebre, lo que da lugar a numerosos residuos con vidas medias del orden de las horas. Para medir las distribuciones angulares de dispersión el ́astica e inelástica del sistema 9Be + 197Au se implementó un arreglo de doce detectores de silicio tipo barrera de superficie, cuya posición angular fue variada en un intervalo entre 20° y 170°. Las mediciones fueron efectuadas para doce energías de bombardeo alrededor de la barrera coulombiana del sistema. Gracias a la resolución en energía de los detectores empleados fue posible identificar y cuantificar, a través del cálculo de las secciones eficaces, los canales de reacción correspondientes a la dispersión el ́astica e inelástica para los estados 5/2+ (279,0 keV) y 7/2+ (547,5 keV) del 197Au. Por otra parte, las secciones eficaces totales de fusión completa, incompleta y transferencia de un neutrón se midieron mediante la irradiación de blancos de oro con láminas de aluminio para capturar los residuos de fusión-evaporación y transferencia producidos. Las cascadas de decaimiento de estos productos fueron identificadas en forma diferida (off line) en el blanco y en la lámina captora mediante espectrometría gamma con un detector de germanio hiperpuro. Este estudio permitió discriminar y cuantificar los canales de fusión y transferencia. En el caso de la fusión completa, el núcleo compuesto 206Bi evapora de tres a cinco neutrones. Para la fusión incompleta, el núcleo compuesto 201Tl, producido por la fusión de una partícula alfa generada en el quiebre del 9Be, evapora uno y dos neutrones. Por último, la transferencia de un neutrón produce 198Au, que luego decae por emisión beta. Las secciones eficaces totales de cada proceso fueron obtenidas mediante códigos computacionales desarrollados en este trabajo de tesis. Para la fusión completa, se observó que el proceso de evaporación de cuatro neutrones resultó dominante en el rango de energías cercanas a la barrera coulombiana. Respecto al canal de transferencia, es destacable que su sección eficaz pudo ser medida hasta una energía de bombardeo de tan solo 22 MeV. Los datos experimentales para la dispersión el ́astica fueron analizados en términos del Modelo Óptico mediante distintos potenciales efectivos. Fueron utilizados un potencial fenomenológico complejo de Woods-Saxon y un potencial microscópico de doble convolución denominado potencial de São Paulo. La dependencia de estos potenciales con la energía fue estudiada a través de las integrales de volumen evaluadas en el radio de sensibilidad del potencial, el cual fue obtenido mediante códigos numéricos desarrollados en esta tesis. También se implementó un procedimiento basado en muestreo aleatorio a partir de la matriz de covarianza de los datos ajustados para evaluar la relación de dispersión entre las partes real e imaginaria del potencial óptico. Los resultados del Modelo Óptico mostraron que la parte imaginaria del potencial presenta un crecimiento para energías por debajo de la barrera, para luego decrecer en intensidad. En la misma zona, el potencial real presenta un comportamiento opuesto, con un mínimo en Elab = 36 MeV, para luego aumentar su intensidad a energías menores. Este comportamiento, denominado anomalía de umbral de quiebre, ha sido observado en la dispersión elástica de núcleos débilmente ligados. Debido al fuerte acoplamiento al canal de quiebre, incluso a energías subcoulombianas, la intensidad del potencial aumenta a medida que la energía disminuye por debajo de la barrera. Como consecuencia de la relación de dispersión, se genera un decrecimiento de la parte real. Por último, las distribuciones angulares de dispersión inelástica fueron analizadas mediante el formalismo de canales acoplados con un potencial fenomenológico de Woods-Saxon. Similarmente, las secciones eficaces experimentales de fusión completa correspondientes a la evaporación de tres, cuatro y cinco neutrones fueron comparadas con las predicciones obtenidas por un modelo estadístico de fusión-evaporación. Los resultados obtenidos evidenciaron coincidencias con los datos experimentales, en el rango de energías de validez del modelo. Por otra parte, la medición de los canales de fusión incompleta posibilitó determinar la supresión de fusión completa a partir de datos experimentales, sin utilizar modelos teóricos. Para energías por encima de la barrera, esta supresión se estimó en (38 ± 9) %, lo que resulta similar a los valores obtenidos para sistemas con proyectiles de 9Be y blancos de número másico similar. El mecanismo de quiebre directo de 9Be en dos partículas alfa y un neutrón se produce en la zona de interacción nuclear, lo que lleva a la fusión incompleta y, por ende, a la supresión de la fusión completa. Por el contrario, los resultados de las secciones eficaces de transferencia indicaron que el quiebre secuencial de 8Be, producido por transferencia de neutrón al blanco, es el mecanismo dominante para energías subcoulombianas. La baja energía de separación de neutrón del 9Be posibilita que este canal continúe abierto incluso para energías muy por debajo de la barrera. Con el propósito de proporcionar una descripción global del sistema, la suma de las secciones eficaces experimentales de fusión total y transferencia fueron comparadas con las secciones eficaces de absorción, obtenidas del cálculo de canales acoplados para la dispersión inelástica. Los resultados evidenciaron que existe una contribución del canal de quiebre directo de 9Be sin captura de sus fragmentos a la sección eficaz de absorción. La comparación con el modelo permitió estimar las secciones eficaces totales de este proceso en función de la energía. [Algunas expresiones aproximadas, revisar las mismas en el original].