Seminario di fine II anno di dottorato (2003): Cuoricino, analisi del fondo

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1 Seminario di fine II anno di dottorato (2003): Cuoricino, analisi del fondo - -Cuoricino set-up -Statistica raccolta fin'ora - Prestazioni dei rivelatori - Risultati sul fondo misurato - Interpretazione del fondo misurato - Utilizzo del metodo MonteCarlo - MC per la struttura di Cuoricino - Misure con rivelatori al Ge

2 The CUORICINO set-up 11 modules 4 detector each, Crystal dimension 5x5x5 cm3 Crystal mass 790 g Coldest point Cold finger 2 modules Plane section 9 detector each, Crystal dimension 3x3x6 cm3 Crystal mass 340 g Tower Lead shield Same cryostat This detector will be completely and similar surrounded by active materials. structure as Mi DBD Substantial improvement in BKG reduction Total mass 40.9 kg Capelli Silvia: fine II anno di dottorato (ott 2003)

3 Mounting of the 4 crystal plane All the operations done in nitrogen atmosphere Capelli Silvia: fine II anno di dottorato (ott 2003)

4 CUORICINO: 4 crystal plane Copper surface treatment TeO2 crystal surface treatment New improved mounting design

5 Dati raccolti Raffreddamento: gennaio 2003 Tests e ottimizzazione: da gennaio ad aprile Acquisizione dati: da aprile 19 a giugno 21 (72% live time) stop per interruzione dell'acqua di raffreddamento da luglio 9 a luglio 21 stop per problemi del liquefattore

6 Prestazioni dei rivelatori 32 cristalli 5x5x5 sono acquisiti ma: 2 hanno cross-talk 1 ha alto rumore 29 sono utilizzabili 17 cristalli 3x3x6 sono acquisiti ma: 1 non ha heater (e` uno dei due cristalli centrali) 1 ha perso l'heater durante una misura 15 sono utilizzati 11 naturali 4 arricchiti FWHM media in calibrazione con sorgente di 232 Th : 7 kev - cristalli 5x5x5 9 kev - cristalli naturali 3x3x6 at 2615 kev

7 Risultati sul fondo 29 cristalli 5x5x5 : statistica raccolta ~ h*kg FWHM al 122 kev ~ 2.8 kev FWHM al 2615 kev ~ 8.7 kev 11 cristalli naturali 3x3x6, ma nella prima parte della misura di fondo abbiamo osservato un cambiamento nella risposta in energia di alcuni di essi=> la statistica e` ridotta h*kg statistica raccolta ~ FWHM a 122 kev ~ 1.5 kev FWHM a 2615 kev ~ 12 kev

8 Calibrazione

9 Risultati sul fondo

10 Confronto del fondo

11 Confronto del fondo:regione gamma

12 Fondo: integrali c o u n t s / k e V / k g / y 1-2 MeV 2-3 MeV 3-4 MeV 4-5 MeV M i D B D I I 3 x 3 x 6 c r y s t a l s 5 x 5 x 5 c r y s t a l s 3.21 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 0.01 M i D B D I I / 3 x 3 x x 3 x 6 / 5 x 5 x Fondo: picchi gamma 2615 kev 208 Tl 1764 kev 214 Bi } 3 volte piu` alto nei 5x5x5 che nei 3x3x6 efficienza 1460 kev 40 K stessa intensita` nei 5x5x5 e nei 3x3x kev 60 Co piu` alto nei 3x3x6

13 Risultati sul fondo: la regione DDB0ν Riga 2615 Tl : contaminazioni di Th dal criostato? 2448 kev (Bi214) ~ 3300 kev riga alfa del Pt - crogiolo contaminato? ( ^ 3200 kev sembra troppo lontana)

14 Risultati sul fondo: regione del DDB0ν 2448 kev (Bi214) 1173 kev kev = 2505 kev (Co60) 2615 kev (Tl208)

15 Interpretazione del fondo misurato Quali sono i contributi al fondo nella regione del DDB0ν? Quali contaminazioni dominano il fondo misurato? Quale livello di contaminazione hanno gli elementi strutturali di Cuoricino? Il confronto dello spettro misurato con spettri simulati MC per diverse contaminazioni (profonde e superficiali) negli elementi della struttura sperimentale puo` aiutare nella interpretazione del fondo

