Modulární neutronové pole - Modular Neutron Array

The Modulární neutronové pole (MoNA) je velkoplošná, vysoká účinnost detektor neutronů který se používá v základním výzkumu vzácných izotopů při Michiganská státní univerzita je Národní supravodivá cyklotronová laboratoř (NSCL), zařízení pro výzkum jaderné fyziky. Je speciálně navržen pro detekci neutrony vyplývající z rozpadových reakcí rychlých fragmentačních paprsků.

Pole detektoru MoNA

Modulární neutronové pole se skládá ze 144 jednotlivých detektorových modulů. Každý modul je založen na plastu scintilátor měřící 10 cm na 10 cm na 200 cm. Tato scintilační lišta je na každém konci opatřena světlovody, které směrují světlo do jednoho fotonásobič na každém konci. Každý modul detektoru je zabalen do lehce těsného materiálu, což umožňuje uspořádání pole detektorů v různých konfiguracích.

Ve své původní konfiguraci sestávala MoNA z 9 vertikálních vrstev 16 detektorů naskládaných těsně vedle sebe, s aktivní oblastí o šířce 2,0 ma výšce 1,6 m. Ve svém současném uspořádání (znázorněném na sousedním obrázku) je naskládán do čtyř samostatných částí po 2, 2, 2 a 3 vrstvách, oddělených mezerami v rozmezí od 0,5 do 0,8 metru. Měří polohu i čas neutronových událostí s možností vícenásobného zásahu. Energie neutronu je založena na měření doby letu. Tato informace spolu s detekovanou polohou neutronu se používá ke konstrukci vektoru hybnosti neutronů.[1][2]

Účinnost detekce MoNA je maximalizována pro rychlosti dálkových paprsků, které jsou k dispozici v NSCL's Coupled Cyclotron Facility (CCF). Pro neutrony v rozmezí od 50 do 250 MeV v oblasti energie je navržen tak, aby měl účinnost až 70% a rozšiřuje možné experimenty s náhodnými neutrony na měření, která dříve nebyla proveditelná. Detektor se používá v kombinaci s magnetem Sweeper[3][4][5][6][7] a jeho detektory ohniskové roviny pro nabité částice.[8] Modulární konstrukce MoNA navíc umožňuje její přenos mezi experimentálními trezory a její použití v kombinaci s magnetem Sweeper instalovaným na magnetickém spektrografu S800.[9] Díky vysoké účinnosti detekce energie bude tento detektor vhodný pro experimenty s rychlými fragmentačními paprsky na navrhovaném ISF.

Dějiny

Když NSCL upgradoval své schopnosti na zařízení Coupled Cyclotron, a Florida State University / Konsorcium Michiganské státní univerzity postavilo Sweeperův magnet pro použití se dvěma existujícími neutronovými stěnami k provádění experimentů shody neutronů a fragmentů. Neutronové stěny byly původně postaveny pro energie dolních paprsků a měly účinnost pouze asi 12% pro neutronové energie očekávané od CCF. Během schůzky uživatelů NSCL v roce 2000 si pracovní skupina uvědomila příležitost významně zvýšit efektivitu řadou více vrstev využívajících plast scintilátorové detektory.

Na schůzi pracovní skupiny bylo přítomno několik uživatelů NSCL z vysokoškolských škol a navrhli, že modulární povaha a jednoduchá konstrukce by poskytly skvělé příležitosti pro zapojení vysokoškolských studentů.

Na jaře roku 2001 se myšlenka vyvinula do několika návrhů MRI předložených 10 různými institucemi, většinou vysokoškolských škol. Fyzici těchto deseti akademických institucí vytvořili spolupráci MoNA:

Návrhy byly financovány NSF v létě roku 2001. Po podrobném návrhu byly první moduly sady detektorů dodány v létě roku 2002. Během následujícího roku byly všechny moduly sestaveny a otestovány vysokoškolskými studenty jejich školy,[10] a nakonec přidán k vytvoření kompletního pole na NSCL.

Spolupráce MoNA pokračovala i po ukončení počáteční fáze výstavby a uvedení do provozu [MoNA] a nyní využívá pole detektorů pro experimenty, což dává velkému počtu vysokoškolských studentů ze všech spolupracujících škol příležitost podílet se na špičkové jaderné fyzice experimenty v jednom z předních světových zařízení pro vzácné izotopy. Výzkum na vysokoškolských institucích je financován NSF prostřednictvím několika grantů RUI (výzkum na vysokoškolských institucích).

