Ett EU-finansierat SINE2020-team arbetar med att utveckla Resistive Plate Chambers för neutrondetektorer för att förbättra experiment för forskare över hela Europa.

Resistiva plattkammare (RPC) används i stor utsträckning för stora detektorer, som till exempel i hög energifysik för att studera karaktären hos partiklarna som utgör materia eller i Astropartikelfysik för att observera kosmiska strålar. På grund av sin enkla struktur är dessa detektorer inte dyra. Trots enkelheten, de ger mycket bra rumsupplösning och mycket snabb timing. Forskare från LIP Coimbra, Portugal, undersöker användningen av RPC för neutronspridningsdetektorer inom ramen för SINE2020 Detectors WP. Förbättring av neutronförsök hjälper till att främja kunskap inom så varierade områden som t.ex. hälsa, energi, konst, och jordbruk.

Jag pratade med Luís Margato som berättade för mig att RPC verkar aldrig ha använts för neutronspridning. Så varför tror hans team att de kan vara en bra lösning?

• Dess inbyggda skiktade konfiguration är väl lämpad för flerskiktade detektorarkitekturer, behövs för att säkerställa hög detekteringseffektivitet.
• De är i huvudsak urladdningsfria och robusta detektorer och det finns därför inget behov av "barnvakt" eller kontinuerlig övervakning.
• RPC har en mycket enkel struktur:två plattor minst en av dem är tillverkade av ett resistivt material (t.ex. glas eller keramik) och ett gasgap.

Tittar inuti detektorn

Detektorer används för att med hög precision identifiera lokaliseringen av neutroninteraktion under ett experiment. Teamet kommer att undersöka vad som händer när 10B-belagda RPC används för neutrondetektering och hur de fungerar. De kommer att arbeta med konstruktionen av positionskänsliga 10B4C-belagda RPC:er med en flerskiktskonfiguration. 10B4C -beläggningarna för RPC:erna har producerats av European Spallation Source Detector Coatings Workshop. Utvärdering av detektorprototyper med termiska neutroner kommer att utföras i en strålningslinje vid FRM II -neutronkällan.

Steg för steg mot hög detektoreffektivitet

Teamet startade med en enkel RPC -konfiguration och designade därmed två prototyper som skulle testas, en av dem med en 10B4C-beläggning och en annan utan. Tidigare resultat visade att detekteringseffektiviteten för RPC belagd med 10B4C var lika hög som förväntat. De experimentella resultaten visade en utökad platå som en funktion av högspänning, i en region (se graf) där RPC:er uppvisar låg känslighet för minimala joniserande partiklar, vilket betyder att detektorn är känslig för neutroner medan känsligheten för gammastrålningar förväntas förbli mycket låg. En rumslig upplösning nedan 1 mm FWHM demonstrerades i dessa preliminära tester.

Efter de första goda resultaten, teamet gick med i SINE2020 -projektet och började undersöka en av huvudparametrarna för RPC:er. De ville förstå hur gasgapbredden påverkar RPC -svaret. De konstruerade två prototyper och testade dem vid FRM II Neutron Source, Tyskland, i juli 2016. Resolutionen förbättrades avsevärt, med resultat som visar en 2D -positionsupplösning på minst 0, 5 mm FWHM för båda koordinaterna.

För tillfället karaktäriserar teamet gammakänsligheten för de två RPC:erna som testats vid FRM II med 22Na och 60Co gammakällor vid LIP; de undersöker vågformerna för den snabba och långsamma komponenten i de inducerade signalerna, med avsikt att kontrollera möjligheten av pulsform diskriminering för att avvisa gammastrålning och bakgrundshändelser; och de konstruerar och bygger en bunt med dubbelgapade RPC:er med smala gasbredder.

Fördelar med att ta del av SINE2020

Att ta del av SINE2020 har viktiga fördelar. Finansiering var avgörande för att teamet skulle kunna fortsätta sin FoU -verksamhet inom innovativ detektorteknik för termiska neutroner. Kontinuerlig tillgång till strållinjer på neutronanläggningar för att utföra utvärdering av detektorprototyper förkortar den tid som krävs för att utvecklingen och nya idéer ska förverkligas.

Möjligheten att utbyta kunskap och erfarenheter med detektorexpertgruppen i de europeiskt ledande neutronanläggningarna är grundläggande för att teamet ska driva sitt kunnande mot detektorbehovet.