1 L.M.S. Margato, F.A.F. Fraga, S.T.G. Fetal, M.M.F.R. Fraga, E.F.S. Balau, A. Blanco, R. Ferreira Marques, A.J.P.L Policarpo LIP - Coimbra e Departamento.

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1 1 L.M.S. Margato, F.A.F. Fraga, S.T.G. Fetal, M.M.F.R. Fraga, E.F.S. Balau, A. Blanco, R. Ferreira Marques, A.J.P.L Policarpo LIP - Coimbra e Departamento de Física da Universidade de Coimbra, 3004-516 Coimbra, Portugal Localização Espacial de Traços numa Câmera de Cintilação com Triplo GEM Jornadas LIP 2003

2 2 Sumário Motivação Detector / Sistema experimental Medida simultânea de traços e dos sinais de Luz Localização completa do traço Tabalho Futuro Jornadas LIP 2003

3 3 Motivação  Leitura óptica da luz de cintilação  Desacoplamento da electrónica do detector.  Cobrir grandes àreas de detecção sem regiões inactivas.  GEMs em cascata possibilitam  Ganhos elevados numa região de fucionamento do detector com baixa probabilidade para a ocorrência de discargas.  Cintilação apreciável para a mistura Ar+ 5%CF 4, ~ 0.7 fotões/electrão secundário [3].  Misturas de Ar+5%CF 4 e 3 He-CF 4 apresentam espectros de emissão no visível e no infravermelho próximo (400 – 1000 nm) [3].  Ausência de ion feedback evitando os efeitos de carga espacial na região de conversão.  Blindagem da realimentação por fotões devido à baixa razão hole surface / total surface (~cerca de 12%) resultando na quase ausência do efeito de photon feedback.  A leitura no modo de luz não necessita de utilização de eléctrodo de recolha.  Emissão de luz localizada  ausência de efeitos associados à profundidade de campo Jornadas LIP 2003

4 4 Desenvolver um protótipo de um espectrómetro de recúo para neutrões para energias entre 1 e 20MeV Objectivo Referências [1] F.A.F. Fraga, L.M.S. Margato, S.T.G. Fetal, R. Ferreira Marques and A.J.P.L Policarpo, “Performance of a Tracking Device Based on the GEM Scintillation”, IEEE Trans. Nucl. Sci. Vol.49, Nº.1 (2002) 281-284. [2] F.A.F. Fraga, L.M.S. Margato, S.T.G. Fetal, M.M.F.R. Fraga, R. Ferreira Marques, A.J.P.L Policarpo, B. Guerard, A. Oed, G. Manzini and T. Van Vuure, "CCD readout of GEM based neutron detectors", Nucl. Instr. and Meth. A 478 (2002) 357-361. [3] M.M.F.R. Fraga, F.A.F. Fraga, L.M.S. Margato, S.T.G. Fetal, R. Ferreira Marques e A.J.P.L. Policarpo, “The GEM scintillation in He-CF4, Ar-CF4, Ar-TEA and Xe-TEA”, Nucl. Instr. and Meth. A 504 (2003) 88. [4] F.A.F. Fraga, L.M.S. Margato, S.T.G. Fetal, M.M.F.R. Fraga, R. Ferreira Marques, A.J.P.L Policarpo, “Luminescence and imaging with gas electron multipliers", Nucl. Instr. and Meth. A 513 (2003) 379-387.  Resolução em energia evento a evento  Eficiência esperada 2 a 3 ordens de grandeza superior aos actuais detectores de Lítio (10 -7 )  Meio de detecção – Gas  Multiplicação em GEMs  Leitura da luz de cintilação com uma CCD Jornadas LIP 2003

5 5 Sistema Experimental Camara de tracking, com um triplo GEM, para a imagiologia de partículas alfa ou de outras partículas com depósitos de energia semelhantes Jornadas LIP 2003  Volume de detecção  250 cm3.  3 GEMs em cascata  10x10cm 2, 140/80/60  m.  Meio de detecção  Ar+5%CF 4 em fluxo contínuo (alcance partículas alfa (5.48 MeV)  39,33mm).  Leitura da luz de cintilação realizada com uma CCD Hamamatsu (512 x 512 pixeis, 24 x 24 mm 2 ) e PMT  Fonte de partículas alfa, 241 Am(5.48MeV), colocada no interior da camara.

6 6 Sistema de aquisição Aquisição em coincidência da imagem (traço) versus sinais de luz e carga  Sinais de carga  Trigger do shutter da CCD  Osciloscópio digital + GPIB + Matlab  Aquisição das formas de onda Jornadas LIP 2003

7 7 Sistema Experimental Jornadas LIP 2003

8 8 Processamento das imagens adquiridas com a CCD  Lê ficheiros da CCD  Calcula e subtrai o background  Roda Imagem e determina ângulo  Gera ficheiro de dados da projecção horizontal e vertical do Traço GUI (1) (graphic user interface) Matlab 6.5: (1) A.Blanco (LIP-Coimbra) Jornadas LIP 2003

9 9 Imagem 3D de um traço com FIT ao background Imagem 3D de um traço depois de subtraído background Processamento das imagens adquiridas com a CCD Jornadas LIP 2003

10 10 Resultados Experimentais Track angle determination based on Bragg curve analysis O traço e a sua projeção, no plano do GEM, relacionam-se através do parâmetro  (Eq.2): Jornadas LIP 2003

11 11 Resultados Experimentais Energy resolution taken from PMT signals Energy resolution taken from CCD images Jornadas LIP 2003

12 12 Resultados Experimentais Signals from charge and current preamplifiers Jornadas LIP 2003

13 13 Resultados Experimentais Rise time statistic analysis of light signals for  =30º Calculated uncertinity of angle for a set of collimator angles Jornadas LIP 2003

14 14 Resultados Experimentais Correlation between track projection on GEM plane and light signal rise time. Jornadas LIP 2003 Correlation between the angle calculated from the rise time and the angle estimated from the Bragg curve of track projection on GEM plane

15 15 Trabalho Futuro Optimização da mistura gasosa para neutrões Simulação do espéctrometro Construção de um protótipo nas oficinas do LIP – Coimbra Teste com feixe de neutrões monoenergéticos no Democritos neutron accelerator facility (Grécia). Jornadas LIP 2003