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.

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1 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 R 3 B H. Álvarez Pol 1, M.J.G. Borge 2, D. Cortina 1, I. Durán 1, O. Tengblad 2, M. Turrión 2 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 R 3 B en http://www.usc.es/genp/r3b

2 Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005 2 El experimento R 3 B Programa 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 Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005 3 Especificaciones del calorímetro Especificaciones según R 3 B 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)/ < 10%  Determinación de la energía suma: σ(E sum )/ < 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 E lab ≈ 3.2E CM  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 E CM = 10 MeV β = 0.82

4 Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005 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 Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005 5 Diseño preliminar (II) Detalles del diseño preliminar  Cristales con forma trapezoidal, base rectangular  Volúmenes de approx. 10x20x180 mm 3 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. 360dm 3 Propuesta R3B_CAL_01/05 (www.usc.es/genp/r3b)

6 Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005 6 Simulación del calorímetro Descripción 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 Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005 7 Simulación: resultados preliminares Resultados de este método  Energía: 0.5MeV  Eventos: 10 6  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 Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005 8 A modo de conclusión… Agenda del calorímetro de R 3 B 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…  R 3 B: www-land.gsi.de/r3b  Calorimetro en R 3 B: 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 R 3 B  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