La struttura del rivelatore

Borexinoèsituato neiLaboratoriNazionalidelGran Sasso. Essi sitrovano

nel cuoredellamontagna,esonosovrastatida1400mdirocciaappenninica

(cioè

∼

^{3800 mwe, metri diacqua} equivalente). Questa copertura rocciosa è un eciente schermo per le radiazionicosmiche; inoltre ha radioattività

bassa, quindi rappresenta una perfetta locazione per un esperimento così

sensibile alleradiazioni.

Figura2.1:PiantadeiLaboratoriNazionalidelGranSasso.

I LNGS sono costituiti da tre sale, denominate A, B e C (100m x 18m

x 18m), il cui accesso è consentito direttamente dal tunnel autostradale

dell'autostrada A24 Teramo-Roma, il Traforo del Gran Sasso. Borexino è

collocatonella salaC. Il rivelatoreècostruitoconmaterialidiradiopurezza

elevata per schermare, appunto, le radiazioni esterne e ridurre il più

pos-sibile i contributi interni al fondo radioattivo. Borexino sfrutta entrambi i

precedente, cioèdaunapartelarivelazionedilucediscintillazioneprodotta

dallparticellecarichenelvolumesensibile,dall'altralarivelazionedellaluce

ƒerenkov emessadalleparticellepassantiattraversouno stratod'acqua. Le

parti principalidello strumento sono leseguenti:

•

^{WT - Water Tank;}

•

^{SSS - StainlessSteel Sphere;}

•

^{IV -Inner Vessel;}

•

^{SSP -Stainless Steel Plates;}

Figura2.2:RicostruzionegracadellastrutturadiBorexino.

Ingura2.2èrappresentatalastrutturadiBorexino. Ilrivelatoresipuò

suddividere indue parti, il detector interno equello esterno.

2.2.1 L'Inner Detector

La struttura interna del rivelatore è denominata Inner Detector. Essa è

composta daiseguenti elementi:

•

^{SSS,lasferadiacciaio}inossidabile: essaèilcontenitoreprincipaledel volumesensibiledelrivelatore,efungedasupportoperi

fotomoltipli-catori (PMT). Il suo raggio è di circa 13,7 m e il suo spessore 9 mm;

acqua, dalrivelatoreinterno,ed ètenutainposizioneda20pilastridi

acciaio che poggianosulla struttura di contenimentopiù esterna.

•

^Fotomoltiplicatori: sulla SSS sono posizionati2212 fotomoltiplicatori e concentratori ottici,con fotocatododi20 cmdidiametro.

Figura2.3:RicostruzionegracadiunPMTdiBorexino.

Essisonoincapsulatiermeticamenteperchèdaunapartesonoimmersi

neiliquididelrivelatoreinternoe,dall'altra,nell'acquapresentenelle

intercapedini: perottenereunfunzionamentoottimalesenzaproblemi

ditrasmissione dati, rotture,ossidazioni ecortocircuitii

fotomoltipli-catori hanno lastruttura mostrata ingura 2.3.

IPMTdiBorexinohannoleseguenticaratteristiche: unvetroa

bassis-sima concentrazione di radioimpurità (il vetro del fotocatodo,

conte-nendo

40 K

^{,è la maggiorfonte di}

γ

^{esterni), un time jitter}dell'ordine dei nanosecondi (per garantire buona risoluzione nelle ricostruzioni

spaziali)eun'ecienza quantica 1

più elevata deirivelatoriafototubo

1

Nell'eetto fotoelettrico, consistentenellaemissionedielettronidapartedi una

su-classici, del 31% contro il 21%. In gura si possono notare i

con-centratori ottici presenti sui fototubi: essi riescono ad aumentare la

coperturageometrica (insteradiandi)al30% circa. I dati raccoltidal

muon veto interno ed esterno permettono una riduzione del fondo di

un fattore

10 ⁴

^{, quando} normalmente il rate giornalierodi muoni è di circa 4000 eventi.

•

^{Inner Vessel:} all'interno della SSS vi è un'ulteriore sfera che costitu-isce l'Inner Vessel, di nylon trasparente, di diametro di circa 8,5 m e

spessore 125

µ

^{m. Essa è} completamenteriempita con il liquido scin-tillatore, e rappresenta il volume sensibile delrivelatore; la parte più

interna dell'Inner Vessel è denominata Fiducial Volume, contenente

100 tonnellate di liquido scintillatore. Questa distinzione all'interno

dell'IV esiste solo a livello di software: non vi è infatti sicamente

nessuna separazione, ma l'analisi dati permetterà di visualizzare le

particelle generate nel FV e di distinguerle da quelle esterne. L'IV è

tenuto in posizione da un sistema di cavi e tiranti, per essere

man-tenuto al centro della SSS. Uno strato di nylon esterno all'IV (11 m

di diametro) protegge il volume sensibile dalle inltrazioni di Rn. In

gura 2.4 si possono osservare le fasi di riempimento della sfera di

nylon interna con PC, completateil 15maggio 2007.

