Relazione Dipartimento 2006 - Dipartimento di Fisica G. Occhialini ...

Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2006
c) Misura del Doppio Decadimento Beta del 76 Ge
Il Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Milano - Bicocca fa parte dell'esperimento
GERDA (GERmanium Detector Array) sulla ricerca del decadimento doppio beta del 76 Ge presso i
Laboratori Nazionali del Gran Sasso. La struttura dell'apparato consiste sinteticamente di diodi al
germanio, arricchiti all'86% in germanio 76, l'isotopo doppio beta attivo. I diodi saranno direttamente
immersi in un liquido criogenico (azoto o argon liquidi) che ha la doppia funzione di raffreddare i diodi e
di schermarli dalla radioattività ambientale. Il tutto è circondato da acqua, per un totale di circa 700 m 3 ,
che funge da ulteriore schermo per gamma e neutroni e da veto per la radiazione muonica, rilevando la
radiazione Cerenkov emessa in acqua. La schermatura descritta, unitamente i) alla severa selezione
dei materiali costituenti il montaggio ed il read-out dei diodi, ii) alla elevata qualità in termini di
radiopurezza dei diodi stessi, permette nominalmente di ottenere un abbattimento del fondo di circa un
fattore cento rispetto agli ultimi esperimenti sul decadimento doppio beta del germanio 76.
L’esperimento si articolerà in due fasi: nella prima verranno posti in misura 8 diodi per una massa
di quasi 20 kg, già delle collaborazioni HdM e IGEX (opportunamente riadattati); nella seconda fase
altri rivelatori, per un totale di almeno ulteriori 25 kg, verranno aggiunti. Questi ultimi saranno a readout
segmentato per permettere ulteriori riduzioni del fondo.
L'esperimento può raggiungere in tempi brevi (2-3 anni dall'entrata in funzione prevista per il 2009)
limiti sul periodo di dimezzamento di 10 26 anni o confermare con buona statistica l'effetto positivo
osservato dalla collaborazione Heidelberg-Moscow.
Nel corso del 2006:
1. Gli 8 rivelatori al germanio di HdM e Igex sono stati tutti estratti dal loro criostato originale e sono in
corso di riprocessamento presso la Canberra: questa operazione è molto delicata ed avviene in
modo seriale. Sono altresì iniziati i test delle procedure per la produzione dei cristalli arricchiti per
la fase II.
2. Il disegno, i materiali ed i dettagli costruttivi di criostato, serbatoio dell'acqua e edificio sono stati
congelati e la fornitura del criostato e del serbatoio dell'acqua sono state appaltate.
3. Il sistema di inserzione dei cristalli ha raggiunto una fase di avanzata definizione.
4. E’ proseguita l’attività di R&D dell’elettronica di front-end criogenica; i circuiti integrati a JFET sono
stati testati a temperature criogeniche per lungo periodo connessi al cristallo ed hanno dimostrato
caratteristiche di stabilità e risoluzione adeguate. Parallelamente i test degli ASIC CMOS hanno
dato risultati più che adeguati e divengono pertanto per GERDA la prima scelta per il front-end.
5. Tramite spettroscopia gamma sono state misurate una campionatura rappresentativa (ca. 20) di
tutte le lastre di acciaio che saranno utilizzate per il criostato. L'attività media dell'inox che sarà
utilizzato è dell'ordine di 1-2 mBq/kg circa 10 volte inferiore a quella media dell'inox.
6. E’ stato definito il numero (66) e la posizione dei fotomoltiplicatori per il muon-veto a Cerenkov,
garantendo una efficienza del 99%; la tecnica di incapsulamento e calibrazione è altresì stata
definita.
7. Nel laboratorio sotterraneo di manipolazione e test dei germani è stata condotta un’intensa
sperimentazione per testare sul lungo periodo il funzionamento dei cristalli immersi in LN e LAr con
particolare riferimento alla risoluzione ed alla stabilità, con elettronica di front end calda e/o
criogenica.
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