Reacciones de núcleo compuesto Curso de Reacciones Nucleares Programa Inter-universitario de Física Nuclear José Benlliure Universidad of Santiago de Compostela Marzo de 2008 Indice 9 El concepto de núcleo compuesto y el modelo de Serber 9 Reacciones que dan lugar a la formación de un núcleo compuesto - reacciones de captura y fusión - reacciones de fusión incompleta - reacciones profundamente inelásticas - reacciones a alta energía: fragmentación y espalación 9 Mecanismos de desexcitación del núcleo compuesto - evaporación de rayos-γ, nucleones o clusters - fisión - multi-fragmentación José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de núcleo compuesto 9 Concepto de núcleo compuesto (N. Bohr, Nature 137 (1936) 344) - muchos nucleones participan en la colisión - se excitan muchos grados de libertad (E*, J, N/Z,…) - el número de posibles estados finales es muy grande (tratamiento estadístico) - hipótesis de equilibrio estadístico (todos los posibles estados finales son equi-probables) - el tiempo de formación y desexcitación del núcleo compuesto es grande 10-16 – 10-18s 9 Reacción con dos etapas (R. Serber, Phys. Rev. 72 (1947) 1114) - formación del núcleo compuesto - desexcitación del núcleo compuesto - el proceso de desexcitación sólo depende de las características del núcleo compuesto (E*, J, N/Z,…) y no del proceso que lo ha formado a + A Æ C* Æ b + B José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de núcleo compuesto 9 Clasificación del canal de entrada de la colisión: - parámetro de impacto - energía cinética - momento angular J = hl = hμv1b μ= A1 ⋅ A2 A1 + A2 9 Tipos de reacciones: nucleones iones Ep<10 MeV/u captura fusión 10 MeV/u < Ep< 100 MeV/u pre-equilibrio fusión incompleta profundamente inelásticas Ep>100 MeV/u cascada intranuclear fragmentación José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de núcleo compuesto 9 Conceptos y magnitudes básicas para la descripción de las reacciones de NC: - Cuando la longitud de onda del proyectil incidente es inferior al tamaño del núcleo se puede utilizar el concepto de trayectoria clásica h 2πhc λ= = p T 2 + 2Tmc 2 proyectil p 12C 40Ar - Cuando la energía del proyectil es inferior a la energía de Fermi de los nucleones dentro del núcleo (~20 MeV) la reacción está gobernada por el campo medio nuclear. T(MeV) 10 50 100 10 50 10 λ(fm) 9.0 4.0 2.8 2.6 1.2 0.6 - Cuando la energía del proyectil es superior a la energía de Fermi de los nucleones dentro del núcleo la reacción está gobernada por colisiones nucleón-nucleón. José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de captura y fusión 9 Projectile y blanco forman un núcleo compuesto por fusión: A1 Z1 X + ZA22 X → ZA11++ZA22 X Q = (m1 + m2 − mCN )c 2 = TCN − T1 Q<0 Q>0 9 Probabilidad de captura o fusión: σ abs = π k2 l ∑ (2l + 1)T max l V l =0 σ - Reacciones inducidas por neutrones dominadas por k-2 (Tl=1) y la captura resonante a baja energía (Q<0) r E - Reacciones inducidas por protones o núcleos dominadas por Tl (barrera culombiana) σ fus = 1 S(E)e E − 2π V σ 1/ 2 Z1Z2 e 2 ⎛ μ ⎞ ⎜ ⎟ h ⎝ 2E ⎠ José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto r E Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de captura y fusión 9 Cinemática de la reacción: Vcm = A1 v1 A1 + A2 v1= vp vCN= Vcm v2= 0 9 Balance energético y energía umbral: Edis = T1 − Ecm ≥ −Q Edis = T1 − Ecm Q = (m1 + m2 − mCN )c 2 = TCN − T1 1 1 A12 A2 2 v12 = T1 = A1v1 − 2 2 A1 ⋅ A2 A1 + A2 1 A12 Tu = Ecm − Q = v12 − Q 2 A1 ⋅ A2 José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto E* = Edis + Q Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de captura y fusión 9 Estabilidad del núcleo compuesto en masa: - Un núcleo compuesto AZX sólo puede existir si la energía de su estado fundamental es inferior a la energía de cualquier sistema de dos núcleos en los que pueda subdividirse ε (A , Z ) + ε (A , Z ) + V (A , Z ; A , Z ) > ε (A, Z) 1 1 2 2 C 1 1 2 2 A = A1 + A2 Z = Z1 + Z2 ~ B = ε (A1 , Z1 ) + ε (A2 , Z2 ) + VC (A1 , Z1 ; A2 , Z2 ) − ε (A, Z ) → Z1 ⋅ Z2 e 2 Z1 ⋅ Z2 VC (Z1 , A1 ; Z2 , A2 ) = = 1.44 RC 1.2(A11/ 3 + A21/ 3 ) → ε (A, Z) = ε V (A, Z ) + ε S (A, Z ) + ε C (A, Z ) (gota líquida) - Los núcleos con A<120 se desintegran de forma asimética - Los núcleos con 120<A<300 se desintegran de forma simétrica - Los núcleos con A>300 no están ligados José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de captura y fusión 9 Estabilidad del núcleo compuesto en momento angular: - Los núcleos deformados pueden estar sometidos a una fuerza centrífuga Vefec Z1 ⋅ Z2 e 2 hl (l + 1) = VN + + R 2μR 2 - La fuerza centrífuga hace disminuir la barrera que crean el potencial nuclear y el culombiano en función del valor del momento angular l - El núcleo compuesto existe si y sólo si el potencial efectivo presenta una barrera que da lugar a un pozo de potencial atractivo José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de captura 9 Probabilidad de las reacciones de captura: V E a + A Æ C* Æ b + B Ep ΔΓ ⋅ Δt = h σ ab = πλ2 efecto tunel Γa Γb 2JCN + 1 (2Ja + 1)(2JA + 1) (E − Er )2 + (Γ / 2)2 R r σ Desexcitación del estado resonante: - emisión de rayos gamma - emisión de neutrones - fisión - Los modelos teóricos no permiten predecir la energía y anchura de las resonancias por lo que hay que medirlas - Efectos de interferencia José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de captura 9 Interés de las reacciones de captura: Æ Estudio de la estructura del núcleo: - las resonancias gigantes aportan información sobre los grados de libertad colectivos del núcleo Æ Astrofísica nuclear - proceso rp (captura radiativa de protones) - proceso s (captura radiativa de neutrones) Æ Producción de energía por fisión Æ Caracterización de materiales por activación (captura radiativa) Æ Protección radiológica José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de captura 9 Reacciones de captura de protones de baja energía: el experimento LUNA (Gran Sasso) Laboratorio subterraneo en el tunel de Modane (Alpes): - medida de secciones eficaces muy pequeñas de interés astrofísico - medidas de larga duración y bajo fondo Factor astrofísico S(E) para la reacción 14N(p,γ)15O José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de captura 9 Reacciones de captura de neutrones: el experimento N_TOF (CERN) Fuente de neutrones de espalación con gran resolución en la determinación de la energía de los neutrones (ToF): - reacciones de interés astrofísico (proceso s) - reacciones de transmutación de residuos nucleares José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión 9 Probabilidad o sección eficaz del proceso: σ abs = π k 2 l Ep>Vc V Potencial de Coulomb ∑ (2l + 1)T max Barrera culombiana l l =0 2 8 ∞ Tl = − ∫ dr yl (r) W(r) hv 0 Vopt (r) = V (r) + iW(r) Ep<Vc efecto tunel R r Potencial nuclear En las colisiones entre iones pesados: Vopt (r) ≈ iW(r) W(r) = VN (r) + VC (r) Potencial nuclear (Bass): 1 C ⋅C VN (s) = − 1 2 s / d1 C1 + C2 Ae + Be s / d2 ⎛ b2 ⎞ Ci = Ri ⎜⎜1 − 2 ⎟⎟ b = 0.9984fm ⎝ Ri ⎠ ⎛ 0.8 ⎞ Ri = ⎜⎜1.28Ai1/ 3 − 0.76 + 1/ 3 ⎟⎟ Ai ⎠ ⎝ José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Potencial culombiano: