L. Stuhl, A. Krasznahorkay, M. Csatlós, A.Algora, A. Bracco, F. Camera, N. Blasi, S. Brambilla, A. Giaz, J. Gulyás, G.Kalinka, Zs. I. Kertész, B. Million, L. Pellegri, S. Riboldi 1
Technikai követelmények: Inverz kinematikás mérésekhez terveztünk repülési idı (ToF) neutron spektrométert Cél: 1 MeV energia-feloldás E * -ban Szükséges: Idıfeloldás 1-0.8 ns között 1 vagy az alatti szög feloldás 1 méteres repülési út Feltételek: Szabad repülési táv Éles repülési idı (ToF) jel, gyors szcintillátorok Detektorok közti átszóródás csökkentése A spektrométer 5 < Θ lab < 85 szögek között állítható legyen A tartórendszer anyaga fontos: kevés anyag ellenére szilárd váz Rossz fénybegyőjtés leküzdése Plasztik szcintillátorok esetén kis energiás protonokra: E p =0.2 MeV E e =10 kev jó fénybegyüjtés szükséges Eredmény: A LENA egyszerre rendelkezik jó szögfeloldással és jó idıfeloldással, így adott céltárgy-detektor távolság esetén a repülési idıbıl (ToF) a neutronok energiája és szöge jó pontossággal mérhetı. 2
LENA (Low Energy Neutron Array) 1 m hosszú plasztik szcintillátor (10 x 45 x 1000 mm) Típus: UPS89 (NE102A) Max. emisszió hullámhossz: 423 nm Nagy fényvisszaverı képességő csomagoló fólia VM2000 Szilikon fénycsatoló anyag Típus: EJ-560 Optical Interface sheet FES típus: Photonis XP2262 Maximális sokszorozási tényezı: 2 10 7 A detektor-állvány pozícionálható 10 < Θ lab < 85 tartományban Változtatható geometria: 3 különbözı modul a nyalábot körülvéve 15 detektor szál, 2 síkban 2 modul, a nyalábcsatorna 2 oldalán 16 detektor szál, 1 ill. 2 síkban 3
4
Új csomagolási eljárás A csomagolóanyag minısége és illeszkedése a plasztikok felületéhez fontos kritériuma a jó fénybegyőjtésnek Egy speciális sütıforma. Méretei: (1000 44,5 9,5) mm 3 Anyaga: Al, felülete: tökéletesen sima A forma belsı része becsomagolva MW2000 fóliába,mely speciálisan tisztított Fontos a tökéletes illeszkedés, feszültségmentes csomagolás Külsı fém forma ráfogása, acél bilincsekkel 10 centiméterenként csavarokkal felfogva A sütés 115 C fokon 2 órán át A 2 óra letelte után kivettük a sütıformát a kemencébıl 24 órán át pihentetve az anyag a formában 5
A csomagolás tanulmányozása Kísérlet: Reakció: PTB, Braunschweig 7 Li(p,n) 7 Be és t(p,n) 3 He A kijövı neutronok energiája 0.2 MeV és 1 MeV között Teflon szalag + Al fólia + fekete plasztik fólia VM2000 (normál) + Al fólia + fekete plasztik fólia VM2000** (hıkezelt) + Al fólia + fekete plasztik fólia Csomagolás A fénybegyőjtés hatásfoka Energia 210 kev 471 kev 1.04 MeV Teflon szalag 95 96 96 VM2000 100 100 100 VM2000** 115 114 118 Megállapíthatjuk, hogy a speciális fólia használatával 15-20-kal jobb fénybegyőjtés biztosítható. 6
A spektrométer néhány tipikus ToF spektruma Kísérlet: Reakció: PTB, Braunschweig 7 Li(p,n) 7 Be és t(p,n) 3 He E n = 471 kev Counts 10 4 E n = 925 kev Neutrons Counts 10 4 E n =2014 kev Neutrons Gamma flash 10 3 Gamma flash Scattered neutrons 10 3 Scattered neutrons 10 2 10 2 200 400 600 800 ToF(ns) 200 400 600 800 ToF(ns) 7
