Máster Universitario en Física Nuclear

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Addressing the NΩ femtoscopy correlation function using baryon-baryon effective potentials
(2024-07-12) Piquer i Méndez, Marc; Parreño García, Assumpta; Torres Rincón, Juan
We have generated an updated version of the NΩ potential for low-energy interactions based on an effective field theory approach at leading order, fitting the parameters to match a known lattice QCD potential for the 5S2 → 5S2 channel. This potential, other potentials based on different parametrizations and the mentioned lattice QCD potential have been used to solve the Schr¨odinger equation numerically, obtaining the scattering wave functions for different values of the relative momentum. Using these wave functions, we have computed the NΩ femtoscopic correlation functions and compared the results for the pΩ case with those published by the ALICE collaboration. Additionally, bound states for the potential are predicted not only for the 5S2 state but also for the 3S1 state.
Meson-baryon femtoscopy studies in the S = 0 and S = −2 sectors using a T-matrix approach
(2024-07-12) Peña Almazán, Álvaro; Torres Rincón, Juan M.
In this thesis we have computed several meson-baryon femtoscopy correlation functions for the S = 0 and S = −2 strangeness sectors with the aim of extracting information about the system size and the final-state interaction in relativistic heavy-ion collisions. In order to determine the meson-baryon interaction we used effective field theories (EFTs) along with unitarization techniques, specifically within the framework of chiral perturbation theory (χPT) including exclusively a contact term of the Lagrangian, the Weinberg-Tomozawa interaction, and using a coupled-channel formalism. For the calculation of the correlation function we used TROY (T-matrix-based Routine for hadrOn femtoscopY). This routine calculates the off-shell T-matrix elements and uses them to calculate the pair wave function that will be used to compute the femtoscopic correlation function. We have adopted a Gaussian source function that was adjusted for both p+p and Pb+Pb collisions to compare our theoretical results with the experimental data measured by the ALICE collaboration.
Caracterización radiológica y radiométrica producida por emisores Gamma naturales en un entorno minero restaurado cercano a una población
(2024-07) Monrobel Matías, José Ramón; Mantero Cabrera, Juan; García León, Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Aplicada II; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
This work expands the study of external dose rates over several hectares of restored surface from a former coal mining operation located in the municipality of Villanueva del Río y Minas, in the province of Sevilla. A surface dose map will be generated for the designated study areas known as Zone 3 and Zone 4. After preliminarily identifying some hot spots with values exceeding the ambient background in the area, soil samples will be taken for more detailed studies using gamma spectrometry of radionuclides from the natural series of 238U and 232Th, aiming to identify the origin of the anomalous values found. The study will conclude with an analysis of the major and trace elements present in the soil samples using X-ray fluorescence technique.
Caracterización radiológica y radiométrica producida por emisores gamma en un entorno minero
(2024-07) Mateo Villanueva, Mariella del Carmen; Mantero Cabrera, Juan; García León, Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Aplicada II; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
En este trabajo se estudia la tasa externa de dosis sobre aproximadamente 40 hectáreas de superficie restaurada en una antigua explotación minera de carbón que se emplaza en el municipio de Villanueva del Río y minas, en la provincia de Sevilla. Con base en los resultados encontrados se genera un mapa de dosis en superficie de la zona a estudiar. Tras la identificación preliminar de algunos “puntos calientes” (hot spots) con valores muy por encima del fondo ambiental de la zona, se han analizado por espectrometría gamma varias muestras de suelos de los distintos puntos encontrados, centrándonos en radionucleidos de las series naturales del 238U y 232Th, que permitan identificar el origen de los altos valores de tasa de dosis. Este trabajo se completa con una caracterización elemental por fluorescencia de rayos X de esos suelos, la exploración mediante autorradiografía de partículas calientes en esas muestras y por último en el uso del uso de microscopio electrónico de barrido acoplado con detector de rayos X (SEM-EDX). En el estudio se incluyen cálculos dosimétricos adicionales asociados a los puntos más activos encontrados.
