Nuclear breakup reactions with weakly bound projectiles

A partir de la disponibilidad de instalaciones capaces de producir haces radiactivos, gran parte de las actividades dentro del marco de la física nuclear experimental y teórica han sido orientadas al estudio de reacciones con núcleos en zonas alejadas del denominado valle de estabilidad. Al mismo tiempo, la existencia de ciertos núcleos estables pero débilmente ligados, con muchas características similares (como ser por ejemplo el bajo umbral de energía de separación), brinda la posibilidad de estudiar este tipo de mecanismos con la ventaja adicional de poder ser producidos en forma más sencilla y con flujos de mayor intensidad. Entre los distintos mecanismos que pueden tener lugar en las interacciones con núcleos inestables o débilmente ligados, el proceso de quiebre o breakup resulta de particular interés por diversos motivos. Dentro del área de astrofísica nuclear, se ha propuesto que el estudio del mecanismo de breakup de núcleos livianos permitiría la determinación de secciones eficaces de captura radiativa a través del proceso inverso. Por otro lado, en el contexto de la física de reacciones en general, el interés está puesto en entender, no solo los mecanismos que dan lugar a este tipo de procesos por la comprensión del fenómeno en sí mismo, sino que también se halla abierta una discusión acerca de la influencia que el canal de breakup posee sobre la probabilidad de ocurrencia de otros canales de reacción, como por ejemplo los mecanismos de fusión. En la actualidad existe escasa información experimental directa sobre secciones eficaces de breakup obtenida en forma exclusiva, es decir, a través de la detección en coincidencia de las partículas producto de la reacción; gran parte de los resultados que se encuentran disponibles parten de extrapolaciones realizadas en base a resultados obtenidos sobre otros mecanismos de reacción. En este sentido, la medición directa del canal de breakup en distintos sistemas y la interpretación de los resultados en forma conjunta con la de otros procesos es de la mayor importancia y actualidad dentro de la física de reacciones nucleares. En el presente trabajo se describe el desarrollo de un conjunto de procedimientos, tanto a nivel de dispositivos de detección como de programas y procesos de análisis de datos, aptos para la determinación de secciones eficaces absolutas de reacciones de breakup a través de mediciones exclusivas. Los proyectiles estudiados en este caso consistieron en los núcleos débilmente ligados de litio 6 y 7 sobre blancos de samario 144. Se describe el desarrollo de las técnicas experimentales de detección en coincidencia y los procesos de reducción de datos necesarios para la selección de eventos de breakup y se detalla el desarrollo de un programa de simulación de reacciones de quiebre, necesario para el análisis de la eficiencia de los sistemas de detección y el cálculo de secciones eficaces absolutas. Para el caso de proyectiles de litio 6 se obtuvieron secciones eficaces absolutas para el proceso de quiebre resonante (a través del primer estado excitado del proyectil) y directo. Para el primero de estos mecanismos, los resultados fueron comparados con las predicciones obtenidas a través de un modelo clásico dinámico de simulación hallándose una buena coincidencia entre ambos. Se observó que la sección eficaz de reacción disminuye con la energía de bombardeo al atravesar el valor de la barrera de repulsion coulombiana. Para los resultados del proceso directo se propuso el uso del código de simulación como herramienta adicional del análisis de datos, que permitió estimar un umbral superior de energías relativas medidas de 300 keV. Se encontró evidencia de una fuerte presencia para ambos sistemas de un proceso de dos etapas, en particular, la transferencia de un neutrón seguida de breakup para el cual fueron calculadas secciones eficaces absolutas de reacción. Se encuentra actualmente en estudio la adaptación de los códigos de simulación para este tipo de procesos y su comparación con predicciones teóricas. Para el caso de proyectiles de litio 7, la tasa de producción encontrada para el caso de quiebre directo (en tritios y partículas α) resultó insuficiente para determinar su probabilidad de ocurrencia.The recent availability of facilities capable of producing radioactive beams has motivated that an important part of the activities of both experimental and theoretical nuclear physics is currently oriented towards the study of reactions involving nuclei far away from stability. Simultaneously, the existence of stable but weakly bound nuclei that share multiple characteristics (like low breakup threshold energies) gives the possibility of studying these type of mechanisms with the additional advantage of easier beam production and higher intensity fluxes. Breakup reactions are of particular interest amongst the multiple processes that can occur with unstable or weakly bound nuclei for various reasons. In the context of nuclear astrophysics it has been stated that the study of the breakup mechanism could allow for the determination of radiative capture cross-sections through the inverse process. On other hand, in the nuclear reactions frame the interest is placed in understanding not only the pure mechanisms that generate these processes but also a debate is still open regarding the influence that the breakup channel has over the occurrence of other reaction mechanisms, such as fusion processes. There is currently not much direct information regarding breakup cross sections obtained in exclusive experiments (i.e. through the coincidental detection of the particles produced in the reaction). Information typically available come from extrapolations made from results obtained in measurements performed over some other reaction channel. In this context, direct determination of breakup processes and the results interpretations in connection with other reaction mechanisms is of the most importance and relevance in the field of nuclear reactions. In the present work, the development of a set of procedures is described involving both experimental techniques as data analysis methods useful for absolute cross-sections determination in breakup reactions through exclusive measurements. The projectiles used in this case were 6Li and 7Li bombarded on 144Sm targets. The development of the experimental techniques required for coincidence measurements is described. The data reduction processes needed for breakup events discrimination and coincidental efficiency determination is also detailed. For the 6Li case, absolute cross-sections have been obtained for the resonant process occurring through the projectile first excited state and also for the non resonant mechanism. In the former, results were compared with predictions obtained through a classical dynamical model simulation finding a good match between the results. Experimental cross-sections decrease with bombarding energy for energies above and below the coulomb barrier. For the non-resonant process, the use of the simulation code as an additional tool in the data analysis stage allowed for the determination of an upper threshold of measured relative energies of around 300 keV. Evidence has been found for both reaction systems of a two-stage process, namely one-neutron transfer followed by breakup. Absolute cross-sections were calculated for both cases. Currently, the adaptation of the simulation code is under analysis in order to establish comparations with theoretical predictions. For 7Li projectiles the yield for direct breakup in 3H plus alpha particles turned out to be too low to measure experimentally.Fil:Martínez Heimann, Diego. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina