Detektorfejlesztés I.

Az előző bejegyzésekben felvázolt kutatási programunk új típusú hasadási detektorok kifejlesztését teszi szükségessé. A fotohasadásban keletkezett hasadványok szögeloszlásának méréséhez nagy hatásfokú, a foton-indukált reakciókra jellemző kis hatáskeresztmetszet ellensúlyozása érdekében több céltárgyat tartalmazó, a szögeloszlás mérés fontossága miatt pedig helyzetérzékeny detektorrendszerek használata tűnik célszerűnek. A kis hozam miatt ráadásul elengedhetetlen az aktinoida céltárgyakból általában nagy intenzitással kibocsájtott α részecskéket megkülönböztetni a hasadványoktól. Ez megoldható az egy hasadásból származó két hasadvány koincidenciában (együttesen) való detektálásával.
Hangsúlyozni kell, hogy a Compton-visszaszórt γ nyalábok igen kicsi, 1 milliméter átmérőjű nyalábfoltja teszi lehetővé a fotohasadási detektorok méretének drasztikus csökkentését. Korábban, a fékezési sugárzást alkalmazó kísérletekben a detektorokat és a céltárgyakat a 4-5 cm-es nyalábátmérőhöz kellett méretezni. A korábban bemutatott prototípus kísérletünkben is hasonló detektort alkalmaztunk (ez jól látható a január 29-i bejegyzéshez csatolt képen), annak ellenére, hogy a nyalábfolt átmérője csupán 5 mm volt... A jól fókuszált Compton-visszaszórt γ nyalábok a hasadás helyének sokkal pontosabb meghatározását teszik lehetővé, így jelentősen növelni tudjuk a szögeloszlás mérésünk pontosságát a korábbi mérésekhez képest. A csökkentett méretű céltárgyak ráadásul megengedik erősen radioaktív céltárgyanyagok használatát (pl. ²³⁹Pu) anélkül, hogy sugárvédelmi problémák merülnének fel, melyre korábban szintén nem volt lehetőség.

A fenti szempontok figyelembevételével a hasadványok szögeloszlásának méréséhez egy sokcéltárgyas, több egységből álló, komplex detektorrendszer fejlesztését kezdtük meg ez elmúlt év során a müncheni Ludwig-Maximilans Egyetem detektorlaboratóriumában. A detektorrendszer egységeinek alapjául egy új, a hasadványdetektálásban különösen ígéretes technológiára, a TH-GEM (Thick Gaseuous Electron Multiplier) technológiára alapozott helyzetérzékeny lavinadetektort választottuk. A mechanikailag igen stabil THGEM egy nagy erősítésű, gáztöltésű elektronsokszorozó, mely számos előnnyel bír a hagyományos hasadási detektorokhoz képest: könnyen, laboratóriumi CNC technológiával legyártható, az alacsony gáznyomás miatt a jelek gyorsak, tipikusan 3-4 ns felfutási idővel rendelkeznek, és, a sokszálas lavinadetektorokkal szemben, öregedési effektussal (a hatásfok idő függvényében történő csökkenésével) nem kell számolnunk. Működése a kétoldalú nyomtatott áramköri lapkába fúrt milliméteres furatokban történő gázerősítésen alapul, mely a két oldalra kapcsolt nagyfeszültség (U=500 V) hatására felgyorsított elsődleges elektronok ionizáló képességének következménye. A THGEM-lapka lyuk-, illetve az anód szegmentált elektródszerkezete teszi lehetővé a hasadványok pozícióérzékeny detektálását akár 1-2 mm-es feloldással. Az előzetes, ²⁵²Cf spontán hasadó forrással elvégzett tesztek nagyon bíztatóak, közel 100%-os hatásfokkal hosszú időn keresztül stabilan üzemltethető a detektor. A detektor alapjául szolgáló TH-GEM lapkáról készült kép alább látható. A lapkát a CERN detektorlanoratóriumában állították elő. A teszt során a hasadványok becsapódási pozícióit határoztuk meg, ez az eloszlás látható a másik ábrán.

A CERN-ben készített 10 cm x 10 cm méretű TH-GEM lapka

A hasadványok két dimenziós pozíció-eloszlása