Spolupráce MoNA

Spolupráce MoNA v současné době zahrnuje fyziky z jedenácti vysokých škol a univerzit. Projekt je financován z Národní vědecká nadace.

Členy spolupráce jsou:

Spolupráce se zavázala zapojit vysokoškoláky do významných částí experimentálního programu v zařízení MoNA. Většina spolupracujících členských institucí jsou primárně vysokoškolské školy. Vysokoškoláci pomohli postavit a otestovat MoNA a nadále se účastnit experimentů během běhů a prostřednictvím analýzy dat. Rovněž vytvořila intenzivní letní sezení určená pro vysokoškoláky, povzbuzování studentů k účasti na všech fázích experimentů, pořádání několika setkání ročně, které zahrnují vysokoškoláky, a využívání informačních technologií, které spojují vzdálené vysokoškoláky.

Reference

  1. ^ Luther, B .; Baumann, T .; Thoennessen, M .; et al. (Červen 2003), „MoNA - modulární neutronové pole“, Jaderné přístroje a metody ve výzkumu fyziky Sekce A, 505 (1–2): 33–35, Bibcode:2003 NIMPA.505 ... 33L, doi:10.1016 / s0168-9002 (03) 01014-3
  2. ^ Baumann, T .; Boike, J .; Brown, J .; et al. (Květen 2005), „Konstrukce modulárního velkoplošného detektoru neutronů pro NSCL“, Jaderné přístroje a metody ve výzkumu fyziky Sekce A, 543 (2–3): 517–527, Bibcode:2005 NIMPA.543..517B, doi:10.1016 / j.nima.2004.12.020
  3. ^ Zelevinsky, V .; Volya, A. (2006), „Continuum Shell Model, Reactions and Giant Resonances“, Woehr, A .; Aprahamian, A. (eds.), Zachyťte spektroskopii gama paprskem a související témata: 12. mezinárodní sympozium, 4. – 9. Září 2005, Notre Dame, Indiana, Sborník konferencí AIP, 819, Americký fyzikální institut, str. 493–497, doi:10.1063/1.2187905
  4. ^ Prestemon, S .; Bird, M. D .; Crook, D. G .; et al. (Březen 2001), „Konstrukční návrh a analýza kompaktního zametacího magnetu pro jadernou fyziku“, Transakce IEEE na aplikovanou supravodivost, 11 (1): 1721–1724, Bibcode:2001 ITAS ... 11.1721P, doi:10.1109/77.920115
  5. ^ Toth, J .; Bird, M. D .; Miller, J. R .; et al. (Březen 2002), „Konečný návrh kompaktního zametacího magnetu pro jadernou fyziku“, Transakce IEEE na aplikovanou supravodivost, 12 (1): 341–344, Bibcode:2002 ITAS ... 12..341T, doi:10.1109 / tasc.2002.1018415
  6. ^ Bird, M. D .; Bole, S .; Gundlach, S .; et al. (Červen 2004), „Návrh a výroba kryostatu pro zametací magnet NHMFL / NSCL“, Transakce IEEE na aplikovanou supravodivost, 14 (2): 564–567, Bibcode:2004ITAS ... 14..564B, doi:10.1109 / tasc.2004.829720, S2CID  34670655
  7. ^ Bird, M. D .; Kenney, S. J .; Toth, J .; et al. (Červen 2005), „Testování systému a instalace zametacího magnetu NHMFL / NSCL“, Transakce IEEE na aplikovanou supravodivost, 15 (2): 1252–1254, Bibcode:2005ITAS ... 15.1252B, doi:10.1109 / tasc.2005.849553, S2CID  24997693
  8. ^ Frank, N. (2006), Spektroskopie nevázaných stavů neutronů v izotopech kyslíku bohatých na neutrony (Disertační práce), Michiganská státní univerzita
  9. ^ Bazin, D .; Caggiano, J. A .; Sherrill, B. M .; et al. (Květen 2003), "Spektrograf S800", Jaderné přístroje a metody ve výzkumu fyziky Sekce B, 204: 629–633, Bibcode:2003NIMPB.204..629B, doi:10.1016 / s0168-583x (02) 02142-0
  10. ^ Howes, R. H.; Baumann, T .; Thoennessen, M .; et al. (Únor 2005), „Výroba modulárního neutronového pole: přístup založený na spolupráci s vysokoškolským výzkumem“, American Journal of Physics, 73 (2): 122–126, Bibcode:2005AmJPh..73..122H, doi:10.1119/1.1794758

externí odkazy