The neutron capture cross sections of 186,187,188-Os and their application to Re/Os cosmochronometer

The aim of this thesis is a fine determination of 186,187,188-Os neutron capture cross sections, in order to remove principal nuclear physics uncertainties on the age of the universe determined using the Re/Os cosmochronometer. A general introduction including stellar nucleosynthesis, nuclear cosmochronometry, available neutron facilities and neutron reaction features is given. Dedicated measurements of the 186,187,188-Os capture cross sections have been performed at the CERN neutron time-of-flight facility, n_TOF, in the neutron energy range from 1 eV up to 1 MeV. The details of the measurement and the data treatment are reported. Using obtained capture yields, resolved resonance region analysis is completed. Resonance parameters have been extracted from a full R-matrix fit. A statistical analysis has been performed and the related averaged resonance parameters are derived. This information is crucial for a complete understanding and modeling in terms of the Hauser-Feshbach statistical model of the capture and inelastic reaction channels, required for the evaluation of the stellar reaction rates of these isotopes. The neutron capture cross sections averaged over the thermal neutron spectrum, Maxwellian averaged cross sections, for the range of temperatures relevant for s-process nucleosynthesis have been derived from the combined information of the experimental data in the resolved and unresolved resonance regions. The implications of this analysis in the estimation of the s-process component of the 187-Os abundance and the related impact on the evaluation of the time-duration of the Galactic nucleosynthesis through the Re/Os cosmochronometer is shown. Moreover, further considerations for a realistic stellar condition, astration and s-process branchings are discussed. In conclusion, results of present analysis are compared with the alternative cosmic age by means of astronomical and cosmological ways.

Scopo di questa tesi e' una precisa determinazione delle sezioni d'urto di cattura neutronica di 186,187,188-Os, al fine di ridurre le indeterminazioni legate alla fisica nucleare nel calcolo dell'eta' dell'universo con il metodo del cosmo-cronometro Re/Os. Innanzituto viene fornita una introduzione generale per inquadrare la nucleo-sintesi stellare, la cosmo-cronometria nucleare, i fasci di neutroni disponibili presso diversi laboratori e le caratteristiche generali delle reazioni indotte da neutroni. Misure dedicate allo studio delle sezioni d'urto di cattura neutronica di 186,187,188-Os sono state portate a termine presso la facility n_TOF del CERN, con neutroni di energia incidente compresa tra 1 eV ed 1 MeV. I dettagli di questa misura e l'analisi dei dati vengono qui riportati. L'analisi della regione delle risonanze risolte e' stata eseguita a partire dalla definizione degli spettri di cattura. I parametri di ogni risonanza sono stati estratti a partire da minimizzazioni che utilizzano la matrice R di Wigner. Inoltre e' stata portata a termine una analisi statistica per estrarre i valori medi dei parametri delle risonanze. Quest'ultima informazione e' fondamentale per una completa comprensione, nei termini del modello statistico di Hauser-Feschbach, dei processi di cattura o diffusione anelastica dei neutroni; questa informazione serve per la valutazione dei processi stellari che coinvolgono gli isotopi dell'Os. La convoluzione delle sezioni d'urto di cattura sullo spettro energetico dei neutroni (Maxwellian averaged cross sections), per temperature di interesse per processi di nucleo-sintesi attraverso il processo s, sono state ottenute combinando le informazioni sperimentali sia della regione delle risonanze risolte, sia quella delle risonanze non risolte. Le implicazioni di questa analisi nella stima dell'abbondanza del 187-Os, generata da processi di nucleo-sintesi di tipo s, e la conseguente valutazione attraverso il cosmo-cronometro Re/Os della durata della nucleo-sintesi galattica e' qui discussa. Inoltre vengono affrontate ulteriori considerazioni riguardanti le condizioni stellari, fenomeni di astrazione e ramificazioni lungo il processo s. Infine i risultati di questa analisi vengono confrontati con i valori dell'eta' dell'universo ottenuti utilizzando altri metodi, di carattere astronomico e cosmologico.