Un team SINE2020 finanziato dall'UE sta lavorando allo sviluppo di camere a piastre resistive per rivelatori di neutroni per aiutare a migliorare gli esperimenti per gli scienziati di tutta Europa.

Le camere a piastre resistive (RPC) sono ampiamente utilizzate per rivelatori di grandi aree, come per esempio, in Fisica delle Alte Energie per studiare la natura delle particelle che costituiscono la materia o in Fisica delle Astroparticelle per osservare i raggi cosmici. Grazie alla loro struttura semplice, questi rilevatori non sono costosi. Nonostante la semplicità, forniscono un'ottima risoluzione spaziale e tempi molto rapidi. Ricercatori di LIP Coimbra, Portogallo, stanno studiando l'uso di RPC per rivelatori a diffusione di neutroni nell'ambito del SINE2020 Detectors WP. Il miglioramento degli esperimenti sui neutroni aiuterà a far progredire le conoscenze in campi diversi come ad es. Salute, energia, arti, e agricoltura.

Ho parlato con Luís Margato che mi ha detto che, Gli RPC non sembrano essere mai stati usati per la diffusione dei neutroni. Allora perché la sua squadra pensa che potrebbero essere una buona soluzione?

• La sua configurazione a strati integrata è adatta per architetture di rivelatori multistrato, necessarie per garantire un'elevata efficienza di rilevamento.
• Sono essenzialmente rivelatori robusti e privi di scarica e quindi non c'è bisogno di "baby-sitting" o monitoraggio continuo.
• Gli RPC hanno una struttura molto semplice:due piastre di cui almeno una in materiale resistivo (es. vetro o ceramica) e un gas-gap.

Guardando dentro il rivelatore

I rivelatori vengono utilizzati per identificare con elevata precisione la localizzazione dell'interazione dei neutroni durante un esperimento. Il team indagherà su cosa succede quando gli RPC rivestiti di 10B vengono utilizzati per il rilevamento dei neutroni e come si comportano. Lavoreranno alla costruzione di RPC rivestiti 10B4C sensibili alla posizione con una configurazione multistrato. I rivestimenti 10B4C per gli RPC sono stati prodotti dall'European Spallation Source Detector Coatings Workshop. La valutazione dei prototipi di rivelatori con neutroni termici sarà eseguita in una linea di fascio alla sorgente di neutroni FRM II.

Passo dopo passo verso un'elevata efficienza del rivelatore

Il team è partito da una semplice configurazione RPC e ha quindi progettato due prototipi da testare, uno di loro con un rivestimento 10B4C e un altro senza. I risultati precedenti hanno mostrato che l'efficienza di rilevamento dell'RPC rivestito con 10B4C era altrettanto elevata del previsto. I risultati sperimentali hanno mostrato un plateau esteso in funzione dell'alta tensione, in una regione (vedi grafico) in cui gli RPC mostrano una bassa sensibilità alle particelle ionizzanti minime, il che significa che il rivelatore è sensibile ai neutroni mentre si prevede che la sensibilità ai raggi gamma rimanga molto bassa. In questi test preliminari è stata dimostrata una risoluzione spaziale inferiore a 1 mm FWHM.

Dopo i primi buoni risultati, il team ha aderito al progetto SINE2020 e ha iniziato a indagare su uno dei parametri principali degli RPC. Volevano capire come l'ampiezza del gap di gas influenza la risposta RPC. Hanno progettato due prototipi e li hanno testati presso la FRM II Neutron Source, Germania, nel luglio 2016. La risoluzione è notevolmente migliorata, con risultati che mostrano una risoluzione di posizione 2D di almeno 0, 5mm FWHM per entrambe le coordinate.

Al momento il team sta caratterizzando la sensibilità gamma dei due RPC testati a FRM II con sorgenti gamma 22Na e 60Co al LIP; stanno esaminando le forme d'onda della componente Fast e Slow dei segnali indotti, con l'intento di verificare la possibilità di discriminazione della forma dell'impulso per respingere i raggi gamma e gli eventi di fondo; e stanno progettando e costruendo una pila di RPC a doppio gap con larghezze di gas-gap strette.

I vantaggi di partecipare a SINE2020

Partecipare a SINE2020 ha importanti vantaggi. Il finanziamento è stato essenziale per consentire al team di proseguire le proprie attività di ricerca e sviluppo su tecnologie di rilevamento innovative per neutroni termici. L'accesso continuo alle linee di fascio sugli impianti di neutroni per eseguire la valutazione dei prototipi di rivelatori riduce il tempo necessario per gli sviluppi e la realizzazione di nuove idee.

La possibilità di scambiare conoscenze ed esperienze con la comunità di esperti di rivelatori delle strutture di neutroni leader in Europa è fondamentale per il team per guidare il proprio know-how verso i requisiti del rivelatore.