Población Fotonuclear de ^229m,gTh en Cristales Dopados con Th Hacia el Desarrollo de Relojes Nucleares

Área de la Ciencia:

• Física Nuclear; Ciencia de Materiales; Tecnología Cuántica

Sus antecedentes:

• El avance de la tecnología de relojes nucleares requiere la producción eficiente de torio-229m (²²⁹ᵐTh).
• Los métodos de producción actuales enfrentan desafíos debido al suministro limitado y a las aplicaciones médicas competitivas del ²²⁹Th.
• Los métodos existentes, como la excitación láser VUV y la dispersión resonante de rayos X, tienen limitaciones.

Objetivo del estudio:

• Proponer y evaluar un método novedoso para poblar ²²⁹ᵐTh y ²²⁹ᵍTh (estado fundamental del torio-229) utilizando reacciones fotonucleares en cristales dopados con torio.
• Evaluar la viabilidad y eficiencia de este método para superar las limitaciones de suministro de ²²⁹Th.

Principales métodos:

• Cálculos teóricos de las secciones transversales de reacciones fotonucleares para isótopos de torio (²²⁹-²³²Th).
• Simulaciones de Monte Carlo para analizar las señales de desintegración radiativa y los fondos de radiación Cherenkov en cristales dopados con ²²⁹Th de CaF₂, SrF₂ y LiF bajo irradiación de bremsstrahlung.
• Evaluación de la relación señal/ruido (SNR) basada en parámetros de electrones incidentes.

Principales resultados:

• Las secciones transversales de la reacción fotonuclear para la producción de ²²⁹ᵐTh alcanzaron cientos de milibarns.
• Los cristales de SrF₂ lograron una alta SNR de 10⁶ bajo irradiación con ~40 MeV de bremsstrahlung de electrones de 1 C.
• El método fotonuclear demostró flexibilidad en el material del objetivo, compatibilidad con fuentes de luz amplias y tasas de excitación más altas en comparación con otras técnicas.

Conclusiones:

• Las reacciones fotonucleares en cristales dopados con torio ofrecen una vía prometedora y eficiente para la producción de ²²⁹ᵐTh.
• Este método permite la producción descentralizada mediante la conversión de ²³²Th y ²³⁰Th abundantes, mitigando los problemas de suministro.
• Los hallazgos respaldan el potencial de este enfoque para la investigación fundamental y para superar las futuras limitaciones de suministro para la tecnología de relojes nucleares.