studio della reazione
7Be(n,α)
4He
Al fine di riuscire ad investigare i potenziali problemi relativi alla configurazione scelta per la misura della reazione 7Be(n,α)4He, un sandwich di Silici con all’interno il LiF è stato posizionato nella parte inferiore del beam dump, venendo così esposto sia ai neutroni del fascio, sia ad un’intenso campo di particelle secondarie prodotte dall’interazione dei neutroni con il beam dump stesso. I risultati di questa anali-si sono ancora preliminari ma, come mostrato in questo paragrafo, estremamante incoraggianti.
Nella Figura 4.5 sono riportati i segnali registrati nei due Silici una volta inseriti nel fascio. Si può notare come i due Silici, nonostante vengano sottoposti ad un intenso flusso di particelle, riescano comunque a rivelare in coincidenza i due prodotti di reazione, ovvero le alfa e i tritoni e come tali segnali siano ben distinguibili dal rumore di fondo. Se si considera inoltre che il Q valore della reazione 7Be(n,α)4He è più di quattro volte superiore rispetto a quello della reazione 6Li(n,α)3H, a maggior ragione i due Silici saranno in grado di rivelare in coincidenza e ben al di sopra del rumore le due particelle alfa emesse.
time (ns) 3575 3580 3585 3590 3595 3 10 × F A D C ( C h a n n e l) 0 20 40 60 80 100 120 140 Silicon 1 Silicon 2
Figura 4.5: Forma d’onda registrata nei FADC per due interazioni di neutroni con il sistema di rivelazione. La forma d’onda relativa al primo silicio è in blu, quella relativa al secondo in rosso. Sono visibili due segnali e ognuno di essi mostra la rivelazione in coincidenza dei due prodotti di reazione 6Li+n: le alfa e i tritoni.
Nello spettro d’ampiezza riportato in Figura 4.6 viene mostrata la risposta del rivelatore in termini di risoluzione e come questa sia rimasta praticamente invariata nonostante i rivelatori siano stati esposti al fascio all’incirca per una settimana (circa 0.5×1018protoni, corrispondenti ad un flusso di neutroni integrato di 1012neutroni). Dalla Figura si può notare come il rivelatore sembri non risentire di particolari danni da radiazione all’aumentare della dose assorbita.
La corrente inversa dei due silici è stata monitorata e, come atteso, è aumentata in modo proporzionale alla dose assorbita, con un rate di qualche nA per ora. L’effetto di tale corrente, come visto nei plot precedenti, non ha intaccato il funzionamento dei rivelatori e si prevede sulla base di tali test che raggiungerà alla fine della misura un valore non compromettente per le performance dei Silici.
Figura 4.6: Confronto dello spettro d’ampiezza di uno dei due rivelatori al Silicio misurati all’inizio e a metà del test, dopo che i rivelatori sono stati sottoposti a un irraggiamento di circa 1012 neutroni. Non sono visibili grandi differenze nelle performance del rivelatore.
In conclusione i risultati preliminari dei test effettuati mostrano dunque che è possibile effettuare lo studio della reazione 7Be(n,α)4He anche ponendo i Silici diret-tamente nel fascio di neutroni della seconda area sperimentale di n_TOF. Infatti non sembrerebbero esserci particolari problemi nè per il background indotto dall’intenso fascio che incide sui rivelatori, nè per il degrado che i rivelatori subiscono a seguito dell’esposizione al fascio. Un ulteriore test sotto fascio è programmato per il futuro,
per ottimizzare l’elettronica di processamento dei segnali e per verificare che non ci siano problemi dovuti al deposito di 7Be che produrrà circa 10 GBq di fotoni di 500 keV circa.
Gli studi effettuati sulle reazioni indotte dai neutroni in varie facility hanno fornito, nel corso degli anni, risultati d’interesse in molti campi della Fisica Nucleare fon-damentale e applicata. Ciononostante esiste ancora oggi la necessità di raccogliere nuovi dati caratterizzati da una maggiore accuratezza e risoluzione, in particolare sugli isotopi radioattivi.
Al fine di soddisfare le numerose richieste della comunità scientifica, è stata co-struita al CERN una nuova facility di neutroni, n_TOF "neutron Time-Of-Flight", divenuta operativa nel 2001. Ciò che contraddistingue n_TOF dalle altre facility è il fatto che si basa su un fascio di protoni di alta energia e altissima corrente di picco che produce un fascio di neutroni di elevato flusso istantaneo, ampio spettro energetico, alta risoluzione e elevato rapporto segnale/fondo.
