Program AGATA czyli futurologia w spektroskopii promieniowania gamma Witold Męczyński Zakład Struktury Jądra Seminarium IFJ PAN, Kraków, 12 stycznia 2006 r.

Plan wprowadzenie rozwój spektrometrów  tracking promieniowania  spektrometr AGATA organizacja projektu nasze miejsce w projekcie

Eksperyment Morinagi 2.5 x 3.8 cm NaI(Tl) 52 MeV  + 160Gd 160Dy + 4n E=90 keV(1332 keV) 4+ - 2+ 6+ - 4+ 8+ - 6+ 10+ - 8+ niedostateczna rozdzielczość wysokie tło niska wydajność H.Morinaga, P.C. Gugelot, NP21(1963)293

Moc rozdzielcza R i granica obserwacji 0 badanie kaskady (M,0) poprzez pomiar widma koincydencyjnego pomiędzy F detektorami, F  M (Np/Nb)(F) = 0(0.76R)F n (%) R F 0 EB IV 239 9 9.0 4 10- 4 R = (SE/E)(P/T) W(F) ~ (1/F!)F

Detektor germanowy HPGe-n+ implantacja boru HPGe dyfuzja litu 4 x 109 /cm3 110 x 100 mm, 770 cm3 4 kg  = 181,3% E = 2,09 keV (1332 keV) ~ 400 mm J. Eberth, University of Cologne

Odpowiedź detektora Ge na promieniowanie  Nuclear Physics Group, University of Liverpool E = ~50 keV - ~10 MeV: dominacja efektu Comptona

Rozwój spektrometrów : eksperyment Johnsona 43 MeV  + 160Gd 160Dy +4n I  20+ 2 Ge(Li), 43 cm3 E = 2.5 keV (1332 keV) A. Johnson et al., NP179(1972)753

Rozwój spektrometrów : Escape Suppressed Spectrometer (ESS) ’ veto wzrost P/T,  ~ (P/T)2  Ge P/T ~ 20% P/T ~ 55% 60Co osłona scynt. singles NaI, BGO Compton-suppresion shield Anti-Compton shield suppressed G. Duchêne et al., NIM and Phys.Res. A432(1999)90

Rozwój spektrometrów : eksperyment Twina 205 MeV 40Ca + 108Pd 152Dy +4n  ~ 0.6 TESSA3: 16 ESS Ge, 0.5% 0 ~ 1% ~0.15 P.J. Twin et al., PRL57(1986)811

Rozwój spektrometrów : eksperyment Simpsona 170 MeV 36S + 130Te 162Er + 4n EUROBALL III: 239 Ge, ~10% 0 ~ 0.002 % J. Simpson et al., PRC62(2000)024321

EUROBALL IV, 239 HPGe

GAMMASPHERE, 122 HPGe

Rozwój spektrometrów germanowych (1/0)

AGATA – myśl projektu EUROBALL W ~ 0.4 MODEL W ~ 0.8 AGATA wg D. Bazzacco, Padova W ~ 0.8 Nseg ~ 5000

Tracking promieniowania  rozpraszanie komptonowskie E E tarcza pochłanianie N oddziaływań N! permutacji: (0)(1)(2)(3), (0)(1)(3)(2)... wg E. Farnea, Padova EPos

Współrzędna radialna miejsca oddziaływania 

Współrzędna azymutalna miejsca oddziaływania  transient (mirror) signal net (real) signal amplituda (j. wzgl.) czas (ns)

Analiza kształtu impulsu (PSA) konwersja sygnał-cyfra próbkowanie 10 ns ~7000 kanałów wg Th. Kroell, Padova

Skanowanie kryształu detektora A.Boston et al., Univ. of Liverpool

Tracking – schemat ideowy 4 1 Identified interaction points Reconstruction of tracks e.g. by evaluation of permutations of interaction points Highly segmented HPGe detectors (x,y,z,E,t)i g · · · Pulse Shape Analysis to decompose recorded waves · 2 3 Digital electronics to record and process segment signals reconstructed g-rays J. Simpson, Daresbury

Pozycyjnie czuły spektrometr Spektrometr AGATA Advanced GAmma Tracking Array Pozycyjnie czuły spektrometr promieniowania  180 heksagonalnych kryształów HPGe 36 segmentów w krysztale 6480 segmentów 12 pentagonalnych kryształów HPGe 362 kg HPGe 60 potrójnych klastrów kąt bryłowy 82% promień wewnętrzny 23 cm elektronika cyfrowa analiza kształtu impulsu tracking promieniowania 

Detektor Agaty HPGe, typ n długość 90 mm średnica 80 mm 36 segmentów kapsuła Al 0.8 mm 36 + 1 wyjść

Klaster Agaty 3 kryształy w kapsułach kriostat 111 przedwzmacniaczy chłodzone FET ~230 wyjść dewar LN2, 3 litry

AGATA, 180 HPGe, 6480 segmentów

Własności AGATY wydajność: 40% (M = 1), 25% (M = 30) EUROBALL IV GAMMASPHERE AGATA GRETA wydajność: 10% (M = 1), 5% (M = 30) 40% (M = 1), 25% (M = 30) rozdzielczość: 40 keV (1 MeV, v/c = 50%) 6 keV (1 MeV, v/c = 50%) częstość 20 kHz (M = 30) 300 kHz (M = 30) wg J. Simpson, Daresbury

Rozwój spektrometrów germanowych AGATA

demonstracja idei pomiary fizyczne „Demonstrator” AGATY 5 klastrów (15 Ge) 540 segmentów, 555 kanałów  = 3 – 8% (M = 1)  = 2 – 4% (M = 30) Cel: demonstracja idei pomiary fizyczne GSI FRS RISING LNL PRISMA CLARA GANIL VAMOS EXOGAM JYFL RITU JUROGAM test PSA, tracking, DAQ poprawka dopplerowska

Rozmycie szerokości linii  w efekcie Dopplera HPGe segmentowany HPGe DQGe g j. odrzutu Q 1-szy punkt oddz. g wiązka DQR Q wiązka Eg = Ego ( 1 + b cosQ )  = v/c tarcza detektor pomocniczy dla pomiaru prędkości v jądra odrzutu!

Pierwszy pomiar testowy detektora AGATY Uniwersytet w Kolonii, IX.2005 <d>~5 mm redukcja szerokości linii  rozmytej w efekcie Dopplera Th. Steinhardt et al.

Organizacja AGATY 12 krajów europejskich, 42 laboratoria, R&D: 2003 – 2007, budowa: 2008 - ~ 2012 AGATA Steering Commitee AGATA Management Board AGATA Working Groups Ancillary detectors & integrat. Detector module Detector performance Data processing Design and infrastructure Simulation & Data Analysis EURONS AGATA teams Elec.&DAQ integration Run Control & GUI EU Devices for key experiments

Nasz udział w programie AGATA AGATA Ancillary Detectors and Ancillary Detector Integration Working Group Piotr Bednarczyk Adam Czermak Barbara Dulny Jerzy Grębosz Adam Maj Bogdan Sowicki Jan Styczeń Jacek Wrzesiński Mirosław Ziębliński W.M. AGAVA (AGata Ancillary VME Adapter) Ancillary Detector GTS Interface test demonstartora AGATY z detektorami pomocniczymi: Euclides, Neutron Wall, Diamond, CUP, Recoil Filter Detector... Data Processing GUI - Graphic User Interface projekt, test, zastosowanie EURONS 2005 - 2008

DZIĘKUJĘ!