Diamond n_TOF C. Massimi per n_TOF ITALIA Roma, 6.12.2012.

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1 Diamond detectors @ n_TOF C. Massimi per n_TOF ITALIA Roma, 6.12.2012

2 n_TOF al CERN Misura di Sezioni d’urto Neutroniche: ad alta accuratezza, ad alta risoluzione, in un ampio intervallo energetico

3 n_TOF Collaboration CERN Technische Universitat Wien Austria IRMM EC-Joint Research Center, Geel Belgio University of Zagreb Croazia IN2P3 – IPN – Orsay, IN2P3 CEA – Saclay Francia University of Manchester, University of York Gran Bretagna University of Frankfurt Germania AstroParticle Consortium (Athens, Thessaloniki, Thrace …) Grecia INFN Bari, Bologna, LNL, Trieste ENEA – Bologna, Università di Bologna Italia LIP - Universitade de Coimbra, ITN Lisbona Portogallo INR – Dubna, IPPE – Obninsk Russia CIEMAT - Madrid, IFIC – Valencia, University of Santiago de Compostela, University of Cataluna Spagna University of Basel, Paul Scherrer Institute Svizzera University of Notre Dame, LNL, ORNL USA Contratti EC FP5 n-TOF-ND-ADS FP6 EUROTRANS FP7 ANDES = 33 Istituti ≈ 100 Ricercatori ≈ 16 PhD students

4 n_TOF ITALIA M.Barbagallo, N.Colonna, C.Carrapico, C.Massimi, P.Mastinu, M.Mastromarco, P.M.Milazzo, F. Mingrone, G.Tagliente, G.Vannini, V.Variale, A.Ventura M.Barbagallo, N.Colonna, C.Carrapico, C.Massimi, P.Mastinu, M.Mastromarco, P.M.Milazzo, F. Mingrone, G.Tagliente, G.Vannini, V.Variale, A.Ventura Bologna: UNIBO INFN ENEA Legnaro: INFN Trieste: INFN Bari: INFN 4 Sezioni INFN: Bari, Bologna, Legnaro e Trieste

5 Motivazioni Scientifiche Astrofisica nucleare Nucleosintesi degli elementi più pesanti del Ferro IV-Gen reattori Trasmutazione scorie ADS Tecnologie Nucleari Emergenti

6 Facility per tempi di volo Bersaglio di spallazione di Pb, raffreddato ad acqua borata (moderatore) Base di volo ~200 m Due collimatori, tre muri di schermaggio, un magnete Possibilià di cambiare il profilo del fascio nella sala sperimentale (per misure di cattura e fissione). Elevato flusso istantaneo10 5 n/cm 2 /pulse Largo spettro energetico30 meV < E n < 1 GeV Buona risoluzione energetica  E/E ~ 10 -4 (fino a 100 keV) Basso repetition rate1 pulse/2.4 s (0.8 Hz) Basso background10 -5 (1 particella/cm 2 /pulse) Sorgente di spallazione (su proposta di C. Rubbia).

7 Facility per tempi di volo

8 Test e Misure Diamond detector per misure di sezioni d’urto di reazioni (n,  ) Detector material : Chemical vapor deposition (CVD) diamond. Vari CVD: Single crystal (sCVD) diamond Poly-crystalline (pCVD) diamond New materials: Diamond on Iridium (DOI), …

9 Setup sperimentale: Rivelatore al Diamante ( 12 C) su fascio di neutroni n  Isotope of interest 59 Ni, 10 B, 33 S, 149 Sm, etc. CVD diamond detector ⇒ Come scegliere il tipo di rivelatore : 1.Tipo di segnale 2.fondo 3.Tipo di reazione: deposited energy o pulse shape discrimination (PSD) Test e Misure

10 Scelta del rivelatore: ⇒ Risposta a sorgenti  : sCVD soluzione migliore per applicazioni spettroscopiche Test e Misure

11 Particle traversing the detector => Triangular Pulse Particle stopped in the detector => Rectangular Pulse Test e Misure Scelta del rivelatore: ⇒ Forma del Segnale : PSD, solo per sCVD diamond

12 Misura della prima risonanza neutronica a 203 eV per la reazione 59 Ni(n,  ) Risposta del rivelatore alle diverse reazioni: 59 Ni(n,  ) e 59 Ni(n, p). Sample : 516 kBq (174 mg 59 Ni), 1.5 cm diameter Detector : Mosaic-detector with 9 sCVD diamonds Electronics : Current amplifiers (PSD) and shaping amplifiers (high resolution amplitude spectra) by CIVIDEC 59 Ni(n,  )  Q=5.1 MeV, 59 Ni(n, p)  Q=2.4 MeV 1 a Misura

13 8 sCVD + 1 DOI diamond diodes: 1.Thickness: 150  m 2.Electrodes: 200 nm Al (in addition: 500 um sCVD diamond diode and Si diode for background measurements) Materials: –Diodes: C, Si, B, P –Electrodes: Al, Au, Pt, C Glued and bonded to PCB structure: Materials: –PCB: epoxy resin, Cu, Au, Ni –Bonding: Staystick thermoplastic (?), Al Sample fixed on the PCB structure: => 1.85 mm maximum distance between sample and detector CIVIDEC Instrumentatio n GmbH

14 1 a Misura Neutrons Vacuum Chamber Spectroscopic amplifiers Dedicated electronics: –180 ns shaping amplifiers –8 mV/fC –SNR: 14/fC Measurement under vacuum: –p min = 5*10 -6 mbar 59 Ni run 15.10. – 9.11.2012: –Sample out –Pt backing – 59 Ni + 6 Li sample –Beam off –Calibration with 4-  source CIVIDEC Instrumentatio n GmbH

15 1 a Misura CIVIDEC Instrumentatio n GmbH

16 1 a Misura

17 DIAMShift [mV] Shift [%] 1- 4- 1.7% 2+ 54+ 21% 300 4- 2- 0.8% 5- 6- 1.9% 6- 4- 1.3% 8- 4- 1.3% 9+ 6+ 2%

18 Visitatori esterni ⇒ La facility n_TOF può ospitare test di rivelatori di gruppi esterni: GEM detectors at nTOF from CERN/RP Tests with medipix at n_TOF by CERN/RP Diamond detector test … … 2013 (metà 2014) la facility è ferma per la costruzione di una nuova linea di fascio …

19 Cristian Massimi Dipartimento di Fisica e Astronomia – Sezione INFN-Bologna massimi@bo.infn.it www.unibo.it