Calibrazioni attraverso attura di protoni

L'a eleratore CW, mediante le reazioni nu leari

7

3

Li

(p, γ)

8

4

Be,

11

5

B

(p, γ0)

12

6

C, è in grado di fornire fotoni mono romati i per la alibrazione del alorimetro. L'uso delle reazioni

nu leari è funzionale sia al ontrollo della linearità della risposta del alorimetro in un

intervallo dienergiaintermedia trai52.8MeVei9MeVdelni hel,siaperlaveri adella

stabilitàdell'apparato in ondizionediaollamento.

Il alorimetroaXeLeilTCsonostatistudiatiperottenereunarisoluzionenellamisura

deltempodi

≈ 100

psFWHM.Ène essarioedimportanteperlarius itadell'esperimento, averemetodi hepermettanounae a e alibrazionedeltemporelativodeiduerivelatori.

Attraverso il pro esso

11

5

B

(p, γ1)

12

6

C, nel quale la dise itazione avviene attraverso una emissionea as ata diduefotoni,èpossibileuna alibrazionetemporalerelativatrailTC

a) b)

Figura3.9: a)Dipendenzadell'angolodiemissionerelativotraiduefotoniprovenientidal

de adimento

π → γγ

. b)Èindi ato inrosso il alorimetro NaIsegmentatoinunamatri e di9 ristalli. Dietroè visibilelaguida he sostiene e muove il rivelatore.

Figura 3.10: Riga di

γ

da 54.9 MeV misurata dal alorimetro MEG. La larghezza della distribuzione è

6.5%

FWHM.

Figura3.11: Andamento della sezioned'urtodi attura diprotoni infunzionedell'energia

ineti adei protoni nelsistemadiriferimento dellaboratorio.

Fotoni dalla reazione

7

3

Li

(p, γ)

8

4

Be Importantiinformazionisullareazione

7

3

Li

(p, γ)

8

4

BepossonoesseretrovatenelsitoNACRE [53 ℄ e la on entrazione dell'isotopo

7

Li favoris e il pro esso ( omposizione isotopi a del

litio

6

Li

= 7.59%

,

7

Li

= 92.41%

). La reazione è fortemente esotermi a ed ha una stretta e mar ata risonanza in orrispondenzadi T

p

= 441.4 ± 0.5

keV, on una larghezza

ΓR

=

12.2 ± 0.5

keV ed una sezioned'urto al pi o

σ0

≈ 6

mb [54, 55, 56℄. L'andamento della sezioned'urto è visibileing. 3.11, infunzione dell'energia ineti a.

L'energia della radiazione emessa, infunzione dell'energia ineti a delprotone, sipuò

ri avareinbrevipassaggi. Nel entro dimassasiha he:

T_f∗

= E_γ∗+ T_Be∗

T_f∗= T_i∗+ Q,

(3.5)

dove

T

∗

i

e

T

∗

f

sono,rispettivamente, l'energia ineti a inizialee nale; inoltre:

Q = MLi+ Mp+ MBe

T

∗

i

= Tp

MLi

Mp+ MLi

≈

7

8Tp.

(3.6)

Confrontando leformule 3.5e sostituendo

Q

e

Ti

siottiene:

7

8Tp+ Q = E

∗

γ+ T

∗

Be

= E

∗

γ+

E∗

γ

2MBe

≈ E

∗

γ,

(3.7)

Figura3.12: Spettro

γ

prodottodallareazionediprotonida500keVsuunbersagliospesso diLiF.

on Q=17.254 MeV.

Lospettro

γ

prodottodallareazionediunfas iodiprotonida500 keVsuun bersaglio di LiF [57℄ è rappresentato in g. 3.12. Oltre la riga

γ

di energia E

γ0

= 17.4

MeV è visibilel'emissionediunarigadienergiainferiore,E

γ1= 14.6

MeV,prodottasempredalla reazione di attura in litio. L'emissione della riga

γ0

orrisponde al

≈ 72%

del totale (

γ0

γ0+γ1

= 0.72 ± 0.07

).

Il litio è un elemento fortemente reattivo allo stato puro; per ragioni di prati ità è

opportuno utilizzare un ompostostabile. Il sales elto perla fabbri azione deibersagliè

ilLiF.

LereazionidaprotonisubersaglidiLiF,sonostatestudiateutilizzandol'a eleratoredi

VandeGraadisponibilepressoiLaboratoriNazionalidiLegnaro. Perlemisuresonostati

usatidue rivelatoridiNaI(Tl),uno diforma ilindri adidimensioniparia4in h

×

4 in h, l'altro di forma parallelepida di dimensioni

28 × 28 × 35

m

3

. Le alibrazioni dei due

rivelatori sono state eseguite usando una sorgente di

60

Co e le righe della radioattività

ambientale del

40

K,da 1.46MeV,e del

208

Tl,da 2.61MeV.

