misura di elettroni di bassa energia in icarus t600 alessandro menegolli – icarus collaboration...

Misura di elettroni di bassa Misura di elettroni di bassa energia in ICARUS T600energia in ICARUS T600

Alessandro Menegolli – ICARUS Collaboration

Dipartimento di Fisica Nucleare e Teorica, Universita` di Pavia

INFN di Pavia

28/09/2005 A. Menegolli - ICARUS Collaboration

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Contenuti:Contenuti:

E` stato eseguito uno studio dettagliato della regione di basse energie (elettroni sotto i 5 MeV) nei dati raccolti dal semimodulo ICARUS T300 a Pavia nel 2001.

- Studio dei fondi in ICARUS T600 e confronto con i risultati del Montecarlo

- Calibrazione del rivelatore a basse energie

- Stima della trigger rate integrale dei fondi in superficie e underground

- Limite superiore all’attivita` dell’isotopo 39Ar in ICARUS T600

Le motivazioni sono:


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ICARUS T600 ICARUS T600

Argon liquido (87 K)Catodo

Anodo: 3 piani di fili (a ±60° e 0°)

E (500 V/cm)E (500 V/cm)

E (500 V/cm)E (500 V/cm)

RivelatoreRivelatoreICARUS T600ICARUS T600

Una particella che attraversa il rivelatoreUna particella che attraversa il rivelatore ionizza gli atomi di argon…ionizza gli atomi di argon…

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……gli elettroni vengono guidati da un gli elettroni vengono guidati da un campo elettrico verso tre piani di fili…campo elettrico verso tre piani di fili…sui quali si induce un segnale che viene sui quali si induce un segnale che viene elaborato dall’elettronica.elaborato dall’elettronica.


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Nei dati raccolti sono presenti elettroni di bassa energia. Sono prodotti da:

Simulazione Montecarlo con GEANT3Simulazione Montecarlo con GEANT3

- interazioni di raggi cosmici in LAr:

- decadimenti di 238U e 232Th, contaminanti dei materiali del rivelatore

1. code di sciami e.m.

2. catture di neutroni da parte di nuclei di Ar

- decadimento - dell’isotopo 39Ar

Una simulazione con GEANT3 ha permesso di stimare il contributo (da confrontarsi con i dati reali) delle catture di neutroni e dei contaminanti:


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Se nel MC si selezionano gli eventi fotoelettrici, si evidenzia un picco a 511 keV: la rate degli eventi (elettroni) nel picco e` di 50 Hz

Gli eventi sono interpretati come fotoelettrici dovuti a fotoni dall’annichilazione di e+ provenienti da conversione e+ e-


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Per il confronto con il MC e` stato misurato un campione di elettroni dibassa energia, ricostruendo i dati solo in eventi puliti, cioe` privi di:

- sciami e.m.

- singole tracce passanti (per lo piu` muoni)

Misure


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Anche nei dati reali e` presente un picco, situato a 140 conteggi ADC. Ilfattore di calibrazione misurato in ICARUS T600 per muoni al minimodi ionizzazione (3.3 keV/ADC) fornisce un energia di circa 500 keV

Nell’interpretazione fotoelettrica si trova una calibrazione a basse energie:

E(keV) = 3.64 3.64 ± 0.15± 0.15 ADC (counts)

Dal confronto con il Montecarlo si deduce che gli eventi nel piccofotoelettrico dovuti a catture di neutroni e contaminanti dei materiali

sono il 5% del totale: il 95% e` attribuito a code di sciami e.m. cosmici


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Trigger rate

Il MC riproduce bene la trigger rate integrale (in superficie) nel range 1.0÷3.5 MeV.Ad energie piu` alte la sottostima del MC puo`essere dovuta al fatto che il flussodi neutroni utilizzato viene da misure eseguite a Pavia, ma ad una certa distanza

dal laboratorio dove era situato il rivelatore.

Per estrapolare una trigger rate integrale dei fondi al Gran Sasso, va ricordato che:

1. i raggi cosmici sono abbattuti per un fattore 106;2. il flusso di neutroni ambientali e` ridotto di un fattore 104.


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Recenti misure hanno valutato un’attivita`dell’isotopo 39Ar in Argon naturale pari a 1 Bq/Kg: la rate prevista per il semimodulo T300 e`

pari a 120 kHz al di sotto dell’end-point dello spettro beta (565 keV)

L’attivita` totale misurata tra 300 e 500 keV (rate = 44.8 kHz), corretta per l’efficienza di identificazione, risulta 0.37 Bq/Kg. Questo numero va moltiplicato per 3 per tenere conto della parte mancante di spettro - al di sotto dei 300 keV

In questo range di energia il contributo dei cosmici e` difficilmente valutabile: l’attivita` dell’ 39Ar viene data solo come limite superiorelimite superiore

Stima dell’39Ar


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Conclusioni

La misura di elettroni di bassa energia in ICARUS T600 ha permesso di:

- Ottenere una calibrazione a basse energie grazie alla rivelazione di un picco fotoelettrico a 511 keV nei dati (anche underground);

- Una stima della trigger rate integrale dei fondi in superficie con estrapolazione della rate underground (Gran Sasso);

- Un limite superiore (~ 1 Bq/Kg) dell’attivita` dell’isotopo 39Ar presente nell’Argon naturale

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