Study of charge sharing effect and energy resolution of the Timepix hybrid detector based on gallium arsenide compensated with chromium / Estudio del efecto de compartición de cargas y la resolución energética del detector híbrido Timepix de arseniuro de galio compensado con cromo

Abstract Among the latest ionizing radiation detectors, those based on chromium compensated gallium arsenide (GaAs:Cr) are ones of the most competitive for many applications due to their high Z and strong resistance to radiation damage. They have been used in high energy physics research, medical visualization and spatial technologies, geological prospecting, among other advanced fields. The object of this work is a 900 µm GaAs:Cr detector with Timepix readout technology. Some detector characteristics for three experimental conditions were measured and studied by using the X-rays from a synchrotron and an X-ray tube provided with different materials for obtaining the corresponding fluorescence photons. A complex function was used to decompose the differential spectra into the most important contributions involved. As an additional tool for the research, the mathematical modeling of the mobility of charge carriers generated by radiation within the active volume of the detector was used. The results of these charge sharing effect studies showed a noticeable prevalence in the detector of this effect, changing its contribution according to the experiment characteristics. The detector was calibrated for the planned experiments and the energy resolution was determined. From the analysis of all the obtained results and their comparison with those reported in literature, it was confirmed that the detector has a marked charge-sharing effect between neighboring pixels, being its performance more impaired as the energy of incident photons increases.

Resumen Entre los últimos detectores de radiación ionizante, los basados ​​en arseniuro de galio compensado con cromo (GaAs: Cr) son de los más competitivos para muchas aplicaciones debido a su alto Z y fuerte resistencia al daño de la radiación. Se han utilizado en investigación de física de alta energía, visualización médica y tecnologías espaciales, prospección geológica, entre otros campos avanzados. El objeto de este trabajo es un detector de GaAs: Cr de 900 µm con tecnología de lectura Timepix. Algunas características del detector para tres condiciones experimentales se midieron y estudiaron utilizando rayos X de un sincrotrón y un tubo de rayos X provisto de diferentes materiales para obtener los fotones de fluorescencia correspondientes. Se utilizó una función compleja para descomponer los espectros diferenciales en las contribuciones más importantes involucradas. Como herramienta adicional para la investigación, se utilizó el modelado matemático de la movilidad de los portadores de carga generados por la radiación dentro del volumen activo del detector. Los resultados de estos estudios de efecto de carga compartida mostraron una prevalencia notable en el detector de este efecto, cambiando su contribución según las características del experimento. El detector se calibró para los experimentos planificados y se determinó la resolución de energía. A partir del análisis de todos los resultados obtenidos y su comparación con los reportados en la literatura, se confirmó que el detector tiene un marcado efecto de reparto de carga entre píxeles vecinos, y su rendimiento se ve más afectado a medida que aumenta la energía de los fotones incidentes.

Microscopic description of low-lying properties in 168≤A≤170 Yb nuclei by the pseudo-SU(3) shell model / Descripción microscópica de las propiedades de baja energía de los núcleos 168≤A≤170 Yb usando el modelo pseudo-SU(3)

Abstract The rare-earth nuclei have well-known collective properties. The theoretical description of these nuclei represents a challenge to nuclear models, due to the enormous dimensions of the valence space, making the problem unmanageable. This leads us to use symmetry-based models, where it is possible to calculate in a free-truncation environment. In this work we present results for the energy spectrum and the electromagnetic properties in even-even Yb isotopes using the pseudo-SU(3) shell model. The model considers a Nilsson Hamiltonian that additionally includes the quadrupole-quadrupole and pairing interactions, systematically parameterized. The results show that the model considered is a powerful theoretical tool, allowing us to describe the normal parity sector of deformed rare earth nuclei.

Resumen Las propiedades colectivas de los núcleos de las tierras raras están muy bien determinadas. La descripción teórica de estos núcleos representa un desafío para cualquier modelo nuclear debido a las dimensiones excesivas del espacio de valencia, lo que vuelve el problema inmanejable. Esto nos lleva a emplear modelos basados en simetrías, donde es posible realizar cálculos sin truncamiento del espacio. En este trabajo se presentan resultados para el espectro energético y las propiedades electromagnéticas en isótopos para-par de iterbio, utilizando el modelo de capas pseudo-SU(3). El modelo considera el hamiltoniano de Nilsson, al que adicionalmente se le han incluido las interacciones cuadrupolo-cuadrupolo y de apareamiento, parametrizadas de forma sistemática. El resultado muestra que el modelo utilizado es una herramienta poderosa que permite describir el sector de paridad normal del espectro de núcleos deformados de las tierras raras.

