1) Núcleos exóticos: o que são?
O estudo de núcleos também chamados exóticos, com grande excesso de prótons ou nêutrons, é um dos campos mais atuais e de fronteira em Física Nuclear. O advento de aceleradores que produzem feixes secundários destes núcleos beta-radioativos, com excesso de prótons ou nêutrons, teve enorme impacto e abriu novos campos de pesquisa onde os modelos nucleares podem ser testados em condições extremas de isospin, de energias de ligação baixíssimas e densidades anômalas, como halos nucleares.
Além da repercussão para a pesquisa básica em Física Nuclear, o uso de feixes radioativos tem fortes implicações em Astrofísica Nuclear, por exemplo, medindo reações fora da linha de estabilidade com grande impacto para as abundâncias na nucleossintese estelar ou primordial.
2) Como são produzidos os feixes radioativos
3) Processo de seleção e separação de feixe secundário - Duplo Solenóide Supercondutor
Uma das maiores dificuldades em se obter feixes puros de núcleos exóticos a partir de reações de feixes primários em alvos finos, está na separação do feixe de interesse de outros núcleos também produzidos na reação ou do feixe primário. Esta separação é possível com um sistema de dois solenóides que apresentam a vantagem adicional de ter um ângulo sólido de aceitação grande em comparação com os dipolos magnéticos.
Os solenóides fazem uma seleção pela rigidez magnética (Br= mv/q =Ö (2mE)/q), onde q é o estado de carga do íon emergente do alvo primário, m é sua massa e v é sua velocidade e E sua energia. Cada solenóide tem a capacidade de focalizar a uma dada distância, íons de um certo Br máximo, dado pela integral de campo magnético máximo no solenóide. O sistema de duplos solenóides RIBRAS da Universidade de São Paulo tem Br=5.0 T.m, ou campo magnético máximo de B=6.0T. Quando o pós-acelerador LINAC entrar em funcionamento a energia do feixe primário vai aumentar até 10 MeV/nucleon e haverá necessidade destes campos para a sua focalização. Uma seleção adicional é possível medindo o tempo de vôo dos íons emergentes do alvo primário sobre uma distância L. A medida de tempo de vôo pode ser feita entre o detector na câmara de detecção e o feixe primário pulsado ou entre dois detectores do feixe secundário
Produtos de reação com Br menor serão focalizados em distância menores. Desta forma, é possível se colocar colimadores e bloqueadores em posições estratégicas, de forma a selecionar apenas partículas com um dado Br.
No sistema de dois solenóides pode-se trabalhar basicamente de dois modos:
i) utilizando-se os dois solenóides em modo paralelo e focalizando-se o feixe secundário de interesse apenas na câmara de espalhamento localizado atrás do segundo solenóide. Na forma paralela o par age como um único imã longo de 6T e pode coletar e focalizar feixes radioativos de energia mais alta, E~10 Mev/nucleon ou mais. O campo mais intenso também permite o transporte do feixe secundário a distâncias maiores, em particular, de transportá-lo para uma área experimental isolada e poder utilizá-lo em experimentos com fundo (“back-ground”) reduzido, o que é especialmente relevante para reações de baixa seção de choque como são as de interesse astrofísico. O primeiro caso é utilizado normalmente quando a contaminação do feixe secundário é pequena.
ii) um modo alternativo de operação do par de imãs, é a configuração “cross-over” ou cruzada, focalizando-se o feixe atrás do primeiro e do segundo solenóide. Este modo é mais conveniente para energias mais baixas (E»5 MeV/nucleon) e com alto grau de contaminação. Neste modo de operação uma seletividade e pureza mais alta pode ser obtida, pois feixes secundários contaminantes, que passaram pelo primeiro solenoide por terem rigidez magnética igual ao feixe de interesse, podem ser eliminados por algum tipo de "colimador ativo" ou degradador colocado no ponto de cruzamento, Detetores (Si, PPAC ou MCP) colocados no ponto de cruzamento podem agir como "colimadores ativos" selecionando os núcleos de interesse e rejeitando os contaminantes. Degradadores que o feixe secundário atravessa e sua perda de energia depende de Z^2 tambem permitem selecionar o feixe desejado. Para eliminar os feixes secundários contaminantes pode-se fazer uma seleção adicional utilizando a medida do tempo de vôo, que permite uma seleção em velocidade e em massa. Dispomos de dois deterores PPAC sensiveis à posição que permitem medir o tempo de vôo e retraçar a trajetória das particulas do feixe secundário, evento por evento.
iii) Num terceiro tipo de configuração, o alvo secundário pode estar no foco intermediário e o segundo imã pode ser usado para selecionar e focalizar os produtos da reação final.
4) RIBRAS no Laboratório Aberto de Física Nuclear.
A instalação de uma linha experimental com os dois solenóides supercondutores, canalização, câmaras na linha de feixe, bombas de vácuo, câmara de espalhamento, sistema de recuperação de Hélio, bem como detetores e módulos de eletrônica, alvos etc foram e estão sendo financiados FAPESP . A lista de auxilios pode ser vista no item Auxilios.
O sistema de solenóides supercondutores foi comprado da empresa Cryomagnetics Inc. Oak Ridge, EUA. Foi feita uma licitação com tres empresas estrangeiras e decidimos pela Cryomagnetics Inc por apresentar a melhor proposta e por ter sido a companhia que fabricou os solenóides TWINSOL da UND. Assistimos aos testes de fábrica em Oak Ridge,EUA, onde a corrente aplicada foi a máxima, chegando até 95A. Os solenóides chegaram ao Brasil em março de 2002, sendo testados logo em seguida pelo engenheiro chefe Mike Coffey da Cryomagnetics Inc. Ambos os solenóides foram resfriados à temperatura de He liquido e colocado corrente de 50A em ambas as bobinas supercondutoras (corrente suficiente para ser usada com as energias do Acelerador Pelletron, atualmente disponível).
O sistema foi instalado na linha de feixe 45B da sala experimental do Acelerador Pelletron, pois isto permitirá desde já a produção de feixes radioativos leves e de baixa energia usando feixes primários acelerados por este acelerador. Após a entrada em funcionamento do LINAC os solenóides serão transferidos para a sala experimental do LINAC. O suporte em alumínio dos solenóides é modular e poderá ser removido para ser reinstalado na sala experimental do LINAC assim que o feixe primário mais energético, acelerado pelo LINAC estiver disponível.
O sistema já está operando, por enquanto com um solenóide. Os primeiros feixes foram extraidos em fevereiro de 2004, por ocasião da XIII Escola de Verão J.A.Swieca de Fisica Nuclear Experimental, organizada por nosso grupo de pesquisa. Foram extraidos feixes de 8Li e 6He de intensidades compativies com a tabela acima e foram medidas distribuições angulares de espalhamento elástico destes feixes em alvo de 51V. Desde fevereiro outros feixes foram tentados e a montagem dos detetores na camara central foi melhorada.
