Nuova strumentazione per SPES

Presentazione sul tema: "Nuova strumentazione per SPES"— Transcript della presentazione:

1 Nuova strumentazione per SPES
Studio della struttura dei nuclei  reazioni dirette Scattering Elastico (sensibile alla distribuzione di densità di p,n) Scattering Inelastico (aspetti collettivi, B(E2),B(E3)) Transfer di un nucleone (stati di particella singola, processi astrofisici) Transfer di coppie di nucleoni (pair correlations) Reazioni a due corpi in cinematica inversa: vantaggioso effettuare la misura della cinematica del partner leggero Problemi: Particelle di bassa energia - identificazione Forte dipendenza angolare Compressione cinematica ai grandi angoli Fasci bassa intensità (efficienza di rivelaz.)

2 Possibile soluzione: spettrometro HELIOS_type
Utilizzare un campo magnetico di solenoide (2-5 Tesla), uniforme in tutto il volume, come spettrometro per particelle cariche leggere: Porre il bersaglio sull’asse magnetico del Solenoide Particelle emesse dal bersaglio seguono un moto elicoidale e sono focalizzate lungo l’asse del solenoide: Tcyc = 2m/Bqe z = vparTcyc Rivelazione mediante array di Si a posizione posti lungo l’asse del fascio in geometria opportuna per far passare il fascio ed il recoil Cosa serve misurare: il punto d’impatto z (Dx = 1 mm) Elab ToF delle particelle (~ 1-2 ns) In un campo omogeneo ToF = Tcycl Schema HELIOS Quantità derivate: m/q Ecm Qcm Identificazione della particella Grandezze cinematiche

3 Grandezze cinematiche in un Solenoide omogeneo
2 m/q = (eB/2p) Tflight Ecm = Elab + 1/2mVcm –VcmeqBz/2p Qcm = arccos(qeBz-2pmVcm/(2p√2mElab +m2Vcm –mVcmqeBz/p) Tcycl = * A/qB (ns) (con A in amu, B in Tesla) B= 2 Tesla B = 3 Tesla Protoni (ns) (ns) d, Alfa (ns) (ns) trizio (ns) (ns) Per l’identificazione delle particelle è sufficiente avere 2 ns di timing Cosa è possibile studiare dipende da: Cinematica Intensità del campo Dimensioni del Magnete La qualità del risultato dipende da: La precisione con cui si conosce il campo Il tipo di array adoperato

4 Il Magnete I parametri che determinano l’accettanza dello spettrometro sono: il valore di campo magnetico Il raggio (R) la lunghezza (L) Campo omogeneo nel solenoide sostanzialmente ristretto ad una regione con L ≈ 2R Angolo di emissione (gradi) Campo variabile per ottimizzare la focalizzazione delle particelle (p,d,t,a) sui rivelatori Dimensioni utili per la rivelazione (campo omogeneo) : R ~ 40 cm - Lunghezza  cm

5 Il Magnete Omogeneità:
Helios utilizza un solenoide nato per RMN con omogeneità di campo nella zona utile pari a 10-4 Stima effettuata operando OPERA con Solenoide con omogeneità pari a 10-3 Protone 2 MeV Protone 6 MeV Dx (ideale – Solenoide 10-3) = f(E,Theta_lab) Es: protoni 6 MeV, Qlab=10° Dx= 1.2 mm Es: Protoni 6 MeV Qlab=10°  Dx (ideale – Solenoide 10-4) = 0.7 mm Stray Field: Importante per la ‘’safety zone’’ Definizione zona di utilizzo motori/sistemi di pompaggio Possibili effetti sulla dimensione del beam spot (da valutare con attenzione)

6 Sistema di rivelazione
La geometria del set-up dipende dal tipo di reazione che si intende studiare (cinematica) Fascio Fascio Es:(d,p) (t,p) (3He,d) (3He,a) Es: (p,p’) (p,d) (3He,t) Tipo di rivelatori da adoperare: Si di mm sensibili alla posizione (dimensioni es. 50 x 20 mm) Valutare utilizzo della misura della posizione sulle due dimensioni nella ricostruzione dell’angolo di emissione (qlab) (Strip detector o bidim) Geometria: La più semplice è quella alla Helios (array lineare con sez quadrata 20 x 20 mm) Array con sezioni esagonali o ottagonali (incremento numero rivelatori) Dimensione lineare dell’array: 800 – 1000 mm

7 Sistema di rivelazione
Setup Si di HELIOS Effetto della geometria Si 1000 mm – 20 x 50 mm Array con sezioni di forma esagonale o ottagonale minimizzano gli effetti di dimensione trasversale del rivelatore

