Модульная нейтронная решетка

Модульная нейтронная решетка ( MoNA ) — это высокоэффективный детектор нейтронов большой площади , который используется в фундаментальных исследованиях редких изотопов в (NSCL) Мичиганского государственного университета , Национальной сверхпроводниковой циклотронной лаборатории исследовательском центре ядерной физики. Он специально разработан для обнаружения нейтронов , образующихся в результате реакций распада быстрых фрагментационных пучков.

Детекторная матрица

Модульная нейтронная решетка состоит из 144 отдельных детекторных модулей. В основе каждого модуля лежит пластиковый сцинтиллятор размерами 10х10х200 см. Эта сцинтилляционная планка оснащена световодами на каждом конце, которые направляют свет в один фотоумножитель на каждом конце. Каждый модуль детектора завернут в светонепроницаемый материал, что позволяет размещать матрицу детекторов в различных конфигурациях.

В исходной конфигурации MoNA состоял из 9 вертикальных слоев по 16 плотно расположенных друг к другу детекторов с активной площадью 2,0 м в ширину и 1,6 м в высоту. В своем нынешнем расположении (изображенном на соседнем изображении) он сложен в четыре отдельные секции по 2, 2, 2 и 3 слоя соответственно, разделенные промежутками от 0,5 до 0,8 метра. Он измеряет как положение, так и время нейтронных событий с возможностью многократного попадания. Энергия нейтрона основана на измерении времени пролета. Эта информация вместе с обнаруженным положением нейтрона используется для построения вектора импульса нейтронов. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Эффективность обнаружения MoNA максимизируется для скоростей дальнего луча, которые доступны в комплексе связанных циклотронов (CCF) NSCL. Для нейтронов с энергией от 50 до 250 МэВ он рассчитан на эффективность до 70% и расширяет возможные эксперименты по совпадениям с нейтронами до измерений, которые ранее были невозможны. Детектор используется в сочетании с магнитом Sweeper. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} и его фокальные детекторы заряженных частиц. ^{[ 8 ]} Кроме того, модульная конструкция MoNA позволяет транспортировать его между экспериментальными хранилищами и, таким образом, использовать в сочетании с магнитом Sweeper, установленным на магнитном спектрографе S800. ^{[ 9 ]} Благодаря высокой эффективности обнаружения этот детектор будет хорошо подходить для экспериментов с быстрыми фрагментационными пучками на предлагаемом ISF.

История

Когда NSCL модернизировал свои возможности до установки связанного циклотрона, консорциум Университета штата Флорида и Университета штата Мичиган построил магнит Sweeper, который будет использоваться с двумя существующими нейтронными стенками для проведения экспериментов по совпадению нейтронов и фрагментов. Нейтронные стены изначально были построены для более низких энергий пучка и имели эффективность только около 12% для энергий нейтронов, ожидаемых от CCF. Во время встречи пользователей NSCL в 2000 году рабочая группа осознала возможность значительно повысить эффективность за счет увеличения количества слоев с использованием пластиковых сцинтилляционных детекторов .

На заседании рабочей группы присутствовало несколько пользователей NSCL из бакалавриата, которые предположили, что модульный характер и простая конструкция предоставят большие возможности для привлечения студентов бакалавриата.

Весной 2001 года эта идея превратилась в несколько предложений по МРТ, представленных 10 различными учреждениями, большинство из которых — студенческие школы. Физики из этих десяти академических институтов сформировали Коллаборацию MoNA:

Предложения были профинансированы NSF летом 2001 года. После детального проектирования первые модули детекторной матрицы были доставлены летом 2002 года. В течение следующего года все модули были собраны и протестированы студентами бакалавриата в своей школе. ^{[ 10 ]} и, наконец, добавлен для формирования полного массива в NSCL.

