Een door de EU gefinancierd SINE2020-team werkt aan de ontwikkeling van resistieve plaatkamers voor neutronendetectoren om experimenten voor wetenschappers in heel Europa te helpen verbeteren.

Resistieve plaatkamers (RPC's) worden veel gebruikt voor detectoren met een groot oppervlak, zoals bijvoorbeeld, in High Energy Physics om de aard van de deeltjes waaruit materie bestaat te bestuderen of in Astrodeeltjesfysica om kosmische straling waar te nemen. Door hun eenvoudige opbouw zijn deze detectoren niet duur. Ondanks de eenvoud, ze bieden een zeer goede ruimtelijke resolutie en een zeer snelle timing. Onderzoekers van LIP Coimbra, Portugal, onderzoeken het gebruik van RPC's voor neutronenverstrooiingsdetectoren in het kader van de SINE2020 Detectors WP. Verbetering van neutronenexperimenten zal helpen de kennis te vergroten op uiteenlopende terreinen als b.v. Gezondheid, energie, kunst, en landbouw.

Ik sprak met Luís Margato die me vertelde dat, RPC's lijken nooit te zijn gebruikt voor neutronenverstrooiing. Dus waarom denkt zijn team dat ze een goede oplossing kunnen zijn?

• De ingebouwde gelaagde configuratie is zeer geschikt voor meerlaagse detectorarchitecturen, nodig om een ​​hoge detectie-efficiëntie te garanderen.
• Het zijn in wezen ontladingsvrije en robuuste detectoren en er is dus geen behoefte aan "oppassen" of continue bewaking.
• RPC's hebben een zeer eenvoudige structuur:twee platen waarvan ten minste één gemaakt is van een resistief materiaal (bijvoorbeeld glas of keramiek) en een gasspleet.

In de detector kijken

Detectoren worden gebruikt om tijdens een experiment met hoge precisie de lokalisatie van neutroneninteractie te identificeren. Het team zal onderzoeken wat er gebeurt als 10B-gecoate RPC's worden gebruikt voor neutronendetectie en hoe ze presteren. Ze zullen werken aan de constructie van positiegevoelige 10B4C gecoate RPC's met een meerlaagse configuratie. De 10B4C-coatings voor de RPC's zijn geproduceerd door de European Spallation Source Detector Coatings Workshop. De evaluatie van detectorprototypes met thermische neutronen zal worden uitgevoerd in een bundellijn bij de FRM II-neutronenbron.

Stap voor stap naar een hoge detectorefficiëntie

Het team begon met een eenvoudige RPC-configuratie en ontwierp dus twee prototypes om te testen, een met een 10B4C-coating en een andere zonder. Eerdere resultaten toonden aan dat de detectie-efficiëntie van de RPC gecoat met 10B4C net zo hoog was als verwacht. De experimentele resultaten toonden een verlengd plateau als functie van hoogspanning, in een regio (zie grafiek) waar RPC's een lage gevoeligheid vertonen voor minimale ioniserende deeltjes, wat betekent dat de detector gevoelig is voor neutronen, terwijl de gevoeligheid voor gammastraling naar verwachting zeer laag zal blijven. In deze voorbereidende tests werd een ruimtelijke resolutie van minder dan 1 mm FWHM aangetoond.

Na de eerste goede resultaten, het team sloot zich aan bij het SINE2020-project en begon een van de belangrijkste parameters van RPC's te onderzoeken. Ze wilden begrijpen hoe de breedte van de gasspleet de RPC-respons beïnvloedt. Ze ontwierpen twee prototypes en testten ze bij de FRM II Neutron Source, Duitsland, in juli 2016. De resolutie verbeterde aanzienlijk, met resultaten met een 2D-positieresolutie van minimaal 0, 5 mm FWHM voor beide coördinaten.

Op dit moment karakteriseert het team de gammagevoeligheid van de twee RPC's die zijn getest bij FRM II met 22Na- en 60Co-gammabronnen bij LIP; ze onderzoeken de golfvormen van de snelle en langzame component van de geïnduceerde signalen, met de bedoeling om de mogelijkheid van pulsvormdiscriminatie te controleren om gammastralen en achtergrondgebeurtenissen te verwerpen; en ze ontwerpen en bouwen een stapel RPC's met dubbele opening en smalle gasopeningen.

Voordelen van deelname aan SINE2020

Deelnemen aan SINE2020 heeft belangrijke voordelen. Financiering was essentieel voor het team om hun R&D-activiteiten op innovatieve detectortechnologieën voor thermische neutronen voort te zetten. Continue toegang tot bundellijnen op neutronenfaciliteiten om de evaluatie van detectorprototypes uit te voeren, verkort de tijd die nodig is om ontwikkelingen en nieuwe ideeën te realiseren.

De mogelijkheid om kennis en ervaringen uit te wisselen met de gemeenschap van detectorexperts van de toonaangevende neutronenfaciliteiten in Europa is van fundamenteel belang voor het team om zijn knowhow in de richting van de detectorvereisten te brengen.