Modular apparatus for nuclear reactions spectroscopy (MARS): characterization and first application to determine $$^{12}$$C($$^6$$Li,$$^4$$He)$$^{14}\hbox {N}^{g.s}$$ nuclear reaction cross sections

Abstract This work presents MARS (Modular apparatus for nuclear reactions spectroscopy) and its characterization prior to its first application to measure $$^6$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Li+ $$^{12}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>12</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> C nuclear reactions. Measurements were performed at the 3 MV tandem accelerator of the CNA (National Accelerator Center), in Seville, Spain. The $$^{6}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Li projectiles were accelerated at energies around the $$^6$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Li+ $$^{12}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>12</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> C Coulomb barrier ( $$V^{\text {cm}}_{B}\sim 3.0$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>V</mml:mi> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mtext>cm</mml:mtext> </mml:msubsup> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mn>3.0</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> MeV - center of mass and $$V^{\text {lab}}_{B}\sim 4.5$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>V</mml:mi> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mtext>lab</mml:mtext> </mml:msubsup> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mn>4.5</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> MeV - laboratory frame). Using a $$^{6}\hbox {Li}^{2+}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:mmultiscripts> <mml:msup> <mml:mtext>Li</mml:mtext> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> beam, we measured at 13 laboratory energies from 4.00 to 7.75 MeV. Thus, we present the excitation function of $$^{12}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>12</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> C( $$^6$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Li, $$^4$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> He) $$^{14}\hbox {N}^{g.s.}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>14</mml:mn> </mml:mmultiscripts> <mml:msup> <mml:mtext>N</mml:mtext> <mml:mrow> <mml:mi>g</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> reaction, at 2 backward angles ( $$110.0^\circ $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>110</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>∘</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> and $$140.0^\circ $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>140</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>∘</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> ). The projectile dissociation, leading to this reaction, increases with the bombarding energies around the Coulomb barrier. This dissociation is favored at an optimum energy $$E_{b}^{\text {op}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup> <mml:mi>E</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>b</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mtext>op</mml:mtext> </mml:msubsup> </mml:math> $$\ge $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>≥</mml:mo> </mml:math> $$V_{B}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>V</mml:mi> <mml:mi>B</mml:mi> </mml:msub> </mml:math> + <jats:inline-