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36 L’apparato sperimentale Figura 2.15: Sezione d’urto di assorbimento per O2 (sinistra) ed H2O (destra) in fase liquida (rosso) e vapore (verde) in funzione della lunghezza d’onda della radiazione; in entrambi i casi è sovrapposto lo spettro di emissione del LXe (blu); le unità in ordinata sono in cm 2 . Figura 2.16: Lunghezza di assorbimento λabs dello Xe liquido contaminato con 1 ppm di O2 (sinistra) o dello Xenon contaminato con 1 ppm di H2O (destra) in fase liquida (rosso) e vapore (verde e blu); in entrambi i casi è sovrapposto lo spettro di emissione del LXe (blu); le unità in ordinata sono in cm. 2.3.2 Struttura, geometria e prestazioni del rivelatore Lo schema mostrato in figura 2.14 mostra come il progetto del calorimetro rispetti la simmetria cilindrica dell’apparato, in modo che i fotoni prodotti nel bersaglio incidano quasi perpendicolarmente sulla sua superficie interna. La struttura del rivelatore è realizzata in acciaio ed alluminio, ad eccezione della faccia interna su cui incidono i fotoni, che è realizzata in materiale plastico per minimizzare la probabilità di conversione durante l’attraversamento. La copertura angolare è pari a circa il 10% dell’angolo solido, ed è definita da | cos θ| < 0.35 e 120 ◦ < φ < 240 ◦ . Il raggio interno misura 67.5 cm, quello esterno 112 cm; il volume sensibile, pari a 0.8 m 3 , è letto da una matrice di 846 fototubi Hamamatsu mod. R9869 [48], sensibili alla luce ultravioletta e sviluppati appositamente per operare a temperature criogeniche in presenza di campo magnetico. La densità fotocatodica media è pari al 30% ed è massima sulla faccia d’ingresso in quanto i fotoni in media interagiscono e rilasciano gran parte della loro energia dopo aver
2.3 Rivelazione del fotone: il calorimetro a Xenon Liquido 37 attraversato pochi cm di Xenon liquido. La liquefazione ed il raffreddamento dello Xenon sono ottenuti tramite un criogeneratore ad azoto liquido. Dall’angolo solido fiduciale viene esclusa la zona delimitata da | cos θ| < 0.08 poichè per tale angolo di emissione il positrone non arriva sul Timing Counter. Le risoluzioni FWHM attese per fotoni da 52.8 MeV sono ∆t = 150 ps per la ricostruzione temporale, ∆θ = 15 mrad per l’incertezza angolare , ∆Eγ/Eγ = 4÷5% per quella in energia [49]. Le operazioni di Calibrazione e Monitoraggio del calorimetro, nonchè le misure sperimentali delle risoluzioni del calorimetro saranno discusse in dettaglio nei capitoli successivi. 2.3.3 Il “Large Prototype” Per comprendere in maniera più approfondita le proprietà dello Xenon liquido e sfruttarne le potenzialità è stato costruito un prototipo del calorimetro finale, chiamato “Large Prototype” (LP), di dimensioni 40 × 40 × 50 cm 3 ed equipaggiato con 264 PMT. Un disegno del LP è mostrato in figura 2.17. Figura 2.17: Illustrazione schematica del “Large Prototype”. Il prototipo è stato costruito per ottenere informazioni utili sui materiali di cui è costituito il calorimetro finale, per studiare le proprietà fisiche e chimiche dello Xenon liquido, per collaudare le tecniche di ricostruzione degli eventi e per misurare la risoluzione del calorimetro. Esso ha consentito di studiare la calibrazione dei PMT a basse temperature ed ha fornito preziose informazioni sulla risposta del rivelatore a particelle α, raggi cosmici, fotoni di decine di MeV di energia etc. È stato inoltre utilizzato durante due “beam test” (ottobre 2003, ottobre 2004) per la misura delle risoluzioni [47, 50]; i valori ottenuti sono risultati di poco superiori a quelli
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