AGATA , от Advanced GAmma Tracking Array, представляет собой массив полупроводниковых детекторов из высокочистого германия (HPGe) для гамма-спектроскопии , основанный на новой концепции отслеживания гамма-лучей. [1] Он обеспечивает превосходное разрешение положения благодаря высокой сегментации отдельных кристаллов HPGe и усовершенствованным алгоритмам анализа формы импульса, а также высокую эффективность обнаружения и отношение пика к общему значению благодаря устранению экранирования подавления Комптона в пользу отслеживания пути гамма-лучей через спектрометр, когда они рассеиваются от одного кристалла HPGe к другому. AGATA создается и эксплуатируется в сотрудничестве с 40 научно-исследовательскими институтами из тринадцати стран Европы . [2] Первый Меморандум о взаимопонимании по созданию AGATA был подписан в 2003 году участвующими институтами; обновленный Меморандум о взаимопонимании, подписанный в 2021 году, предусматривает расширение массива до конфигурации 3π к 2030 году. На протяжении многих лет AGATA неуклонно росла и в настоящее время эксплуатируется в конфигурации 1π в Национальных лабораториях Леньяро после кампаний в GANIL (2014–2021), Центре исследований тяжелых ионов имени Гельмгольца GSI (2012–2014) и Национальных лабораториях Леньяро (2010–2011). [3] AGATA может быть сопряжена со вспомогательными детекторами, такими как магнитные спектрометры, быстродействующие детекторы, детекторы заряженных частиц или нейтронов .
Детекторы AGATA основаны на инкапсулированных и электрически сегментированных кристаллах Ge высокой чистоты n-типа . Они 36-кратно сегментированы с шестикратной азимутальной и шестикратной продольной сегментацией. Каждый детектор имеет длину 9 см и является круглым на задней стороне с диаметром 8 см и шестиугольным на передней стороне. Общий внутренний электрод и 36 сегментов считываются через отдельные предусилители. Существуют три формы детекторов, что позволяет плотно упаковывать кристаллы AGATA в тройных криостатах.
Параметры детекторов: [1]
Гамма-лучи взаимодействуют с материалом детектора в основном через эффект Комптона , фотоэлектрический эффект и образование пар , передавая свою энергию электронам или позитронам. Они, в свою очередь, генерируют облако носителей заряда (электроны и дырки), которое индуцирует заряды изображения на электродах детектора. По мере того, как носители заряда дрейфуют к электродам, изменение заряда изображения вызывает поток токов в электроды или из них. Эволюция индуцированных зарядов на электродах продолжается до тех пор, пока первичный заряд не достигнет своего целевого электрода и не нейтрализует изображение.
Для многосегментного детектора индуцированный заряд может быть распределен по нескольким электродам. Анализируя эти сигналы с помощью анализа формы импульса, можно локализовать точку, где произошло взаимодействие γ-излучения, с точностью лучше, чем размер сегмента.
Позиции взаимодействия гамма-лучей внутри детектора определяются с помощью цифрового анализа формы импульса. Предварительно усиленный сигнал детектора оцифровывается с 14-битным разрешением со скоростью 100 Мс/с. Затем они сравниваются с базой данных рассчитанных форм импульсов, чтобы получить для каждой точки взаимодействия энергетическое вложение, его время и три пространственные координаты точки взаимодействия. [4]
Для определения точки взаимодействия γ-луча в сегментированном HPGe-детекторе анализируется форма сигнала, индуцированного на электроде, собирающем заряд (соответствующем сегменту, в котором произошло взаимодействие), и формы переходных сигналов, измеренных на соседних сегментах. Анализируя время нарастания сигнала, индуцированного на электроде, собирающем заряд, можно определить радиальную координату точки взаимодействия. Зеркальные заряды, возникающие на электродах соседних сегментов, чувствительны к продольным и азимутальным координатам точки взаимодействия. [4]
При реализации метода анализа формы импульса для AGATA измеренные формы импульсов сравниваются в реальном времени с базой данных сигналов, рассчитанных на мелкой (2 мм) сетке для каждого типа кристаллов AGATA HPGe [1]. Расчеты были подтверждены путем сравнения с импульсами, измеренными с использованием плотно коллимированных источников γ-излучения. [1] Принцип работы кода MGS, используемого для этих расчетов (Multi Geometry Simulation [5] ), проиллюстрирован на рисунке. Учитываются такие эффекты, как анизотропная скорость дрейфа носителей относительно направления кристаллографической оси кристалла Ge.
Алгоритмы отслеживания могут применяться к информации из анализа формы импульса (положения точек взаимодействия вместе с энергией, вложенной в каждую точку, и синхронизацией сигнала) для реконструкции пути каждого гамма-луча через спектрометр AGATA, включая возможное рассеяние от одного кристалла к другому. Для этой задачи используются две категории алгоритмов: алгоритмы прямого отслеживания, которые начинаются с известного положения источника и реконструируют трек фотонов по мере их взаимодействия в детекторе, и алгоритмы обратного отслеживания, которые начинаются с потенциальной точки последнего взаимодействия в объеме спектрометра и реконструируют трек обратно к источнику. [6] Было показано, что алгоритмы прямого отслеживания более эффективны, и поэтому они были реализованы в программном обеспечении для сбора данных AGATA.
«Сайт сотрудничества AGATA».