CALIFA, un Calorímetro Gamma de
Absorción Total para R3B
H. Álvarez Pol1, M.J.G. Borge2, D. Cortina1, I. Durán1, O. Tengblad2, M. Turrión2
1 Dpto. Física de Partículas, Facultad de Física, Universidad de Santiago. 15782, Santiago de Compostela.
2 Instituto de Estructura de la Materia, CSIC. 28006, Madrid.
Índice
El experimento R3B
 Especificaciones del calorímetro
 Diseño preliminar
 Simulación del calorímetro
 Conclusiones

Más información sobre el calorímetro y el experimento R3B en http://www.usc.es/genp/r3b
Héctor Alvarez Pol
13/09/2005
Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B
XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005
1
El experimento R3B
Programa físico
Dispositivo experimental
Knockout - Estructura de capas, resonancias…
 QFS - Funciones de estructura, correlaciones…
 Absorción total - Radio, halo nuclear…
 Dispersión elástica – Densidades nucleares…
 Excitaciones EM - Intensidades de transición…
 Fisión - Estructura y prpiedades dinámicas…
 Espalación - Mecanismos de reacción,
aplicaciones astrofísicas, transmutación…
 Fragmentación - EOS…

Dipolo de amplia aceptancia
 Calorímetro/espectrómetro para gammas
 Tracking para fragmentos pesados y protones
 TOF para fragmentos (fisión y espalación)
 Silicios para partículas en retroceso
 Detector de neutrones de alta resolución
 Blanco activo

Rama de alta energía del Super-FRS / NUSTAR / GSI
Héctor Alvarez Pol
13/09/2005
Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B
XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005
2
Especificaciones del calorímetro
Especificaciones según R3B Technical Proposal
…lo que nos determina
Eficiencia en la absorción total:
Eff > 80% hasta Eγ=15MeV
 Resolución en energía para fotones:
ΔEγ /Eγ < 3%
 Determinación de la multiplicidad:
σ(Nγ)/<Nγ > < 10%
 Determinación de la energía suma:
σ(Esum)/<Esum> < 10%
 Resolución en energía para protones: ΔE/E < 1% hasta E=300MeV
 Coste razonable
 Otros (tamaño máximo, adquisición común NUSTAR, ...)


Ligaduras adicionales (haz relativista)
El boost de Lorentz (β≈0.82) aumenta la energía
de los gamma hasta un factor Elab ≈ 3.2ECM
 Para obtener la energía CM se requiere una alta
resolución en ángulo polar → alta granularidad
 La distribución angular se desvía siguiendo la
dirección (y sentido) del haz

Héctor Alvarez Pol
13/09/2005
Cristales de gran longitud y con las
mejores propiedades disponibles
(homogeneidad, linealidad…)
 Máxima recolección de luz
 Alto rango dinámico en la
electrónica de lectura, bajo ruido
ECM = 10 MeV
β = 0.82
Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B
XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005
3
Diseño preliminar(I)
Resolución angular y perfil óptimo
A partir de la relación entre energía CM y LAB, se
obtiene la resolución angular requerida frente a θ
 Las curvas muestran la resolución en ángulo polar
σ(θ) requerida para que la contribución a la
reconstrucción de la energía sea una constante
 Perfil ideal para un cristal de tamaño cte. (según la
dirección que determina al angulo polar que cubre)
 Región crítica alrededor de 35º (0.6 rad)

Subdivisión y resolución
End cap delantero (6º < θ < 50º)
 Barril central (50º < θ < 90º)
 End cap trasero (90º < θ < 130º)
 La segmentación asegura una contribución* a la
resolución en energía inferior al 1.5% (σ) / 3.5% FWHM

* Contribución debida sólo a la incertidumbre
en ángulo polar; el resultado podría depender
del método de reconstrucción angular
Héctor Alvarez Pol
13/09/2005
Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B
XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005
4
Diseño preliminar (II)
Detalles del diseño preliminar
Cristales con forma trapezoidal, base rectangular
 Volúmenes de approx. 10x20x180 mm3

End cap delantero (6º < θ < 50º)
Approx. 2500 cristales
 Longitudes incrementándose con el ángulo polar
 32 tipos de cristales

Barril central (50º < θ < 90º)
Approx. 2000 cristales
 26 tipos de cristales

End cap trasero (90º < θ < 130º)
Approx. 1000 cristales
 15 tipos de cristales

Total: 1600Kg (CsI) en approx. 360dm3
Propuesta R3B_CAL_01/05 (www.usc.es/genp/r3b)
Héctor Alvarez Pol
13/09/2005
Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B
XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005
5
Simulación del calorímetro
Descripción de la simulación
Basada en GEANT4 + ROOT
 Generador isótropo de gammas con boost de Lorentz
 Completa segmentación de acuerdo con la propuesta
 Posibilidad de seleccionar diferentes materiales para
los cristales y el medio (wrapping, soportes, …)
 Cristales separados por 1mm de espacio. No hay
materia definida entre los cristales.
 Simulación completa de la pérdida de energía en los
cristales del calorímetro
 Reconstrucción a partir de “Hits” en cada cristal. Cada
Hit guarda la energía depositada, entre otros detalles

En verde las trayectorias de los gamma. Los puntos
rojos corresponden a interacciones con pérdida de
energía en el medio.
Héctor Alvarez Pol
13/09/2005
Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B
XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005
6
Simulación: resultados preliminares
Ejemplo: método (trivial) de reconstrucción basado en:
Ángulo polar: ángulo del eje del cristal con mayor energía depositada
 Energía: suma de las energías depositadas en todos los cristales con señal

Resultados de este método






Energía: 0.5MeV
Eventos: 106
Eficiencia geométrica: 84.4%
Resolución en energía (en el pico):
FWHM 0.0134MeV (2.685%)
Entradas dentro de las barras (3%
alrededor del pico): 566852
Número medio de cristales con Hit
(en los que se deposita energía): 2.27
Héctor Alvarez Pol
13/09/2005
Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B
XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005
7
A modo de conclusión…
…respecto al calorímetro CALIFA
Agenda del calorímetro de R3B CALIFA
Los grupos de Santiago y Madrid (entre otros
grupos internacionales) tienen la responsabilidad
de definir la estructura del calorímetro R3B
 Diseño preliminar acabado
 Programas de simulación disponibles
 Resultados en evaluación
 Siguiente iteración del diseño en curso
 Primeros prototipos (cristales y sistemas de
lectura) preparados para medidas en laboratorio


2005-2006: I+D en cristales, lectura, diseño…
 Final 2006: propuesta técnica detallada
 Primer trimestre 2006: contratación
 2006-2009: construcción y control de producción
 2010: primer haz en FAIR/GSI
Mas información sobre…
R3B: www-land.gsi.de/r3b
 Calorimetro en R3B: www.usc.es/genp/r3b
 FAIR: www.gsi.de

Héctor Alvarez Pol
13/09/2005
Califa, un Calorímetro Gamma de Absorción Total para R3B
XXX Reunión Bienal de Fisica -- Ourense 2005
8
Descargar

Diapositiva 1