АГАТА (детектор гамма-излучения)

AGATA матрицу из германия высокой чистоты (HPGe) , или Advanced Gamma Tracking Array, представляет собой полупроводниковую детекторную для спектроскопии γ-лучей , основанную на новой концепции отслеживания γ-лучей . ^{[ 1 ]} Он обеспечивает превосходное позиционное разрешение благодаря высокой сегментации отдельных кристаллов HPGe и усовершенствованным алгоритмам анализа формы импульса , а также высокую эффективность обнаружения и соотношение пика к общему значению благодаря устранению комптоновского экранирования в пользу отслеживания пути гамма-лучей через спектрометра, когда они рассеиваются от одного кристалла HPGe к другому. AGATA строится и управляется совместными усилиями 40 исследовательских институтов из тринадцати стран Европы . ^{[ 2 ]} Первый Меморандум о взаимопонимании по строительству АГАТА был подписан участвующими учреждениями в 2003 году; обновленный Меморандум о взаимопонимании, подписанный в 2021 году, предусматривает расширение массива до конфигурации 3π к 2030 году. На протяжении многих лет AGATA неуклонно растет и в настоящее время работает в конфигурации 1π в национальных лабораториях Леньяро после кампаний в GANIL ( 2014–2021), Центр исследований тяжелых ионов имени Гельмгольца GSI (2012–2014) и Национальный институт Леньяро Лаборатории (2010-2011). ^{[ 3 ]} АГАТА может быть соединена со вспомогательными детекторами, такими как магнитные спектрометры, быстродействующие детекторы, детекторы заряженных частиц или нейтронов .

Многократно сегментированные детекторы Ge высокой чистоты

Детекторы АГАТА основаны на инкапсулированных и электрически сегментированных n-типа кристаллах германия высокой чистоты . Они 36-кратно сегментированы с шестикратной азимутальной и шестикратной продольной сегментацией. Каждый детектор имеет длину 9 см, круглый с задней стороны диаметром 8 см и шестиугольный с передней стороны. Общий внутренний электрод и 36 сегментов считываются через отдельные предусилители. Существуют три формы детектора, позволяющие плотно упаковывать кристаллы АГАТЫ в тройные криостаты.

Параметры детекторов: ^{[ 1 ]}

Максимальный размер цилиндра: длина 90,0 мм, радиус 40,0 мм.
Размер коаксиального отверстия: диаметр 10,0 мм, расширение до 13,0 мм от передней поверхности.
Слои пассивации: 1,0 мм сзади детектора, 0,6 мм вокруг коаксиального отверстия.
Герметизация: толщина 0,8 мм, расстояние между кристаллом и банкой 4,0 мм.
Криостат: толщина 1,0 мм, расстояние между капсулой и криостатом 2,0 мм.

Принцип работы

Гамма-лучи взаимодействуют с материалом детектора главным образом через Эффект Комптона , фотоэлектрический эффект и образование пар , передающих свою энергию электронам или позитронам. Они, в свою очередь, генерируют облако носителей заряда (электронов и дырок), которое индуцирует заряды изображения на электродах детектора. Когда носители заряда движутся к электродам, изменение заряда изображения вызывает протекание токов в электроды или из них. Эволюция индуцированных зарядов на электродах продолжается до тех пор, пока первичный заряд не достигнет электрода назначения и не нейтрализует изображение.

Для многосегментного детектора индуцированный заряд может быть распределен по нескольким электродам. Анализируя эти сигналы с использованием анализа формы импульса, можно локализовать точку, в которой произошло взаимодействие γ-лучей, с точностью лучше, чем размер сегмента.

Электроника цифровой обработки сигналов

Положения взаимодействия гамма-лучей внутри детектора определяются на основе цифрового анализа формы импульса. Предварительно усиленный сигнал детектора оцифровывается с разрешением 14 бит со скоростью 100 Мс/с. Впоследствии они сравниваются с базой данных рассчитанных форм импульсов, чтобы получить для каждой точки взаимодействия энерговыделение, его время и три пространственные координаты точки взаимодействия. ^{[ 4 ]}

Анализ формы импульса

Для определения точки взаимодействия γ-квантов в сегментированном HPGe-детекторе определяли форму сигнала, индуцированного на зарядособирающем электроде (соответствующего участку, в котором произошло взаимодействие), и форму переходных сигналов, измеренных на соседних сегментах. анализируются. Анализируя время нарастания сигнала, индуцированного на собирающем заряд электроде, можно определить радиальную координату точки взаимодействия. Зеркальные заряды, возникающие на электродах соседних сегментов, чувствительны к продольным и азимутальным координатам точки взаимодействия. ^{[ 4 ]}

При реализации методики анализа формы импульсов для АГАТА измеренные формы импульсов в режиме реального времени сравниваются с базой данных сигналов, рассчитанных на мелкой (2 мм) сетке для каждого типа кристаллов АГАТА HPGe. ^{[ 1 ]} Расчеты были подтверждены сравнением с импульсами, измеренными с использованием плотно коллимированных источников γ-излучения. ^{[ 1 ]} Принцип работы кода MGS, используемого для этих расчетов (мультигеометрическое моделирование). ^{[ 5 ]}) показано на рисунке. такие эффекты, как анизотропная скорость дрейфа Учтены носителей относительно направления кристаллографической оси кристалла Ge.

