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Pesquisa em Astrofísica Nuclear 

Astrofísica nuclear é um dos campos mais ativos da física nuclear atualmente. Para informações recentes sobre as pesquisas nesse campo eu sugiro os seguintes artigos de revisão:

Nucleossíntese dos elementos leves (A<30)

 

A formação dos elementos nos vários cenários astrofísicos; universo primordial, meio intergalático, estrelas, explosões de novas e supernovas se dá por meio de reações nucleares. Dentre as reações nucleares que têm um papel determinante na produção de energia e na existência e evolução dos diversos entes astrofísicos temos as reações de captura de prótons, nêutrons e alfas. O estudo dessas reações nucleares faz parte do que chamamos Astrofísica Nuclear. Apesar do considerável esforço e progressos tanto experimental quanto teórico, muitas reações importantes para astrofísica ainda não foram investigadas e várias questões permanecem ainda em aberto. Ainda não dispomos de todos os dados experimentais de que precisamos e a maioria das informações necessárias para os modelos e simulações dos processos de nucleossíntese são ainda baseadas em extrapolações ou modelos teóricos sem uma firme base experimental. As taxas de reações envolvendo núcleos leves (A<30) são muito influenciadas pelas poucas ressonâncias presentes em alguns núcleos e a teoria nuclear não é ainda muito eficiente para prever com boa precisão as energias e outras propriedades espectroscópicas como spin, largura dos níveis e intensidade dessas ressonâncias. A consequência disso é que ainda não somos capazes de prever o resultado final de vários processos estelares. Portanto, investigação da espectroscopia de alguns núcleos , através de técnica desenvolvidas na Física Nuclear, são muito importantes.

Espectroscopia nuclear na investigação de reações de interesse astrofísico

 

            A obtenção experimental direta das taxas para as reações de captura de prótons e alfas são bastante difíceis devido a baixa probabilidade com que elas ocorrem nas energias de interesse para astrofísica. As seções de choque são muito baixas devido a barreira Coulombiana. Em geral seções de choque são medidas em energias um pouco acima das energias de interesse para astrofísica e os resultados são extrapolados para as energias mais baixas. Essa extrapolação, porém, não é simples pois muitas dessas reações envolvem ressonâncias que interferem entre si de forma complexa. Medidas em laboratório de reações de captura de nêutrons também são experimentalmente muito complicadas porque não dispomos facilmente de feixes de nêutrons. Reações de captura de nêutrons por elementos radiativos, por sua vez são experimentalmente impossíveis, pois não podemos ter a combinação feixe-alvo com elementos radioativos de vidas-médias curtas e nêutrons. Para superar as dificuldades e limitações experimentais impostas para medidas diretas de reações de captura, vários métodos considerados indiretos tem sido propostos. Dentre eles podemos destacar o uso de reações de transferência para determinar o fator espectroscópico ou o coeficiente de Normalização Assintótico (ANC), caso a reação seja periférica. Os fatores espectroscópicos ou ANC são usados para normalizar a parte não ressonante da seção de choque de captura.  A forma convencional de se obter fatores espectroscópicos dos núcleos, que estão relacionados com a probabilidade de se encontrar um núcleo numa determinada configuração, é com reações de transferência induzidas por núcleos leves do tipo (d,p), (d,n), (p,d) ou mesmo (3He,d). Para o caso de fatores espectroscópicos envolvendo partículas alfa podemos usar as reações de transferência alfa (6Li,d) ou (7Li,t). Outra forma de obtermos informações espectroscópicas é utilizando-se reações do tipo espalhamento altamente inelástico A(p,p')A* onde os prótons são utilizados para popularem estados excitados do núcleo A em energias de excitação acima do limiar de decaimento de partículas. Para obtermos as informações espectroscópicas como energia e spin dos estados excitados e ressonâncias precisamos obter espectros de energia das partículas de recuo provenientes de reações de transferência com uma boa resolução em energia. Isso é possível utilizando-se espectrógrafo do tipo split-pole como o disponível no IPN de Orsay.

 Spectroscopic investigation of the unbound states in 23Mg relevant for the 22Na(p,g)23Mg reaction in O-Ne novae and supernovae.

 

The gamma-ray emission from the 22Na is a very important tracer to diagnose models for novae and supernovae. The proton capture 22Na(p,g)23Mg is the key reaction that influences the 22Na abundance in ejecta. The rate for this reaction is dominated by narrow, isolated resonances, which energies and strengths have been investigated both indirectly and directly in the past. Some of these resonances are now well established while other are still controversy or poorly known. We are proposing to improve the knowledge of the spectroscopy of the 23Mg nucleus (above the proton threshold) by using the neutron transfer 24Mg(3He,a)23Mg reaction at the Orsay Tandem-Alto facility, and the Split-Pole spectrometer. Our proposal is to measure angular distributions at 20 MeV incident energy for the alphas of various excited states between 7.5 and 9.5 MeV of the residual 23Mg nucleus. From a finite range DWBA analysis of these angular distributions we intend to reliably obtain the transferred angular momentum for various states, as well as neutron spectroscopic factor.

 Spectroscopic investigation of the unbound states in 22Ne relevant for the 18O(a,g)22Ne and 18O(a,n)21Ne reactions during stellar He burning.

 

The nucleossynthesis in the s-process follows the nuclear valey of stability. The main component of this process, which produces nuclei with masses of A<90, is likely to occur in the He-burning shell in low mass asymptotic giant branch (AGB) stars with typical T9 > 1. In intermediate-mass AGB stars the 22Ne(,n)25Mg reaction is the main source of neutrons. This reaction have still some uncertain in the relevant temperature. The 22Ne
is formed by the reaction sequence 14N(a,g)18F(b)18O(a,g,)22Ne, where, by its turn, the 14N comes from the ashes of hydrogen burning. The resulting 22Ne abundance and hence the subsequent 22Ne(a,n)25Mg neutron source depends on the alpha capture reaction on 14N and 18O as well as on the competing 18O(a,n)21Ne reaction. These reactions, at the relevant temperatures, are expected to be dominated by low-energy resonances. The first reaction is well understood, while the alpha capture on 18O is still affected by some uncertainties. We are proposing to improve the knowledge of the spectroscopy of the 22Ne nucleus, in the excitation energy range of 9.5 to 12.0 MeV (above the alpha and neutron thresholds)
by using the -transfer 18O(7Li,t)22Ne reaction. The experiment will be performed with a 30 MeV 7Li beam from the Maier-Leibnitz-Laboratorium (MLL) in Munich and the Triton will be momentum analyzed by the Q3D spectrometer.

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