Puesta a punto un nuevo método radioquímico para la medida de flujo de carbono en el Atlántico Norte
(2024-07) López Rodríguez, Álvaro; Hurtado Bermúdez, Santiago José; Villa Alfageme, María; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Aplicada II
Femtoscopic study of the S = −1 meson-baryon interaction: π−Λ and K−p correlations
(2024-07) Encarnación Villarroya, Pablo; Ramos Gómez, Angels; Feijoo Aliau, Albert
We study the femtoscopic correlation functions of meson-baryon pairs in the strangeness S = −1 sector, employing a unitarized chiral interaction model up to next-to-leading order contributions, restricted to its l = 0 partial wave. We present the results for the π−Λ correlation function, which is presently under analysis by the ALICE@LHC collaboration. We will also demonstrate that the employed model is perfectly capable of reproducing the K−p correlation function data measured by the same collaboration, without the need of changing the coupled-channels strengths, as has been suggested recently.
Study of Barrelet Zeros and Analysis of the B−1 Resonance Photoproduction
(2024-10) Campos Forné, Marta; Mathieu, Vincent
As an essential first step towards the study of the π−1 hybrid meson, an analysis of the b−1 resonance photoproduction and decay is performed in this work. This thesis is divided into two main parts. In the first chapter, a Monte Carlo simulator is designed to generate events of a proton-pion elastic scattering. Using the simulated data and serving as an initial approach towards the b−1 → ωπ− decay study, a partial-wave analysis of the final state of the system is conducted, first for scalar particles and later introducing spin as a variable. The energy-dependent partial-wave amplitudes, each accompanied by a group of ambiguities, are analytically derived from observable magnitudes using the moment’s Barrelet Zeros. In the second chapter, the theoretical formalism of the γ+ p → b−1 + Δ++ photoproduction is explored. Two mechanisms for the SDMEs extraction are presented and the importance of the reference frame of study is emphasized.
Precision Neutrinoless Double-Beta Decay. Nuclear Matrix Elements
(2024-07-12) Castillo García, Daniel; Menéndez Sánchez, Javier
An effective forces study of polarized asymmetric nuclear matter
(2017-08-02) Romero Ros, Alejandro; Polls Martí, Artur; Juliá Díaz, Bruno
Aplicación del modelo de Ichimura-Austern-Vincent a la interpretación de medidas inclusivas de 197Au( 9Be,8Be)
(2023) Villanueva Cosme, Guadalupe; Moro Muñoz, Antonio Matías; Casal Berbel, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
El estudio de reacciones nucleares de ruptura de un núcleo débilmente ligado en dos o más fragmentos es un proceso de gran interés en la rama de la Física Nuclear. En este trabajo, consideraremos una reacción nuclear que puede describirse como: a(b+x)+A → b + B∗, donde B∗ representa todos los canales de salida posibles que puede formar el sistema x + A. En un experimento, cuando los estados finales no están completamente determinados, es decir, no se detectan todas las partículas salientes, se dice que la reacción es inclusiva. La interpretación teórica de este tipo de reacciones es complicada, puesto que existen muchos procesos que pueden contribuir a la producción del fragmento b. Los procesos de ruptura inclusiva los separaremos en tres contribuciones: la ruptura elástica (EBU), la ruptura no elástica (NEB) (que incluye los procesos de INBU, Transferencia y ICF) y la fusión completa (CF). Para el estudio teórico de reacciones nucleares de este tipo, nos valemos del formalismo de Ichimura-Austern-Vincent (IAV) [Phys. Rev. C 32, 431 (1985)] en su versión prior. Dicho formalismo está implementado en el código computacional “Smoothie”, desarrollado por el Dr. Jin Lei junto con el tutor de este trabajo D. Antonio M. Moro, que por lo tanto, utilizaremos para encontrar la sección eficaz total de transferencia para la reacción objeto de estudio. La motivación para la realización de este trabajo reside en extender el método de IAV a situaciones en las que el eyectil b es un sistema no ligado, que por lo tanto puede formarse en varias configuraciones de energía y momento relativos, y además decaerá tras la colisión en sus constituyentes. Precisamente por esto y porque disponemos de datos experimentales [Phys. Rev. C 104, 024609 (2021)] con los que comparar los datos teóricos que obtengamos, escogemos la reacción 197Au(9Be,8Be) en las que el proyectil a es el 9Be, que es un núcleo borromeo formado por dos partículas alfa y un neutrón, y el eyectil b es el 8Be (α + α), que efectivamente es un núcleo que no forma estados ligados. Incluiremos esto en nuestros cálculos teóricos mediante los solapamientos de 9Be en su estado fundamental, con 8Be en cada uno de sus estados representativos. Estos solapamientos se calculan dentro del formalismo de armónicos hiperesféricos, que permite construir la función de onda de tres cuerpos para el núcleo de 9Be. De esta forma, se incorpora la estructura del proyectil de tres cuerpos dentro del formalismo IAV, desarrollo que resulta novedoso. El cálculo de los solapamientos ha sido realizado por el tutor D. Jesús Casal. El objetivo final del trabajo será comparar los cálculos de sección eficaz total de transferencia obtenidos para diferentes valores de energía incidente de 9Be cercanas a la barrera de Coulomb, con los datos experimentales que disponemos, además de con los cálculos teóricos siguiendo el método CRC desarrollados por F. Gollan et al. para la reacción nuclear 197Au(9Be,8Be)198Au [Phys. Rev. C 104, 024609 (2021)].
