Investigating the production of medium-mass neutron-rich nuclei

Zusammenfassung

En este trabajo se ha realizado el estudio de dos mecanismos diferentes para la producción de núcleos ricos en neutrones de masa intermedia, la fisión directa y la fragmentación de residuos de fisión. Estos núcleos juegan un papel importante no sólo en estudios de estructura nuclear lejos de la estabilidad, sino también en la astrofísica nuclear, especialmente en los procesos de nucleosíntesis estelar de elementos pesados (proceso r). La investigación de ambos métodos se realizó en un experimento que tuvo lugar en el centro de investigación alemán GSI en Darmstadt. Para la producción de núcleos exóticos las técnicas utilizadas son dos, la separación isotópica en línea (ISOL) y la separación en vuelo. Ambas técnicas son complementarias en varios aspectos. En lo referente a las intensidades de los haces secundarios, el método ISOL es superior para aquellos núcleos que se extraen de forma rápida y eficiente del sistema blanco-fuente. La separación en vuelo, sin embargo es independiente de las propiedades químicas de los elementos. Con el fin de superar esta limitación en instalaciones ISOL, se propone un nuevo esquema basado en dos etapas: Haces de productos de fisión que se pueden extraer eficientemente de los blancos de producción son post-acelerados para producir núcleos más ricos en neutrones a partir de reacciones de fragmentación. La viabilidad de este esquema se ha investigado en este trabajo. El experimento se realizó en las instalaciones de la GSI. El haz primario de 238U con una energía de 950 MeV/u incide sobre un blanco de producción de Pb o Be. El uso de estos dos blancos permite simular la fisión en dos regímenes de energía de excitación diferentes. Los residuos de fisión emitidos hacia adelante se identificaban en masa y carga usando el espectrómetro magnético FRS. Para el estudio de la fragmentación de los residuos de fisión, es necesario hacer dos identificaciones, la del proyectil, y la del residuo de fragmentación producido en un blanco secundario colocado en el plano focal intermedio del separador. Por primera vez se ha logrado separar e identificar fragmentos de fisión de masa en torno A~140 usando sólo la primera mitad del espectrómetro FRS. Se han medido las secciones eficaces de producción en fisión de varios isótopos ricos neutrones de elementos entre el Rb (Z=37) y el La (Z=57) usando ambos blancos, comparando los resultados con medidas anteriores presentes en la literatura y códigos de simulación, mostrando los resultados obtenidos muy buen acuerdo tanto con los datos como con los cálculos para ambos blancos de producción. Los resultados obtenidos completan las medidas anteriores, y muestran que la fisión a energías de excitación moderadas presenta una mayor producción de núcleos ricos en neutrones de masa intermedia. La viabilidad del esquema en dos etapas descrito anteriormente se ha demostrado midiendo las secciones eficaces de producción de los residuos de fragmentación del 132Sn. Los resultados obtenidos han permitido validar el código COFRA frente a EPAX para hacer cálculos realistas seccones eficaces de fragmentación de núcleos ricos en neutrones. Por último, con los resultados obtenidos anteriormente, se han calculado estimaciones realistas de haces secundarios en futuras instalaciones de haces radioactivos, comparando los tres mecanismos, fisión en vuelos, fisión a baja energía de excitación +ISOL, y el esquema en dos etapas de fissión +fragmentación, mostrando que este último supone un valor añadido a las instalaciones ISOL, permitiendo extender los presentes límites de la carta de núcleos en siete u ocho isótopos nuevos para cada elemento de esta región así como cubriendo el camino del proceso r.