Tuikeilmaisin fuusiotuotteiden beetamerkkaukseen : ilmaisimen rakentaminen ja testaus

Abstract

Tässä pro gradu -tutkielmassa on rakennettu ja testattu paikkaherkkä tuikeilmaisin ydinrakennefysiikan kokeellista tutkimusta varten. Ydinten rakennetta ja ominaisuuksia tutkiessa mielenkiinto kohdistuu usein eksoottisiin ytimiin, joita voidaan tuottaa fuusio-höyrystysreaktioissa. Näissä reaktioissa mielenkiinnon kohteena olevia ytimiä syntyy monesti kuitenkin vain häviävän pieni määrä, ja kyseiset ytimet ovat tavallisesti olemassa vain sekunnin murto-osan ennen kuin ne hajoavat. Tällöin niiden havaitsemiseen tarvitaan herkkiä mittaus- ja ilmaisinsysteemejä.

Tämän tutkielman ilmaisinta käytetään havaitsemaan fuusio-höyrystysreaktiossa syntyvien N=Z-linjan lähellä olevien ytimien hajoamisissa syntyviä beetahiukkasia eli ns. beetamerkkaukseen (eng. Recoil-Beta Tagging) MARA-rekyylierottimen fokustasolla. Uusi ilmaisin koostuu kahdesta rivistä erikokoisia tuikesauvoja, jolloin sen läpi kulkeutuvan beetahiukkasen energia ja paikka voidaan selvittää. Tutkielmassa ilmaisimen toimintaa on testattu eri säteilylähteiden avulla, minkä lisäksi myös ilmaisimen gammaläpinäkyvyyttä ja yksittäisen sauvan ominaisuuksia on tarkasteltu. Suoritettujen mittausten perusteella ilmaisimella saavutetaan hyvä paikkaherkkyys sekä riittävä energiaresoluutio korkea-energisen beetasäteilyn havaitsemiseen.

In this master’s thesis, a position-sensitive scintillator detector for experimental nuclear structure studies has been constructed and tested. In nuclear structure and properties research, one is often interested in exotic nuclei, which can, for example, be produced in fusion-evaporation reactions. In these reactions, out of all fusion products, nuclei of interest tend to be in miniscule amounts and they often exist only for a fraction of a second before decaying. Therefore, sophisticated measurement and detector systems are required in order to detect these nuclei.

The detector built in this work will be used to detect beta particles originating from nuclei residing near N=Z line at the focal plane of MARA recoil separator for recoil beta tagging. The new detector is an array of orthogonally placed scintillator bars, making it possible to measure the energy and position of a passing beta particle. Through tests, the operation and properties of the detector are presented. According to these measurements, a good position sensitivity and a sufficient energy resolution for detecting high-energy beta radiation is achieved.