Разработка высокогранулярного времяпролетного детектора нейтронов для эксперимента BM@N

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ф. Ф. Губер

Институт ядерных исследований Российской академии наук

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

М. Б. Голубева

Институт ядерных исследований Российской академии наук

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

А. В. Известный

Институт ядерных исследований Российской академии наук

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

Н. М. Карпушкин

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: karpushkin@inr.ru
Россия, 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
Россия, 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
Россия, 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
Россия, 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
Россия, 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
Россия, 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
Россия, 117312, Москва, просп. 60-летия Октября, 7а

Д. А. Финогеев

Институт ядерных исследований Российской академии наук

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

А. И. Шабанов

Институт ядерных исследований Российской академии наук

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

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Комплекс установок NICA в ОИЯИ, Дубна. Установка BM@N размещена на выведенном пучке нуклотрона.

Скачать (576KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схематическое изображение установки BM@N на сеансе Xe+Cs I.

Скачать (310KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Два положения детектора HGND (красные прямоугольники) при угле вылета нейтронов 17° и 22.3°.

Скачать (386KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схематическое изображение сборки сцинтилляционного слоя детектора HGND. Слева: расположение 121 ячейки в корпусе сборки. В центре: сборка с двумя печатными платами, прикрепленными к матрице сцинтилляторов. Справа: вид в поперечном разрезе полностью собранной сборки с печатными платами: 1 — каркас корпуса; 2 — одна из двух плат с 55 или 66 SiPM (5); 3 и 8 — алюминиевые пластины обеих сторон каркасного корпуса с отверстиями для фотодиодов и светодиодов; 4 — сцинтиллятор; 5 — фотодиод; 6 — кронштейн опоры сборки; 7 — плата светодиодов; 9 — светодиод.

Скачать (83KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схематический вид детектора HGND в сборе с платами считывания сверху и снизу детектора.

Скачать (146KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Слева: зависимость времени пролета первичных нейтронов от их кинетической энергии на входе детектора HGND. Справа: то же для фоновых нейтронов и всех заряженных частиц на поверхностях детектора HGND.

Скачать (184KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сверху: график зависимости поперечного импульса от быстроты. Вставка соответствует аксептансу детектора HGND под углом 17° для первичных нейтронов с отбором по времени менее 25 нс. Распределения по быстроте и поперечному импульсу для первичных (красный цвет) и фоновых (зеленый цвет) нейтронов показаны на центральном и нижнем рисунках соответственно. Вертикальная линия на распределении по быстроте соответствует средней быстроте y0 = 1.05 для данной реакции. Синими кривыми показаны соответствующие распределения протонов, измеренные спектрометром BM@N.

Скачать (302KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Сверху: распределение попаданий всех частиц в сцинтилляторы детектора VETO, нормированные на одно взаимодействие в мишени. В центре: то же с отбором по времени менее 25 нс. Снизу: вероятность иметь два и более попаданий в сцинтилляторы VETO.

Скачать (212KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Энергетические спектры нейтронов (слева) и распределения по множественности (справа) для первичных (синий) и фоновых (зеленый) нейтронов на входной поверхности детектора HGND с отбором по времени менее 25 нс. Красная и розовая кривые соответствуют первичным и фоновым нейтронам без отбора по времени.

Скачать (137KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Слева: распределение слоев по количеству срабатываний ячеек на одно событие. Справа: распределение слоев с первой срабатывающей ячейкой в событии.

Скачать (119KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Слева: энергетический спектр первичных нейтронов с множественностью равной единице (красный) на поверхности детектора HGND и восстановленный спектр нейтронов (синий). Справа: эффективность восстановления энергии как функция кинетической энергии нейтрона.

Скачать (119KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Слева: зависимость восстановленной кинетической энергии нейтрона от его энергии, заданной в моделировании, для временного разрешения ячейки 100 пс (красный) и 150 пс (синий). Справа: зависимость энергетического разрешения нейтронов от кинетической энергии нейтронов.

Скачать (246KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024