Guillem Cortes

Neutron capture reactions provide essential nuclear physics input for modeling the synthesis of heavy elements in stars. The growing precision of stellar spectroscopy and isotopic measurements in presolar SiC grains now demands cross sections with improved accuracy over the full energy range, and access to unstable nuclei relevant to slow (s-) process branchings and the intermediate (i-) process. This article reviews recent progress in direct neutron capture measurements, focusing on time-of-flight (TOF) experiments at CERN n_TOF and complementary activation techniques. Substantial advances have been achieved for stable s-only and bottleneck isotopes, significantly improving constraints on s-process models. In parallel, the combination of high instantaneous neutron fluxes and advanced detector systems has facilitated first-time neutron capture measurements on several radioactive branching-point nuclei. Feasibility studies, however, reveal current limitations related to sample availability, background conditions, and restricted energy coverage. In this context, the complementarity between TOF and activation emerges as a central strategy. Future developments, including high-flux facilities and novel inverse kinematics experiments in ion storage rings, are expected to extend the boundaries of neutron capture measurements, overcoming current limitations and helping unlock new frontiers in our understanding of stellar nucleosynthesis.

Neutron emission probabilities and half-lives of 37 β -delayed neutron emitters from Ni 75 to Br 92 were measured at the RIKEN Nishina Center in Japan, including 11 one-neutron and 13 two-neutron emission probabilities and six half-lives for the first time that supersede theoretical estimates. These nuclei lie in the path of the weak r process occurring in neutrino-driven winds from the accretion disk formed after the merger of two neutron stars synthesizing elements in the A ∼ 80 abundance peak. The presence of such elements dominates the accompanying kilonova emission over the first few days and have been identified in the AT2017gfo event, associated to the gravitational wave detection GW170817. Abundance calculations based on over 17 000 simulated trajectories describing the evolution of matter properties in the merger outflows show that the new data lead to an increase of 50%–70% in the abundance of Y, Zr, Nb, and Mo. This enhancement is large compared to the scatter of relative abundances observed in old very metal poor stars and thus is significant in the comparison with other possible astrophysical processes contributing to the light-element production. These results underline the importance of including experimental decay data for very neutron-rich β -delayed neutron emitters into r -process models. Published by the American Physical Society 2025

The β -delayed neutron emission in the As 85 , 86 β decays has been measured at the Ion Guide Isotope Separator On Line facility of the Accelerator Laboratory of the University of Jyväskylä. The complete β decays have been studied with a complex setup that consists of a plastic scintillator for β particles, MONSTER—the MOdular Neutron time-of-flight SpectromeTER—for neutrons, and a high-purity germanium and four LaBr 3 crystals for γ rays. The β -delayed neutron energy distributions have been determined by unfolding the time-of-flight spectra with an innovative methodology based on the iterative Bayesian unfolding method and accurate Monte Carlo simulations. The results obtained for As 85 are in excellent agreement with the existing evaluated data, validating the proposed methodology. In the case of As 86 , a stronger neutron intensity at higher energies than previously predicted is discovered.

Thiswork deals with the characterization of the neutron flux in hall B of the CanfrancUnderground Laboratory (LSC) employing the High Efficiency Neutron Spectrometry Array (HENSA). The ultimate goal of this measurement is to set a limit on the corresponding effects of the neutron flux in the background of the ANAIS-112 experiment. The preliminary counting rates of two years of measurement are reported. Various data analysis techniques, including pulse shape discrimination, are discussed. The first results on the spectral reconstruction of the neutron flux are also presented.