Сотрудничество MoNA продолжилось после завершения первоначального этапа строительства и ввода в эксплуатацию [MoNA], и теперь оно использует детекторную решетку для экспериментов, что позволяет большому количеству студентов всех сотрудничающих школ принять участие в передовых экспериментах по ядерной физике в одно из ведущих в мире предприятий по производству редких изотопов. Исследования в бакалавриате финансируются NSF через несколько грантов RUI (Исследования в бакалавриате).

Сотрудничество МОНА

В настоящее время в Коллаборацию MoNA входят физики из одиннадцати колледжей и университетов. Проект финансируется Национальным научным фондом .

Участниками сотрудничества являются:

Сотрудничество направлено на вовлечение студентов в значительную часть экспериментальной программы на объекте MoNA. Большинство учреждений-членов сотрудничества представляют собой в основном бакалавриат. Студенты помогли построить и протестировать MoNA и продолжают участвовать в экспериментах во время запусков и анализа данных. Он также организовал интенсивные летние сессии, предназначенные для студентов, поощряя студентов участвовать во всех этапах экспериментов, проводя несколько встреч в год с участием студентов-студентов и используя информационные технологии для объединения студентов, находящихся на расстоянии.

Ссылки

^ Лютер, Б.; Бауманн, Т.; Тённессен, М.; и др. (Июнь 2003 г.), «MoNA — Модульная нейтронная решетка», Раздел A «Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях » , 505 (1–2): 33–35, Бибкод : 2003NIMPA.505...33L , doi : 10.1016/s0168 -9002(03)01014-3
^ Бауманн, Т.; Бойке, Дж.; Браун, Дж.; и др. (Май 2005 г.), «Строительство модульного детектора нейтронов большой площади для NSCL», Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях, Раздел A , 543 (2–3): 517–527, Бибкод : 2005NIMPA.543..517B , дои : 10.1016/j.nima.2004.12.020
^ Зелевинский В.; Воля, А. (2006), «Модель континуальной оболочки, реакции и гигантские резонансы», Вёр, А.; Апрахамян, А. (ред.), Захватная гамма-спектроскопия и смежные темы: 12-й международный симпозиум, 4–9 сентября 2005 г., Нотр-Дам, Индиана , Материалы конференции AIP , том. 819, Американский институт физики , стр. 493–497, номер документа : 10.1063/1.2187905.
^ Престемон, С.; Берд, доктор медицины; Крук, генеральный директор; и др. (Март 2001 г.), «Структурный расчет и анализ компактного магнита-чистителя для ядерной физики», IEEE Transactions on Applied Superconductivity , 11 (1): 1721–1724, Бибкод : 2001ITAS...11.1721P , doi : 10.1109/77.920115
^ Тот, Дж.; Берд, доктор медицины; Миллер-младший; и др. (Март 2002 г.), «Окончательный проект компактного магнита для ядерной физики», IEEE Transactions on Applied Superconductivity , 12 (1): 341–344, Bibcode : 2002ITAS...12..341T , doi : 10.1109/tasc. 2002.1018415
^ Берд, доктор медицины; Боле, С.; Гундлах, С.; и др. (июнь 2004 г.), «Проектирование и изготовление криостата для магнита NHMFL/NSCL Sweeper», IEEE Transactions on Applied Superconductivity , 14 (2): 564–567, Bibcode : 2004ITAS...14..564B , doi : 10.1109/tasc .2004.829720 , S2CID 34670655
^ Берд, доктор медицины; Кенни, С.Дж.; Тот, Дж.; и др. (Июнь 2005 г.), «Испытание системы и установка магнита NHMFL/NSCL Sweeper», IEEE Transactions on Applied Superconductivity , 15 (2): 1252–1254, Bibcode : 2005ITAS...15.1252B , doi : 10.1109/tasc.2005.849553 , S2CID 24997693
^ Франк, Н. (2006), Спектроскопия несвязанных состояний нейтронов в нейтронно-богатых изотопах кислорода (докторская диссертация), Университет штата Мичиган
^ Базен, Д.; Каджано, Дж.А.; Шерилл, Б.М.; и др. (Май 2003 г.), «Спектрограф S800», Раздел B «Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях» , 204 : 629–633, Бибкод : 2003NIMPB.204..629B , doi : 10.1016/s0168-583x(02)02142-0
^ Хоус, Р.Х. ; Бауманн, Т.; Тённессен, М.; и др. (Февраль 2005 г.), «Изготовление модульной нейтронной решетки: совместный подход к студенческим исследованиям», American Journal of Physics , 73 (2): 122–126, Бибкод : 2005AmJPh..73..122H , doi : 10.1119/1.1794758

