Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005 1 CALIFA, un Calorímetro

Héctor Alvarez Pol 13/09/2005

Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005

1

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



2

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



3

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



4

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



5

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)



6

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.



7

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



8

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

Documents

Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005 1 CALIFA, un Calorímetro