s = r - C1 − C 2 1 Z1Z2 e 2 ZZ VC = ≈ 1.2 1/ 3 1 2 1/ 3 4πε 0 R A1 + A2 ( ) A = 0.033 MeV −1fm B = 0.007 MeV −1fm d1 = 3.5 fm d2 = 0.65 fm Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión 9 Probabilidad o sección eficaz del proceso: aproximación clásica dσ bdbdϕ = ⇒ dσ = 2πbdb dΩ sin ΘdΘ dϕ bgr σ f = ∫ 2πbdb = πbgr2 b < bgr ⇒ fusión 0 El movimiento radial entre dos núcleos que colisionan (b) está gobernado por el potencial efectivo: 2 Vb (r) = V (r) + E b = bgr ⇒ Vbgr (RB ) = V (RB ) + E ⎛ ⎝ σ f (E) = πRB2 ⎜1 − bgr2 R V (RB ) ⎞ ⎟ E ⎠ José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto 2 B b r2 = E ⇒ b gr = RB 1 − V (RB ) E E >> V (RB ) ⇒ σ f (E) = πRB2 Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión 9 Probabilidad o sección eficaz del proceso: descripción cuántica con solución aproximada para el coeficiente de absorción σ abs = π k 2 ∞ ∑ (2l + 1)T l l =0 Suponiendo absorción total para l<lgr : ⎧1 para l < l gr π Tl = ⎨ ⇒ σ fus = 2 l k ⎩0 para l > l gr ( ) gr + 1 2 l gr = kbgr = RB ~ 2μE h2 ~ E = E-VB μ= A1 ⋅ A2 A1 + A2 En el límite clásico: l gr >> 1, J = hl = mvb, bgr = Rp + Rt = RB σf ≈ π k 2 A = A1 + A2 l 2gr = πbgr2 = πRB2 José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión 9 Límites a la sección eficaz de fusión: - Masa del núcleo compuesto : A < 300 - Momento angular: por encima de un valor crítico el sistema es inestable frente a la fisión ⎧⎪πbgr2 para bgr < bcri σf = ⎨ 2 ⎪⎩πbcri para bgr > bcri 20Ne+27Al 2 E = Ecri ⇒ bgr = bcri bcri = l 2cri / k 2 = hl 2cri / 2μE ⎧πRB2 (1 - VB /E) para E < Ecri σf = ⎨ 2 2 ⎩πh l cri /2μE para E > Ecri - Otros canales de entrada (fusión incompleta, difusiones profundamente inelásticas,…) - Fusión por debajo de la barrera José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión 9 Reacciones de fusión por debajo de la barrera: - Aproximación WKB ⎛ 2 a ⎞ T = exp⎜ − ∫ 2μ[E − V (x)] dx ⎟ ⎝ h b ⎠ 1 1 ⇒ V (x) = VB − μϖ 2 x 2 ⇒ T = 2 1 + exp[2π (VB − E) / hϖ ] T WKB ≈ e −2π (VB −E ) / hϖ Aproximación válida para E<<VB (T<<1) - Fórmula de Hill-Wheeler: Para E~VB V (x) ≈ VB + T WKB T= 1 + T WKB 1 d2V (x − xB ) 2 2 dx 2 x B T (E) = ϖ B2 = − 1 d2V μ dx 2 >0 xB 1 1 + exp[2π (VB − E) / hϖ B ] José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión - Fórmula de Wong para la sección eficaz de fusión: Los resultados para los coeficientes de transmisión sólo son válidos para barreras monodimensionales. La fórmula de Wong generaliza a partir de un desarrollo en ondas parciales h2l (l + 1) Vl (r) = V (r) + 2μr 2 1 Tl (E) = 1 + exp 2π (VB + h2l (l + 1) / 2μRB2 − E) / hϖ B [ σ f (E) = π k 2 2π ∞ ∑ (2l + 1)Tl (E) ≈ k ∫ 2 l =0 ∞ 0 ] 1 d2 ⎛ h2l (l + 1) ⎞ ⎜ V (r) + ⎟ ϖ = μ dr 2 ⎜⎝ 2μr 2 ⎟⎠ R 2 B l dl 1 + exp 2π (VB + h l / 2μRB2 − E) / hϖ B [ 2 2 B ] hϖ BRB2 = ln{1 + exp[2π (E − VB ) / hϖ B ]} 2E Teniendo en cuenta el comportamiento de esta expresión a alta energía y desarrollando en serie la exponencia a baja energía: ⎧πRB2 [1 − (VB / E)] para E > VB σ f (E) = ⎨ 2 ⎩ hϖ BRB exp[− 2π (VB − E) / hϖ B ] para E < VB ( ) José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión 9 Reacciones de fusión considerando excitaciones internas: Los modelos anteriores describen la fusión como un proceso de absorción en el canal elástico. Para núcleos pesados debemos tener en cuenta los canales inelásticos. - los canales inelásticos tienen menos energía cinética y por tanto menor transmisión - la interacción responsable de los canales inelásticos hace disminuir la barrera efectiva h(ξ ) estados internos h2 2 ∇ + Vo (r) + h(ξ ) + Vcoup (r, ξ ) H=− Vcoup (r, ξ ) acoplamiento entre estados 2μ internos y movimiento Introduciendo los estados internos φb(ξ) con energías εb: Vbc (r) = ∫ dξφb* (ξ )Vcoup (r, ξ )φc (ξ ) Ψa (r, ξ ) = ∑ Ψab (r)φb (ξ ) b A partir de la ecuación de estados acoplados podemos determinar el coeficiente de transmisión para cada estado:: ⎛ h2 2 ⎞ ⎜⎜ − ∇ + Vbb (r) + ε b − E ⎟⎟Ψb (r) = −∑ Vbc Ψc (r) c ≠b ⎝ 2μ ⎠ José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión 9 Interés de las reacciones de fusión: Æ Estudio de la estructura del núcleo: - producción de núcleos superpesados Æ Astrofísica nuclear - nucleosíntesis estelar Æ Producción de energía por fusión José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión 9 Producción de elementos superpesados (experimento SHIP): Æ Descubrimiento de los elementos: - Z=107 (Borhium) - Z=108 (Hassium) - Z=109 (Mettnerium) - Z=110 (Darmstatium) - Z=111 (Roentgenium) GSI Dubna José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de pre-equilibrio 9 Reacciones inducidas por protones o neutrones con energías entre 10 y 100 MeV: - En este rango el nuclón incidente u otro nucleón del núcleo blanco tienen/adquieren energía suficiente (E>B) para escapar el núcleo compuesto antes de su termalización: emisión de pre-equilibrio. p+54Fe núcleo compuesto directas pre-equilibrio - Los modelos de pre-equilibrio se basan en el concepto del excitón, nucleón que queda en un estado ligado por encima del nivel de Fermi y hueco por debajo del nivel de Fermi producidos como consecuencia de la interacción del nucleón proyectil con el núcleo blanco. José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de pre-equilibrio 9 Modelos de pre-equilibrio: - Los modelos de pre-equilibrio describen una secuencia de colisiones a dos cuerpos entre los nucleones que se encuentran por encima del nivel de Fermi y los que están por debajo del nivel de Fermi gobernadas por la interacción NN. - En cada una de esas colisiones se producen dos excitones (un nucleón excitado y un hueco) pero el nucleón excitado puede ser emitido al continuo (emisión de pre-equilibrio). n = p + h Δn = 0,±2 Δp = 0,±1 Δh = 0,±1 - Las partículas y los huecos no se recombinan entre sí - La emisión de nucleones se describe utilizando argumentos estadísticos (principio de balanza detallada) ρ a Γa→b = ρb Γb→a - La propagación de excitones cesa cuando todos tienen una energía inferior a su energía de ligadura José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de pre-equilibrio 9 Modelos de pre-equilibrio: - Probabilidad de emisión de un nucleón x (protón o neutrón) con energía cinética ε desde un sistema con n excitones P (ε ) = [n Xx ⋅℘n (ε )]Rc (ε )Dn n x n Xx = 2n + 1 2 - número de nucleones x (protones o neutrones) por encima del nivel de Fermi n −2 n −1 ⎛ ε ⎞ ℘n (ε ) = ⎜1 − ⎟ E ⎝ E⎠ λc (ε ) Rc (ε ) = λc (ε ) + λ+ (ε ) n−2 Dn = ∏ n =no - probabilidad de tener un nucleón con energía ε>εF en un sistema con n excitones y energía de excitación total E. λ+ (ε ) = vρσ NN 2ε c ρ (ε ) λc (ε ) = σ inv (ε c ) c c λ+ (ε ) λ+ (ε ) + λc (ε ) m gΩ probabilidad de emisión de un nucleón excitado al continuo −λ+: tasa de interacción entre nucleones − λc: tasa de emisión al contínuo - factor de desocupación: fracción de nucleones no emitidos al contínuo José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fusión incompleta - Reacciones entre iones pesados a energías entre 10 y 30 MeV/u en las que sólo parte del núcleo proyectil fusiona con el núcleo blanco - Estas reacciones permiten estudiar la estructura de cluster del núcleo proyectil (e.g. 6Li = α+d) -Las