Clustering in light nuclei and their effects on fusion and pre-equilibrium processes / Agrupamiento de núcleos ligeros y sus efectos en la fusión y procesos de pre-equilibrio

Summary The study of heavy ion nuclear reactionis an important tool to observe and disentangle different and competing mechanisms, which may arise in the different energy regimes. In particular, at relatively low bombarding energy, it is quite interesting the comparison between pre-equilibrium and thermal emission of light charged particles from hot nuclear systems [1-6]. Indeed, the nuclear structure of the interacting partners can be strongly correlated to the dynamics, especially at energies close to the Coulomb barrier, and this effect emerges when some nucleons or clusters of nucleons are either emitted or captured. In particular, a major attention has been devoted, in the last years, to the possible observation of cluster structure effects in the competing nuclear reaction mechanisms, especially when fast processes are involved. At this purpose, the four reactions 16O+30Si at 111 MeV, 16O+30Si at 128 MeV, 18O+28Si at 126 MeV, 19F+27Al at 133 MeV have been measured to study the onset of pre-equilibrium in an energy range where, for central collisions, complete fusion is expected to be the predominant mode. Experimental data were collected using the GARFIELD + RCo array [7], fully equipped with digital electronics at the LegnaroNational Laboratories. The comparison between experimental data and different model predictions have been performed: in particular, both dynamical models based either on Stochastic Mean Field (TWINGO) or Anti-symmetrized Molecular Dynamics and fully statistical models (GEMINI++) have been considered. Simulated events are filtered through a software replica of the apparatus, to take into account all possible distortions of the experimental distributions due to the finite size of the apparatus.

Resumen El estudio de la reacción nuclear iónica pesada es una herramienta importante para observar y esclarecer los diferentes mecanismos que compiten entre sí, que pueden surgir en los diferentes regímenes energéticos. En particular, a una energía de bombardeo relativamente baja, es bastante interesante la comparación entre el preequilibrio y la emisión térmica de partículas ligeras cargadas por sistemas nucleares calientes [1-6]. De hecho, la estructura nuclear del grupo que interactúa puede estar fuertemente correlacionada con la dinámica, especialmente en energías cercanas a la barrera de Coulomb, y este efecto surge cuando se emiten o capturan algunos nucleones o grupos de nucleones. En particular, se ha dedicado una gran atención, en los últimos años, a la posible observación de los efectos de la estructura del agrupamiento en los mecanismos de reacción nuclear competitivos, especialmente cuando se trata de procesos rápidos. Para este propósito, las cuatro reacciones 16O + 30Si a 111 MeV, 16O + 30Si a 128 MeV, 18O + 28Si a 126 MeV, 19F + 27Al a 133 MeV se han medido para estudiar el inicio del preequilibrio en un rango de energía en el cual, para colisiones centrales, se espera que la fusión completa sea el modo predominante. Los datos experimentales se recogieron utilizando la matriz GARFIELD + RCo [7], totalmente equipada con electrónica digital en los Laboratorios Nacionales Legnaro. La comparación entre los datos experimentales y las diferentes predicciones de modelos se han llevado a cabo: en particular, se han considerado los modelos dinámicos basados en el Campo Medio Estocástico (TWINGO) o Dinámica Molecular Antisimétrica y modelos completamente estadísticos (GEMINI ++). Los eventos simulados se filtran a través de una réplica de software del aparato, para tener en cuenta todas las posibles distorsiones de las distribuciones experimentales debido al tamaño finito del aparato.

Heavy-ion induced two-neutron transfer reactions and the role of pairing / Reacciones de transferencia de dos neutrones inducidas por iones pesados y el papel del apareamiento

Abstract Heavy-ion induced two-neutron transfer reactions (18O,16O) at 84 MeV were studied on several targets up to high excitation energy of the residual nucleus thanks to the use of the MAGNEX magnetic spectrometer to detect the ejectiles. The obtained results indicate of the important role played by the nuclear paring.

Resumen Se estudiaron reacciones de transferencia de dos neutrones inducidas por iones pesados (18O, 16O) a 84 MeV en varios blancos hasta una alta energía de excitación del núcleo residual gracias al uso del espectrómetro magnético MAGNEX para detectar los residuos eyectados. Los resultados obtenidos indican el importante papel desempeñado por el apareamiento nuclear.