NeuLAND Készítő: Kripkó Áron

R3B Cél: egzotikus atommagok vizsgálata kinematikailag teljes mérések során Kinematikailag teljes mérés: reakcióban keletkező összes részecskét és sugárzást detektáljuk, és meghatározzuk jellemzőiket A nehézséget a gyors neutronok okozzák Nehéz a detektálás, de még nehezebb az impulzus mérése Pl. 28 𝑂 - elmélet szerint kötött: 4 neutron és a kötött 24 𝑂 → a neutronok impulzusa korrelált lehet, ha létezik a 28 𝑂 Kell egy detektor, ami képes detektálni a 4 neutront és megmérni az impulzusukat egyidejűleg → NeuLAND

NeuLAND New Large Area Neutron Detector Neutrondetektor Szcintilláció: PVT-alapú (RP408) Hozzáadott antracén → 425 nm - csúcs A szimulációk szerint leghatékonyabb elrendezés kerül megépítésre: 50 x 50 szcintillátorrúdból áll A rudak 250 x 50 x 50 cm kiterjedésűek Mindkét végükön PMT-k (fotoelektron-sokszorozók) vannak – hely-, energiameghatározás

Geometria

Geometria 50 darab rúd alkot egy síkot A síkok egymáshoz képest 90°-al vannak elforgatva – helymeghatározás Az egységek mozgathatók a tartósínen Tömbös elrendezés – jobb időfeloldás Kétfalas elrendezés – nagyobb szögtartományfedés A detektor időfeloldása a legjobb lesz a világon: 𝜎 𝑡 ≈150 ps Detektáló felület: 250x250 cm 2 Mélység: 3 m

Szimuláció Geant4 132 𝑆𝑛 felbomlott 208 𝑃𝑏 Coulomb terében és leadott n neutront 600 MeV/nukleon energia A neutronok belépnek a NeuLAND-ba Eseményenkénti találatok adatait (koordináták, repülési idő, sebesség komponensei és leadott energia) kiírja adatfájlba Minden eseményhez kiírja az Sn mag bomlás utáni adatait Lefutott 1, 2, 3 és 4 neutronra 10000 esemény 𝛾-diszkrimináció: 400 keV

Szimuláció módosítása Az algoritmus jóságának teszteléséhez kell tudni, hogy az adott találatot melyik neutron okozta Geant4-ben a részecskék „megszűnnek” és „keletkeznek” kölcsönhatáskor → elveszik az eredeti azonosító adata Módosítás: a kezdeti azonosító hozzárendelődik az „új” részecskékhez is Így a találatokhoz is rendelhető egy kezdeti neutron → eldönthető, hogy melyik találat jó az impulzus kiszámításához

A hatásfok vizsgálata 96 % az egy neutron detektálásának hatásfoka 84 % pedig mind a négy neutron detektálásának hatásfoka Látható az ábrán Független események A jó hatásfok a geometriának köszönhető

Találatok száma Láthatóan neutrononként átlagosan 11 találat Illesztés alapján pontosan 10,71

Teljes leadott energia Láthatóan neutrononként átlagosan 110 MeV Illesztés alapján pontosan 109,2 MeV

A bejövő neutronok számának meghatározása Az előző 8 ábra Látható, hogy elkülönülnek Energiában kicsit jobban Ezek alapján meghatározható a neutronok száma

A bejövő neutronok számának meghatározása Az előző ábrán „rossz” pontok is voltak Ezeken csak azok vannak, ahol tényleg minden neutron detektálódott Itt már jobban látszik az elkülönülés A korábbi illesztett értékeket ez alapján határoztam meg

A bejövő neutronok számának meghatározása Az algoritmus eredménye Az energiát nagyobb súllyal vette figyelembe (2:1) Ha 0 bejött neutront mondtak volna a számok, de legalább 1 találat volt, akkor 1 a bejött neutronok száma A kisebb értékek felé való eltolódás jól látható az eloszlások alakjából

Töltött részecske trajektóriák A neutronok meglökhetnek töltött részecskéket Ezek további találatokat okoznak Nagyjából egy egyenes mentén Kiveszem az egy egyenesre eső (-0,9 > cos 𝛼 ) találatokat, amik időben közel vannak (< 0,7 ns) Így jobb lett a kiválasztás

Neutronok szóródása 𝑐𝑜𝑠𝛩 = 1−(𝐸 −𝐸0) 𝑐 2 ( 𝑚 2 + 𝑀 2 ) + 2𝐸𝑀 𝑀( 𝐸 2 − 𝑚 2 𝑐 4 ) 𝑡𝑔ϑ= 𝑣 𝑛 𝑐𝑚 1− 𝑉 2 𝑠𝑖𝑛𝛩 𝑉+ 𝑣 𝑛 𝑐𝑚 𝑐𝑜𝑠𝛩 𝑐𝑜𝑠ϑ= 𝑟1 −𝑟2 2 + 𝑟1 −𝑟3 2 − (𝑟2 −𝑟3) 2 2|𝑟1 −𝑟2||𝑟1 −𝑟3|

Neutronok szóródása Geometriai szög kiszámítása 3 találatra Energiák viszonyaiból szögek számítása relativisztikus ütközéssel A két szög összehasonlítása Minden találathoz rendelek egy valószínűséget a szög alapján az első találatból kiindulva A valószínűség kiosztásánál figyelem az energia csökkenésének megvalósulását és a sebesség fénysebességhez való viszonyulását is Egy végigfutás után, az idők figyelembevételével kiválasztom a következő találatot Leállok, mikor megvan az összes neutron, vagy ha elfogytak a találatok

Invariánstömeg-spektroszkópia A bomlás során nem változik Ismerve a leánymag és az összes bomlástermék tulajdonságait meghatározható a mag gerjesztési energiája A szimulációban ismert a gerjesztési energia (600 keV) → tesztelhető az algoritmus (jó találatok vannak-e kiválasztva)

A rekonstrukció

A rekonstrukció – az elérhető legjobb