Diseño de un detector de neutrones cósmicos

Pardo Yanguas, Tamara
Luzón Marco, Gloria (dir.) ; Dafni, Theopisti (dir.)

Universidad de Zaragoza, CIEN, 2021
Física Teórica department, Física Atómica, Molecular y Nuclear area

Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas

Abstract: El experimento IAXO es un futuro helioscopio solar que persigue la detección del axión, una partícula hipotética motivada por el problema CP fuerte, que además se postula como un sólido candidato a Materia Oscura. Estudios del modelo de fondo realizados en el marco de este proyecto han concluido que los neutrones cósmicos suponen la contribución dominante al fondo, incluso por encima del nivel asociado a muones cósmicos, ya que los sucesos causados por estos últimos pueden ser vetados fácilmente, no así en el caso de los eventos causados por neutrones. Dada la falta de recursos disponibles en el mercado para la detección de neutrones de alta energía, el objetivo de este trabajo es el diseño desde cero de un detector de neutrones cósmicos con herramientas y tecnologías en las que el grupo de investigación es experto. Con este dispositivo se pretende medir con exactitud el flujo de estas partículas que alcanza el experimento, lo que permitirá estimar con mayor precisión la eficiencia del sistema de vetos actual. El análisis de una serie de configuraciones básicas ha permitido guiar y conformar el diseño de un detector, que ha acabado fijándose atendiendo a restricciones ingenieriles y económicas. El grueso de este trabajo se ha dirigido a la concepción de una estructura de blindaje que optimice la estadística de neutrones y que minimice la inherente presencia de un fondo gamma, ambos provenientes de los rayos cósmicos. Comenzando desde el exterior al centro del conjunto, se proponen 5 cm de plomo, a continuación, 10 cm de polietileno y, más adelante, 5 cm de plomo rodeando por completo la vasija cilíndrica. Los resultados obtenidos se consideran competitivos y cumplen las expectativas fijadas al inicio del trabajo: (3793 ± 22) sucesos/hora debidos a neutrones cósmicos y un valor de GARRn de 0,305 ± 0,003. Estas prestaciones justifican la construcción del detector por parte del grupo en el futuro más próximo. El dispositivo concebido tiene el potencial de instaurarse en DESY (Alemania), emplazamiento del proyecto IAXO, bajo el propósito de aumentar la capacidad de rechazo del experimento a señales debidas a este fondo.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master