Aceleradores de partículas y nuevos materiales para estudiar reacciones nucleares “exóticas”

 

Investigadores del Centro Nacional de Aceleradores (CNA), en colaboración con investigadores del grupo NanoMatMicro del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), han conseguido aplicar un material sólido compuesto de silicio y helio para su uso como blancos en experimentos de Física Nuclear, obteniendo experimentalmente la medida de secciones eficaces del proceso ⁴He(p,p)⁴He. Para ello se ha hecho uso de un haz de protones en un rango de energías y ángulos propios de las medidas de técnicas de análisis con haces de iones.

 

 

Una de las herramientas experimentales más potentes para la investigación de las propiedades de los núcleos alejados de la línea de estabilidad, los llamados núcleos "exóticos", es el estudio de reacciones nucleares ya sea con protones ya sea con iones de He. En principio, y debido a su naturaleza no se espera que sea posible aplicarles una descripción en los mismos términos que a los núcleos estables. Dado que los núcleos exóticos no se pueden usar como blancos, debido a su corta vida media, para estudiar estas reacciones se utilizan haces de núcleos "exóticos" y blancos de He. Una dificultad de estos experimentos radica en que los blancos de Helio para experimentos de reacciones nucleares conllevan un tratamiento complicado ya que el He es gas y no forma moléculas sólidas.

 

Por otro lado, la determinación experimental de secciones eficaces de reacciones de protones con blancos ligeros como el He, resulta fundamental en aplicaciones de análisis elemental como las técnicas de análisis con haces de iones.

Se han realizado experimentos de medidas de secciones eficaces del proceso ⁴He(p,p)⁴He utilizando un haz de protones. Para ello, se ha empleado el acelerador Tándem de 3 millones de voltios del CNA.

 

El material utilizado como blanco, target, de la reacción nuclear consiste en una película delgada de una matriz sólida de silicio amorfo que contiene nanoburbujas, donde se alberga una gran cantidad de helio en estado condensado, sobre un sustrato.

 

Se ha comprobado el buen acuerdo de la sección eficaz calculada con estos blancos en el CNA con las calculadas por diversos autores anteriormente. Este hecho, junto con la estabilidad del material bajo irradiación con haces de iones ha llevado a proponer el material, fabricado por el grupo NanoMatMicro del ICMS, como "blancos sólidos de He", en experimentos modelo de Física Nuclear.

 

La sección eficaz obtenida experimentalmente en el CNA ha sido añadida recientemente a la Librería de datos nucleares para técnicas de análisis con haces de iones (IBANDL, Ion Beam Analysis Nuclear Data Library) de la Agencia Internacional de la Energía Atómica (IAEA, International Atomic Energy Agency).

 

Los prometedores resultados de este trabajo han sido publicados en la revista ACS Omega, perteneciente a la American Chemical Society y han sido patentados conjuntamente por la Universidad de Sevilla y el CSIC.

El Centro Nacional de Aceleradores es una ICTS de localización única que forma parte del Mapa de ICTS actualmente vigente, aprobado el 7 de octubre de 2014 por el Consejo de Política Científica, Tecnológica y de Innovación (CPCTI).