10 4 10 5 10 6 10 7 10 Silicon 1 Silicon 2 Silicon 3 Silicon 4
Figura 3.18: Distribuzione temporale dei segnali registrati dai quattro Silici di SiMon2 in EAR-2.
3.9 Risultati
Sulla base dell’analisi dati riportata nel precedente paragrafo, sono stati estratti i flussi in EAR1 e in EAR2.
Per quanto riguarda la prima area sperimentale, il flusso misurato con SiMon è stato normalizzato, al pari di quello misurato con le MicroMegas, al risultato ottenuto con la PTB a bassa energia (da 25 a 100 meV) che, come già accennato, è un rivelatore di riferimento. Infatti l’efficienza di rivelazione e la densità areale del bersaglio fissile sono ben noti, con accuratezza dell’ordine dell’ 1% o inferiore, cosicchè una normalizzazione a questo rivelatore permette di eliminare le incertezze sistematiche associate alla poco precisa conoscenza di tali parametri per gli altri rivelatori. Nel caso di SiMon ad esempio, la conoscenza della densità areale del bersaglio di6Li è accurata al 5-10% per cui non è possibile estrarre il valore esatto del flusso, ma solo la sua dipendenza energetica. Il confronto tra i risultati sperimentali dopo aver normalizzato tutti i risultati a quelli della PTB è dunque significativo in termini di dipendenza energetica del flusso estratto, che è la quantità realmente importante nelle misure delle sezioni d’urto di un dato bersaglio rispetto ad un altro
di riferimento (in particolare 197Au per le reazioni di cattura e 235U per quelle di fissione).
La Figura 3.19 riporta il confronto dei risultati ottenuti con i quattro rivelatori utilizzati in EAR1: SiMon, le due MicroMegas e la PTB, nel range energetico che va dall’energia termica (25 meV) fino a qualche MeV. Al fine di ottenere un unico flusso di neutroni da poter utilizzare nell’analisi di tutte le misure ad n_TOF, i risultati ottenuti dai vari rivelatori utilizzati per l’estrazione del flusso, devono essere confrontati e combinati.
La combinazione di tutti i risultati risulterà necessaria, in quanto il responso di ciascun rivelatore può essere considerato attendibile solo nella regione energetica in cui la sezione d’urto del convertitore associato è standard (Tabella 3.1), e in cui l’efficienza non è affetta da grandi incertezze. Si può notare come a basse energie, ovvero fino a qualche eV, i risultati di tutti i rivelatori sono in ottimo accordo in quanto a forma: un confronto più dettagliato mostra che l’accordo è all’interno dell’1%. Al di sopra di qualche eV e fino a qualche keV, SiMon e MGAS(6Li) sono in accordo intorno al 2-3%, mentre non è possibile utilizzare in tale regione i rivelatori basati sulla reazione 235U(n,f), in quanto la relativa sezione d’urto non è standard in quel range energetico e inoltre presenta la tipica struttura a risonanze che rende difficoltosa l’estrazione del flusso. Al di sopra di qualche keV e fino a qualche MeV, tutti i rivelatori, ad eccezione della MGAS(6Li), sono in accordo entro il 3-5% in media.
Grazie al buon accordo tra i risultati ottenuti e alla loro opportuna combinazione nel range dove ciascuno di essi è ritenuto affidabile, in una seconda fase sarà possibile estrarre un flusso ufficiale per l’analisi di tutte le misure effettuate nel 2014.
Neutron Energy (eV) 1 − 10 1 10 102 103 104 105 106 /dE/Pulse Φ Neutron Flux Ed 4 10 5 10 SiMon PTB Li) 6 MGAS ( U) 235 MGAS (
Figura 3.19: Confronto dei flussi estratti da SiMon, MGAS (6Li), MGAS (235U) e dalla camera a fissione PTB, per la prima area sperimentale.