Tutto questo, unito a sistemi di rivelazione e acquisizione dati ottimizzati e performanti, ha permesso di ottenere sin dal principio risultati altamente accurati.
Nel Giugno 2014 è stata completata ad n_TOF la costruzione di una seconda linea di fascio con la relativa area sperimentale, una delle poche al mondo ad utilizzare un flusso verticale di neutroni. La sua realizzazione ha consentito di avere una seconda sala sperimentale, EAR2, complementare e allo stesso tempo indipendente dalla prima, EAR1, e di ottenere un flusso di neutroni 30 volte superiore a causa della più corta base di volo (20 m). Il maggior flusso di neutroni presente in EAR2, permette di misurare campioni molto piccoli (massa<1 mg), isotopi radioattivi a corta vita media e isotopi con bassa sezione d’urto.
Nel corso di questa tesi, è stato determinato il flusso neutronico e la sua di-pendenza dall’energia dei neutroni in entrambe le aree sperimentali, per mezzo di sistemi trasparenti basati su rivelatori a stato solido e sulla reazione di conversione
6Li(n,α)3H. Una conoscenza accurata del flusso è essenziale nella misura delle sezioni d’urto di cattura e di fissione.
Relativamente alla prima area sperimentale il flusso è stato determinato dal ter-mico fino a 2 MeV attraverso il rilvelatore SiMon ed è stato trovato in un buon accordo con i risultati ottenuti tramite altri sistemi di rivelazioni e per mezzo di
analisi indipendenti dalla presente. Questo consentirà di produrre un unico flusso, valutato sulla base di questi risultati, che sarà poi utilizzato per analizzare tutti i dati ottenuti dalla Collaborazione n_TOF nella campagna sperimentale del 2014.
E’ stato anche determinato, per la prima volta, il flusso nella seconda area spe-rimentale in un range che va da 0.01 eV fino a qualche MeV, attraverso il rivelatore SiMon2. I risultati ottenuti confermano, all’interno degli errori sistematici, le previ-sioni delle simulazioni in termini di valore assoluto e quelli ottenuti con altri sistemi di rivelazione, in particolare in termini di dipendenza energetica del flusso.
Assieme alla caratterizzazione del fascio neutronico in termini di flusso e della sua dipendenza energetica, nella seguente tesi è stato affrontato il problema delle misure ad n_TOF delle sezioni d’urto per le reazioni 7Be(n,α)4He e 7Be(n,p)7Li di interesse per la nucleosintesi del Big Bang. L’assoluta mancanza o incompletezza dei dati sperimentali esistenti su queste due reazioni non permette al momento di fornire una risposta esaustiva al problema del Litio di origine primordiale (o cosmologico).
A questo riguardo sono stati effettuati dei test sul set up sperimentale che sarà utilizzato per la misura di queste importanti sezioni d’urto. I test sono stati in parti-colare rivolti allo studio degli effetti del fascio di neutroni sui rivelatori da utilizzare nella misura della 7Be(n,α)4He e i risultati preliminari hanno avuto un esito positi-vo. La misura della sezione d’urto della reazione 7Be(n,α)4He è in programma per la campagna del 2015.
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Ringraziamenti
Il mio è stato un lavoro impossibile, come tanti altri. Mi sono ammazzata di fatica e ci sono stati momenti in cui avrei voluto andarmene, poi la fatica aumentava e mi dimenticavo di andarmene, e i minuti non passavano mai, e mi sembrava di vivere intrappolata dentro un unico minuto, senza via di scampo, troppo inebetita per tagliare la corda e senza un posto dove rifugiarmi se anche l’avessi fatto. C’è una dozzina di modi per perdere una corsa e un modo solo per vincerla. Si dice che alla fine, quelli che vincono sono coloro che pensano di poterlo fare e allora io ho immaginato di arrivare da qualsiasi parte, dovunque io potessi desiderare. Così ho imparato che mai ti è dato un desiderio senza che ti sia concesso anche il potere di farlo realizzare. Può darsi che tu debba faticare per ottenere ciò che ardentemente desideri, ma non è proprio questo il bello? Non esiste nulla che sia un problema senza un dono per te nelle mani. Uno può decidere di fare la coda per sempre o può scoprire di essere adatto a qualcosa, come la chiave di una serratura che apre una certa porta. La mia corsa verso questo momento è stata uno spettacolo meraviglioso e non ho pagato neppure il biglietto.
Un grazie particolare va ai mei due relatori, Massimo Barbagallo e Nicola Colonna che con i loro consigli e le loro direttive sono riusciti a guidarmi in questi mesi che sono sì stati duri, ma anche ricchi di nuove esperienze. Ho imparato tanto grazie alla vostra pazienza e al vostro entusiasmo. Grazie per avermi dato la possibilità di capire quanto profondamente mi piaccia il cammino che ho deciso di intraprendere; sono fiera di aver scelto di condividere con voi questa che è la fine, ma anche l’inizio del mio percorso.
Massimo grazie per aver sempre creduto in me, anche quando mi hai scelto per tirare quel rigore! Lo so che non mi hai ancora perdonato per aver portato la squadra alla sconfitta :D, ma spero di averti dato un po’ di soddisfazioni durante il lavoro che abbiamo affrontato assieme, io ce l’ho messa tutta :). Oramai ti vedo come una guida, anche perchè hai l’età giusta per esserlo :P. Mi spiace per te, ma non ti sarà facile liberarti di me!
quando la vedi la riconosci, soprattutto perché provi un senso di benessere quando le sei vicino. Ti ringrazio per tutte le litigate, per la pace, per i sogni e le speranze con-divise, per quella chiacchierata sulla spiaggia a San Menaio sotto le stelle (disturbata ad un certo punto da dei dodicenni :P) per essere la mia sorellina e per apprezzarmi per quella che sono: una sbadata che però ti vuole davvero bene. Grazie per essere al tempo stesso lo scoglio e l’onda del mio mare.
Mamma grazie per le torte! Per il tuo essermi sempre silenziosamente accanto, per tutte le volte che hai ascoltato i miei esami, per gli abbracci nei momenti difficili e in quelli strafelici, grazie per prenderti cura di me e difendermi da tutto e da tutti. Sono felice di averti e di essere un pezzo di te.
Papà, lo sai, tu sei e sarai sempre il mio compagno di giochi (wainzghein!!!). Il tuo sorriso e la tua allegria ti caratterizzano e ti rendono l’uomo meraviglioso che sei, l’uomo che può sembrare tanto duro, ma che poi si commuove con me davanti ad un film. Sei il mio supereroe preferito e spero di averti reso orgoglioso di me! Grazie per avermi insegnato la sensibilità.
Marianna, tu sei una grande amica e voglio ringraziarti soprattutto per non aver-mi mai dato per scontata. Mi hai sempre tirata su e hai sempre cercato di faraver-mi capire quanto valessi, anche quando mi davo per spacciata (ed è successo molte volte). Grazie per essere mia amica e per non perdere mai l’occasione di starmi accanto.
Elena, che strana che è la nostra storia non trovi? Sei la persona che più di tutte mi ha stupito e scoprire quanto siamo simili è stata una delle cose più strane che mi siano mai capitate, ma che posso farci? So che su di te posso sempre contare, per ridere, per piangere come due imbecilli :) e perchè no? Per condividere un brodino caldo la sera, come due vecchie!!! Sei una fiamma sempre viva e la tua luce si vede da lontano (gh).
Nuciiiii come potrei dimenticarmi di te??Stavolta sei venuto alla mia laurea eh?!?! ne sono felice :). Spero che ciò che hai visto o che stai per vedere (dipende da quando avrai deciso di rubare la tesi per leggere di te con quell’aria spocchiosa e simpatica) ti abbia soddisfatto. Ho deciso di ringraziarti per avermi spinto ad essere più forte e per avermi insegnato a prendere la vita con più leggerezza, mostrandomi che l’affrontare i giorni e le sorprese che ti riserva la vita può essere anche fatto in modo spensierato e facile come bere uno Spritz in una giornata calda d’estate.
Goffryyy ti ringrazio per la tua risata coinvolgente e per portare sempre tanta allegria ovunque il tuo animo viaggiatore ti spinga. Sei un raggio di sole :)
Grazie anche a Jacopo, Diana e la piccola Luna, siete bellissimi insieme e ogni volta che vi guardo mi sento sommersa da un’immensa tenerezza.