MHD stability analysis of the SMall Aspect Ratio Tokamak (SMART)
(2023) Reyner Viñolas, Alex; García Muñoz, Manuel; Viezzer, Eleonora; Domínguez-Palacios Durán, Jesús José; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
At the University of Seville, a significant leap forward is being pursued in the race towards achieving viable fusion energy. In this pursuit, the construction of the SMall Aspect Ratio Tokamak (SMART), a spherical tokamak, is currently underway. Having good confinement is essential for the proper function of a tokamak. Different operation regimes have been proposed. The advanced tokamak regime seems to be the more promising for nuclear fusion plants. The high pressures in this regime give rise to pressure driven instabilities that deteriorate the confinement and limit the operational space. A good understanding of the instabilities is key to operate the tokamak. The objective of this master thesis is to ascertain the influence of an ideal wall on the plasma stability. To accomplish this, CHEASE and MARS-F codes have been employed. The simulations are centered on the ideal magnetohydrodynamic (MHD) scenario, neglecting plasma rotation and kinetic effects, as well as plasma resistivity and viscosity. The aim of this simplified approach is to isolate and comprehend the fundamental impacts of the wall on plasma stability. MHD instabilites in the advanced tokamak regime for low-n modes (n = 1, ..., 6), and the effects of the wall at varying distances, were studied. Taking advantage of SMART’s capability to operate at different triangularities, a study to determine the most favorable triangularity for achieving good confinement has been conducted. The highest positive triangularities have shown better MHD stability.
Synthetic MHD equilibrium reconstruction on the SMART tokamak
(2023) Puentes del Pozo, Fernando; García Muñoz, Manuel; Cruz Zabala, Diego José; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
The SMall Aspect Ratio Tokamak (SMART) is a spherical tokamak currently being commissioned at the University of Seville. The reconstruction of the MHD equilibrium will be a necessary step in most of the physical studies that will be carried out in SMART. In this work, the MHD equilibrium for SMART that has been computed with the FIESTA code is synthetically reconstructed using the EFIT code with multiple synthetic sensor configurations. The magnetic diagnostic system for SMART that will be used for the reconstruction of MHD equilibrium is described. Magnetic sensor prototypes have been manufactured and calibrated experimentally to determine realistic uncertainty levels for synthetic equilibrium reconstructions. A novel approach for optimizing the position of magnetic sensors for equilibrium reconstruction employing synthetic reconstructions is presented. The method is adapted and applied to the magnetic diagnostic system in SMART with increasing levels of complexity, and optimized sensor configurations are shown.
Simulación Monte Carlo de detectores HPGe para espectrometría gamma
(2023) Ropero Cobos, Raül; Fernández-Varea, José María; Doncel Monasterio, María; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
Los detectores de germanio son muy utilizados en espectroscopía nuclear de rayos γ debido a su excelente resolución energética. La caracterización de estos espectrómetros se lleva a cabo tanto experimentalmente como mediante la técnica de simulación Monte Carlo, con el objetivo de comprender mejor y cuantificar las principales propiedades del detector. Hemos hecho una serie de medidas experimentales con un detector BEGe para realizar una calibración en energía, resolución FWHM y determinar la eficiencia total y de fotopico del mismo. Hemos aprovechado también para estudiar las ventajas e inconvenientes de las mediciones en geometría cercana, como son los efectos de las coincidencias. Paralelamente hemos realizado simulaciones Monte Carlo con el programa PENELOPE/penEasy y hemos visto cómo sus resultados replican los obtenidos experimentalmente. Finalmente, mediante un proceso de optimización hemos conseguido encontrar algunos parámetros del detector que difieren ligeramente de los indicados por el fabricante.