Relativamente alla seconda area sperimentale i risulati ottenuti con SiMon2 so-no riportati in Figura 3.20, in confronto con quelli ottenuti con le due MicroMegas utlizzate. Nel caso di SiMon2, lo spessore del target di LiF è noto con un’accura-tezza intorno al 2% e l’efficienza è determinata per mezzo di dettagliate simulazioni GEANT-4; perciò il valore assoluto del flusso fornito da tale rivelatore è ritenuto af-fidabile. Ciò è effettivamente confermato dall’accordo all’interno di quache percento con il valore assoluto del flusso misurato con la MGAS(235U), mentre il confronto con la MGAS(6Li) rivela un probabile problema con lo spessore del bersaglio di LiF utilizzato in questo secondo rivelatore a gas. In termini di dipendenza energetica del flusso, l’accordo tra SiMon2 e la MGAS(235U) è in media del 6-7% nel range che va da 0.01 eV (subtermico) fino a 100 keV. Ad energie superiori, le MGAS sono affette da problemi associati alla ricostuzione dei segnali e non è possibile effettuare un confronto coi dati di SiMon2 che è al momento a tutti gli effetti l’unico rivelatore in grado di fornire una misura del flusso fino a qualche MeV.
En(eV) 2 − 10 10−1 1 10 102 103 104 105 106 /dE/Pulse Φ Neutron Flux Ed 5 10 6 10 SiMon2 U) 235 MGAS ( Li) 6 MGAS (
Figura 3.20: Confronto dei flussi estratti da SiMon2, MGAS (6Li) e MGAS (235U) per la seconda area sperimentale.
I risultati ottenuti con SiMon2 sono anche in buon accordo con le simulazioni effettuate per il flusso in EAR2 e confermano l’incremento di un fattore che va da 25 a 40 (in dipendenza dal range energetico considerato). Ciò è visibile in Figura 3.21, in cui è mostrato il confronto tra i flussi misurati con SiMon e SiMon2 nelle due aree sperimentali e in Figura 3.22, dove è riporato il rapporto tra le due curve.
Per energie inferiori a qualche decina di eV il confronto non è particolarmente significativo, in quanto per la struttura stessa del target di spallazione e del modera-tore, si sta confrontando un flusso di neutroni moderato con 1 cm di acqua naturale più 4 cm di acqua borata (quello in EAR1) con un flusso di neutroni moderato con 3 cm di acqua naturale (quello in EAR2). Ad energie superiori invece la differenza nel moderatore ha un effetto minore e il rapporto indica un guadagno di un fattore in media pari a 35.
Neutron energy [eV] 1 − 10 1 10 102 103 104 105 106 /dE/Pulse Φ Neutron Flux Ed 4 10 5 10 6 10 SiMon SiMon2
Figura 3.21: Confronto tra il flusso misurato con SiMon in EAR1 (in rosso) e quello misurato da SiMon2 in EAR2 (in blu).
Neutron energy [eV]
1 − 10 1 10 102 103 104 105 106 Flux Ratio 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 SiMon/SiMon2
Figura 3.22: Rapporto tra i flussi misurati in EAR1 e in EAR2 rispettivamente con SiMon e SiMon2.
Test di rivelatori al Silicio per
misure di interesse astrofisico
4.1 Introduzione
Le caratteristiche della nuova linea di fascio e in particolare l’alto flusso disponibile nell’EAR-2 di n_TOF, consentono di poter misurare reazioni indotte dai neutroni su isotopi radioattivi di breve vita media, con piccole sezioni d’urto o disponibili in piccolissime quantità (< mg), reazioni che sarebbe molto difficile o impossibile misurare in altre facility. Tra le reazioni aventi tali caratteristiche vi è la7Be(n,α)4He che, assieme alla reazione 7Be(n,p)7Li, è di grande interesse per l’ancora irrisolto problema del Litio cosmologico [36]. La bassa sezione d’urto della reazione e l’alta attività del 7Be (13 GBq/µg) dovuta al suo piccolo tempo di dimezzamento (53,29 giorni), rendono però questa misura estremamente difficoltosa e, come si vedrà, non è mai stato misurato nè esiste ad oggi un valore sperimentale per tale sezione d’urto. Ad n_TOF è stata presentata e accettata dalla Isolde and n_TOF Commitee del CERN (INTC) una proposta di misura delle due reazioni da effettuare in EAR2 [37]. In questo capitolo, dopo una breve introduzione al problema del Litio cosmologico e una descrizione dei dati sperimentali precedenti (esistenti come si vedrà solo per la reazione7Be(n,p)7Li), saranno presentati i risultati preliminari dei test sul set up sperimentale che sarà utilizzato per la misura di queste importanti sezioni d’urto.