Èprevisto hepersaturarel'a quisizionedell'esperimento(R

acq

= 20

Hz)siane essario un fas io di energia superiore alla risonanza ed una orrente di appena I

p

= 250

nA. All'aumentaredell'intensitàdelfas io(no a50

µ

A )saràpossibilesimulare la ondizione

a) b)

Figura3.13: a) Curva die itazione della risonanza delLiper un bersaglio di LiF spesso

1.34

µ

m(

≈ 10ΓR

) b) Curva die itazioneperun bersaglio sottile diLiF dispessore pari a0.11

µ

m.

In g. 3.12 sono visibili le righe dei fotoni prodotti dalla reazione

19

9

F

(p, αγ)

16

8

O, di energia E

γ1= 6.13

MeV, E

γ2= 6.92

MeV e E

γ3= 7.12

MeV.Queste emissioni sonoasso- iateadiversi me anismididise itazione del

16

O

∗

[58,59 ,60 ℄. L'intensitàdellerighedel

uoro,notalasezioned'urtodelpro essodi attura,fornis eunapossibilenormalizzazione

della ari a trasportatadalfas io. Perunvaloredell'energia delfas io 400

<

T

p

<

480keV eperunbersaglio spessodiLiF,ilnumero difotoniprodotti dallareazione

19

9

F

(p, αγ)

16

8

O, èpresso hé ostante, a parità di ari a depositata dalfas io.

In g. 3.13 a) è riportata la urva di e itazione per un bersaglio di LiF di spessore

pari a

1.34 µ

m

≈ 10 · ΓR

in linato a 45

◦

rispetto alla direzione del fas io, ottenuta on

l'a eleratoreVanDeGraadeilaboratoridiLegnaro. Larisonanzaappareadunaenergia

di

445 ± 1

keV elarghezza di

Γ = 10 ± 1

keV.

La urvadie itazionerelativaadunbersagliosottilediLiF,dispessore0.11

µ

m

≈ ΓR

edin linatoa45

◦

rispettoalfas io,èpresentataing. 3.13b). LafunzionediBreit-Wigner

heinterpolaidatihaunalarghezza

Γ = 18 ± 0.5

keV heèdovutaai ontributi ombinati ombinati della larghezzadi rigae dello spessoredelbersaglio (

≈ 14

keV).

Fotoni dalle reazioni

11

5

B

(p, γ0)

12

6

C e

11

5

B

(p, γ1)

12

6

C

Ing. 3.14èvisibilelospettrodellerighe

γ

emessedaunbersagliospessodiboroirradiato da un fas io di protoni dienergia T

p

= 600

keV. Sono ri onos ibili la riga da 16.1 MeV,

a) b)

Figura 3.14: a) Spettro in energia delle righe

γ

emesse da un bersaglio spesso di boro sottopostoad unfas io diT

p

= 600

keV. b) Sezione d'urto del pro esso

11

5

B

(p, γ0)

12

6

Ced un'indi azionedell'andamento della sezioned'urto della reazione

11

5

B

(p, γ1)

12

6

C.

dovuta ad un'uni a dise itazione del nu leo omposto (dal pro esso

11

5

B

(p, γ0)

12

6

C), e le righe da 11.6 MeV e 4.4 MeV, emesse attraverso un'emissione in as ata (dal pro esso

11

5

B

(p, γ1)

12

6

C).

La reazione di attura diprotoni avviene prin ipalmente attraverso la produzione di-

retta ome è possibile vedere in g. 3.14 [53 ℄. È possibile notare una risonanza in or-

rispondenzadi T

p

= 163

keV. Nella regione della risonanza le sezioni d'urto dei pro essi

11

5

B

(p, γ0)

12

6

Ce

11

5

B

(p, γ1)

12

6

Csonosu ientementenote,mentreperenergia superioresolo laproduzione della riga

γ0

è nota on buona pre isione (al une informazioni sul pro esso

11

5

B

(p, γ1)

12

6

Csihanno nell'arti olo diSegeletal. [61 ℄).

La alibrazione on boro permetterà di studiare la apa ità di separare spazialmente

edinenergia due fotoni quandoraggiungano simultaneamenteil alorimetro.

Nel documento L'esperimento MEG. Calibrazione e monitoraggio mediante acceleratore di Cockcroft-Walton. Metodi di diagnostica dei fasci. (pagine 47-52)