Neste trabalho foi proposto um método de deconvolução para extrair experimentalmente a densidade da matéria nuclear no estado fundamental a partir de dados de espalhamento elástico entre íons pesados em energias baixas (abaixo da barreira de fusão) e intermediárias. A consistência dos resultados foi totalmente verificada. O método se mostrou uma poderosa ferramenta para a determinação experimental da densidade da matéria de núcleos no estado fundamental, particularmente em uma região superficial, onde a diferença entre a densidade de núcleos exóticos e núcleos estáveis vizinhos é muito enfatizada. Foram realizadas medidas de seções de choque de espalhamento elástico para os sistemas 16O + 40Ca, 120Sn, com o objetivo de ajudar na construção de uma sistemática experimental para a parte real da interação nuclear, e para obter a densidade experimental da matéria nuclear no estado fundamental para o núcleo 16O. Como complemento, o trabalho apresenta: i-) uma sistemática teórica das densidades nucleares, realizada para toda região de massa da tabela periódica; ii-) o modelo não-local, desenvolvido para descrever a dependência com a energia da parte real da interação nuclear; e iii-) uma nova representação para a absorção de fluxo, devido aos canais de reação. Com isso, foi desenvolvida uma sistematização para o potencial ótico a partir de uma análise consistente de dados de espalhamento elástico de íons pesados em energias baixas e intermediárias. Esta análise resultou em uma previsão extremamente satisfatória para as seções de choque de espalhamento elástico experimentais, para um vasto conjunto de dados, utilizando um modelo bastante fundamental e global para o potencial ótico e, mais importante, sem a utilização de parâmetros livres. / An unfolding method is proposed to extract ground-state nuclear matter densities from heavy-ion elastic scattering data analyses at low (sub-barrier) and intermediate energies. The consistency of the results was fully checked. The method is a powerful tool to obtain ground-state nuclear matter densities, particularly at the surface region where the difference between densities of exotic and stable neighbor nuclei is very emphasized. Precise elastic scattering cross sections were measured for the systems 16O + 40Ca, 120Sn, with the aim of helping the construction of an experimental systematics for the real part of the nuclear interaction, and to obtain the experimental ground-state nuclear matter density for the 16O nucleus. As a complement, this work presents: i-) A theoretical systematics for nuclear densities which was performed for the whole mass region throughout the periodic table, ii-) the non-local model, developed to describe the energy dependence of the real part of the nuclear interaction; iii-) a new representation for the absorption of flux due to the reaction channels. This framework has allowed us to obtain a systematization of the optical potential from a consistent heavy-ion elastic scattering data analysis at low and intermediate energies. This analysis resulted a remarkable prediction for a very large elastic scattering cross section data set using a global and fundamental parameter-free model for the optical potential.

Neste trabalho foi proposto um método de deconvolução para extrair experimentalmente a densidade da matéria nuclear no estado fundamental a partir de dados de espalhamento elástico entre íons pesados em energias baixas (abaixo da barreira de fusão) e intermediárias. A consistência dos resultados foi totalmente verificada. O método se mostrou uma poderosa ferramenta para a determinação experimental da densidade da matéria de núcleos no estado fundamental, particularmente em uma região superficial, onde a diferença entre a densidade de núcleos exóticos e núcleos estáveis vizinhos é muito enfatizada. Foram realizadas medidas de seções de choque de espalhamento elástico para os sistemas 16O + 40Ca, 120Sn, com o objetivo de ajudar na construção de uma sistemática experimental para a parte real da interação nuclear, e para obter a densidade experimental da matéria nuclear no estado fundamental para o núcleo 16O. Como complemento, o trabalho apresenta: i-) uma sistemática teórica das densidades nucleares, realizada para toda região de massa da tabela periódica; ii-) o modelo não-local, desenvolvido para descrever a dependência com a energia da parte real da interação nuclear; e iii-) uma nova representação para a absorção de fluxo, devido aos canais de reação. Com isso, foi desenvolvida uma sistematização para o potencial ótico a partir de uma análise consistente de dados de espalhamento elástico de íons pesados em energias baixas e intermediárias. Esta análise resultou em uma previsão extremamente satisfatória para as seções de choque de espalhamento elástico experimentais, para um vasto conjunto de dados, utilizando um modelo bastante fundamental e global para o potencial ótico e, mais importante, sem a utilização de parâmetros livres. / An unfolding method is proposed to extract ground-state nuclear matter densities from heavy-ion elastic scattering data analyses at low (sub-barrier) and intermediate energies. The consistency of the results was fully checked. The method is a powerful tool to obtain ground-state nuclear matter densities, particularly at the surface region where the difference between densities of exotic and stable neighbor nuclei is very emphasized. Precise elastic scattering cross sections were measured for the systems 16O + 40Ca, 120Sn, with the aim of helping the construction of an experimental systematics for the real part of the nuclear interaction, and to obtain the experimental ground-state nuclear matter density for the 16O nucleus. As a complement, this work presents: i-) A theoretical systematics for nuclear densities which was performed for the whole mass region throughout the periodic table, ii-) the non-local model, developed to describe the energy dependence of the real part of the nuclear interaction; iii-) a new representation for the absorption of flux due to the reaction channels. This framework has allowed us to obtain a systematization of the optical potential from a consistent heavy-ion elastic scattering data analysis at low and intermediate energies. This analysis resulted a remarkable prediction for a very large elastic scattering cross section data set using a global and fundamental parameter-free model for the optical potential.

Complex Impedance Measuring Instruments (CIMI’s) are non-nuclear devices that calculate the dry unit weight and moisture content of soil by means of electromagnetic wave propagation theory. Unlike nuclear based test devices, these devices do not require certification or elaborate maintenance to own and operate. CIMI operation requires a soil specific calibration process where soil moisture and unit weight are correlated to electrical parameters. A new, smaller acrylic mold was developed as an alternative calibration tool to the manufacturer’s recommended mold. Calibrated soil models were generated using manufacturer recommended procedures as well as new procedures involving an acrylic mold. Models were then tested for accuracy. The new procedure outperformed the manufacturer’s procedure. Another small, acrylic mold was used to investigate the relationship between CIMI readings and soil parameters. Using several samples from four soils, the relationship between moisture, unit weight, and some electrical parameters was characterized. This characterization was then used to create a new, accurate calibration procedure.

Inadequate compaction of a soil subgrade can lead to detrimental outcomes that are not only costly but dangerous to the general public. To avoid this, quality control (QC) devices such as the nuclear density gauge (NDG) are currently being used to monitor the compaction and moisture content of soil subgrades. However, regulatory concerns associated with the NDG have encouraged federal and state agencies, as well as the heavy civil construction industry to consider non-nuclear devices for QC testing of compacted soils. One such non-nuclear device is the Soil Density Gauge (SDG), which utilizes electromagnetic wave propagation to obtain soil properties such as wet unit weight and moisture content. This research shows that through using soil-specific trend lines, the SDG has the capability of obtaining an equivalent NDG wet unit weight. Alongside the SDG, two dielectric moisture probes were also evaluated and through a calibration process on compacted soils, a general moisture content trend line was developed. This general moisture content trend line related outputted volumetric moisture contents from the moisture probes to gravimetric moisture contents. Field data were then plotted along with the general moisture content trend line to show that these devices have the potential of predicting gravimetric moisture contents. By combining the results of the SDG and moisture probe analyses, graphs were then developed that relate SDG wet unit weights to NDG dry unit weights using soil and moisture-specific trend lines.