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3D伽马射线探测器GRETA获准进行全面扩展

伽马射线 球型探测器 GRATE
发布:2020-11-05 10:55:47    

 

这组渲染图显示了完整的GRETA数组(左上和左下)和完整数组的一半(右)。检测器设计为可打开的,每半部分在轨道上滑动。样品可以放在球形阵列的中心。完整的阵列将包含120个高纯度锗晶体。(来源:GRETA合作)

建造GRETA(伽马射线能量跟踪阵列)的工作已获得了关键需要批准才能进行全面扩展。

GRETA还将提供有关物质本质以及恒星如何形成元素的新见解,预计将在2023年完成第一阶段,并在2025年实现最终完成。它基于现有的GRETINA(伽玛射线能量)于2011年完成的“跟踪光束中核阵列”仪器,具有较少的伽马射线探测晶体。伽马射线是非常高能的穿透形式的光,随着不稳定的原子核衰减成更稳定的核而发出。

美国能源部的劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)在GRETINA和GRETA中都发挥了领导作用,伯克利实验室的核物理学家和工程师正在与阿贡和橡树岭国家实验室以及密歇根州立大学的团队合作。 GRETA的发展。

2020年10月7日,美国能源部官员批准了GRETA项目的重要里程碑,包括工作范围和时间表,以及将指导该项目完成的最终建筑工程计划。正式批准步骤称为关键决策2和关键决策3(CD-2和CD-3)。

“批准是该项目和团队的一项重大成就。它标志着最终设计的成功完成,并表明我们已准备好建造该阵列。” GRETA项目总监兼伯克利实验室核科学部资深科学家Paul Fallon说。下一步的关键是制造将容纳探测器的复杂的,米级的铝球。

新的用户设施将使GRETA正常工作

GRETINA和后来的GRETA将于2022年开始在密歇根州立大学的稀土同位素射束(FRIB)设施中安装。9月29日,FRIB被正式指定 为DOE科学办公室用户的最新成员。设备。现在,这些用户设施中有28个,可供全国和世界各地的科学家使用。一旦该设施于2022年投入使用,估计已有1,400名科学用户排队参加FRIB的核物理实验。FRIB仍在建设中,已完成约94%。

GRETINA配备有12个检测器模块和48个检测器晶体,而GRETA将增加18个检测器模块,总共30个模块和120个晶体。预计到2024年底之前,将在GRETA中安装约18-20个探测器模块,最终模块将在2025年安装。

当FRIB产生的稀有同位素束撞击固定目标时,它们会经历各种核反应。这些反应可以产生更多的外来核,这些外来核发射一系列伽马射线,从而提供有关其内部核结构的信息。同位素是元素的各种形式,与标准形式的元素相比,原子核中具有相同数量的带正电的质子,但具有或多或少的称为中子的不带电粒子。

GRETA将完全围绕这些目标,以提供有关3D方向和通过其探测器传播的伽马射线能量的极其详细的数据。超快电子将使检测器每秒能够在每个晶体中捕获多达50,000个信号,并且专用计算集群将对每秒在GRETA球形中检测到的多达480,000伽马射线相互作用执行实时信号处理。

FRIB将配备功能强大的加速器,该加速器可以从重至铀的元素中产生粒子束,并具有通过用高能束轰击目标来创建和研究1,000多种新同位素的能力。

GRETA的设计非常灵活,可以容纳各种用于实验的仪器,还可以移动,以便可以在FRIB和其他设施的不同实验场所使用。Fallon说:“ GRETA已针对FRIB的广泛科学进行了优化,”并且还将在Argonne国家实验室的Argonne串联直线加速器加速器系统(ATLAS)中使用。

Fallon说,GRETA将是FRIB进行许多实验的关键-FRIB计划的研究目标中约有三分之二将使用GRETA检测器。

GRETA设计为可移动的。在稀有同位素束设施中,GRETA将在各种位置(红色圆圈)用于不同类型的实验。

实验将以更高的灵敏度研究极端条件下的原子核

它的用途是研究同位素最不稳定的最富中子形式。这种极端被称为中子“滴水线”,因为它代表了同位素的最后稳定形式,它不再能携带更多中子,并且其原子核开始“滴水”或发射中子。

GRETA也将用于识别表现出梨状形状的核。这样的实验将帮助科学家了解原子核最极端特性的局限性,提供有关其创造的关键数据,并确定新的核,从而检验我们对自然界基本相互作用和控制物质结构的理解。

Fallon指出,FRIB和GRETA一起在核科学实验中的灵敏度将比使用现有的加速器和检测器高出10到100倍。

GRETA将在运送到FRIB之前在伯克利实验室进行构造,组装和测试。伯克利实验室(Berkeley Lab)领导了该项目探测器的开发,并负责监督其交付情况,并领导GRETA的信号处理电子,计算和机械系统的设计和制造。Argonne Lab正在开发与其触发和计时系统相关的电子产品;密歇根州立大学负责表征其探测器的性能;橡树岭实验室负责实时信号处理,以定位GRETA晶体内的伽马射线相互作用。

GRETA完成后,伯克利实验室将继续在其电子,计算和升级以及重新配置仪器进行实验中发挥作用。Fallon说,大约有25位伯克利实验室的科学家和工程师参与了GRETA项目。

劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory) 及其科学家被认为是团队能够最好地应对最大的科学挑战而成立于1931年, 并获得了14项诺贝尔奖。如今,伯克利实验室的研究人员开发了可持续的能源和环境解决方案,创建了有用的新材料,推动了计算的前沿,并探索了生命,物质和宇宙的奥秘。来自世界各地的科学家依靠实验室的设施进行自己的发现科学。伯克利实验室是一个多程序国家实验室,由加利福尼亚大学为美国能源部科学办公室管理。

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