NeuLAND – Um Detector de Tempo de Voo Inovador para Neutrões Relativistas
Jorge Machado
Resumo
O laboratório FAIR (Facility for Antiprotons and Ions Research), uma actualização dos actuais aceleradores do GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research em Darmstadt, Alemanha, vai-se tornar no maior acelerador para a física nuclear na Europa e um dos maiores do mundo.
Entre as experiências planeadas para o FAIR, a colaboração R3B (Reactions with Relativistic Radioactive Beams) procura explicar as propriedades nucleares dos núcleos instáveis localizados dentro dos limites da matéria nuclear, as chamadas "drip-lines".
Na experiência R3B, a detecção de neutrões de alta energia é essencial para a medição das muitas reacções que deverão ser observadas. É portanto, necessário um espectrómetro ToF (Time-of-Flight) de alta resolução para determinar o momento dos neutrões de alta energia resultantes da decomposição do projéctil com energias num intervalo de 200 MeV a 1000 MeV. Uma das possíveis abordagens é o detector de neutrões NeuLAND baseado em RPCs (Resistive Plate Chambers). O princípio de detecção deste detector baseia-se na detecção de partículas carregadas criadas por chuveiros hadrónicos induzidos por neutrões em materiais. Para a optimização de um possível detector de grande área de 2 × 2 m2 construído com RPCs, várias simulações foram realizadas utilizando o programa computacional Virtual Monte Carlo framework FAIRROOT. O detector foi desenhado como uma estrutura de módulos de RPCs únicos com 5 gaps de gás agrupados sequencialmente para alcançar uma eficiência de detecção de um neutrão superior a 90%. Foram também estudados diferentes materiais como conversores assim como diferentes espessuras dos mesmos com diferentes configurações geométricas [1].
A partir dos resultados das simulações [2], foi construído um protótipo com dimensões de 2 x 0.5 m2 constituído por 4 câmaras RPC. Em 2012 o protótipo foi testado no GSI com um feixe quasi-monoenergético de neutrões resultante da reacção de quasi-free scatering de deutério num alvo de plástico (CH2).
Serão apresentados os resultados das simulações que levaram à construção do protótipo assim como a verificação experimental da performance do protótipo [3, 4].
[1] J. Machado, et al. PoS(RPC2012)039 (2012)
[2] J. Machado et al. Journal of Instrumentation, 8(07), P07020–P07020 (2013)
[3] J. Machado, et al. Journal of Instrumentation, 10(01), C01043–C01043 (2015)
[4] A. Blanco, et al. Journal of Instrumentation, 10(02), C02034–C02034 (2015)
