Publicação
Precision mass dependence studies of α-nuclear potentials: elastic α-scattering on 116,118Sn
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Físicas | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Redondo, Daniel Galaviz | |
| dc.contributor.author | Nunes, Raquel Freitas | |
| dc.date.accessioned | 2025-05-26T17:04:29Z | |
| dc.date.available | 2025-05-26T17:04:29Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.date.submitted | 2025 | |
| dc.description | Tese de Mestrado, Engenharia Física, 2025, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências | pt_PT |
| dc.description.abstract | A nucleossíntese dos elementos em ambientes estelares é explicada por diferentes processos, dependendo das condições e características do ambiente. A formação de elementos mais leves que o ferro ocorre principalmente por reações de fusão entre partículas carregadas, as quais conseguem ultrapassar a barreira eletromagnética repulsiva entre elas. No entanto, para elementos mais pesados, a fusão deixa de ser energeticamente favorável, e outros processos como a captura de neutrões permitem a formação de elementos mais pesados. Existe ainda um conjunto de 35 nuclídeos, mais pesados que o ferro, que não podem ser produzidos com reações (n,g), e portanto precisam de um processo de síntese estelar próprio. O chamado processo p é caracterizado por ambientes explosivos envolvendo reações com partículas α e fotodesintegrações em núcleos estáveis e radioativos. A falta de dados experimentais associada ao processo p tem impulsionado o estudo de propriedades nucleares em diferentes isótopos sintetizados por este e por outros processos. Este projeto tem como objetivo determinar a secção eficaz diferencial de dispersão elástica das reações 116Sn(α,α) 116Sn e 118Sn(α,α) 118Sn. O estudo da secção eficaz destes dois isótopos, em energias de interesse astrofísico (acima e abaixo do valor da barreira de Coulomb), é crucial para melhor compreender a interação entre elementos pesados e partículas alfa. Na dispersão elástica, os produtos finais da interação são os mesmos que os iniciais e a energia é conservada durante todo o processo. Analisar estas reações a diferentes energias permitirá compreender melhor as dinâmicas envolvidas e fornecer dados fundamentais para modelar processos nucleares em ambientes astrofísicos, em particular o processo p. O modelo desenvolvido com o objetivo de descrever o processo de interação elástica é conhecido como Modelo do Potencial Ótico. A experiência foi realizada no laboratório ATOMKI, em Debrecen, Hungria. O ciclotrão deste laboratório foi usado para acelerar as partículas α até um máximo de energia de 20 MeV. Posteriormente, estas partículas foram direcionadas para uma camâra de vácuo, onde interagiam com o alvo colocado no centro dessa câmara. As duas reações mencionadas acima foram estudadas para três energias: 16.12 MeV, 17 MeV e 19.5 MeV. As partículas α dispersas em cada alvo foram medidas por detetores de silício de barreira de superfície, cobrindo estes uma distribuição angular entre 20◦ e 165◦ . No total foram medidas seis distribuições angulares. Durante a experiência foram utilizados oito detetores. Seis detetores estavam posicionados em mesas giratórias, dos quais dois pertenciam à mesa de cima e quatro na mesa de baixo, no lado oposto. Dois detetores estavam fixos de cada lado do feixe a 15◦ em relação a este. Estes detetores servem para monitorizar a posição do feixe em relação ao centro do alvo durante toda a experiência. Os alvos enriquecidos 116Sn e 118Sn foram produzidos usando a evaporadora do Laboratório de Desenvolvimento de Alvos (TDL), na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL). Com a evaporadora é possível realizar o processo de evaporação térmica, onde podemos evaporar o material contido num suporte preso por elétrodos através do Efeito de Joule. Variáveis como temperatura e pressão são controladas durante a evaporação. Para realizar a experiência é necessário a utilização de filmes finos. Filmes finos evitam que as partículas α percam muita energia ao passar pelo filme, evitando o comprometimento da resolução em energia. A caracterização dos alvos 116Sn e 118Sn foi feita usando duas técnicas diferentes: perda de energia por partículas alfa (AEL) e espectroscopia de dispersão de Rutherford (RBS). O primeiro método foi realizado na FCUL, onde temos uma câmara de vácuo e um detetor de silício. Simulações usando o código AlfaMC foram feitas para confirmar a espessura de todos os filmes. Um segundo método foi realizado, RBS, para confirmar as espessuras obtidas com AEL. Esta medição foi feita com o Van de Graaff localizado no Campus Tecnológico e Nuclear do Instituto Superior Técnico. Foi realizado também um scan superficial dos dois alvos na área central para inferir informação sobre a homogeneidade e pureza de ambos. De forma a estimar a espessura dos alvos o programa SimNRA foi usado. A caracterização dos alvos é crucial para garantir a confiabilidade dos dados experimentais. Com o último método obteuse um valor de cerca de 300 µg/cm2 de espessura para ambos os alvos produzidos. O valor da secção eficaz de dispersão elástica para toda a distribuição angular foi extraído através de vários parâmetros, entre os quais o número de partículas dispersas em cada ângulo. Com estes dados, é possível calcular a curva da secção eficaz diferencial normalizada à de Rutherford para ângulos no referencial do centro