probabilidades relativas de fusión y fusión incompleta también proporcionan información sobre la dinámica de la materia nuclear - Las correlaciones angulares en reacciones de fisión permiten cuantificar la fracción de cada uno de estos procesos. El ángulo relativo entre los fragmentos de fisión depende del momento transferido y éste es diferente según la fusión sea completa o no. José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones profundamente inelásticas - Reacciones entre iones pesados a energías entre 20 y 100 MeV/u de carácter di-nuclear (l>lf). Proyectil y blanco permanecen en contacto durante un cierto tiempo intercambiando nucleones y disipando mucha energía. Posteriormente se separan dando lugar a dos núcleos compuestos. - Este canal de reacción puede identificarse representando la masa final de los fragmentos producidos en reacciones binarias en función de su energía . 84Kr+209Bi difusión elástica y fusión José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto difusión elástica e inelástica Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones profundamente inelásticas - El mayor interés de estas reacciones es que permiten estudiar la dinámica de la materia nuclear y en particular fenómenos disipativos. - Para ello se mide la energía disipada en función del tiempo de contacto entre proyectil y blanco utilizando diagramas de Wilczynski (ángulo de emisión del residuo del proyectil en función de su energía) La relación entre tiempo y ángulo la obtenemos a partir del momento de inercia (Ar+Au a 220 MeV, l=50h): l = ℑϖ 2 2 2 ϖ = 3.7 10 20 rad/s ℑ = M1R12 + M2R22 + μ (R1 + R2 ) ⇒ 5 5 1 rad ⇒ 2.7 10 -21 s l = 50 h - Los espectros de energía de las partículas emitidas indican termalización. Por tanto la energía se disipa en poco tiempo (10-21 s): sistema muy viscoso 40Ar+232Th - Las distribuciones isotópicas de los núcleos residuales en las reacciones 40Ar+58Ni y 40Ca+64Ni son similares: el cociente N/Z se equilibra muy rápidamente - la asimetría de masa no se equilibra en ese tiempo - La energía cinética de los fragmentos es inferior a la de repulsión coulombiana suponiendo núcleos esféricos: los núcleos pueden deformarse en 10-21 s José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de espalación 9 Reacciones inducidas por protones relativistas (T>100 MeV): Æ Proceso rápido: tiempo de interacción ~10-22 s Æ λ ~ 1 fm: trayectorias clásicas Æ Reacción dominada por colisiones N-N 9 Modelos de cascada intra-nuclear: Æ Colisiones N-N clásicas inducidas por el protón incidente y que se propagan dentro del medio nuclear Æ Cinemática relativista Æ Colisiones elásticas e inelásticas con desintegración inmediata de las resonancias Δ y propagación de nucleones y mesones Æ Las trayectorias de nucleones y mesones se siguen en el espacio de fase (r,p) Æ Las trayectorias que dan lugar a estados finales ocupados son descartadas: principio de exclusión de Pauli José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de espalación 9 Modelos de cascada intra-nuclear: condiciones iniciales 9 el nucleon incidente colisiona con el núcleo blanco con un parámetro de impacto elegido aleatoriamente entre b=0 y b=bgr 9 los nucleones del núcleo blanco son posicionados aleatoriamente dentro de una esfera de momento con radio pF = 270 MeV/c y otra esfera de posición con radio R=1.12A1/3 fm 9 correlaciones entre posición y momento (r-p) se tienen en cuenta José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de espalación 9 Modelos de cascada intra-nuclear: criterio de colisión 9 los nucleones siguen trayectorias