Amb aquesta tesi s'intenta aportar la informació necessària per a millorar el coneixement dels camps de radiació ionitzant ambiental d'origen natural, i contribuir així a la millora de la gestió de les estacions de vigilància radiològica ambiental. Es fa especial èmfasi en les variacions de la taxa de dosi ambiental i la seva relació amb diverses variables meteorològiques com la pressió atmosfèrica, la concentració de radó a l'aire, i la presència de descendents del radó (214Pb y 214Bi) a la pluja. D'aquesta forma, s'han modelitzat les oscil·lacions de la radiació ionitzant ambiental durant els episodis secs (absència de pluja) i durant certs episodis humits (presència de pluja). Els paràmetres d'aquest model s'han obtingut mitjançant les dades experimentals obtingudes durant diversos anys (1995 a 1998) a l'estació ESCRA. Posteriorment s'ha utilitzat el model per a reproduir la variació de la taxa de dosi natural durant l'any 1999, obtenint-se resultats molt satisfactoris. Pel que respecta als episodis humits, també s'han reproduït els increments de taxa de dosi ambiental natural durant i després de períodes de pluja, utilitzant les dades registrades amb l'equip SARAC. Aquest equip, que ha sigut desenvolupat íntegrament en el marc d'aquesta tesi i s'ha instal·lat a l'estació ESCRA, permet determinar la concentració d'emissors de radiació gamma de vida curta, presents a l'aigua de pluja. Un dels avantatges d'aquest dispositiu consisteix en que ofereix resultats de forma continua, donat que es troba totalment automatitzat. Per a la identificació de radionúclids emissors gamma utilitza un sistema d'espectrometria gamma amb cristall de germani intrínsec d'alta puresa (HPGe), refrigerat amb nitrogen líquid. El funcionament de l'equip SARAC ha permès determinar la concentració dels descendents del radó que són emissors gamma (214Pb y 214Bi) a l'aigua de pluja, i observar la seva variació al llarg de tot un episodi de pluja a intervals de 10 minuts.S'aporten les tècniques necessàries per a determinar els factors de dosi que relacionen la concentració de radionúclids d'origen artificial depositats (per l'acció de la pluja) sobre el terreny que envolta l'estació ESCRA, amb la taxa de dosi mitjana en diverses posicions de la torre meteorològica de la estació. Per a la determinació dels factors de dosi s'han utilitzat tècniques de simulació Monte Carlo (MC) i diverses tècniques de reducció de variança per a minimitzar el temps de simulació. En concret, s'ha utilitzat un paquet de rutines de simulació denominat PENELOPEEls resultats obtinguts en aquesta tesi indiquen que cada emplaçament a on s'ubica una estació de vigilància s'ha de caracteritzar meteorològicament i radiològiocament abans de la seva explotació, per tal de determinar de forma precisa els principals elements d'influència de la dosi ambiental. La modelització de les variacions de la taxa de dosi ambiental d'origen natural en episodis secs i humits permetrà discriminar els increments de dosi deguts a causes artificials de les exclusivament naturals que són registrats per les estacions de vigilància radiològica ambiental. D'aquesta forma es podrà optimitzar la gestió de les alertes i reduir el nombre de falses alarmes.En referència als episodis de pluja, l'equip SARAC és de gran utilitat, donat que a més de registrar els descendents de radó emissors gamma, també permet determinar de forma continua i in situ altres emissors gamma que puguin tenir un origen artificial. Con esta tesis se pretende aportar la información necesaria para mejorar el conocimiento de los campos de radiación ionizante ambiental de origen natural y contribuir así a una mejor gestión de las estaciones de vigilancia radiológica ambiental. Se hace especial énfasis en las variaciones de la tasa de dosis ambiental y su relación con diversas variables meteorológicas tales como la presión atmosférica, la concentración de radón en el aire, y la presencia de descendientes del radón (214Pb y 214Bi) en la lluvia. De este modo, se han modelizado las oscilaciones de la radiación ionizante ambiental durante los episodios secos (ausencia de lluvia) y durante ciertos episodios húmedos (presencia de lluvia). Los parámetros de dicho modelo se han obtenido mediante los datos experimentales obtenidos durante varios años (1995 a 1998) en la estación ESCRA. Posteriormente se ha utilizado el modelo para reproducir la variación de la tasa de dosis natural durante el año 1999 obteniéndose resultados muy satisfactorios. Por lo que respecta a los episodios húmedos, también se han reproducido los incrementos de dosis ambiental natural durante y después de periodos de lluvia, empleando los datos registrados con el equipo SARAC. Dicho equipo, que ha sido desarrollado íntegramente en el marco de esta tesis y se ha instalado en la estación ESCRA, permite determinar la concentración de emisores de radiación gamma de vida corta, presentes en el agua de lluvia. La ventaja de dicho dispositivo consiste en que ofrece resultados de forma continua ya que se encuentra totalmente automatizado. Para la identificación de radionuicleidos emisores gamma utiliza un sistema de espectrometría gamma de germanio intrínseco de alta pureza refrigerado con nitrógeno líquido. La operación del equipo SARAC ha permitido determinar la concentración de los descendientes del radón emisores gamma 214Pb y 214Bi en el agua de lluvia y observar su variación...