Внешние ссылки

[1] Лютер, Б.; Бауманн, Т.; Тённессен, М.; и др. (Июнь 2003 г.), «MoNA — Модульная нейтронная решетка», Раздел A «Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях » , 505 (1–2): 33–35, Бибкод : 2003NIMPA.505...33L , doi : 10.1016/s0168 -9002(03)01014-3

[2] Бауманн, Т.; Бойке, Дж.; Браун, Дж.; и др. (Май 2005 г.), «Строительство модульного детектора нейтронов большой площади для NSCL», Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях, Раздел A , 543 (2–3): 517–527, Бибкод : 2005NIMPA.543..517B , дои : 10.1016/j.nima.2004.12.020

[3] Зелевинский В.; Воля, А. (2006), «Модель континуальной оболочки, реакции и гигантские резонансы», Вёр, А.; Апрахамян, А. (ред.), Захватная гамма-спектроскопия и смежные темы: 12-й международный симпозиум, 4–9 сентября 2005 г., Нотр-Дам, Индиана , Материалы конференции AIP , том. 819, Американский институт физики , стр. 493–497, номер документа : 10.1063/1.2187905.

[4] Престемон, С.; Берд, доктор медицины; Крук, генеральный директор; и др. (Март 2001 г.), «Структурный расчет и анализ компактного магнита-чистителя для ядерной физики», IEEE Transactions on Applied Superconductivity , 11 (1): 1721–1724, Бибкод : 2001ITAS...11.1721P , doi : 10.1109/77.920115

[5] Тот, Дж.; Берд, доктор медицины; Миллер-младший; и др. (Март 2002 г.), «Окончательный проект компактного магнита для ядерной физики», IEEE Transactions on Applied Superconductivity , 12 (1): 341–344, Bibcode : 2002ITAS...12..341T , doi : 10.1109/tasc. 2002.1018415

[6] Берд, доктор медицины; Боле, С.; Гундлах, С.; и др. (июнь 2004 г.), «Проектирование и изготовление криостата для магнита NHMFL/NSCL Sweeper», IEEE Transactions on Applied Superconductivity , 14 (2): 564–567, Bibcode : 2004ITAS...14..564B , doi : 10.1109/tasc .2004.829720 , S2CID 34670655

[7] Берд, доктор медицины; Кенни, С.Дж.; Тот, Дж.; и др. (Июнь 2005 г.), «Испытание системы и установка магнита NHMFL/NSCL Sweeper», IEEE Transactions on Applied Superconductivity , 15 (2): 1252–1254, Bibcode : 2005ITAS...15.1252B , doi : 10.1109/tasc.2005.849553 , S2CID 24997693

[8] Франк, Н. (2006), Спектроскопия несвязанных состояний нейтронов в нейтронно-богатых изотопах кислорода (докторская диссертация), Университет штата Мичиган

[9] Базен, Д.; Каджано, Дж.А.; Шерилл, Б.М.; и др. (Май 2003 г.), «Спектрограф S800», Раздел B «Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях» , 204 : 629–633, Бибкод : 2003NIMPB.204..629B , doi : 10.1016/s0168-583x(02)02142-0

[10] Хоус, Р.Х. ; Бауманн, Т.; Тённессен, М.; и др. (Февраль 2005 г.), «Изготовление модульной нейтронной решетки: совместный подход к студенческим исследованиям», American Journal of Physics , 73 (2): 122–126, Бибкод : 2005AmJPh..73..122H , doi : 10.1119/1.1794758

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]