El conjunto modular de neutrones ( MoNA ) es un detector de neutrones de gran superficie y alta eficiencia que se utiliza en la investigación básica de isótopos raros en el Laboratorio Nacional de Ciclotrones Superconductores (NSCL) de la Universidad Estatal de Michigan , un centro de investigación de física nuclear. Está diseñado específicamente para detectar neutrones que surgen de reacciones de ruptura de haces de fragmentación rápida.
El conjunto de neutrones modular consta de 144 módulos detectores individuales. Cada módulo se basa en un centelleador de plástico que mide 10 cm x 10 cm x 200 cm. Esta barra centelleadora está equipada con guías de luz en cada extremo que dirigen la luz hacia un tubo fotomultiplicador en cada extremo. Cada módulo detector está envuelto en un material hermético, lo que permite organizar el conjunto de detectores en diferentes configuraciones.
En su configuración original, el MoNA constaba de 9 capas verticales de 16 detectores apilados uno junto al otro, con un área activa de 2,0 m de ancho por 1,6 m de alto. En su disposición actual (mostrada en la imagen adyacente), está apilado en cuatro secciones separadas de 2, 2, 2 y 3 capas, respectivamente, separadas por espacios que van desde 0,5 a 0,8 metros. Mide tanto la posición como el tiempo de los eventos de neutrones con capacidad de impacto múltiple. La energía de un neutrón se basa en una medición del tiempo de vuelo. Esta información, junto con la posición detectada del neutrón, se utiliza para construir el vector de momento de los neutrones. [1] [2]
La eficiencia de detección de MoNA se maximiza para las altas velocidades de haz que están disponibles en la Instalación de Ciclotrón Acoplado (CCF) del NSCL. Para neutrones que van desde 50 a 250 MeV en energía, está diseñado para tener una eficiencia de hasta el 70% y amplía los posibles experimentos de coincidencia con neutrones a mediciones que anteriormente no eran factibles. El detector se utiliza en combinación con el imán Sweeper [3] [4] [5] [6] [7] y sus detectores de plano focal para partículas cargadas. [8] Además, el diseño modular de MoNA permite que se lo transporte entre bóvedas experimentales y, por lo tanto, se lo utilice en combinación con el imán Sweeper instalado en el espectrógrafo magnético S800. [9] Debido a su alta eficiencia de detección de energía, este detector será adecuado para experimentos con haces de fragmentación rápida en el ISF propuesto.
Cuando el NSCL mejoró sus capacidades a la instalación de ciclotrón acoplado, un consorcio de la Universidad Estatal de Florida y la Universidad Estatal de Michigan construyó el imán Sweeper para que se utilizara con dos paredes de neutrones existentes para realizar experimentos de coincidencia de neutrones y fragmentos. Las paredes de neutrones se construyeron originalmente para energías de haz más bajas y solo tenían una eficiencia de aproximadamente el 12 % para las energías de neutrones esperadas del CCF. Durante la reunión de usuarios del NSCL de 2000, un grupo de trabajo se dio cuenta de la oportunidad de mejorar significativamente la eficiencia con una serie de más capas utilizando detectores de centelleo de plástico .
Varios usuarios de NSCL de escuelas de pregrado estuvieron presentes en la reunión del grupo de trabajo y sugirieron que la naturaleza modular y la construcción simple ofrecerían grandes oportunidades para involucrar a los estudiantes universitarios.
En la primavera de 2001, la idea evolucionó hasta convertirse en varias propuestas de resonancia magnética presentadas por 10 instituciones diferentes, la mayoría de ellas escuelas de grado. Los físicos de estas diez instituciones académicas formaron la Colaboración MoNA:
Las propuestas fueron financiadas por la NSF en el verano de 2001. Tras el diseño detallado, los primeros módulos del conjunto de detectores se entregaron en el verano de 2002. Durante el año siguiente, todos los módulos fueron ensamblados y probados por estudiantes universitarios en su escuela, [10] y finalmente se agregaron para formar el conjunto completo en el NSCL.
La colaboración con el MoNA continuó después de que se concluyó la fase inicial de construcción y puesta en servicio [MoNA], y ahora se está utilizando el conjunto de detectores para experimentos, lo que permite que un gran número de estudiantes universitarios de todas las escuelas colaboradoras participen en experimentos de física nuclear de vanguardia en una de las instalaciones de isótopos raros más importantes del mundo. La investigación en las instituciones de pregrado está financiada por la NSF a través de varias subvenciones RUI (Investigación en instituciones de pregrado).
Actualmente, la colaboración MoNA incluye físicos de once universidades y centros de enseñanza superior. El proyecto está financiado por la Fundación Nacional de la Ciencia .
Los miembros de la colaboración son:
La colaboración se ha comprometido a involucrar a los estudiantes universitarios en partes significativas del programa experimental en las instalaciones del MoNA. La mayoría de las instituciones que forman parte de la colaboración son principalmente escuelas de grado. Los estudiantes universitarios ayudaron a construir y probar el MoNA y siguen participando en experimentos durante las ejecuciones y a través del análisis de datos. También creó sesiones intensivas de verano diseñadas para estudiantes universitarios, alentando a los estudiantes a participar en todas las fases de los experimentos, celebrando varias reuniones al año que incluyen a participantes universitarios y empleando tecnología de la información para reunir a estudiantes universitarios distantes.