Héctor Alvarez Pol 13/09/2005
Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005
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CALIFA, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B
H. Álvarez Pol1, M.J.G. Borge2, D. Cortina1, I. Durán1, O. Tengblad2, M. Turrión2
1 Dpto. Física de Partículas, Facultad de Física, Universidad de Santiago. 15782, Santiago de Compostela.
2 Instituto de Estructura de la Materia, CSIC. 28006, Madrid.
Índice El experimento R3B Especificaciones del calorímetro Diseño preliminar Simulación del calorímetro Conclusiones
Más información sobre el calorímetro y el experimento R3B en http://www.usc.es/genp/r3b
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El experimento R3BPrograma físico Knockout - Estructura de capas, resonancias… QFS - Funciones de estructura, correlaciones… Absorción total - Radio, halo nuclear… Dispersión elástica – Densidades nucleares… Excitaciones EM - Intensidades de transición… Fisión - Estructura y prpiedades dinámicas… Espalación - Mecanismos de reacción,
aplicaciones astrofísicas, transmutación… Fragmentación - EOS…
Dispositivo experimental Dipolo de amplia aceptancia Calorímetro/espectrómetro para gammas Tracking para fragmentos pesados y protones TOF para fragmentos (fisión y espalación) Silicios para partículas en retroceso Detector de neutrones de alta resolución Blanco activo
Rama de alta energía del Super-FRS / NUSTAR / GSI
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Especificaciones del calorímetro
Especificaciones según R3B Technical Proposal Eficiencia en la absorción total: Eff > 80% hasta Eγ=15MeV Resolución en energía para fotones: ΔEγ /Eγ < 3% Determinación de la multiplicidad: σ(Nγ)/<Nγ > < 10% Determinación de la energía suma: σ(Esum)/<Esum> < 10% Resolución en energía para protones: ΔE/E < 1% hasta E=300MeV Coste razonable Otros (tamaño máximo, adquisición común NUSTAR, ...)
…lo que nos determina Cristales de gran longitud y con las
mejores propiedades disponibles
(homogeneidad, linealidad…) Máxima recolección de luz Alto rango dinámico en la
electrónica de lectura, bajo ruido
Ligaduras adicionales (haz relativista) El boost de Lorentz (β≈0.82) aumenta la energía
de los gamma hasta un factor Elab ≈ 3.2ECM
Para obtener la energía CM se requiere una alta
resolución en ángulo polar → alta granularidad La distribución angular se desvía siguiendo la
dirección (y sentido) del haz
ECM = 10 MeV
β = 0.82
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Diseño preliminar(I)Resolución angular y perfil óptimo A partir de la relación entre energía CM y LAB, se
obtiene la resolución angular requerida frente a θ Las curvas muestran la resolución en ángulo polar
σ(θ) requerida para que la contribución a la
reconstrucción de la energía sea una constante Perfil ideal para un cristal de tamaño cte. (según la
dirección que determina al angulo polar que cubre) Región crítica alrededor de 35º (0.6 rad)
Subdivisión y resolución End cap delantero (6º < θ < 50º) Barril central (50º < θ < 90º) End cap trasero (90º < θ < 130º) La segmentación asegura una contribución* a la
resolución en energía inferior al 1.5% (σ) / 3.5% FWHM
* Contribución debida sólo a la incertidumbre en ángulo polar; el resultado podría depender del método de reconstrucción angular
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Diseño preliminar (II)
Detalles del diseño preliminar Cristales con forma trapezoidal, base rectangular Volúmenes de approx. 10x20x180 mm3
End cap delantero (6º < θ < 50º) Approx. 2500 cristales Longitudes incrementándose con el ángulo polar 32 tipos de cristales
Barril central (50º < θ < 90º) Approx. 2000 cristales 26 tipos de cristales
End cap trasero (90º < θ < 130º) Approx. 1000 cristales 15 tipos de cristales
Total: 1600Kg (CsI) en approx. 360dm3
Propuesta R3B_CAL_01/05 (www.usc.es/genp/r3b)
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Simulación del calorímetroDescripción de la simulación Basada en GEANT4 + ROOT Generador isótropo de gammas con boost de Lorentz Completa segmentación de acuerdo con la propuesta Posibilidad de seleccionar diferentes materiales para
los cristales y el medio (wrapping, soportes, …) Cristales separados por 1mm de espacio. No hay
materia definida entre los cristales. Simulación completa de la pérdida de energía en los
cristales del calorímetro Reconstrucción a partir de “Hits” en cada cristal. Cada
Hit guarda la energía depositada, entre otros detalles
En verde las trayectorias de los gamma. Los puntos rojos corresponden a interacciones con pérdida de energía en el medio.
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Simulación: resultados preliminares
Resultados de este método Energía: 0.5MeV Eventos: 106
Eficiencia geométrica: 84.4% Resolución en energía (en el pico):
FWHM 0.0134MeV (2.685%) Entradas dentro de las barras (3%
alrededor del pico): 566852 Número medio de cristales con Hit
(en los que se deposita energía): 2.27
Ejemplo: método (trivial) de reconstrucción basado en: Ángulo polar: ángulo del eje del cristal con mayor energía depositada Energía: suma de las energías depositadas en todos los cristales con
señal
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A modo de conclusión…
Agenda del calorímetro de R3B CALIFA 2005-2006: I+D en cristales, lectura, diseño… Final 2006: propuesta técnica detallada Primer trimestre 2006: contratación 2006-2009: construcción y control de producción 2010: primer haz en FAIR/GSI
Mas información sobre… R3B: www-land.gsi.de/r3b Calorimetro en R3B: www.usc.es/genp/r3b FAIR: www.gsi.de
…respecto al calorímetro CALIFA Los grupos de Santiago y Madrid (entre otros
grupos internacionales) tienen la
responsabilidad de definir la estructura del
calorímetro R3B Diseño preliminar acabado Programas de simulación disponibles Resultados en evaluación Siguiente iteración del diseño en curso Primeros prototipos (cristales y sistemas de
lectura) preparados para medidas en laboratorio