(PEQUEÑO DETECTOR DE PARTÍCULAS DE GUANAJUATO)
Proponentes: Dr. Julian Félix, Dr.
Edgar Valencia. Laboratorio de Partículas Elementales, División de Ciencias e
Ingenierías, Campus León. Universidad de Guanajuato.
Resumen. En el laboratorio de partículas
elementales, del departamento de física, de la División de ciencias e Ingenierías,
Campus León, de la Universidad de Guanajuato, hemos estado desarrollado la
tecnología de detección de partículas ionizantes a base de metales. Uno de
ellos es un detector a base de barras de metal para posicionar la radiación
ionizante tipo rayos cósmicos o radiación proveniente de haces, tipo Fermilab
Test Beam Facility (https://ftbf.fnal.gov/).
Este dispositivo está diseñado para
detectar radiación ionizante en general, y en particular rayos cósmicos. La
invención es original en la idea, en el diseño y en la construcción. Está
basado en una tarjeta electrónica de ocho canales de detección, cada uno basado
en una barra metálica de 1.1 cm X 1.1 cm X 11.5 cm (Cu, Al, Pb), encapsuladas
con cinta de aislar eléctrica. Las barras son intercambiables. A cada una se le
aplica un voltaje transversal entre 0 V y 2000 V. Las señales analógicas son obtenidas,
probablemente de rayos cósmicos, como se ven en el osciloscopio, se parecen a
las obtenidas con un tubo fotomultiplicador. Las amplitudes observadas son
monotónicamente crecientes como función del alto voltaje.
Proponemos en este proyecto mejorar el
equipo de detección de 16 canales; colocar dos veto detectores discriminadores
de señales a base de plásticos centelladores; caracterizar los 18 canales de
detección a base de barras metálicas; colocar el detector en la línea del haz
de partículas de FERMILAB; calibrar el detector usando la información obtenida
al colocar el detector en la línea del haz de partículas del Fermilab Test Beam
Facility. Tomar datos por largos periodos con rayos cósmicos. Estudiar el flujo
de rayos cósmicos como función del tiempo transcurrido a lo largo del año.
Instalarlo en el laboratorio de
partículas elementales de la Universidad de Guanajuato, y operarlo por largo
periodos. Obtener un mapa del flujo de rayos cósmicos a lo largo del año.
Introducción.
En el Laboratorio de Partículas Elementales de
la DCeI, CL, Universidad de Guanajuato (http://laboratoriodeparticulaselementales.blogspot.mx/)
desarrollamos proyectos de investigación, docencia y divulgación en física de
altas energías experimental. Recientemente lo hemos remodelado, ver el blog del
laboratorio. 15 estudiantes pueden trabajar simultánea y cómodamente. Colaboramos
en varios experimentos internacionales desde 1990. Actualmente colaboramos con
MINERvA (http://minerva.fnal.gov) y DUNE (http://www.dunescience.org).
Planeamos, diseñamos, construimos y probamos
detectores de radiación, especialmente radiación cósmica. Especialmente he
desarrollado una técnica de detección de radiación, especialmente rayos
cómicos, basada en metales. La técnica está bajo estudio. Hemos desarrollado
cerca de 10 prototipos diferentes basados en metales para la detección de
radiación.
Antecedentes.
En el verano del 2017, del 16 de Julio al 19 de
Agosto, los estudiantes (–un doctoral (Luis Arceo), dos de maestría (Miguel A.
Hernández, Diego A. Aldana), y seis pasantes de licenciatura (María L.
Rodríguez, Everardo Granados, Oscar Moreno, Karla Herrera, Raúl Gutiérrez,
Francisco J. Rosas)-) de la División de
Ciencias e Ingenierías, Campus León, y el Dr. Julián Félix, profesor de esta
División, realizaron una estancia académica en Fermilab. Probamos el detector
descrito en el resumen en el Fermilab Test Beam Facility. El diseño y la
construcción son originales. El prototipo fue evaluado por el comité de
seguridad del Fermilab Test Beam Facility. Pasó las pruebas y obtuvimos los
permisos para operarlo en el Test Beam Facility.
De Agosto a Diciembre, 2017, y 2018, el grupo
continuó trabajando en el desarrollo del detector en el laboratorio de
partículas elementales. Aprendimos mucho sobre las condiciones de seguridad de
Fermilab. La modificación substancial hecha al detector es el sistema de
afinación de los voltajes aplicados en cada barra de detección, y un sistema de
Veto de dos canales y operarlo como un detector de 18 canales de posición de
rayos cósmicos.
