Fast-timing investigation with LaBr₃(Ce) arraysdetector optimization and measurements in ¹³⁶Te

Resumen

El estudio de núcleos con unos pocos nucleones de valencia fuera de la estructura de un núcleo doblemente mágico proporciona información muy relevante en la física nuclear. Debido a las modificaciones que aparecen en la estructura de capas y los comportamientos colectivos observados en la región cercana al doblemente mágico Sn(132), el núcleo Te(136), con dos protones y dos neutrones acoplados a Sn(132) (Z=50 and N=82), atrae gran interés, y por tanto es estudiado en esta tesis. El estudio se lleva a cabo mediante la medida de las vidas medias de sus estados excitados, ya que permiten el acceso directo a las probabilidades de transición electromagnética. Estas magnitudes son clave para entender los estados de partícula independiente, los efectos colectivos y configuraciones deformadas, además de poner a prueba los modelos teóricos. Los métodos de coincidencias ultrarrápidas son los más adecuados para el rango temporal en el que se encuentran las vidas medias del Te(136), que va desde decenas de picosegundos hasta unos pocos nanosegundos. Estos métodos se basan en el uso de centelleadores inorgánicos muy rápidos, cuya sensibilidad viene directamente determinada por la resolución temporal del sistema experimental, siendo su optimización determinante para alcanzar la mejor sensibilidad posible. En esta tesis además del estudio del núcleo Te(136), se ha llevado a cabo la caracterización exhaustiva de los principales elementos de un montaje experimental para la medida de vidas medias, junto a la optimización de la respuesta temporal de cada uno de ellos. El proceso implica la mejor selección de los detectores de LaBr3(Ce) atendiendo al tamaño, forma y dopaje, y el ajuste fino de la electrónica asociada con especial atención al Discriminador de Fracción Constante (CFD) ORTEC935, que es una pieza clave. Los trabajos de optimización han conseguido los mejores valores de resolución temporal medidos hasta ahora para cristales de este tamaño. Actualmente, los mejores instrumentos disponibles para la medidas de vidas medias son las grandes matrices de detectores de LaBr3(Ce), que son la evolución de los montajes estándares. La optimización presentada en esta tesis fue parcialmente motivado por el desarrollo e implementación de la matriz de LaBr3(Ce) FATIMA (FAst TIMing Array) que formará parte de los experimentos HISPEC-DESPEC en la instalación FAIR-GSI. Para este propósito se diseñaron y caracterizaron dos geometrías novedosas de LaBr3(Ce), un cristal cónico y uno híbrido-tapered. De las que se concluye que el cristal con forma de cono truncado es excelente para la construcción de matrices de LaBr3(Ce), ya que presenta buena respuesta temporal, buena resolución energética y geometría versátil. Los datos experimentales para el estudio del Te(136) fueron tomados durante la campaña EXILL-FATIMA que tuvo lugar en el ILL (Grenoble), en la que se utilizó un espectrómetro híbrido compuesto de una matriz de LaBr3(Ce), y de una matriz de HPGe, por primera vez en fisión inducida por neutrones. Como consecuencia de la gran producción de rayos-gamma, el fondo Compton presente en los datos es elevado dificultando el análisis, por tanto en esta tesis se ha desarrollado un procedimiento especial de corrección Compton. El análisis de los datos se llevó a cabo mediante una extensión de la técnica original de fast-timing para grandes matrices de detectores, basada en coincidencias retardadas entre los rayos-gamma que pueblan y desexcitan los niveles nucleares. La vida media medida para el estado 2+ ayuda a desenmarañar la actual inconsistencia de resultados experimentales, aunque sujeto a incertidumbres, el valor obtenido para el 4+ se encuentra de acuerdo con medidas previas y los valores para los estados 6+ y 8+ han sido medidos por primera vez. Las medidas experimentales se comparan con los valores teóricos disponibles en la literatura y con cálculos recientes de modelo de capas realizados por A. Gargano.