Исследование характеристик позиционно чувствительного нейтронного детектора на пучках релятивистских протонов Студент-дипломник Денисовская Ольга Александровна Руководитель проекта к.ф.м.н. Шарков Георгий Борисович ФГУП «ГНЦ РФ ИТЭФ» Дипломный проект

Цель: разработка и исследование позиционно чувствительного нейтронного детектора. Задачи: Разработка конструкции нейтронного детектора. Разработка метода вычисления координат регистрации прошедших через детектор частиц. Исследование характеристик созданного детектора.

Размеры и координатное разрешение детектора. E n =50 – 500МэВ, Δq=15МэВ, r=200см Поперечные размеры счетчика: При E n =50МэВ, Δr= 96мм. Минимальное координатное разрешение: При E n =500МэВ, Δr =60мм. Продольный размер счетчика: L=128мм.

Временное разрешение детектора Временное разрешение: При E n =500МэВ, Δt =300пс. Минимальное временное разрешение: При E n =50МэВ, Δt =1,06нс.

Конструкция детектора Светосмещающее оптоволокно Kuraray Y-11 Фотодиоды Сцинтиллятор

Исследуемый прототип детектора ФЭУ Детектор Диоды

Тесты на ускорителе У-10 Схема магнитного тракта 211 МЛ1 – магнитная линза. МЛ2,МЛ3 – комплексы из 2 магнитных линз. ПЛ – полевая линза ПМ1,ПМ2 – поворотные магниты С1,С2,С3,С4 – сцинтилляционные счетчики k1,k2 – пропорциональные камеры N – нейтронный детектор С4 С3 k2 k1 N С2С2 С1С1 ПМ2 ПМ1 МЛ3 МЛ2 ПЛ МЛ1

Метод вычисления координат u Диод 4 (А 4 ) y=(u 2 -d )/20 Диод 2 (А 2 )Диод 3 (А 3 ) Направление пучка у х f(u)=exp(p 0 +p 1 ·u) g(d)=exp(q 0 +q 1 ·d) u=(ln(A 3 /A 1 )-p 0 )/p 1 d=(ln(A 4 /A 2 )-q 0 )/q 1 Диод 1 (А 1 ) x=(u 2 -y 2 ) d

Результаты испытаний «Белый детектор»

x,mm y,mm

А4/А2 d,cm

Координатное разрешение детектора: Δх=(3,28±0,03)cm Δу=(3,63±0,04)cm x(n-detector)-x(chamber),cm y(n-detector)-y(chamber),cm N N

Временное разрешение детектора: Δt=(2,51±0,03)ns time,ns N

«Черный детектор»

x,mm y,mm

d,cm А4/А2

Координатное разрешение детектора: Δх=(2,59±0,01)cm Δу=(2,95±0,01)cm x(n-detector)-x(chamber),cm y(n-detector)-y(chamber),cm N N

Временное разрешение детектора: Δt=(1,66±0,02)ns time,ns N

Новый метод вычисления координат А4/А2 d,cm

Координатное разрешение детектора: Δх=(2,235±0,004)cm Δу=(1,734±0,004)cm x(n-detector)-x(chamber),cm y(n-detector)-y(chamber),cm N N

Предложение по улучшению конструкции

Выводы 1.Разработана конструкция позиционно чувствительного нейтронного детектора. Детектор состоит из блока пластикового сцинтиллятора размерами 96х96х128мм 3. Регистрация света происходит с помощью светосмещающих волокон на его рёбрах и лавинных фотодиодов. Детектор выгодно отличается своей компактностью и высокой по сравнению с другими нейтронными детекторами позиционной чувствительностью. 2.Разработан метод измерения координат регистрации прошедших через детектор частиц, в основу которого положено сравнивание сигналов, пришедших на противоположные фотодиоды. 3.Созданный детектор был исследован на космических мюонах и на пучках релятивистских протонов ускорителя У10 ИТЭФ. 4.В результате исследований были получены следующие характеристики детектора: Координатное разрешение: Δх=(2.235±0.004) см. Δу=(1.734±0.004) см. Временное разрешение: Δt=(1.66±0.02) нс. Полученное координатное разрешение отвечает поставленной задаче, а временное - нет. 5. Предложены способы улучшения временного и координатного разрешения. 6. По теме данной работы имеется 3 публикации.

План дальнейших исследований Изменение конструкции детектора для улучшения его характеристик. Исследование распространения света в детекторе для определения оптимальной функции описывающей зависимость амплитуды сигнала на диоде от координат. Исследование характеристик детектора на нейтронных источниках.

Спасибо за внимание!

Extra slides

Фазовая диаграмма ядерного вещества ITEP, NICA

Флуктон-флуктонное взаимодействие,, o Нуклоны Плотная барионная система Флуктоны

nn корреляционная функция

Схема эксперимента FLINT γ1γ1 γ2γ2 n Этап I Этап II

Схема установки FLINT VETO счетчик Светосмещающее оптоволокно Пластиковый сцинтиллятор фотодиод Супермодуль VETO

Временное разрешение Е n =50-500МэВ,Δq=15МэВ/с, r = 200см Время пролета t = r/v, где v – скорость нейтрона. v = β·c. α=Δq/q = Δt/t. При E n =500МэВ, β=0.67, α = t=10нс. Следовательно, Δt =300пс. При E n =50МэВ, β=0.3, α = t=22,2нс. Следовательно, Δt =1,06нс.

Поперечные размеры счетчика Аналогично, α= Δq/q = Δr/r. Δr = r·α. При E n =50МэВ, α = 0.048, Δr = 9.6см. При E n =500МэВ, α = 0.03, Δr = 6см.

Продольные размеры счетчика E p =(2m n m p )(1-cos(2θ))E n /(m n + m p ) 2 ; m n m p, cos(2θ)=1-2sin 2 (θ) => E p E n cos 2 (θ) l=d/tg(θ). L=2·l. При E n =500МэВ, =250МэВ, а D(E p )=144. Чтобы найти оптимальный размер нейтронного счетчика, рассмотрим энергию протона отдачи Е р = +(D(E p )/2)=322МэВ. cos 2 (θ)=E p /E n =322/ cos(θ)=0.8, θ37º, tg(θ)0.75, следовательно L=128мм. f(Е p ) EnEn 0 EpEp cos 2 ( )= /E n =0.5, =45º; tg( )=1; Следовательно, l=48мм, а L=96мм.

Разность координат зарегистрированных камерами частиц x(Chamber 1)-x(Chamber 2),mm y(Chamber 1)-y(Chamber 2),mm N N

Космика μ μ Пластиковый сцинтиллятор Детектор ФЭУ

Космика N N N N

Другие варианты конструкции детектора