Отслеживание гамма-излучения

Алгоритмы отслеживания могут применяться к информации, полученной в результате анализа формы импульса (положения точек взаимодействия вместе с энергией, выделяемой в каждой точке, и времени сигнала), чтобы восстановить путь каждого гамма-луча через спектрометр АГАТА, включая возможное рассеяние. из одного кристалла в другой. Для этой задачи используются две категории алгоритмов: алгоритмы прямого слежения, которые начинаются с известного положения источника и восстанавливают траекторию фотонов по мере их взаимодействия в детекторе, и алгоритмы обратного слежения, которые начинаются с потенциальной точки. последнего взаимодействия в объеме спектрометра и восстановить трек обратно к источнику. ^{[ 6 ]} Было показано, что алгоритмы прямого слежения более эффективны, и поэтому они были реализованы в программном обеспечении сбора данных AGATA.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Аккоюн, С.; и др. (2012). «АГАТА — расширенный массив слежения за гамма-излучением» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 668 : 26–58. arXiv : 1111.5731 . дои : 10.1016/j.nima.2011.11.081 .
^ «Сайт коллаборации АГАТА - О компании АГАТА» .
^ Клемент, Э.; Бракко, А.; Гадеа, А.; Симпсон, Дж. (2023). «Организация сотрудничества АГАТА и физических кампаний» . Европейский физический журнал А. 59 (7). дои : 10.1140/epja/s10050-023-01057-w .
^ Jump up to: ^а ^б Бостон, Эй Джей; Креспи, ФКЛ; Дюшен, Ж.; Десескель, П.; Герл, Дж.; Холлоуэй, Ф.; Джадсон, Д.С.; Коричи, А.; Харкнесс-Бреннан, Л.; Юнгвалль, Дж.; Кинтана-Арнес, Б.; Рейтер, П.; Стезовски, О. (2023). «Характеристика Агаты и анализ формы импульса» . Европейский физический журнал А. 59 (9). дои : 10.1140/epja/s10050-023-01100-w .
^ Матеу, И.; Медина, П.; Рокес, Япония; Журден, Э. (2014). «Моделирование сбора заряда и отклика сигнала двустороннего полоскового детектора HPGe с использованием MGS» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 735 : 574–583. дои : 10.1016/j.nima.2013.09.069 .
^ «АГАТА: эффективность отслеживания гамма-лучей и связанные с ним алгоритмы» . дои : 10.1140/epja/s10050-023-01019-2 .

Внешние ссылки

«Сайт коллаборации АГАТА» .

[agata-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Аккоюн, С.; и др. (2012). «АГАТА — расширенный массив слежения за гамма-излучением» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 668 : 26–58. arXiv : 1111.5731 . дои : 10.1016/j.nima.2011.11.081 .

[2] «Сайт коллаборации АГАТА - О компании АГАТА» .

[3] Клемент, Э.; Бракко, А.; Гадеа, А.; Симпсон, Дж. (2023). «Организация сотрудничества АГАТА и физических кампаний» . Европейский физический журнал А. 59 (7). дои : 10.1140/epja/s10050-023-01057-w .

[boston-4] Jump up to: ^а ^б Бостон, Эй Джей; Креспи, ФКЛ; Дюшен, Ж.; Десескель, П.; Герл, Дж.; Холлоуэй, Ф.; Джадсон, Д.С.; Коричи, А.; Харкнесс-Бреннан, Л.; Юнгвалль, Дж.; Кинтана-Арнес, Б.; Рейтер, П.; Стезовски, О. (2023). «Характеристика Агаты и анализ формы импульса» . Европейский физический журнал А. 59 (9). дои : 10.1140/epja/s10050-023-01100-w .

[5] Матеу, И.; Медина, П.; Рокес, Япония; Журден, Э. (2014). «Моделирование сбора заряда и отклика сигнала двустороннего полоскового детектора HPGe с использованием MGS» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 735 : 574–583. дои : 10.1016/j.nima.2013.09.069 .

[6] «АГАТА: эффективность отслеживания гамма-лучей и связанные с ним алгоритмы» . дои : 10.1140/epja/s10050-023-01019-2 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]