I+D para Estudios de Núcleos Exóticos ¿Qué, cómo y dónde?

MINISTERIO
DE CIENCIA E
INNOVACIÓN
I+D para Estudios de Núcleos Exóticos
¿Qué, cómo y dónde?
• 
Qué queremos estudiar,
instalaciones para hacerlo.
cómo
podemos
y
dónde
están
las
• 
I+D en detectores y electrónica necesaria para poder estudiar
sistemas nucleares todavía más exóticos.
Olof Tengblad
Instituto de Estructura de la Materia - CSIC
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
Tabla de Núclidos
N=Z
?
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
2
Métodos de producción
Beam  target  products
heavy ion
p
p/n
heavy ion
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
3
Producción de haces radioactivos
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
4
Para conseguir información nuclear completa necesitamos
estudiar el núcleo con reacciones a diferentes energías
GSI
Reacciones a
Er= 700 MeV/u
Elastic
Scattering
ISOLDE
Desintegración
beta Er=0
Spins
Moments
Reaction
Cross Sections
Masses
GANIL
Reacciones a
Er= 30-60 MeV/u
Momentum
Distributions
Beta
Decay
Unbound
Nuclei
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
5
FAIR – Facility for Anti proton and Ion Research
(en construcción  2017)
FAIR (Facility for an1proton and ion research) GSI
Instalación
existente desde
hace 20 años
R 3B
FAIR: Facility for An1proton and Ion Research R3B – Reactions with Relativistic
Radioactive Beams
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
6
Reacciones de alta energía: Cave C @GSI  R3B @ FAIR
Experimento
unos 20 metros
Mecanismo de reacción :
•  disociación Coulombiana
•  Difracción
•  Absorción
•  interacción estado final
Observables:
Variables experimentales:
•  Energía del haz 30  700 MeV/A
•  Material del blanco C  Pb
•  Proyectil 6He  19C
•  distribución del momento:
• del neutron
• del fragmento cargada
•  la masa invariable
•  correlaciones Angulares
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
7
ISOL: Isotope Separation On-Line
separación y estudio de isótopos radioactivos en tiempo real
CERN PS Booster  ISOLDE
Haz: Protones 1.4 GeV
Intensidad: 3 1013 p/p
pulso: 3µs
frecuencia: 0.5-1Hz
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
8
Producción de isótopos exóticos
+
spalation
201
1 GeV p
Fr
Nuclei chart @ ISOLDE
fragmentation
+
238
n
p
U
11
Li
+
X
fission
+
143
Cs
+
Y
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
9
Experimentos de desintegración β @ ISOLDE
Detectors de Si Segmentados
Ángulo sólido grande
–  detecta todas las partículas
•  Alta Segmentación
–  Eventos separados
NO sumados
haz tipo ISOL
• 
• 
• 
Haz de iones de baja energía
para en una lámina de C muy fina
Fuente radiactiva de forma puntual
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
Dispositivo experimental @ ISOLDE
X
source
ISOLDE Si-Ball: 36x4 quadrants of 1000 micron Si
L.M. Fraile, NIMA513 (2003) 287.
Y
Experimento
unos 20 cm
3 DSSSD telescopes
60 + 1500 micron Si
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
Desarrollo para
experimentos a baja
energía
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
12
Telescópio Monolito : dos detectores en una placa de Silicio
ΔE (N+)
1 µm N+
Detector ΔE
Front cathode
500 µm NDetector E
Rear cathode
0.5 µm
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
Espectros con el Monolito
ΔE
E
FWHM
80 KeV
Espectros
individuales del
ΔE y E
Fuente triple
alfa
27Al
Haces de 27Al y 23Na @ CMAM
verde
 30 MeV
azul claro
 25 MeV
rojo
 20 MeV
amarillo
 15 MeV
azul oscuro
 10 MeV
23Na
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
DSSSD
Monolito
Detectors: DSSSD

monolithic Si telescope
5x5 cm2 16x16 strips á 3mm
Detector área: 5x5 cm2
256 pixel detectores á 9 mm2
64 pixel detectores á 9 mm2
128 canales de lectura
32 canales de electrónica
¡¡ Ángulo sólido es 20% del DSSSD y
4 veces más de canales electrónicos !!
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
I+D en electrónica : MTM16 - MDI2 512 canales multiplexado en
cadena, cualidad espectroscópico
Tarjetas de 16 canales
• 
• 
• 
• 
• 
• 
PreAmplificador, Con
amp y polaridad
variable
Discriminador
Amplificador
Salida Multiplexado
Control remoto
Bajo en consumo de
energía
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
El monolito acoplado a 2x MTM-64
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
128 canales multiplexado a MDI-2 via
20 tiros por “cable de pares trenzado”
2x MTM-64
128 channels
Motorola power PC
VME5055
Twisted pair
20 line
MDI-2
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
Desarrollo para [email protected]
CALIFA I+D
electrónica de lectura para
centelladores
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
19
I+D para [email protected]: adaptar la electrónica para
lectura de los LAPD de CALIFA
Adaptar el Sistema electrónico para LAPD
- Añadir control de Voltaje y Temperatura
- Adaptar las tarjetas a los cristales
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
Design/Simulations of barrel
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
21
Analog Multiplexed readout
MPR16 – Preamp
BIAS 600V +/- 2
HV monitoring
MTM-16 (Preamp), shaper,
dicriminator, analog multiplexer
Regulación del voltaje
en función de la temperatura
ambiental
MDI-2 VME
ADC
512 channels
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
Phoswich
Phoswich: dos cristales juntos con una unica lectura!
5 CM
Energy
Resolution
3 CM
Materials
(at 662 keV)
(%)
Light yield
(photons/
keV γ)
LaBr3
2.9
63
16
380 nm
LaCl3
3.8
49
28
350 nm
Decay time
(ns)
λemision
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
23
Banco de pruebas para Gamma de alta energía @ CMAM 5MV tandem
haz: protones de 1 MeV
blanco: teflon
19F(p,αγ)16O
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
24
Phoswich detector response to 150 & 180 MeV protons
Phoswich response to 180 mev protons
Flash
ADC
LaBr3
 Proton slowed down in the two crystals
PMT
 Proton escaping leaving part of energy
 Proton scattered out from LaBr
 Proton stopped in 1st crystal
PMT
 Proton entered from the side to 2nd crystal
 Pile up & noise
LaCl3
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
25
CALIFA
Particle Physics Department
University of Santiago de Compostela
H. Alvarez-Pol, J. Benlliure, D. Cortina, I. Durán, Martín Gascón
D. González, N. Montes
CIMA, Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales, Universidad de Vigo
J.A. Vilán Vilán, P. Yañez, E. Casarejos Ruiz
Subatomic Physics Chalmers University of Technology , Göteborg
T. Nilsson, H. Johansson,
TU Darmstadt
N. Pietralla, Th. Kroell
TU Munich
R. Krücken, R. Gernhäuser
Instituto de Estructura de la Materia, CSIC-Madrid
M.J.G Borge, J.A. Briz , M. Carmona-Gallardo, E. Nacher,
A. Perea, J. Sanchez del Rio, O. Tengblad
Instituto de Estructura de la Materia
Departamento de Física Nuclear y Estadística
26