CUP - detector for Charged Unwelcome Particles
scyntylacyjny detektor cząstek naładowanych

Projekt zrealizowany w ramach współpracy Warszawa-Uppsala -Świerk
Kontakt: Marcin Palacz

• Motywacja
• Detektor
• Eksperymenty

Nowoczesne zestawy detektorów germanowych są doskonałymi narzędziami do prowadzenia badań egzotycznych jąder, ulokowanych w tablicy nuklidów z dala od ścieżki stabilności. Do takich celów zestawy te muszą być jednak wykorzystywane łącznie z dodatkowymi detektorami, które umożliwią precyzyjną identyfikację produktów reakcji. W przypadku procesów fuzji-ewaporacji, identyfikację taką można zrealizować poprzez rejestrację cząstek emitowanych z jądra złożonego: neutronów, protonów i cząstek α. Gdy reakcje fuzji-ewaporacji indukowane przez ciężkie jony używane są do badania ekstremalnie neutrono-deficytowych jąder, jednocześnie produkowanych jest wiele (typowo ponad 20) jąder końcowych, ze znacznie różniącymi się przekrojami czynnymi. Największe jest prawdopodobieństo wyemitowania z jądra złożonego paru protonów, podczas gdy najbardziej interesujące nuklidy powstają w wyniku wyparowania neutronów i ewentualnie cząstek α, przy małej (lub zerowej) krotności protonów.

W eksperymencie konieczne jest więc rejestrowanie neutronów. Do tego celu stosuje się zestawy detektorów z ciekłym scyntylatorem. Przykładami układów służących do detekcji neutronów są Neutron Wall oraz Neutron Shell. Rejestracja neutronów, choć niezbędna, nie jest jednak wystarczająca. Konieczne jest również stosowanie detektorów cząstek naładowanych w celu wybrania jąder końcowych powstałych po emisji określonej liczby protonów i cząstek &alpha.

Kilka wysokowydajnych zestawów detektorów cząstek naładowanych zostało skonstruowanych w ciągu ostatniego dziesięciolecia: ISIS, EUCLIDES, DIAMAND i MicroBall. Były one wykorzystywane w wielu eksperymentach z najbardziej zaawansowanymi systemami detektorów germanowych (EUROBALL i GAMMASPHERE). Wymienione tu układy detektorów cząstek naładowanych są doskonałymi narzędziami do rejestracji i precyzyjnej identyfikacji kilku protonów i cząstek α Ich wydajność jest jednak ograniczona przez żadanie, by możliwa było określenie liczby rejestrowanych cząstek i rozróżnienie protonów od cząstek α.

W pewnych szczególnych sytuacjach, bardzo interesujące jądra neutrono-deficytowe mogą zostać wyprodukowane poprzez emisję z jądra złożonego wyłącznie neutronów. Na przykład jądro ¹⁰¹Sn, które mogłoby dostarczyć bezpośrednią informację o neutronowych energiach jednocząstkowych względem rdzenia ¹⁰⁰Sn może być badane w reakcji ⁵⁴Fe+⁴⁰Ca→¹⁰⁴Sn (CN) &rarr¹⁰¹Sn+3n. Innym przykładem jest jądro ¹⁰⁰In produkowane w reakcji ⁵⁸Ni+⁴⁵Sc→¹⁰³In (CN) &rarr¹⁰⁰In+3n. Obserwacja stanów wzbudzonych w ¹⁰⁰In umożliwiłaby bezpośredni pomiar oddziaływania proton-neutron w obszarze ¹⁰⁰Sn. W eksperymentach wykorzystujących wymienione tu reakcjach, detektor cząstek naładowanych wykorzystywany byłby jedynie jako urządzenie veto, umożliwiając odrzucenie przypadków, w których została zarejestrowana przynajmniej jedna cząstka naładowana. Nie jest przy tym konieczne określenie liczby cząstek, ani ich rodzaju. W takiej sytuacji detektor veto, skonstruowany pod kątem osiągnięcia maksymalnej wydajności rejestracji, bez określania rodzaju cząstek i ich liczby, może być bardziej przydatny niż skomplikowany system wielodetektorowy.

Elementem aktywnym detektora jest cienki scyntylator plastikowy w kształcie szklanki. Scyntylator został dostarczony przez firmę Amcrys-h z Kijowa. Zewnętrzny promień cylindra jest równy 62 mm, długość 85 mm. grubość scyntylatora wynosi 1 mm na ściankach, i 0.5 mm na dnie. Scyntylator umieszczony jest w komorze próżniowej. Denko jest trwale przyklejone do plastikowego okna, do którego od drugiej strony przylega fotopowielacz. Grubość scyntylatora została dobrana tak by: (a) zapewnić jego odpowiednią sztywność mechaniczną, (b) proton o maksymalnej energii (30 MeV) wygenerował w scyntylatorze wystarczająco duży sygnał i (c) zminimalizować sygnał pochodzący od elektronów i kwantów γ.

Scyntylator w kształcie szklanki

Schemat detektora CUP

Eksperymenty testowe:

• Pierwszy test na wiązce (Warszawa, marzec 2002): plik PDF (w języku angielskim)
• Drugi test na wiązce (Warszawa, lipiec 2002): plik PDF (w języku angielskim)
• Test z układem EUROBALL (Strasbourg, pażdziernik 2002)

Eksperyment z układem EUROBALL i Ścianą Neutronową mający na celu obserwację stanów wzbudzonych w ¹⁰⁰In został przeprowadzony w Strasbourgu w okresie 14-30 marca  2003 r. Analiza danych jest w toku.