16 Interpretazione del fondo misurato utilizzando MC Localizzazione della contaminazione - dalla forma dei picchi alfa e` possibile identificare la localizzazione e la profondita` della contaminazione superficiale degli elementi affacciati ai cristalli responsabile dei picchi alfa e del fondo continuo sopra 3 MeV - dal rapporto tra picco e continuo e` possibile capire l'origine della contaminazi di K40 e Co60 Valutazione dell'entita` - dal confronto con lo spettro MC relativo ad una specifica contaminazione e` possibile dare un limite della contaminazione dei vari elementi sperimenta per i diversi isotopi e catene osservati nello spettro misurato Contributo al fondo -una volta valutato il livello di contaminazione dei vari elementi e` possibile dare una stima del contributo al fondo misurato Fit dello spettro misurato - utilizzando un programma di minimizzazzione si possono utilizzare gli spettri M simulati per le diverse contaminazioni nei vari elementi sperimentali per tanta

17 Array da 20: Differenti contributi alla regione gamma Contaminazioni interne Contaminazioni superficiali Spettro misurato

18 Array da 20: differenti contribui alla regione alfa Spettro misurato Contaminazione interna Contaminazione superficiale

19 Array da 20: MC versus spettro misurato: regione gamma measured spectrum MC fit spectrum

20 Array da 20: MC versus spettro misurato: regione alfa measured spectrum MC fit spectrum

21 MonteCarlo per la struttura di Cuoricino Struttura del primo progetto di cuoricino: torre di 14 piani da 4 cristalli 5x5x5 cm 3 Fili per la lettura del segnale Termistore Frame di rame Viti Barrette di sostegno della cella Geant4 code

22 MonteCarlo per la struttura di Cuoricino Struttura effettiva di cuoricino: torre di 11 piani da 4 cristalli 5x5x5 cm piani da 9 cristalli 3x3x6 cm 3 2 piani da nove cristalli Struttura della torre

23 MonteCarlo per la struttura di Cuoricino Piano da 9 cristalli: Boxes virtuali e volumi logici: -cristallo singolo (1) -filo (2) -NTD (3) -pin (4) -vite (5) -barretta di rame (6) -quadratino di rame (7) -cilindretto di rame (8) -rivelatore singolo -piano singolo (7 ) (4 ) (8 ) (1 ) (2 ) (3 ) (6 ) (5 )

24 MonteCarlo per la struttura di Cuoricino Posizionamento: -viti: nelle barrette e nel quadratino -pin: nelle barrette -cristalli -NTD -fili -barrette -quadratini -cilindretti : nel rivelatore singolo}: nel piano singolo (traslazione in x e y del riv sing) Torre

25 Misure con rivelatori al Ge I materiali di lappatura (polveri, panni...) e altri materiali utilizzati in Cuoricino sono stati misurati al Gran Sasso tramite rivelatori al Ge. I materiali che verranno utilizzati per l'r&d di CUORE e per la realizzazione di Cuore vengono preventivamente misurati, ove possibile, su questi rivelatori. Realizzazione di un database per le misure accessibile via web: -info sulla misura (rivelatore, date, durata) -info sul campione in misura (descrizione, massa, volume, posizione, foto) -dati del fondo del rivelatore -dati analisi (file utilizzati per simulare la sorgente, il rivelatore, tipo di analisi effettuata...) -risultati dell'analisi (contaminazioni in mbk/kg)

26 Automatizzazione della procedura di analisi: -valutazione dell'efficienza di contenimento di righe gamma derivanti da contaminazioni del campione tramite l'utilizzo del sistema MonteCarlo -valutazione dell'eccesso di conteggi nello spettro di misura rispetto a quello di fondo per ogni singola riga presente nel primo -calcolo dell'attivita` del campione nei diversi contaminanti (Th232, U238, Bi214, Pb210, Co60, K40) Analisi dei campioni misurati: polveri di SiO2, Al2O3, materiali per saldature, grasso da vuoto, panni per lappatura