Разработка высокогранулярного времяпролетного детектора нейтронов для эксперимента BM@N

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Приводится описание конструкции детектора HGND (Highly Granular Neutron Detector) для измерения азимутальных потоков нейтронов с энергиями от 300 до 4000 МэВ, образующихся в столкновениях тяжелых ионов в эксперименте BM@N (Barionic Matter at Nuclotron) на выведенном пучке ускорителя “Нуклотрон” ОИЯИ (Дубна) при энергиях пучков 2–4 АГэВ. Детектор состоит из 16 слоев пластиковых сцинтилляционных детекторов, имеющих ячеистую структуру, с медными поглотительными пластинами между слоями. Представлены результаты измерения временного разрешения сцинтилляционных ячеек с использованием кремниевых фотодетекторов. Описана предлагаемая схема электроники считывания сигналов со сцинтилляционных ячеек. Приведены результаты моделирования аксептанса нейтронного детектора, эффективности регистрации нейтронов, разрешения по энергии нейтронов и оценка скоростей счета нейтронов для реакции Bi+Bi при энергии 3 АГэВ.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ф. Ф. Губер

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

М. Б. Голубева

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

А. А. Зубанков

Институт ядерных исследований Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а; 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

А. П. Ивашкин

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

А. В. Известный

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

Н. М. Карпушкин

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

Д. Д. Ляпин

Институт ядерных исследований Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а; 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

М. В. Мамаев

Институт ядерных исследований Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а; 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

А. И. Махнёв

Институт ядерных исследований Российской академии наук; Московский физико-технический институт

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а; 141701, Долгопрудный, Московская обл., Институтский пер., 9

С. В. Морозов

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

П. Е. Парфенов

Институт ядерных исследований Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а; 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

Д. В. Серебряков

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

Д. А. Финогеев

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

А. И. Шабанов

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Email: karpushkin@inr.ru
Russian Federation, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

References

  1. Sorensen A., Agarwal K., Brown K. et al. // e-Print: 2301.13253. Available online 20 December 2023. https://arxiv.org/abs/2301.13253
  2. Senger P. // Phys. Scripta 2021. V. 96. P. 054002. https://doi.org/10.1088/1402-4896/abebfe
  3. Le Fèvre A., Leifels Y., Reisdorf W., Aichelin J., Hartnack Ch. // Nucl. Phys. A. 2016. V. 945. P. 112. https://doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2015.09.015
  4. Leifels Y., Blaich T., Elze T. et al. // Phys. Rev. Lett. 1993. V 71. P. 963. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.71.963
  5. Lambrecht D., Blaich T., Elze T. et al. // Z. Phys. A. 1994. V. 350. P. 115. https://doi.org/10.1007/BF01290679
  6. Russotto P., Wu P.Z., Zoric M. et al. // Phys. Lett. B. 2011. V. 697. P. 471. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2011.02.033
  7. LAND Collab., Blaich T., Elze T., Emling H. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 1992. V. 314. P. 136. https://doi.org/10.1016/0168-9002(92)90507-Z
  8. Russotto P., Le Fèvre A., Łukasik J. et al. // arXiv: 2105.09233v1 May 2021. https://arxiv.org/abs/2105.09233
  9. Boretzky K., Gašparić I., Heil M. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 2021. V. 1014. P. 165701. https://doi.org/10.1016/j.nima.2021.165701
  10. Senger P. // Particles. 2022. V. 5(1). P. 21. http://dx.doi.org/10.3390/particles5010003
  11. E895 Collab., Pinkenburg C., Ajitanand N., Alexander J. et al. // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 1295. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.83.1295
  12. E895 Collab., Liu H., Ajitanand N., Alexander J. et al. // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. P. 5488. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.84.5488
  13. E895 Collab., Chung P., Ajitanand N., Alexander J. et al. // Phys. Rev. C. 2002. V. 66. P. 021901. https://doi.org/10.1103/PhysRev C.66.021901
  14. Senger P. // Universe. 2021. V. 7(6). P. 171. https://doi.org/10.3390/universe7060171
  15. Senger P. // PoS CPOD2021. 2022. V. 400. P. 033. https://doi.org/10.22323/1.400.0033
  16. Kapishin M. // JPS Conf. Proc. 2020. V. 32. P. 010093. http://doi.org/10.7566/JPSCP.32.010093
  17. EQR15 Series SiPMs. http://www.ndl-sipm.net/PDF/Datasheet-EQR15.pdf
  18. Eljen Technology. https://eljentechnology.com/products/plastic-scintillators/ej-228-ej-230
  19. Guber F., Ivashkin A., Karpushkin N. et al. // e-Print: 2309.03614. Available online 20 December 2023. https://arxiv.org/abs/2309.03614
  20. Karpushkin N., Guber F., Finogeev D. et al. // e-Print: 2308.08341. Available online 20 December 2023. https://arxiv.org/abs/2308.08341
  21. Finogeev D., Guber F., Izvestnyy A. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 2024. V. 1059. P. 168952. ISSN 0168-9002. https://doi.org/10.1016/j.nima.2023.168952
  22. Amelin N., Gudima K., Toneev V. // Sov. J. Nucl. Phys. 1990. V. 51(2). P. 327.
  23. Baznat M., Botvina A., Musulmanbekov G., Toneev V., Zhezher V. // Phys. Part. Nucl. Lett. 2020. V. 17. P. 303. https://doi.org/10.1134/S1547477120030024
  24. Brun R., Bruyant F., Carminati F., et al. // CERN Program Library, CERN, Geneva, Switzerland, 1993 Report number: CERN-W5013. https://doi.org/ 10.17181/CERN.MUHF.DMJ1.
  25. BMNROOT. https://git.jinr.ru/nica/bmnroot

