Konstrukcja i badanie prototypu detektora protonów z rozpadu neutronów

A prototype of a special scintillation proton detector in six different versions was made and its position resolution was investigated. It is planned to use such a detector in the BRAND project, which aims at investigation of the properties of weak interactions through a measurement of correlation coefficients in neutron beta decay. In the detector prototype, we used photomultipliers as light sensors. They were placed along a lightguide at equal spacing. Sr-90 isotope was used as a source of electrons. The source could move along the lightguide at constant speed, with the help of the source positioning system. We made two types of PMMA lightguides with dimensions 10x15x1000 mm and 5x15x1000 mm. The positioning resolution was investigated by making two-dimensional histograms of the actual position vs. position determined from light intensity distribution in the light sensors. The actual position was the value from the source positioning system. The cross-sections of the histograms at fixed positions between each two adjacent photomultipliers resulted in Gaussian-like distributions. We compared the mean standard deviation (s1) from these distributions and the standard deviation for one chosen position between two photomultipliers (s2). The best values of both parameters were obtained for the lightguide with dimensions 5x15x1000 mm and distance between photomultipliers of 3 cm. The results for this configuration were: s1 = 0.648(22) cm, s2 = 0.573(14) cm.

Wykonano prototyp specjalnego, scyntylacyjnego detektora protonów w sześciu wersjach i badano jego pozycyjną zdolność rozdzielczą. Planowane jest wykorzystanie takiego detektora w projekcie BRAND, którego głównym założeniem jest badanie własności słabych oddziaływań poprzez pomiar współczynników korelacji kierunkowych w rozpadzie beta neutronu. W prototypie detektora jako sensory światła wykorzystano fotopowielacze rozmieszczone wzdłuż światłowodu w stałych odstępach. Źródłem elektronów, które symulują sygnały od protonów w docelowym detektorze, był izotop Sr-90. Źródło poruszało się wzdłuż światłowodu ze stałą prędkością z wykorzystaniem układu napędu, z elektronicznym odczytem pozycji. Przygotowano dwa rodzaje światłowodów ze szkła akrylowego, o wymiarach 10x15x1000 mm oraz 5x15x1000 mm. Badano zdolność rozdzielczą poprzez wykonanie dwuwymiarowych histogramów natężenia światła scyntylacyjnego w zależności od pozycji wyznaczanej z rozkładu natężenia w sąsiadujących sensorach oraz od pozycji rzeczywistej źródła, określanej przez system pozycjonowania. W miejscach w połowie odległości między kolejnymi fotopowielaczami wykonano następnie przekroje histogramów i do tak uzyskanych rozkładów dopasowano funkcję Gaussa. Średnie odchylenie standardowe z tych rozkładów (s1) było parametrem porównawczym dla różnych wersji detektora. Porównywano również odchylenia standardowe dla jednej, wybranej pozycji pomiędzy dwoma fotopowielaczami (s2). Najlepsze wyniki dla obu parametrów uzyskano dla światłowodu o wymiarach 5x15x1000 mm i odległości między fotopowielaczami 3 cm. Miały one następujące wartości: s1 = 0.648(22) cm, s2 = 0.573(14) cm.