Líneas de Física Nuclear
Responsable científico: O. Tengblad (IEM), Mª J. G. Borge (IEM)
La principal línea de actividad de la física nuclear es el estudio de las reacciones nucleares relevantes para la astrofísica. Las reacciones de interés tienen, en general, secciones transversales extremadamente bajas y la detección incluye partículas cargadas y radiación gamma.
La línea de física nuclear tiene una longitud aproximada de 5 m y está situada en el puerto de ángulo –30º del imán de conmutación. Está totalmente equipado y mantenido por el grupo de Física Nuclear del IEM-CSIC. Se pueden distinguir dos partes, una primera parte correspondiente a la línea de haz que permite el transporte del haz de iones desde el imán de conmutación a la cámara y la segunda parte correspondiente a la cámara de vacío que alberga los diferentes montajes experimentales [1]. A continuación describiremos brevemente ambas partes. La parte 1 incluye un monitor de perfil de haz (BPM) para medir el perfil del haz entrante, un colimador y una copa de Faraday para medir la intensidad del haz. Desde el imán de conmutación hay un tramo recto de 40 cm, luego una válvula DN63CF, otro tubo recto de unos 125 cm que se conecta a una cruz con estructura de soporte donde se ubica una bomba de vacío de 250 L/s, y vacuómetros, un colimador y un taza de Faraday para medir la intensidad del haz. A lo largo de la línea hay otro tramo recto que incluye un tombac para facilitar la alineación de la cámara para que el haz llegue al centro de la cámara. Los detalles de la línea y la conexión con la cámara se muestran en la foto.
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Teniendo en cuenta la flexibilidad requerida y la restricción debida a la dispersión de Rutherford, el final de la línea de haz está equipado con una gran cámara de reacción versátil. La cámara contiene varios puntos de montaje para diferentes tipos de configuraciones, según el experimento específico. La configuración fija contiene una escalera de objetivo genérica: el eje deslizante ingresa a través de la brida superior de la cámara, proporcionando hasta 3 posiciones diferentes para diferentes objetivos, además de una taza de Faraday. Esta posición, cuando se selecciona, coloca la lectura actual justo en el punto del haz, asegurando así la alineación correcta del haz. La escalera del objetivo permite la rotación alrededor del eje vertical, lo que permite evitar los ángulos sombreados por el marco del objetivo o ajustar el grosor efectivo del objetivo. Además, a la entrada de esta cámara, hay un colimador con tres aberturas diferentes (0.8, 1, 1.2 cm), movido de manera similar a través de un eje montado en una brida lateral.
Todas las configuraciones comparten un diseño capaz de evitar la señal muy fuerte de la dispersión de Rutherford que enmascararía el canal de reacción de interés. Además, las configuraciones de los detectores son fácilmente intercambiables. Para la detección de partículas cargadas en ángulos de avance, una configuración de 14 Si 5 x 5 cm2 detectores, cada uno dividido en 4 subdetectoress of 6.25 cm2 [2], montado formando un cuarto de una esfera de 15 cm de radio. La llamada Silicon-Ball tiene una cobertura angular de 27º – 87º, cubriendo un ángulo sólido del 11,6% de 4p. En ángulos hacia atrás, se coloca una configuración ajustada de tres detectores de tira de Si de doble cara, que cubren de 82º a 171º, con una resolución angular de 3 grados y una cobertura de ángulo sólido del 12,5 % de 4p. Se pueden agregar diferentes tipos de sistemas de detección gamma a través de bridas en varias direcciones. La segmentación de los detectores da lugar a un gran número de canales electrónicos (200). La electrónica integrada de tecnología avanzada se utiliza para la lectura. Las señales, en el caso de centelleadores y detectores de Ge, se digitalizan en la fuente (módulo Mesytec MDPP-16), mientras que para los detectores de Si se utiliza un sistema analógico altamente integrado multiplexado (módulo Mesytec MDI-2). Todas las unidades son controladas y los datos son transportados por un controlador VME a una computadora personal a través de una conexión USB3 con una tasa de eventos sostenible de 1 MHz con un tiempo muerto insignificante.
- [1] “Diseño y Montaje de una línea en el acelerador de 5MV de la UAM para física Nuclear Experimental” (Design and assembly of the Nuclear Physics beam Line at the CmAm-UAM 5 MV Ion Accelerator) by Adolfo Sabán Iglesias. DEA (Diploma de Estudios Avanzados), UCM, 2003.
- [2] L.M. Fraile, J. Äystö, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 513(1), 287 (2003). https://doi.org/10.1016/j.nima.2003.08.049
La línea de Física Nuclear tiene un ramal en el puerto 45º, NUC_45º beamline:
Esta línea, con un foco óptimo más corto, está compuesta por una pequeña cámara de diagnóstico de haz (equipada con una taza de Faraday y una escala de objetivos micrométricos con hasta 5 posiciones), una rendija colimadora con 4 cuchillas micrométricas independientes con lectura de corriente y un tubo de extensión estrecho que termina en una brida objetivo de solo 6 cm de ancho. El tubo de extensión está diseñado para permitir una alta cobertura de ángulo sólido con detectores externos. La región del tubo está aislada del resto de la línea por una válvula manual para permitir intercambios rápidos de objetivos. Esta línea alberga uno de los dos sistemas de detección de neutrones móviles complementarios: MINIBELEN [MON22], que es un contador de neutrones de 4π con una respuesta casi plana de hasta 10 MeV, y MONSTER [MAR14] basado en módulos de centelleo líquido BC501/EJ301 que funcionan como un contador de tiempo. espectrómetro de vuelo. Ambos sistemas también se complementan con mediciones de espectroscopia γ para reacciones (α,xnγ) utilizando una matriz de centelleadores rápidos. Ambos sistemas son operados por la colaboración MANY. La colaboración MANY (Measurement of Alpha Neutron Yields and Spectra) es un esfuerzo de grupos de investigación españoles (IFIC, UPC, UCM, CIEMAT, US, IEM) con el objetivo de realizar medidas de reacciones (α,xn) mediante CMAM (Madrid ) y CNA (Sevilla) haces α con diferentes motivaciones físicas.
- [MAR2014] T. Martinez et al., Nuclear Data Sheets 120 (2014) 78.
- [MON22] N. Mont et al., Proceedings XXII Chilean Symposium of Physics 2020, in press, 2022. arXiv:2205.02147
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