Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 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 , Santiago de Compostela. 2 Instituto de Estructura de la Materia, CSIC , 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
Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 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
Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 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
Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 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
Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 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 cristales Longitudes incrementándose con el ángulo polar 32 tipos de cristales Barril central (50º < θ < 90º) Approx cristales 26 tipos de cristales End cap trasero (90º < θ < 130º) Approx cristales 15 tipos de cristales Total: 1600Kg (CsI) en approx. 360dm 3 Propuesta R3B_CAL_01/05 (
Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 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.
Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense Simulación: resultados preliminares Resultados de este método Energía: 0.5MeV Eventos: 10 6 Eficiencia geométrica: 84.4% Resolución en energía (en el pico): FWHM MeV (2.685%) Entradas dentro de las barras (3% alrededor del pico): 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
Héctor Alvarez Pol 13/09/2005 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense A modo de conclusión… Agenda del calorímetro de R 3 B CALIFA : I+D en cristales, lectura, diseño… Final 2006: propuesta técnica detallada Primer trimestre 2006: contratación : 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: FAIR: …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