En el 2019, del 12 al 25 de Mayo, un grupo
formado por Diego Andrade Aldana, Oscar Moreno, Francisco Rosas, Everardo
Granados (estudiantes) y Julian Felix (profesor) volvió al Fermilab Test Beam
Facility a ensamblar y operar el Detector de rayos cósmicos a base de metales
de 18 canales. El prototipo fue evaluado por el comité de seguridad del
Fermilab Test Beam Facility. Pasó las pruebas y obtuvimos los permisos para
operarlo en el Test Beam Facility. Es un logro técnico y científico del grupo
del laboratorio de partículas elementales de la Universidad de Guanajuato. Le
llamamos GUANAJUATO SMALL PARTICLE DETECTOR.
Hipótesis y preguntas por responder.
Los metales como el Al, Pb, Cu, Fe, y otros
pueden ser usados como detectores de radiación, en especial la radiación
cósmica.
¿Cómo depende la eficiencia de detección como
función del espesor del material, del tipo de material, de la pureza del
material, del número atómico, de la densidad del material?
Objetivos.
- Mejorar el Sistema de detección. Agregar un circuito eléctrico para aplicar individualmente voltajes a las barras detectoras.
- Mejorar el sistema de adquisición de datos.
- Estudiar el sistema de detección para obtener el voltaje óptimo de operación de las barras detectoras, 18 canales.
- Incorporar dos veto-detectores al sistema. Uno antes del haz y otro después del haz.
- Caracterizar los dos veto-detectores, dos canales.
- Operar el sistema de detección de 18 canales.
- Colocar el sistema de detección de 18 canales en la línea del haz de partículas de Fermilab. Verificar que se tiene detección de partículas. Estudiar la respuesta del detector a diferentes partículas con diferentes energías.
- Operar el detector de partículas con rayos cósmicos por largos periodos. Medir flujos e intensidades de partículas cósmicas como función del tiempo.
Metas.
- Mejorar el detector de partículas.
- Mejorar el sistema de adquisición de datos.
- Operar el detector en la línea del haz de partículas de Fermilab.
- Calibrar el detector de partículas.
- Escribir reportes técnicos.
- Escribir al menos dos artículos de investigación tipo Nuclear Instruments.
- Escribir un artículo de enseñanza.
- Presentar los resultados de investigación en varios congresos nacionales, e internacionales, de física.
- Escribir un libro sobre la técnica de detección para publicarse en WSc.
Metodologías.
Se trabajará en el laboratorio de partículas
elementales de la DCeI, CL. Y en el Fermilab Test Beam Facility. Se usarán
fuentes de electrones, protones, piones, neutrones de varias energías.
Se harán pruebas eléctricas.
Se capturarás datos usando un sistema de
adquisición de datos tipo CompacRio de NI.
Se harán los análisis datos usando ROOT de
CERN.
Grupos de trabajo, Participantes e
instituciones.
Julian Felix. Profesor. UGTO.
Edgar Valencia. Podoctoral. UGTO. Coordinador
del proyecto.
Luis Arceo. Doctoral. UGTO.
Miguel A. Hernández. ITC.
Diego A. Aldana. Doctorado. UGTO:
Everardo Granados. Doctorado. UGTO.
José Luis Bonilla. Doctorado. UGTO.
Oscar Moreno. Maestría. UGTO.
Karla Herrera. Maestría. UGTO.
Raúl Gutiérrez. Maestría. UGTO.
Francisco J. Rosas. Maestría. UGTO.
Paloma Cimental. Maestría. UGTO.
Carlos Cervantes. Licenciatura. UGTO.
Noemí Moreno Hernández. Licenciatura. UGTO.
Programa de actividades. Etapas anuales.
PRIMER AÑO.
ETAPA 1. Tres meses. Preparación del equipo.
ETAPA 2. Tres meses. Preparación del equipo.
SEGUNDO AÑO.
ETAPA 1. Por definir.
Operación del detector en el laboratorio de partículas elementales de la DCeI,
CL.
ETAPA 2. Por definir. Operación del detector en
el laboratorio de partículas elementales de la DCeI, CL.
ETAPA 3. Por definir. Segunda operación
Operación de detector en Fermilab Test Beam Facility.
ETAPA 4. Por definir. Operación del detector en
el laboratorio de partículas elementales de la DCeI, CL.
Presupuesto Global justificado. Gasto de
inversión y gasto corriente.
Por definir. Se buscan fuentes internacionales
de financiamiento.
Requerimientos: $5000 000.00 pesos en equipo.
$2 000 000 pesos en gasto corriente.
Resultados entregables esperados. (artículos
científicos; alumnos graduados; libros o capítulos de libros; bases de datos;
artículos de divulgación científica; patentes; otros)
Estudiantes graduados.
Dos o tres artículos publicados.
Un libro de divulgación.
Dos artículos de divulgación.
Una o dos patentes en proceso.
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