rectilíneas hasta que dos de ellos alcanzan una distancia de mínima aproximación definida como: dmin ≤ σtot/π 9 las colisiones pueden ser elásticas o inelásticas: Æ colisiones elásticas ⎛ dσ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ dΩ ⎠ NN → NN Æ colisiones inelásticas ⎛ dσ ⎞ Δ → Nπ ⎜ ⎟ d Ω ⎝ ⎠ NN →NΔ 9 las colisiones que dan lugar a una posición del espacio de fases (r-p) ya ocupada están prohibidas (principio de exclusión de Pauli) José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de espalación 9 Modelos de cascada intra-nuclear: masa, energía de excitación y momento angular del núcleo remanente 9 tras cada colisión, los núcleos con energía cinética superior a su energía de ligadura escapan del núcleo cuando alcanzan su superficie 9 al final de la cascada intranuclear la energía de excitación se evalúa como: E*= ∑ (T k - Vo) - εF k∈Arem 9 el momento angular se calcula a partir de argumentos clásicos Nejec l = rproj × pproj - ∑ rj × pj j =1 José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de espalación 9 Modelos de cascada intra-nuclear: masa y energía de excitación de los residuos producidos en la reacción p(1 GeV)+208Pb <E*> <Arem> <Zrem> <lrem> 200 MeV 203 81 10 José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de espalación 9 Modelos de cascada intra-nuclear: desexcitación del residuo, modelo estadístico de Weisskopf 9 Modelo de Bohr: Æ recorrido libre medio de los nucleones dentro del núcleo pequeño Æ colisiones múltiples y distribución de la energía Æ pérdida de memoria sobre el canal de entrada Æ el canal de salida sólo depende de las cantidades que se conservan 9 equilibrio termodinámico: Æ todos los posibles estados finales son equiprobables Æ la probabilidad de un determinado canal de desexcitación está determinada por la densidad de estados finales correspondientes a ese canal 9 excitaciones en el continuo: Æ para valores grandes de la energía de excitación no pueden considerarse niveles indivicuales Æ descripción estadística basada en densidades de niveles José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de espalación 9 Estudio experimental de las reacciones de espalación: FRagment Separator (FRS) A Bρ ∝ Q βγ José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de espalación 9 Interés de las reacciones de espalación: 9 Fuentes de neutrones para la transmutación de residuos radiactivos 9 Propagación de la radiación cósmica 9 Producción de núcleos exóticos 9 Nueva física: núcleos altamente excitados, fisión,… José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fragmentación 9 Descripción geométrica de la reacción: Æ Concepto de participante-espectador José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fragmentación 9 Modelo de abrasión: 9 Pérdida de masa del proyectil: parámetro de impacto A residuo = A proyectile ⋅ f (b) 9 N/Z: distribución hipergeometrica ⎛ Z p ⎞⎛ N p ⎞ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ z ⎟⎜ n ⎟ P(N p - n, Z p - z) = ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎛ Ap ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ a ⎟ ⎝ ⎠ 9 Energía de excitación: excitaciones partícula-hueco de los nucleones arrancados del mar de Fermi José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008 Reacciones de fragmentación 9 Interés de las reacciones de fragmentación: 9 Dinámica de las reacciones entre iones pesados 9 Producción de núcleos lejos de la estabilidad 9 Radioterapia con iones pesados José Benlliure, Reacciones de núcleo compuesto Curso de Doctorado de Física Nuclear, Santiago, Marzo de 2008