Analisi dati del flusso misurato con SiMon

Al fine di estrarre il flusso misurato attraverso il rivelatore SiMon è stata utilizzata la reazione 6Li(n,t)4He; l’analisi è basata sulla selezione dei segnali prodotti dai tritoni che, dopo essere stati emessi, vengono rivelati da uno dei quattro rivelatori posti attorno al bersaglio di 6Li nell’emisfero in avanti rispetto alla direzione del fascio. Come si è visto, se l’energia dei neutroni è sufficientemente bassa, cioè se Enè molto minore del Q valore della reazione, le alfa e i tritoni vengono emessi in direzione opposta nel centro di massa e, data la geometria in avanti di SiMon, viene rivelato solo un prodotto per reazione. Come riportato in Ref. [16], l’efficienza geometrica è circa il 9% e si mantiene costante fino a qualche decina di keV. Per energie maggiori, quando l’emissione di alfa e tritoni non è più isotropa nel sistema del centro di massa ma "forward-peaked" (per via del maggior impulso dei neutroni e per un’anisotropia intrinseca della reazione) l’efficienza di rivelazione dei tritoni aumenta, fino al 15 % circa.

In Figura 3.8 è riportato lo spettro delle ampiezze dei segnali in ciascuno dei quattro rivelatori. In linea di principio ci si aspetterebbe di trovare nello spettro due gruppi di segnali, uno per le particelle alfa, eventualmente allargato a causa del maggiore straggling energetico di cui risentono le alfa nell’attraversare il deposito

stesso, e uno per i tritoni, più stretto, in quanto questi hanno carica inferiore e sono emessi con energia maggiore, rispetto alle alfa.

Signal Amplitude [FADC Channel]

0 50 100 150 200 250 Counts 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 ^{Silicon 1}_{Silicon 2} Silicon 3 Silicon 4

Figura 3.8: Spettro d’ampiezza dei segnali rivelati dai quattro Silici di SiMon in EAR-1. Lo spettro è stato ottenuto selezionando solo i segnali dei tritoni.

A causa della maggiore larghezza del picco delle particelle alfa, dovuta in parte anche alla risoluzione del rivelatore, negli anni precedenti si è osservato che in nessun caso è stato possibile discriminare in modo soddisfacente in SiMon le particelle alfa dal fondo [35]. Per questa ragione si è deciso di usare nell’analisi solo i tritoni, per i quali il background è in pratica assente (in questo modo il valore di B(En) nell’ Eq. 3.4 è zero). A tal proposito, al fine di sopprimere completamente i segnali dovuti alle particelle alfa e quindi migliorare ulteriormente la selezione esclusiva dei segnali prodotti dai tritoni, il bersaglio/convertitore è stato ruotato, come mostrato in Figura 3.9, rispetto alla direzione di incidenza del fascio. In sostanza i prodotti della reazione, prima di giungere sui rivelatori, attraversano lo strato di Mylar su cui è depositato il6Li; lo spessore di tale strato è sufficiente ad assorbire completamente le particelle alfa ed è altresì tale da lasciare quasi invariata l’energia dei tritoni.

Figura 3.9: Schematizzazione del rivelatore SiMon. Nell’imagine sono riportati solo due dei quattro rivelatori al Silicio.

Risulta così che nello spettro delle ampiezze, attorno ai canali 70-130, il picco dei tritoni è ben visibile. Al di sotto del canale 35 e al di sopra del canale 230 si possono osservare i contributi di background dovuti rispettivamente a rumore elettronico e al γ flash. Infine, attorno al canale 150 è visibile un piccolo contributo dovuto al pile-up tra due segnali. Il picco intorno al canale 240 è dovuto alla saturazione del Flash ADC, che ha un range pari a 256 canali (corrispondente a 8 bit).

Dal momento che all’aumentare dell’energia dei neutroni è disponibile più ener-gia per i prodotti di reazione, la separazione tra il picco dei tritoni e il background aumenta e il relativo spettro si muove verso ampiezze maggiori. Al fine di tenere in considerazione questo effetto cinematico legato all’aumento dell’energia dei neutroni e di selezionare il segnale dei tritoni per la ricostruzione del flusso, sono stati appli-cati dei tagli nello spettro bidimensionale dell’ampiezza in funzione dell’energia del neutrone, come mostrato in Figura 3.10 dalla curva rossa. Nella stessa figura si può notare anche come ciascuno dei quattro rivelatori al Silicio è stato calibrato in ener-gia depositata, assumendo che il centroide della distribuzione di ampiezza dei tritoni corrisponda alla loro energia iniziale (il che ovviamente è solo una approssimazione che non tiene conto della perdita di energia nel foglio di Mylar).

Neutron energy [eV] 1 − 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10

Deposited Energy [MeV]

0 1 2 3 4 5 1 10 2 10 3 10 4 10 Silicon1

Neutron energy [eV] 1 − 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10

Deposited Energy [MeV]

0 1 2 3 4 5 1 10 2 10 3 10 4 10 Silicon2

Neutron energy [eV] 1 − 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10

Deposited Energy [MeV]

0 1 2 3 4 5 6 1 10 2 10 3 10 4 10 Silicon3

Neutron energy [eV] 1 − 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10

Deposited Energy [MeV]

0 1 2 3 4 5 1 10 2 10 3 10 4 10 Silicon4

Figura 3.10: Plot 2D che mostra l’energia depositata in SiMon in funzione dell’energia dei neutroni. Le regioni delle alfa e dei tritoni sono abbastanza separate da consentire una buona selezione dei tritoni (linea rossa).

In Figura 3.11 è rappresentato lo spettro dei tempi di volo dei neutroni in EAR1, ottenuto applicando i tagli rappresentati in Figura 3.10.

Si può notare come all’aumentare dei tempi di volo del neutrone e dunque al diminuire della loro energia, i conteggi aumentino. A partire da questo spettro, calibrando il tempo di volo in energia come già indicato, correggendo i risultati per l’efficienza del rivelatore e per la densità areale del bersaglio, si può estrarre il flusso misurato con SiMon secondo l’equazione 3.4, che si riduce in questo caso a:

Φ(En) |SiM on= ^Ct(En)

n6Li· (En) |SiM on·σ6Li(En) ^(3.9) dove i simboli hanno il significato già noto. Da notare che Ct(En) rapprenta il numero di eventi per bunch di neutroni, ottenuto dividendo il numero di eventi totali per il numero di bunch di protoni durante la misura. Il flusso estratto sarà mostrato nel paragrafo sui risultati, in confronto con quello estratto, in analisi indipendenti, dagli altri rivelatori presenti ad n_TOF.

[ns] n t 4 10 10⁵ 10⁶ 10⁷ Counts 2 10