Estudio de las incertidumbres asociadas a la estructura hadrónica y la dinámica nuclear en reacciones de neutrinos con núcleos y nucleones a energías intermedias
(2023) Sayago Rodríguez, Marta; Caballero Carretero, Juan Antonio; Megías Vázquez, Guillermo Daniel; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
En este trabajo, se realiza una descripción teórica de los procesos de dispersión elástica neutrino-nucleón y de dispersión cuasielástica neutrino-núcleo con el propósito de analizar las incertidumbres asociadas a la estructura hadrónica y la dinámica nuclear. Ambos procesos son relevantes para el estudio del fenómeno de las oscilaciones de neutrinos, ya que son dos de los mecanismos de interacción de los neutrinos con el material activo de los detectores y que permiten su detección.
Análisis de vidrios arqueológicos con Técnicas Nucleares no destructivas
(2023) Muñoz Chimbo, Carla Tatiana; Respaldiza Galisteo, Miguel Ángel; Ortega-Feliú, Inés; Gómez Tubío, Blanca; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
El estudio de vidrios arqueológicos incluye análisis composicionales aplicando métodos no destructivos, que no altera su composición o apariencia y permitan mantener la integridad de la pieza. Las técnicas de espectroscopia de rayos X PIXE y XRF son dos de los métodos más empleados en el campo de la arqueometría por su carácter no destructivo y multielemental. En este trabajo se han analizado 12 muestras de vidrio, entre los cuales 7 son patrones de referencia con diferentes composiciones y 5 son vidrios arqueológicos provenientes del yacimiento arqueológico de “La Encarnación” en Sevilla. Para la determinación de elementos ligeros, principalmente sodio presente en importantes concentraciones en vidrios arqueológicos se ha puesto a punto la línea de haz externo y el instrumental necesario, además de implementar nuevos detectores y mejoras en el sistema de medida de dosis, con los que se han llevado a cabo medidas simultáneas de PIXE en atmósfera de helio y PIGE. Adicionalmente se han analizado los patrones de referencia con un analizador XRF portátil para evaluar la validez y precisión de sus resultados, y compararlos con los obtenido mediante PIXE en helio dada la gran diferencia instrumental y física entre estas dos técnicas. PIXE en atmósfera de helio proporciona concentraciones con gran exactitud para elementos mayoritarios y minoritarios con limitaciones en la detección de elementos traza debido a efectos de la matriz, interferencias espectrales y la baja eficiencia del detector a bajas energías. En la determinación de sodio, PIXE y PIGE trabajan a diferentes profundidades, lo cual es útil en análisis de vidrios arqueológicos ya que estos se ven alterados por la corrosión y la composición superficial no representa al material en volumen. Finalmente, el analizador portátil de XRF ha proporcionado resultados fiables únicamente para elementos mayoritarios.
Plasma Diagnostic Using Spectroscopy Techniques at the SMART Tokamak
(2023) Rodríguez González, Alfonso; Viezzer, Eleonora; Cruz Zabala, Diego José; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
In nuclear fusion, impurities play an important role as they influence the performance of the plasma. To measure their properties, the gas puff based charge exchange recombination spectroscopy (GP-CXRS) diagnostic is introduced. This diagnostic provides the temperature, density and rotation velocity of the impurities located in the edge region of the plasma. To this end, a gas box injects a neutral gas into the plasma that reacts via charge exchange reactions with the impurities in the plasma, inducing an excited state. The light emitted after their de-excitation can be analysed using a high resolution spectrometer to obtain the properties mentioned previously. This diagnostic is expected to be installed in the SMall Aspect Ratio Tokamak (SMART) at the University of Seville to provide measurements of plasmas in positive and negative triangularity. A poloidal array of six gas boxes will be installed to measure the properties of the impurities along a poloidal plane, making this the first tokamak in the world to have such diagnostic. This thesis aims to assemble, commission and develop the tools needed to characterise and control the high resolution spectrometer that will be used in this diagnostic. After the construction and commissioning of this spectrometer, a wavelength calibration, an absolute intensity calibration and a noise characterisation will be performed.