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The NICA facility complex at JINR, Dubna. The BM@N facility is located on the Nuclotron extracted beam.

Download (576KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schematic representation of the BM@N setup in the Xe+Cs I session.

Download (310KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Two positions of the HGND detector (red rectangles) at neutron emission angles of 17° and 22.3°.

Download (386KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Schematic representation of the HGND detector scintillator layer assembly. Left: arrangement of 121 cells in the assembly housing. Center: the assembly with two printed circuit boards attached to the scintillator array. Right: cross-sectional view of the fully assembled assembly with printed circuit boards: 1 — housing frame; 2 — one of two boards with 55 or 66 SiPMs (5); 3 and 8 — aluminum plates on both sides of the frame housing with holes for photodiodes and LEDs; 4 — scintillator; 5 — photodiode; 6 — assembly support bracket; 7 — LED board; 9 — LED.

Download (83KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Schematic view of the HGND detector assembly with readout boards on the top and bottom of the detector.

Download (146KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Left: dependence of the time of flight of primary neutrons on their kinetic energy at the input of the HGND detector. Right: the same for background neutrons and all charged particles on the surfaces of the HGND detector.

Download (184KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Top: plot of transverse momentum versus rapidity. The inset corresponds to the HGND acceptance at 17° for primary neutrons with a selection time of less than 25 ns. Rapidity and transverse momentum distributions for primary (red) and background (green) neutrons are shown in the central and lower panels, respectively. The vertical line in the rapidity distribution corresponds to the average rapidity y0 = 1.05 for this reaction. The blue curves show the corresponding proton distributions measured by the BM@N spectrometer.

Download (302KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Top: distribution of hits of all particles on the VETO detector scintillators, normalized to one interaction in the target. Center: the same with selection by time less than 25 ns. Bottom: probability of having two or more hits on the VETO scintillators.

Download (212KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Neutron energy spectra (left) and multiplicity distributions (right) for primary (blue) and background (green) neutrons at the entrance surface of the HGND detector with a time selection of less than 25 ns. The red and pink curves correspond to primary and background neutrons without time selection.

Download (137KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Left: Distribution of layers by the number of cell firings per event. Right: Distribution of layers with the first firing cell in the event.

Download (119KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Left: energy spectrum of primary neutrons with multiplicity equal to unity (red) on the HGND detector surface and the reconstructed neutron spectrum (blue). Right: energy reconstruction efficiency as a function of neutron kinetic energy.

Download (119KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Left: dependence of the reconstructed kinetic energy of a neutron on its energy specified in the simulation for a cell time resolution of 100 ps (red) and 150 ps (blue). Right: dependence of the neutron energy resolution on the kinetic energy of neutrons.

Download (246KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences