CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project NEURAPID NEUtron RAPId Diagnostics UnitàINFN-LNF R. Bedogni0.6 FTE (*), Resp. Naz.le e LNF J.M. Gomez-Ros 0.6 A. Esposito0.2 B. Buonomo0.3 A. Gentile 0.4 (CTER) UnitàINFN-Milano (Politecnico) A. Pola 0.5 Resp. Milano M.V. Introini0.5 M. Lorenzoli FTE complessivo (*) EQ dei LNF per i rimanenti 0.4 FTE

CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project Ambito e obiettivi (i) L’ambito è quello della dosimetria neutronica, in particolare la spettrometria dal meV al GeV dei campi neutronici con dinamiche “estreme ”: Campi pulsati single-shot (laser ultraintensi) Singoli impulsi da > 10 5 cm -2 con durata ≈ fs Campi continui a bassissima intensità (neutroni indotti dal campo cosmico al suolo ed alle quote di volo) Campi continui con flussi anche inferiori a cm -2 s -1

CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project Laser ultra-intensi I neutroni possono essere prodotti da laser ultraintensi mediante: Bombardamento di target solidi Esempio (LA, 4th June 2013): Laser TRIDENT (120 J, 500 fs, 250 TW) + target solido deuterato: evidenza di neutroni fino a 150 MeV. DOE-Los Alamos su questa base ha aperto un programma di ricerca per sviluppare tecniche di laser-based neutron interrogation per illicit traffic detection e homeland security. Foto-produzione su targets ad alto Z da parte degli elettroni energetici estratti nell’interazione laser- plasma. Esperimenti previsti a LNF. Problemi aperti (1)Problema metrologico: studiare come varia l’emissione di N e la relativadistribuzione energetica al variare dell’angolo dal target (serve uno spettrometro direzionale) (2)Problema radio-protezionistico: misurare correttamente le dosi in regime “singolo shot” per la radioprotezione dei lavoratori (serve uno strumento con risposta isotropica)

CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project Neutroni indotti dal campo cosmico al suolo ed alle quote di volo I neutroni sono responsabili per circa metà della dose eagli equipaggi viaggianti. La dose dipende fortemente dallo spettro neutronico. Le compagnie aeree stimano queste dosi con codici come EPCARD (HZM). Tuttavia questi codici: - necessitano di validazioni spettrometriche sperimentali (richieste da EU e 230/95) - non prevedono gli incrementi di attività solare su breve scala temporale, i quali possono essere rivelati solo mediante una rete di misura a terra. Esiste un ground based neutron monitor database NMDB ( formato da circa 30 rivelatori a terra. Solo la stazione Zugspitze mountain HZM (2650 m s.l.m.) è munita di un sistema spettrometrico (sfere di Bonner) MA tale sistema NON è in grado di distinguere la componente verticale dall’albedo. (serve uno spettrometro direzionale)

CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project Dato l’interesse scientifico ed applicativo per i temi illustrati (vedere anche partnership, proposte di contratti e collaborazioni) il gruppo propone la seguente strategia Problema 1: misurare lo spettro meV-GeV con risposta direzionale oppure isotropica Il progetto in chiusura ( ) ha prodotto due nuove geometrie di misura (le uniche esistenti in grado di fornire una spettrometria real-time su 12 decadi in energia (meV-GeV)), CYSP: risposta direzionale ed SP 2 : risposta isotropica, TND concepiti per coprire una data varietà di intensità :  Sv/h - Sv/h Problema 2: misurare correttamente singoli impulsi ad elevata fluenza I singoli shot da > 10 5 cm -2 produrrebbero problemi di pile-up e saturazione nella quasi totalità delle elettroniche di conteggio. Si pensa pertanto ad utilizzare, come TND: una lamina attivabile (emissione beta e T 1/2 ~ sec) accoppiata con fogli di scintillatore plastico e/o silici a grande area ( cm 2 ). Lamine: In (14 sec e 202 barn termici) o Dy (78 sec e 2640 barn termici)

CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project Problema 3: misurare correttamente bassissimi flussi continui termici Si richiede in questo caso l’impiego, all’interno del moderatore, di rivelatori di neutroni termici aventi (1) grande area (2) grande efficienza. -Fogli di scintillatore al 6 Li o 10 B -Diodi a grande area depositati con composti del 6 Li o 10 B -Eventualmente una combinazione dei precedenti Problema 4: come testare rivelatori di termici a grande area Serve una colonna termica con: 1.Profilo uniforme su una grande area (almeno 20 cm x 20 cm)) 2. Flusso ≈ 500 cm -2 s -1, altamente riproducibile (sorgenti). 3.Metrologia del flusso molto ben stabilita (qualità metrologica) 4.Bassissima contaminazione gamma (pochi  Sv/h) E’ possibile trovare delle colonne ex-core da reattore, ma le 4 caratteristiche non sono in pratica mai presenti simultaneamente. (Vincoli di accesso). In Europa UK thermal pile, da acceleratore, 10 4 cm -2 s -1 (non di ricerca) SIGMA (CEA), 10 3 cm -2 s -1, chiuso nel 2006 PTB thermal pile, operatività 2016 (?), flusso ≈ 10 cm -2 s -1 Proposta di ETHERNES - geometria moderatrice innovativa

CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project Realizzazioni DIRSPEC Spettrometro direzionale in geometria CYSP, attrezzabile per lavorare sia in modalità pulsata, sia in modalità cosmic SPEEDY Strumento sferico di tipo Area monitor (una semplificazione del SP 2 ) per la dosimetria e radioprotezione delle pulsed facilities ETHERNES: un campo di neutroni termici ad area estesa 500 cm -2 s -1 su 20 cm x 20 cm. Necessario per il test e la calibrazione dei nuovi rivelatori per termici a grande area. 90% thermal Thermal flux/Am: 10 times improved x

CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project Project breakdown 2014(1) Calcolo Monte Carlo per ottimizzare il disegno di: DIRSPEC SPEEDY ETHERNES (2) Acquisto sorgente di 241 Am-Be (2.7 Ci 241 Am) per ETHERNES (3) Realizzazione di ETHERNES (1 tonn HDPE già donata da UAB) Sua caratterizzazione metrologica con tecniche in ns possesso Realizzazione diagnostica 2D per misura profilo spaziale flusso Inter-comparison PTB per definizione standard metrologico (4) Test sui rivelatori di termici a grande areea, scelta configurazione ottimale (include misure in singolo shot a e FLAME) 2015(1)Fabbricazione dei rivelatori per gli spettrometri finali (2) Loro caratterizzazione in Ethernes, e FLAME (3) Fabbricazione DIRSPEC e SPEEDY 2016Test degli strumenti finali in: campi neutronici di riferimento NPL-UK (verifica rsiposta in Energia) pulsed facilities reali (FLAME, ELI) stazione per misure di r.c. in quota (Zugspitze)

CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project Sinergie e partnerships INFN: BTF inclusi nel progetto CHIRONEcreazione di una linea  monoE (Ni target) da Ethernes

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CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project omissis

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CSN V - 9 Ottobre 2013 NEURAPID project In concreto: INFN (BTF & SPARC-lab)uso facilities NPL (UK)uso facilities di taratura normalmente a pagamento (2500 GBP/day x 5 days = 15 k€) HZM (Germany)Uso e accomodation facility Zugspitze UAB10 k€ in materiale x Ethernes, già arrivato CIEMAT7 k€ in materiale x Ethernes, promesso con lettera ufficiale del capo-progetto Ditta SPDContratto uso Ethernes Ethernes > 5 k€ UniPisaContratto uso Ethernes: qualche k€ UniSevillaContratto uso Ethernes: qualche k€ Sostegno LNF12.5 k€ (metà sorgente)