de massa. Nesta etapa é necessário compreender o conceito de dispersão de Rutherford, que se caracteriza por ser uma interação predominantemente eletrostática. A probabilidade de uma interação ser puramente coulombiana depende da energia das partículas incidentes no alvo e do parâmetro de impacto. No entanto, para a faixa de valores de energia utilizados nesta experiência podemos assumir que para ângulos muito pequenos a dispersão está no regime de Rutherford. A obtenção da curva da secção eficaz diferencial normalizada à de Rutherford foi um processo complexo, envolvendo a análise de milhares de espetros de forma a extrair as contagens das partículas alfas dispersas elasticamente. Para obter resultados confiáveis foi necessário aplicar diferentes correções à secção eficaz diferencial, entre os quais à posição angular dos detetores e à posição do feixe no alvo. Idealmente o feixe está centrado em relação ao alvo, contudo desvios durante a experiência podem ocorrer e têm de ser contabilizados. Estes desvios afetam o ângulo de dispersão medido. A calibração dos detetores em energia foi feita utilizando uma fonte alfa de 241Am, utilizando apenas o pico mais energético. Para determinar com precisão a posição angular dos detetores, medições em coinciência foram feitas com um alvo fino de carbono, produzido pela equipa do ATOMKI, e com partículas α de energia de 17 MeV. Sabendo a cinemática da reação fixamos um braço de detetores numa posição para detetar partículas α e o outro será rodado em torno do ângulo teórico correspondente de saída do núcleo do recúo. Medições foram feitas para cada par de detetores, assegurando consistência entre o posicionamento angular de todos os detetores. Os resultados servirão para compreender como a curva da secção eficaz é realmente afetada de acordo com o valor de energia do feixe de partículas α e ângulo de dispersão, o que mostrará a influência de forças nucleares e eletrostáticas na interação entre projétil e alvo. As curvas experimentais de ambos os isótopos serão comparadas com curvas teóricas geradas a partir de diferentes potenciais óticos globais para partículas α, utilizando o código Talys: Watanabe+KoningDelaroche, McFadden e Satchler, Demetriou et al. e Avrigeanu et al.. A comparação entre os resultados teóricos e experimentais permitirá a extração de algumas conclusões, incluindo o cálculo do valor de χ 2 red, que quantifica o desvio entre as curvas teóricas e a experimental. Em experiências passadas foram medidos outros isótopos do estanho, nomeadamente o 112Sn e 124Sn. Com os dados destes dois isótopos, juntamente com os dados retirados desta experiência, foi possível estudar e fazer uma medida comparativa de como a massa do núcleo influencia o valor final da secção eficaz diferencial normalizada à de Rutherford. A medição da secção eficaz diferencial para o isótopo 118Sn para uma energia de 17 MeV foi anteriormente medida por Palumbo et al. em 2012. Os dados serão comparados com os resultados deste projeto. | pt_PT |
| dc.description.abstract | This project aims at determining, for the first time, the elastic scattering cross section of the reaction 116Sn(α,α) 116Sn and to benchmark the results for the 118Sn(α,α) 118Sn reaction presented in Palumbo et al. in 2012. Studying these reactions on these two isotopes, at energies of astrophysical interest, is crucial to better understand the interaction between heavy elements and α particles. Analyzing these reactions at different energies will allow us to better understand the dynamics involved and provide fundamental data for modeling nuclear processes in astrophysical environments. Enriched 116Sn and 118Sn targets were produced using the evaporator at the LIP’s Target Design Laboratory, at FCUL, which allow us to perform thermal evaporation through Joule effect. The production of thin and homogeneous targets is essential for achieving good energy resolution in experimental measurements. They were characterized with two methods, Alpha Energy Loss and Rutherford Backscattering Spectrometry, providing a final value of thickness for both targets of around 300 µg/cm2 . The experiment was carried out in ATOMKI laboratory, Debrecen, Hungary. With a cyclotron α particles can be accelerated up to an energy of 20 MeV. The α particles interact with the target produced inside a scattering chamber, resulting in scattered particles covering an angular distribution between 20◦ and 165◦ . These particles were measured using silicon barrier detectors. Two monitor detectors, positioned at 15◦ on the beam’s exit side, were used to monitor the beam and verify the target stability. Energy and angular calibrations were part of the preliminary phase of the analysis. Furthermore, a correction to the beam position on the target throughout the experiment is required to enable precise determination of the reaction cross section for the two targets. | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.5/101019 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.subject | Dispersão elástica | pt_PT |
| dc.subject | Secção eficaz | pt_PT |
| dc.subject | Dispersão de Rutherford | pt_PT |
| dc.subject | Potenciais alfas nucleares | pt_PT |
| dc.subject | Alvos de reação | pt_PT |
| dc.subject | Teses de mestrado - 2025 | pt_PT |
| dc.title | Precision mass dependence studies of α-nuclear potentials: elastic α-scattering on 116,118Sn | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia Física | pt_PT |