The Chiral approach of the Ξ(1620) and Ξ(1690) resonances in the Ξ c+ → π⁺ π⁺ Ξ⁻ decay
(2023) Valcarce Cadenas, Victoria; Magas, Volodymyr; Feijoo, Albert; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
We study s-wave meson-baryon interactions with strangeness S = −2 in a coupledchannels chiral approach incorporating not only the leading Weinberg-Tomozawa term in the Lagrangian, but also the Born terms and next-to-leading order contributions. With our model we fit the experimental data set of the nonleptonic X+c ! p+p+X− weak decay from the Belle Collaboration, where the observation of the double strange baryons X(1620) and X(1690) in their decay to p+X− was reported. We calculate the invariant mass distribution of the p+X− final state, showing that our theoretical prediction is capable of explaining the experimental data by reproducing the two resonance peaks. Regarding the pole content, we are able to dynamically generate two poles not far away from the known experimental values of the X(1620) and X(1690) states. In our approach these resonances have a molecular nature, where the lowest one strongly couples to the pX channels, while the second pole couples more strongly to the ¯KS channels.
Characterisation of a pure LaCl3-based detector for proton therapy application
(2023) Xifra Goya, Georgina; Nácher González, Enrique; Martínez Roig, Marcos; García León, Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
Proton therapy is an increasingly used technique for cancer treatment worldwide. However, the uncertainty in proton range verification requires the use of wide safety margins in proton doses, limiting its full potential. This project aims to test the feasibility of using a pure LaCl3 scintillator, in coaxial configuration with a proton beam. The goal is to determine the position of the Bragg peak with a substantial improvement in its spatial uncertainty by detecting the gamma-rays and neutrons emerging from the patients. The concept relies on the solid angle effect, where closer sources result in higher counting rates in the detector. Pure LaCl3 scintillators, currently not available in the market, offer excellent discrimination between neutrons and gamma-rays, surpassing the limitations of current detectors. Moreover, they enable double real-time verification of the proton range. To assess the sensitivity of the pure LaCl3 detector, several studies have been conducted aiming to measure the variation in the count rate in response to millimetre-scale displacements of the Bragg peak.
Study of semiconductor detectors with ion beams
(2023) Torres Muñoz, Carmen; García López, Francisco Javier; Jiménez Ramos, María del Carmen; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
Silicon carbide based detectors are promising due to their potential use in radiation and temperature extremes. In this work an analysis is made of the response of a 4H-SiC detector designed as a diagnostic system for alpha particles generated by fusion in nuclear fusion reactors. First, a characterization of the detectors using the TPA-TCT (Two-Photon Absorption − Transient Current Technique) technique was performed at the UPH/EHU (Universidad del País Vasco). Several unexpected responses due to neutron damage were obtained. Therefore, an experimental campaign was planned at CNA (Centro Nacional de Aceleradores) to corroborate these results using the IBIC (Ion Beam Induced Charge) y TRIBIC (Time Resolved Ion Beam Induced Charge) technique It was found that due to irradiation the detectors lose their diode-like behavior. In addition, the shape of the signal is dependent on the radial position of the detector. Although the charge collection on its surface is homogeneous. And finally, the size of the depletion zone of the irradiated detectors decreases.
Shape coexistence and superdeformation in 28Si
(2023) Grzegorz Frycz, Dorian; Menéndez Sánchez, Javier; Márquez Romero, Antonio; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
In this Master thesis I analyze the 28Si nucleus within the nuclear shell model using state-of-the-art numerical diagonalizations complemented with the generatorcoordinate method (GCM) with quadrupole-constrained Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) wavefunctions. Experimentally, 28Si presents shape coexistence between the oblate ground state and an excited prolate structure with bandhead at 6.7 MeV. Although the standard USDB interaction, which is very successful in describing the nuclear structure of nuclei in this mass region, reproduces well the oblate ground state, it fails at establishing a prolate band. Therefore, a modification of the USDB interaction must be introduced to reproduce the experimental spectrum. Guided by analytical Elliot’s SU(3) scheme, I show that this is achieved by slightly lowering the gap between the nearly degenerate 1d5/2-2s1/2 doublet and the 1d3/2 orbital. My calculations suggest that the oblate ground state is mostly 0p-0h configurations in the 1d5/2-2s1/2 orbitals, whereas the prolate band consists mainly of 4p-4h excitations into the 1d3/2 orbital. Additionally, I study whether 28Si can exhibit a superdeformed structure at higher energies. In order to achieve such deformations, excitations from the sd to the pf shell must be taken into account. I find that most of the deformation contribution comes from the 1f7/2-2p3/2 doublet and that the most favorable states are prolate 2p-2h and 4p-4h excitations into the pf shell. In contrast to previous studies, my numerical calculations suggest that this superdeformed structure would mix with normal-deformed configurations, and therefore 28Si would not present a superdeformed band.

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