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Índice El experimento R3B Especificaciones del calorímetro Diseño preliminar

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Índice El experimento R3B Especificaciones del calorímetro Diseño preliminar

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  1. CALIFA, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3BH. Álvarez Pol1, M.J.G. Borge2, D. Cortina1, I. Durán1, O. Tengblad2, M. Turrión21 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 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005

  2. El experimento R3B • 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 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005

  3. Especificaciones del calorímetro ECM = 10 MeV • Ligaduras adicionales (haz relativista) • El boost de Lorentz (β≈0.82) aumenta la energía de los gamma hasta un factorElab ≈ 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 β = 0.82 • 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 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005

  4. Diseño preliminar(I) • 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 • 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) 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 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) 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. Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005

  7. Simulación: resultados preliminares • 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 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 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005

  8. A modo de conclusión… • …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 • 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 Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005

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