AGATA , para Advanced GAmma Tracking Array, es un detector semiconductor de germanio de alta pureza (HPGe) para espectroscopia de rayos γ que se basa en el novedoso concepto de seguimiento de rayos γ. [1] Ofrece una excelente resolución de posición gracias a la alta segmentación de cristales HPGe individuales y algoritmos refinados de análisis de forma de pulso, y alta eficiencia de detección y relación pico-total gracias a la eliminación del blindaje de supresión Compton a favor del seguimiento de la trayectoria de los rayos γ a través del espectrómetro a medida que se dispersan de un cristal HPGe a otro. AGATA está siendo construido y operado por una colaboración que incluye 40 instituciones de investigación de trece países de Europa . [2] El primer Memorando de Entendimiento para la construcción de AGATA ha sido firmado en 2003 por las instituciones participantes; El Memorando de Entendimiento actualizado, firmado en 2021, prevé la ampliación del conjunto a una configuración 3π para 2030. A lo largo de los años, AGATA ha ido creciendo de forma constante y actualmente funciona en una configuración 1π en los Laboratorios Nacionales de Legnaro tras las campañas en GANIL (2014-2021), el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados (2012-2014) y los Laboratorios Nacionales de Legnaro (2010-2011). [3] AGATA se puede acoplar a detectores auxiliares, como espectrómetros magnéticos, detectores de tiempo rápido, partículas cargadas o detectores de neutrones .
Los detectores AGATA se basan en cristales de Ge de alta pureza de tipo n encapsulados y segmentados eléctricamente . Tienen una segmentación de 36 segmentos, con una segmentación azimutal de seis segmentos y una segmentación longitudinal de seis segmentos. Cada detector tiene una longitud de 9 cm y es circular en la parte posterior con un diámetro de 8 cm y hexagonal en la parte frontal. El electrodo interno común y los 36 segmentos se leen a través de preamplificadores individuales. Existen tres formas de detector, lo que hace posible empaquetar de forma compacta los cristales AGATA en criostatos triples.
Los parámetros de los detectores son: [1]
Los rayos gamma interactúan con el material del detector principalmente a través del efecto Compton , el efecto fotoeléctrico y la producción de pares , transfiriendo su energía a electrones o positrones. Estos, a su vez, generan una nube de portadores de carga (electrones y huecos) que induce cargas de imagen en los electrodos del detector. A medida que los portadores de carga se desplazan hacia los electrodos, el cambio de la carga de imagen provoca un flujo de corrientes hacia dentro o hacia fuera de los electrodos. La evolución de las cargas inducidas en los electrodos continúa hasta que la carga primaria alcanza su electrodo de destino y neutraliza la imagen.
En el caso de un detector multisegmentado, la carga inducida puede distribuirse entre varios electrodos. Al analizar estas señales mediante un análisis de la forma del pulso, es posible localizar el punto en el que se produjo la interacción de los rayos gamma con una precisión mejor que el tamaño del segmento.
Las posiciones de interacción de los rayos gamma dentro del detector se determinan a partir del análisis digital de la forma de pulso. La señal preamplificada del detector se digitaliza con una resolución de 14 bits a una velocidad de 100 Ms/s. Posteriormente se comparan con una base de datos de formas de pulso calculadas para obtener, para cada punto de interacción, la deposición de energía, su tiempo y tres coordenadas espaciales del punto de interacción. [4]
Para determinar el punto de interacción de un rayo γ en un detector HPGe segmentado, se analiza la forma de la señal inducida en el electrodo colector de carga (correspondiente al segmento en el que tuvo lugar la interacción) y las de las señales transitorias medidas en los segmentos vecinos. Analizando el tiempo de subida de la señal inducida en el electrodo colector de carga se puede determinar la coordenada radial del punto de interacción. Las cargas especulares que aparecen en los electrodos de los segmentos vecinos son sensibles a las coordenadas longitudinales y azimuntales del punto de interacción. [4]
En la implementación de la técnica de análisis de forma de pulso para AGATA, las formas de pulso medidas se comparan, en tiempo real, con la base de datos de señales calculadas en una cuadrícula fina (2 mm) para cada tipo de cristales HPGe de AGATA [1]. Los cálculos se han validado mediante comparaciones con pulsos medidos utilizando fuentes de rayos γ estrechamente colimadas. [1] El principio de funcionamiento del código MGS utilizado para estos cálculos (Multi Geometry Simulation [5] ) se ilustra en la figura. Se tienen en cuenta efectos como la velocidad de deriva del portador anisotrópico con respecto a la dirección del eje cristalográfico del cristal de Ge.
Los algoritmos de seguimiento se pueden aplicar a la información del análisis de la forma del pulso (posiciones de los puntos de interacción junto con la energía depositada en cada punto y la temporización de la señal) para reconstruir la trayectoria de cada rayo gamma a través del espectrómetro AGATA, incluyendo la posible dispersión de un cristal a otro. Hay dos categorías de algoritmos utilizados para esta tarea: algoritmos de seguimiento hacia adelante, que comienzan desde la posición conocida de la fuente y reconstruyen la trayectoria de los fotones a medida que interactúan en el detector, y algoritmos de seguimiento hacia atrás, que comienzan desde un punto potencial de la última interacción en el volumen del espectrómetro y reconstruyen la trayectoria hacia atrás hasta la fuente. [6] Los algoritmos de seguimiento hacia adelante han demostrado ser más eficientes y, por lo tanto, se han implementado en el software de adquisición de datos AGATA.
"Sitio web de colaboración AGATA".