Simone, tu sei il mio amico del firmamento. Non ti risparmi nel dimostrare il tuo affetto, nè quando si tratta di aiutare qualcuno. Ti ringrazio per tutte le volte che
lo hai fatto e per tutte le volte che mi hai fatto sorridere facendo anche dell’ironia su te stesso! Sei tu l’uomo di: "un uomo senza pancia è come un cielo senza stelle". Ti abbraccio Pan!
Ale, tu sei assolutamente un temporale estivo, vista mare! Dentro di te hai un sacco di colori e ti ringrazio per avermeli fatti scoprire un po’ alla volta (non dimenticherò mai la nostra conversazione sui profumi :P). Sei la mia ispirazione ad andare controcorrente!
Vito, anche se sei lontano spero che il mio pensiero oggi possa in qualche modo raggiungere anche te :) sappi che mi manchi e ti ringrazio per aver reso il tuo affetto e il tuo supporto così presenti soprattutto negli ultimi giorni.
E ora tocca al mio tipetto da spiaggia *.*! Se chiudo gli occhi immagino la tua faccetta allegra che mi sorride, la sto immaginando anche adesso :). Sei il mio pensiero felice, sicuramente quello che userei se fossi un bambino sperduto e dovessi affrettarmi a volare. Se tu fossi un libro, saresti sicuramente il più colorato in mezzo a tanti altri su uno scaffale polveroso e io non potrei far altro che scegliere di leggere te, sicura di trovare tra le tue pagine racconti sui draghi o avventure in foreste misteriose alla ricerca di un tesoro. Ti leggerei in una soffitta assolata, lontana dalla realtà, presa da ogni parola..il mio libro preferito :) uno di quelli che ti dà un rifugio sicuro di ricordi anche solo risfogliandolo dopo averlo appena letto. Grazie per permettermi di essere me stessa senza mai per questo farmi sentire inappropriata, senza doverti mai dare troppe spiegazioni. Conserva per sempre quello che sei, solitario, diverso, uno che non incontri mai, perso, andato, con l’anima in fiamme.
Matteo, non ti ho mai ringraziata per avermi aiutata (circa 13 anni fa) a rialzarmi da quella brutta caduta sulla bici! Da allora sei il mio migliore amico e, anche se stiamo lontani per un lungo periodo, quando ci rivediamo è sempre festa! :)
Marzietta, amica di viaggio, donna frizzante. Tu sei un ice-berg perchè lasci trapelare solo la punta di quello che sei; eh ma io l’ho capito quanto vali sai? Insegui sempre i tuoi sogni e grazie per aver condiviso con me questo giorno.
Fiòòò non mi sto mica dimenticando di te!!! Tu sei il mio amichetto, il primo che ha avuto il coraggio sovrumano di diventare mio amico qui a Bari :D. Grazie per essere stato il mio Thor!! Senza il tuo aiuto "a suon di martello" sai quante volte sarei rimasta fuori la porta di casa? E senza le nostre chiacchierate, sai quante volte mi sarei sentita persa?? :) Ahhhhhh grazie per quella notte in cui, non ho ancora capito spinto da cosa, hai illuminato dalla strada tutta la mia stanza col tuo laser verde. In quel momento ho seriamente creduto che gli alieni stessero per rapirmi! :D (Ti odio)
Un grazie gigantesco va anche alle mie cugine e i miei cugini con cui ho avuto la fortuna di condividere tutto crescendo. Grazie anche a tutto il resto della mia
famiglia e al resto dei miei amici che, pur non avendo citato uno per volta e pur essendo lontani, sono nel mio cuore.
1.1 Diagramma Hertzsprung-Russel schematico. Sono ben visibili la se-quenza principale che lo attraversa da sinistra a destra e le zone delle giganti rosse e delle nane bianche. . . 4 1.2 Percorsi di cattura neutronica del processo-s e del processo-r sulla
carta dei nuclidi. La zona in grigio indica il percorso per il processo-r teorico per un flusso di neutroni plausibile. I nuclei magici per numero di neutroni sono indicati da linee verticali [7]. . . 7 1.3 Sezioni d’urto di cattura neutronica per il 99T cmediate sulla