Estudio de reacciones nucleares

La estructura nuclear tiene un profundo impacto en la configuración de la abundancia elemental en el Universo. Nosotros trabajamos en la línea de Física Nuclear del CMAM en el uso de reacciones alternativas para arrojar luz en problemas como la sección transversal del 12C(α,γ)16O a 300 keV la abundancia primordial del 7Li en el Universo. Estas reacciones juegan un papel fundamental en la astrofísica nuclear ya que, por ejemplo, la primera determina la proporción de carbono a oxígeno en el universo y por lo tanto una influencia importante en la nucleosíntesis de los elementos pesados. Los núcleos y los estados de interés se pueblan en reacciones de baja energía y se estudian mediante detección de partículas y rayos gamma. Las reacciones que aún son de interés para ser estudiadas tienen, en general, secciones eficaces extremadamente bajas. Por ello, hemos diseñado un conjunto de configuraciones de detectores fácilmente intercambiables.

Con este objetivo, abordamos la ruptura de estados libres cerca del umbral de partículas en 16O que tiene un impacto muy relevante en la determinación de secciones transversales de interés astrofísico. En este contexto estudiamos el 19F(p,αγ)16O para poblar los estados 16O cerca del umbral de ruptura alfa. Para el caso de la abundancia primordial del 7Li estudiamos el 7Li(3He,p)9Be para estimar la sección transversal de la reacción del 7Li(3H,n)9Be mucho más difícil de determinar con precisión. Se espera que sobre este último, las simulaciones desempeñen un papel importante en la comprensión de la abundancia primordial de 7Li.

Recientemente se ha puesto en funcionamiento la línea de luz de 45º para el estudio de otras reacciones nucleares. La producción de neutrones a través de reacciones nucleares inducidas por α es relevante en varios campos. Específicamente, las reacciones (α,n) son interesantes en astrofísica nuclear como fuente de neutrones para la nucleosíntesis de captura de neutrones lentos (el proceso s) y en el proceso de captura de partículas α. La colaboración MANY (Measurement of Alpha Neutron Yields and Spectra) es un esfuerzo de grupos de investigación españoles (IFIC, UPC, UCM, CIEMAT, US, IEM) con el objetivo de realizar medidas de reacciones (α,xn) en el CMAM (Madrid ) y en el CNA (Sevilla), mediante haces-α con sistemas de detección de neutrones complementarios: un contador de neutrones 4π con respuesta casi plana hasta 10 MeV, MINIBELEN y un segundo detector basado en módulos de centelleo líquido BC501/EJ301, MONSTER que puede operar como un temporizador- espectrómetro de vuelo. Ambos sistemas también se complementan con mediciones de espectroscopia γ para reacciones (α,xnγ) utilizando una matriz de centelleadores rápidos. Todos los instrumentos están acoplados a electrónica digital de alto rendimiento. La puesta en marcha de la línea de haz se logró con la conocida reacción del 27Al(α,n)30P.

La colaboración MANY (Measurement of Alpha Neutron Yields and Spectra) es un esfuerzo de grupos de investigación españoles para realizar medidas de reacciones (α,xn) de diferentes intereses físicos:

  • Fuente de neutrones para la nucleosíntesis de captura lenta de neutrones (el proceso s) [TAI16].
  • Proceso de captura de partículas α (el proceso α) [WOO92, BLI17].
  • Fondo inducido por neutrones
  • en laboratorios subterráneos LSC Canfranc [BET10].
  • en instalaciones nucleares como aceleradores de partículas y reactores nucleares [MUR02].
  • [BET10] A. Bettini, Nucl. Instrum. Methods A 626 - 627 (2010) S64 – S68
  • [BLI17] J. Bliss et al. J. Phys. G.: Nucl. Part. Phys. 44 (2017) 054003
  • [MUR02] T. Murata and K. Shibata, J. Nucl. Sci. Technol. 39 (2002) 76 – 79
  • [TAI16] J.L. Tain et al., J. Phys.: Conf. Ser. 665 (2016) 012031