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Adrià Casanovas Hoste defiende su tesis sobre medidas de secciones eficaces de captura neutrónica de importancia para el estudio de la nucleosíntesis estelar

Adrià Casanovas Hoste defendió su tesis, codirigida por el Franciscño Calviño (UPC) y el César Domingo (IFIC, Valencia), el 27 de octubre en la ETSEIB. Titualda "Neutron capture cross section measurement of the heaviest s-process branching 204Tl and of 203Tl at CERN n_TOF", la tesis presenta la primera medida jamás hecha de la sección eficaz de captura neutrónica del isótopo radiactivo de tale 204Tl, de especial relevancia para el proceso lento de nucleosíntesis estelar, y realizada en el experimento n_TOF del CERN
Adrià Casanovas Hoste defiende su tesis sobre medidas de secciones eficaces de captura neutrónica de importancia para el estudio de la nucleosíntesis estelar
El sistema de detección de reacciones de captura radiativa de neutrones empleado en el experimento n_TOF, utilizado para determinar la sección eficaz de la reacción.

Las secciones eficaces de captura de neutrones son fundamentales en el estudio del proceso lento de nucleosíntesis estelar de los elementos, también conocido como proceso s (del inglés "slow"). El proceso s es responsable de la producción de aproximadamente la mitad de las abundancias solares de los elementos más pesados que el hierro.

Algunos núcleos en la cadena de nucleosíntesis son inestables, y en estos el proceso de captura compite con el proceso de desintegración, lo que da lugar a una ramificación del camino de producción de los elementos. Las propiedades nucleares de algunos de estos nucleidos cambian con las condiciones del entorno estelar donde son producidos, lo que influye en el patrón de abundancias local. El 204Tl es un punto de ramificación muy interesante, porque está protegido de contribuciones de otros procesos de nucleosíntesis. El resultado es que tanto el 204Tl como su producto de desintegración 204Pb sólo son producidos por el proceso s. Por lo tanto, debido a que compite con el proceso de desintegración, la sección eficaz de captura neutrónica del 204Tl es clave para fijar la abundancia final de 204Pb. Una predicción certera de la abundancia de los nucleidos producidos únicamente por el proceso s es uno de las pruebas de precisión de los modelos de cálculos de nucleosíntesis estelar.

Sin embargo, hasta el presente trabajo, no había datos de su sección eficaz debido a retos en la realización de una medida de captura en el 204Tl. Esto hacía que hubiera una incertidumbre importante en la sección eficaz estelar, lo que dificultaba una predicción precisa de la producción de 204Pb por el proceso s.

Del mismo modo, la sección eficaz de 204Tl (n, γ) también afecta la relación de abundancias 205Pb / 204Pb. Debido a fe que el 205Pb es radiactivo, con un periodo de semidesintegración de 17,2 Ma, dicha relación tiene el potencial de ser usada como cronómetro del proceso s.

El año 2013 se produjo una muestra enriquecida en 204Tl por irradiación neutrónica de una semilla de 203Tl en el reactor nuclear del ILL de Grenoble (Francia). Dos años después, la muestra enriquecida se usó para medir, por primera vez, la sección eficaz de captura del 204Tl utilizando la técnica de tiempo de vuelo en el experimento n_TOF del CERN. La medida fue posible gracias a las características únicas de esta instalación; en particular, el elevado flujo instantáneo de neutrones y los niveles bajos de fondo. La medida se llevó a cabo mediante la Técnica de Pesado de Amplitud de Pulsos (PHWT, por su acrónimo en inglés), que tiene como ventajas una sensibilidad de detección de neutrones muy baja, y una baja tasa de detección de fondo.

Los principales retos en la medida de 204Tl (n, γ) fueron la gran cantidad de señales de fondo causados por la actividad de la muestra, la baja cantidad de material disponible, y el conocimiento limitado de la geometría de la muestra después del proceso de irradiación. Todas estas dificultades han requerido la adopción de soluciones específicas durante la medida y el análisis de datos posterior.

Las complicaciones con la geometría de la muestra hicieron necesario aplicar un método de autonormalización. Para este propósito se llevó a cabo una medida auxiliar de captura en 203Tl durante la misma campaña experimental. Como el 203Tl es estable, los principales errores sistemáticos de medición se pudieron mantener bajos. Esto ha permitido hacer un análisis de tipo R-matrix de las principales resonancias de captura neutrónica del 203Tl, incluyendo la primera medida de los niveles por debajo de 3 keV. Esto ha contribuido a mejorar la sección eficaz de capt04Tl. Los resultados se han utilizado para acotar la sección eficaz estelar del 204Tl a energías de neutrones bajas, y así limitar los valores posibles de la sección eficaz, predichas por las librerías de evaluaciones de datos nucleares, a las temperaturas características del proceso s.ura estelar del 203Tl en el rango entre 8 keV y 25 keV de energía térmica de los neutrones.

La sección eficaz mejorada de la reacción 203Tl (n, γ) ha permitido realizar un análisis de varias resonancias de captura del 204Tl. Los resultados se han utilizado para acotar la sección eficaz estelar del 204Tl a energías de neutrones bajas, y así limitar los valores posibles de la sección eficaz, predichas por las librerías de evaluaciones de datos nucleares, a las temperaturas características del proceso s.

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