8 Sistema di rivelazione
Recoil detector: tipologia da studiare,utilizzo dipendente dal tipo di reazione e/o dalla purezza del fascio in caso di contaminanti Utiizzo del recoil potrebbe implicare un cambio di geometria dell’array dei Si in avanti. Array di rivelatori per la misura dei gamma: Miglioramento della risoluzione valutazione del tipo di rivelatore da adoperare geometria (emisfero opposto a dove si rivelano le particelle cariche) valutazione della presenza del rivelatore sul campo magnetico efficienza geometrica In corso studio per utilizzo di HPGe in campo magnetico (ERC di Recchia (Pd))

9 Solenoide + Array di HPGE
Valutazione del funzionamento dei HPGE in campo magnetico Misure con sorgenti g: Risoluzione Stabilità Efficienza Eg = 1332 KeV K. Szymanska et al. NIM A 592 (2008) 486–492 M. Agnello NIM A 606(2009)560–568 Geometria del setup Array gamma: Misurare in coincidenza particelle-gamma Miglioramento della risoluzione Determinazione Jp di stati non noti Determinazione della schema di livelli Misurare gamma in scattering inelastico Studio degli isomeri mediante coincidenza ritardata gamma-particella

10 Spettrometro HELIOS-like @ LNS
Rout=101cm L= 226 cm Punto di impatto sull’asse del solenoide al variare di theta Rin=30cm Modello di SOLE in OPERA Campo non omogeneo Ricostruzione alla HELIOS non direttamente applicabile

11 Spettrometro HELIOS-like @ LNS
Protoni E = 6 MeV Protoni E= 4 MeV con theta fissato=70° -70.5° e phi variabile - beam spot r=2 mm Zimp (cm) Angolo di emissione (gradi) Ricostruzione dell’angolo di emissione 69.0 69.2 Studio dell’array di rivelazione Simulazioni complete con campo misurato Test con fascio Angolo (gradi) 69.4 69.6 69.8 70.0 70.2 1 Rbeam (mm) 2

12 Active target nel Solenoide
Cosa è l’ACTIVE TARGET: Gas utilizzato come target e gas detector Identificazione delle particelle e cinematica mediante tracking Anodo di raccolta segmentato (2 x 2 mm2) Misura dei drift times e della carica indotta sulle pad Risoluzione in energia:  2% Vantaggi: Alta efficienza e bassa soglia di rivelazione Miglioramento della risoluzione in impulso/energia rispetto alle misure convenzionali (target+array di riv) Ampia copertura angolare Target spesso Ricostruzione del vertice dell’interazione e misura di Eloss Utilizzo: Studio di reazioni dirette (elastico, inelastico, transfer) Studio delle reazioni di scattering risonante Studio di reazioni di fusione

13 Active target nel Solenoide
SpecMAT (progetto di LEUVEN): Active target in campo magnetico con rivelazione gamma Solenoide per SpecMAT: Diametro min. = 60 cm Lunghezza min. = 50 cm B = 3-5 Tesla AsAd boards Pad plane – high granularity Field cage SiPMs Scintillation crystals Gas chamber Beam entrance Vantaggi del campo magnetico: La curvatura delle traiettorie dipende dalla rigidità magnetica (impulso della particella) Possibilità di rivelare traiettorie più lunghe (estensione del range) Focalizzazione degli elettroni primari durante il ‘’drift’’  migliore localizzazione della traccia

14 Costi indicativi e Persone
Solenoide superconduttivo: circa MEuro (dipende dalla dimensione e da Bmax) (Ditte produttrici: TESLA Engeneering, ASG Superconductors, SIEMENS) Rivelatori al Si + elettronica: 40 Keuro x 10 cm (array a sezione quadrata) 320 – 400 Keuro x cm di array Rivelatori al Si + elettronica: 80 Keuro x 10 cm (array a sezione ottagonale) 640 – 800 Keuro x cm di array Rivelatori al Si a strip o con misura posizione bidim. permetterebbero una migliore ricostruzione delle grandezze cinematiche (oggetti non in produzione da sviluppare)  ottimizzazione della geometria mediante test con il solenoide dei LNS. Rivelazione gamma da definire (ERC) Meccanica per rivelatori e target Persone interessate a tale attività: LNL: G. De Angelis, F. Gramegna, T. Marchi (SPECMAT), A. Gottardo, A. Lombardi Pd: F. Recchia, M. Mazzocco LNS: D.Santonocito, A. Di Pietro, P. Figuera, C. Maiolino, R.Alba Na: J. Pierroutsakou, C. Parascandolo