•

^Liquido scintillatore: il volume sensibile interno all'IV è appunto formato da un liquido le cui caratteristiche molecolari permettono

creazione di luce di scintillazione. Questa miscela è composta da

Pseudcumene (PC, 1,2,4-trimethylbenzene,

C 6 H 3 (CH 3 ) 3

^{) e da PPO}

in soluzione (2,5-diphenyloxazole,

C 15 H 11 NO

^{), in} concentrazione 1,5 g/l.

•

^{Buer: tra la SSS e la sfera interna di nylon NS vi è un liquido di}

schermo, con funzione di protezione per il volume sensibile. Per

evi-denti problemi dispinta di Archimede controla NS, questo liquido è

costituitodallostessoPseudocumene(nondrogatodalPPO)presente

all'internodella NS.Oltretutto, lostesso materialehaanche lostesso

indicedirifrazione,percuiinquestomodosipossonoevitareproblemi

dideviazionedeifotoniprodottidalle scintillazioniverso ilsistema di

PMT. Lamassa totale del liquidodibuer è dicirca 1040 t. Inoltre,

per ridurre le scintillazioni residue, è stato aggiunto nel buer del

percie illuminata, l'ecienza quantica è il numero di cariche elettriche rilasciate per

ciascunquantoassorbito. Perunfotomoltiplicatore,l'ecienzaquanticaèdenitacome

lamediadelnumerodi elettroniemessidalfotocatodoperfotoneincidente. L'ecienza

Figura2.4: Riempimentodell'InnerVesseldiBorexino,maggio2007.

DMP (dymethylphtalate), un quencher diluce, inconcentrazione 2,7

g/l.

2.2.2 L'Outer Detector

Mentre la funzione principale del rivelatore interno è quella di riconoscere

studiare lecomponenti secondariedei raggicosmici, inparticolare imuoni.

Esso ècostituitodai seguenti componenti:

•

Contenitore principale, WT: questa tanica ha forma cupoloidale con diametro di 18 m e altezza di 16,7 m. L'acqua (deionizzata)

inter-na costituisce uno schermo dello spessore di 2 m contro i fotoni e i

neutroni di fondo provenienti dall'esterno.

•

^{Muon veto: la parte interna del} contenitore è ricoperta da fogli di Tyvek, come mostrato in gura 2.5, con il compito di riettere la

luce ƒerenkov prodotta dalle particelle passanti attraverso lo strato

diacqua. Questomaterialehaunariettivitàdoppiarispettoaquella

dell'acciaio, per la regione della luce ƒerenkov: si ha un aumento

dal 38% al 79,5% con questi fogli, spessi

∼

²⁰⁰

µ

^{m. L'utilizzo di}

queste coperturefacilitalaraccoltadella luceprodotta maallostesso

temporendepiù dicoltosa laricostruzionedella traiettoriapercorsa

all'interno dello strumento.

La luce ƒerenkov prodotta dai muoni e riessa daifogli diTyvek che

attraversanol'acqua è raccoltadaifototubi che costituisconoil muon

veto. Sono 154fotomoltiplicatorimontatisullasupercie esterna

del-la SSS, in disposizione ad anelli paralleli. Altri 54 fotomoltiplicatori

sono situati sul pavimento del SSWT: 34 ad anelli concentrici, e 20

(quellidell'anellpiù esterno)con angolazionedi45gradiverso

l'inter-no. Questi208rivelatoricostituisconopartedelsistemadirivelazione

editracciamentodeimuoniche attraversanol'apparatosperimentale.

Nel documento Ì Ä ÙÖ ÌÖ ÒÒ Ð Ò ËÌÍ ÁÇ ÄÄ Ê ÌÌ ÊÁËÌÁ À Ä ÄÍËËÇ Á ÅÍÇÆÁ ÇËÅÁ Á Æ Á Ä ÇÊ ÌÇÊÁ Æ ÁÇÆ ÄÁ Ä Ê Æ Ë ËËÇ ÇÆ Ä³ ËÈ ÊÁÅ ÆÌÇ ÇÊ ÁÆÇ Ê Ð ØÓÖ ÓÖÖ Ð ØÓÖ ÓØغ Ú ³ Æ (pagine 22-27)