Átszóródás vizsgálata MC szimulációk készültek 1 MeV energiájú neutronokra. A detektorszálak egymás közti távolsága és a rendszer geometriája is MC szimulációkkal lett optimalizálva, különbözı távolságokat vizsgálva. Két különbözı neutron energia-érték esetén vizsgáltuk az átszóródást: 471 kev (PIROS) és 1,04 MeV (FEKETE) MC szimuláci ció VM2000 (új j metódus) 3 3 1 4 3 2 5 4 1 100 1 100 1 100 2 Jó egyezés a szimuláció eredménye és a kísérleti eredmények között. A VM2000 esetén az átszóródás kisebb. 8
Idı- és helyfelbontás vizsgálata Kísérlet: Forrás: Távolságok: GSI, Darmstadt Kollimált 90 Sr 50 cm (közép) és 60, 70, 80, 90 cm Idıfelold feloldás: 0.95 ns A helyfeloldás s a detektor mentén: n: 8.3 cm Egy adott detektor esetén a pozíció a 2 FES idıkülönbségébıl számolható. Counts 90000 80000 70000 60000 50000 40000 925 kev 2014 kev 471 kev Effektív hossz: 98.2 cm 30000 20000 10000 5 10 15 20 T (ns) 9
Neutron detektálási hatásfok Kísérlet: Reakció: PTB, Braunschweig 7 Li(p,n) 7 Be és t(p,n) 3 He Detektorok távolsága (ToF esetén): 5020 mm Kvázi monoenergetikus neutronok: 240, 471, 925 és 2014 kev Efficiency () 50 45 40 35 30 25 20 20 kevee 30 kevee 40 kevee A szimulációkban a neutronforrás 1 m távolságra volt elhelyezve egy LENA detektorszáltól és a teljes szál lett besugározva 15 10 0 2 4 6 E n (MeV) Jó egyezést kaptunk a szimulált lt hatásfok és s kisenergiás s kísérleteink k között. k 10
Fénylecsengés vizsgálata Attenuáció vizsgálata: 60 Co forrással A detektor teljes hosszában a forrást a felsı Counts 10 3 50 cm FEStıl 10 cm-es lépésközzel mozgatva Optikai fénylecsengf nylecsengési si hossz: : (99.1 ± 2) ) cm 10 2 90 cm 10 cm 10 500 1000 1500 E (ch) Energy (ch) 1600 1500 1400 1300 PMT1 (up) PMT2 (down) 1200 1100 1000 900 800 sqrt(pmt1*pmt2) 3,5 700 0 20 40 60 80 100 Distance (cm) 11
GSI S408 kísérlet (2011.10.03-08.) A neutronbır-vastagság modell független vizsgálatára 124 Sn(p,n) 124 Sb LENA 1 m 65 <Θ<75 1 és 4 MeV közötti neutronokat detektáltunk A neutronokat a dipol állapotok legerjesztıdésébıl származó gammákkal koincidenciában mértük. Hat darab, egyenként (3.5 x 8 ) térfogatú LaBr 3 detektort használtunk (INFN, Milano) 12
A gamma detektorok hatásfokának vizsgálata Közvetlenül a kísérlet után, a LaBr 3 detektorok hatásfok hitelesítése. Az S408 körülményeihez hasonlóan: abszorbensek ( 5 mm Pb, 3 mm Cu és 10 mm vastag Al ) Kis energia (1.408 MeV-ig) A hatásfok 60 Co és 66 Ga gamma forrásokkal mérve, 25 cm-re elhelyezve a LaBr 3 detektoroktól. Nagy energia A pont-pár eljárás. Reakció: 23 Na(p,γ) 24 Mg és 27 Al(p,γ) 28 Si, 39 K(p,γ) 40 Ca és 11 B(p,γ) 12 C, 7 Li(p,γ) 8 Be 66 Ga Li-7 Na-23 13
Linearitás és hatásfok A mért és számított hatásfok össze lett hasonlítva a GEANT4 eszköztárát felhasználó szimuláció eredményével. Az eredmények jól egyeznek a GEANT szimuláció eredményével. Nonlinearitás abszorbensek nélkül abszorbensekkel A hatásfok 19.7 a 1173.2 kev gamma energiára, míg 4.5 a 17.6 MeV-re A detektorok nonlinearitása 20 MeV-ig 4 alatti 14
Összefoglalva: Tanulmányoztuk a töltéscsere-reakciók inverz kinematikában való vizsgálatának körülményeit Megépítettük a LENA neutron spektrométert Meghatároztuk a paramétereit Hatásfok: 40 E n =1MeV Idıfeloldás: 0.95 ns Helyfeloldás: 8,3 cm Átszóródás: 5 Attenuációs torzulás: 3,5 Elsı sikeres mérés 124 Sn neutronbır vastagság R n = 0.209 ±0.07 fm 15
16