Misura di elettroni di bassa energia in ICARUS T600 Alessandro Menegolli – ICARUS Collaboration Dipartimento di Fisica Nucleare e Teorica, Universita` di Pavia INFN di Pavia

28/09/2005A. Menegolli - ICARUS Collaboration 2 Contenuti: E` stato eseguito uno studio dettagliato della regione di basse energie (elettroni sotto i 5 MeV) nei dati raccolti dal semimodulo ICARUS T300 a Pavia nel Studio dei fondi in ICARUS T600 e confronto con i risultati del Montecarlo - Calibrazione del rivelatore a basse energie - Stima della trigger rate integrale dei fondi in superficie e underground - Limite superiore all’attivita` dell’isotopo 39 Ar in ICARUS T600 Le motivazioni sono:

28/09/2005A. Menegolli - ICARUS Collaboration 3 ICARUS T600 Argon liquido (87 K) Catodo Anodo: 3 piani di fili (a ±60° e 0°) E (500 V/cm) Rivelatore ICARUS T600 Una particella che attraversa il rivelatore ionizza gli atomi di argon… ionizza gli atomi di argon…  e-e-e-e- e-e-e-e- e-e-e-e- e-e-e-e- e-e-e-e- e-e-e-e- e-e-e-e- e-e-e-e- …gli elettroni vengono guidati da un campo elettrico verso tre piani di fili… sui quali si induce un segnale che viene elaborato dall’elettronica.

28/09/2005A. Menegolli - ICARUS Collaboration 4 Nei dati raccolti sono presenti elettroni di bassa energia. Sono prodotti da: Simulazione Montecarlo con GEANT3 - interazioni di raggi cosmici in LAr: - decadimenti  di 238 U e 232 Th, contaminanti dei materiali del rivelatore 1. code di sciami e.m. 2. catture di neutroni da parte di nuclei di Ar - decadimento  - dell’isotopo 39 Ar Una simulazione con GEANT3 ha permesso di stimare il contributo (da confrontarsi con i dati reali) delle catture di neutroni e dei contaminanti:

28/09/2005A. Menegolli - ICARUS Collaboration 5 Se nel MC si selezionano gli eventi fotoelettrici, si evidenzia un picco a 511 keV: la rate degli eventi (elettroni) nel picco e` di 50 Hz Gli eventi sono interpretati come fotoelettrici dovuti a fotoni dall’annichilazione di e + provenienti da conversione  e + e -

28/09/2005A. Menegolli - ICARUS Collaboration 6 Per il confronto con il MC e` stato misurato un campione di elettroni di bassa energia, ricostruendo i dati solo in eventi puliti, cioe` privi di: - sciami e.m. - singole tracce passanti (per lo piu` muoni) Misure

28/09/2005A. Menegolli - ICARUS Collaboration 7 Anche nei dati reali e` presente un picco, situato a 140 conteggi ADC. Il fattore di calibrazione misurato in ICARUS T600 per muoni al minimo di ionizzazione (3.3 keV/ADC) fornisce un energia di circa 500 keV Nell’interpretazione fotoelettrica si trova una calibrazione a basse energie: 3.64 ± 0.15 E(keV) = 3.64 ± 0.15 ADC (counts) Dal confronto con il Montecarlo si deduce che gli eventi nel picco fotoelettrico dovuti a catture di neutroni e contaminanti dei materiali sono il 5% del totale: il 95% e` attribuito a code di sciami e.m. cosmici

28/09/2005A. Menegolli - ICARUS Collaboration 8 Trigger rate Il MC riproduce bene la trigger rate integrale (in superficie) nel range 1.0÷3.5 MeV. Ad energie piu` alte la sottostima del MC puo`essere dovuta al fatto che il flusso di neutroni utilizzato viene da misure eseguite a Pavia, ma ad una certa distanza dal laboratorio dove era situato il rivelatore. Per estrapolare una trigger rate integrale dei fondi al Gran Sasso, va ricordato che: 1.i raggi cosmici sono abbattuti per un fattore 10 6 ; 2.il flusso di neutroni ambientali e` ridotto di un fattore 10 4.

28/09/2005A. Menegolli - ICARUS Collaboration 9 Recenti misure hanno valutato un’attivita`dell’isotopo 39 Ar in Argon naturale pari a 1 Bq/Kg: la rate prevista per il semimodulo T300 e` pari a 120 kHz al di sotto dell’end-point dello spettro beta (565 keV) L’attivita` totale misurata tra 300 e 500 keV (rate = 44.8 kHz), corretta per l’efficienza di identificazione, risulta 0.37 Bq/Kg. Questo numero va moltiplicato per 3 per tenere conto della parte mancante di spettro  - al di sotto dei 300 keV In questo range di energia il contributo dei cosmici e` difficilmente limite superiore valutabile: l’attivita` dell’ 39 Ar viene data solo come limite superiore Stima dell’ 39 Ar

28/09/2005A. Menegolli - ICARUS Collaboration 10 Conclusioni La misura di elettroni di bassa energia in ICARUS T600 ha permesso di: - Ottenere una calibrazione a basse energie grazie alla rivelazione di un picco fotoelettrico a 511 keV nei dati (anche underground); - Una stima della trigger rate integrale dei fondi in superficie con estrapolazione della rate underground (Gran Sasso); - Un limite superiore (~ 1 Bq/Kg) dell’attivita` dell’isotopo 39 Ar presente nell’Argon naturale