Prototype of a new calorimeter for the studies of nuclear reactions with relativistic radioactive beams

Abstract

Esta tesis presenta los resultados de un estudio experimental para definir los cristales que formarán parte del Calorímetro CALIFA - R3B que se construirá en las futuras instalaciones de FAIR (Facility for Antiproton Ion Research) en Darmstadt, Alemania. Uno de los programas específicos de investigación de esta futura instalación serán las reacciones de haces radiactivos a energías relativistas R3B. Este programa va a responder a cuestiones relativas a los núcleos exóticos, áreas de astrofísica como la nucleosíntesis que se producen en supernovas y otros procesos estelares. R3B es un montaje experimental con alta eficiencia, aceptancia y resolución para obtener una medida cinemática completa de las reacciones inducidas por haces radiactivos de altas energías. CALIFA es un calorímetro para la detección de rayos gamma y partículas cargadas ligeras originadas en reacciones nucleares con haces exóticos a energías relativistas. Este calorímetro va a rodear el blanco de reacci'on del experimento R3B y estará constituido por miles de cristales centelladores inorgánicos, que van a identificar rayos gamma y partículas cargadas emitidas por el blanco de reacción En en Capítulo 1 de la tesis se da una breve descripción de FAIR, el montaje experimental de R3B y se describe el diseño conceptual, la geometría y los requisitos del calorímetro CALIFA para R3B. El Capítulo 2 contiene simulaciones en GEANT4 del Calorímetro, que incluyen la corrección por el Boost de Lorentz y los observables que pueden ser medidos. También se incluye simulaciones que describen en detalles un prototipo de cristales de CsI(Tl) irradiado por protones y gammas de altas energías. En el Capítulo 3 se da una detallada descripción de la caracterización de cristales de CsI(Tl) y fotosensores y de todos aquellos parámetros que pueden ser mejorados para optimizar el rendimiento de los cristales. Finalmente, en el Capítulo 4 se dan los detalles de la construcción de un prototipo de cristales de CsI(Tl), y los resultados obtenidos en tres pruebas en haz de gammas y protones llevadas a cabo en diferentes aceleradores europeos, como también el análisis de los datos obtenidos.