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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.43.2019.tde-12072021-081702
Documento
Autor
Nome completo
Pedro Vinícius Guillaumon
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Lejbman, Iuda Dawid Goldman Vel (Presidente)
Gammal, Arnaldo
Frederico, Tobias
Teixeira, Ricardo Roberto Plaza
Zuffo, Marcelo Knorich
Título em português
Estudo das reações natPb(p,xn)201-207Bi e discussão de possíveis contribuições astrofísicas para o processo r
Palavras-chave em português
astrofísica nuclear
espectroscopia gama
processo r
Resumo em português
Os mecanismos de produção de nêutrons para o processo r são revistos sob o ponto de vista da produção de urânio e tório em estrelas de diversas gerações. É proposto um novo mecanismo de produção dinâmica baseada em reações (p, xn) e (n, \gamma) em núcleos pesados, que chamamos de mecanismo r2p. São estudadas sistematicamente condições de energias de prótons e nêutrons para os quais este processo pode acontecer. Nosso modelo é capaz de reproduzir o processo r com fluxos de 10^{20} nêutrons s^{-1} cm^{-3}. Eventos críticos > 10^{30} nêutrons s^{-1} cm^{-3} e lentos ~10^{10} nêutrons s^{-1} cm^{-3} também podem ser reproduzidos, dependendo das energias dos prótons e abundância de elementos pesados iniciais. Discutimos possíveis sítios estelares para ocorrência deste mecanismo e implicações para a formação dos nucleo-cronômetros 232Th, 235,238U 244Pu. Estudamos as reações natPb(p,xn)201-207Bi utilizando feixe de prótons com energias entre 18 e 30 MeV do IPEN/CNEN-SP. É feito um perfil da seção de choque para estas reações e comparado com medidas prévias. Determinamos o limiar das reações 204Pb(p,3n)202Bi e 204Pb(p,4n)201Bi e realizamos uma análise empregando o modelo ótico para o núcleo composto com o software TALYS. Discutimos possíveis implicações para o processo r, para a energia de ligação de nêutrons e barreira coulombiana em núcleos pesados. Uma análise espectroscópica com detectores HPGe associada a acompanhamento de meia-vida foi realizada nos isótopos 201-206Bi formados. Estudamos possíveis incongruências no esquema de níveis e indicamos a existência de novos canais de decaimento beta para estados excitados do 204Pb. Desenvolvemos um método de calibração de energia gama baseado em análise fatorial e de componentes principais (PCA) que chamamos de Weighted Principal Polynomial Analysis (WPPA). Discutimos possíveis implicações deste método para medidas em física nuclear e astrofísica, bem como de sua utilização em algoritmos de aprendizagem de máquina.
Título em inglês
Study of reactions natPb(p,xn)201-207Bi and possible implications for the r-process
Palavras-chave em inglês
gamma spectroscopy
nuclear astrophysics
r-process
Resumo em inglês
We analyzed the possible neutron sources for r-process production in stars of first, second and third generation. We propose a new mechanism of dynamic production for r-elements based on (p, xn) and (n, \gamma) reactions on heavy nuclides. We called this r2p mechanism. We investigated proton and neutron energies that make that mechanism possible. Our model was able to reproduce r-elements like thorium and uranium with neutron flux of 10^{20} neutrons s^{-1} cm^{-3}. Critical conditions for neutrons flux of > 10^{30} neutrons s^{-1} cm^{-3} or slow r-process neutron flux (~10^{10} neutrons s^{-1} cm^{-3}) can be reproduced by our model, depending on the initial conditions. We discussed possible astrophysical sites for that mechanism and possible consequences for 232Th, 235,238U 244Pu nucleochronometers. The study of natPb(p,xn)201-207Bi reactions have been made using 18-30 MeV proton beam energies from IPEN/CNEN's cyclotrons. We measured the cross-sections for these reactions and compared with theoretical simulations made with TALYS code. The nuclear reaction threshold of 204Pb(p,3n)202Bi, and 204Pb(p,4n)201Bi are determined. We discuss possible consequences of that results for the r-process. Also, we discuss possible discrepancies among our results and theoretical simulations for the neutron bind energy and Coulomb barrier of bismuth. The spectroscopy study with HPGe detectors has been made in association with the half-live measurement in order to fully identify the isotopes' formation. We noted some discrepancies in the energy levels of the IT isotope 204Pb that comes from 204,206Pb(p,xn)204Bi reactions. This may be related to a new possible state for this reaction at low energies above the Coulomb barrier. Finally, we have for the first time measured the cross reactions for these reactions at that proton energies. A new non-linear energy calibration method is developed, based in Principal Components Analysis (PCA). Our method is called Weighted Principal Polynomial Analysis (WPPA). We discuss possible uses of that method in nuclear physics and astronomy measurements. Machine learning for physics analysis could also use that algorithm.
 
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PedroVGuillaumon.pdf (8.72 Mbytes)
Data de Publicação
2021-07-14
 
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