研究人员开发出新的重离子粒子识别装置

密歇根州立大学(MSU)稀有同位素束(FRIB)设施的科学团队开发了一种新的光学探测器。这一发展将使科学用户能够帮助在核物理学中产生新的见解和突破。发表在ReviewofScientificInstruments上的一篇“编辑精选”论文详细介绍了该团队的发现。

能量损失光学闪烁系统(ELOSS)代表了实验核物理学在仪器和能力方面的进步。新探测器使研究人员能够以高射束率和高性能研究同位素。

“在实验物理学中，创新和进步一直与加速器和对撞机技术的改进密切相关，”FRIB探测器系统组组长兼ELOSS项目负责人MarcoCortesi说。

“现代强大的机器需要开发能够利用新光束能力的创新探测器。FRIB是一种新的加速器技术，具有令人印象深刻的发现潜力。现在，我们已经改进了探测设备，以推进和加强雄心勃勃的科学计划弗里伯。”

该团队包括Cortesi;亚历山德拉·盖德(AlexandraGade)，FRIB物理学教授，密歇根州立大学物理与天文学系教授，FRIB副科学主任;RemcoZegers，FRIB和MSU物理与天文学系的物理学教授;JorgePereira，研究人员物理学家;DanielBazin，研究教授;SteveLidia，光束仪器和测量部门经理;JoeAsciutto，诊断工程师;和FRIB研究生助理SeanDziubinski。

几十年来，研究人员一直使用传统的电离室通过能量损失测量来确定重离子的原子序数。然而，FRIB研究人员打破了传统。相反，他们在FRIB的S800光谱仪的焦平面上使用光学电离室测量了沿着轨道产生的光。

多段式光学检测器充满压力范围为400至800Torr的氙气，该范围大约为大气压力。光电倍增管阵列是光检测的标准工具，围绕气体并沿光束方向放置以记录闪烁光。检测到的光子数量与光束粒子在有效检测器体积中沿其轨道沉积的能量成正比。这使科学家能够确定相应的原子序数。

与传统的电荷读出系统相比，ELOSS方法具有多项技术优势。该团队发现ELOSS可以测量重离子的能量损失，分辨率提高近三倍，计数率或测量速度提高10倍。

Cortesi说：“这可以通过加快实验速度并使研究人员能够更快地收集更多统计数据来节省时间。”“它也为新实验打开了机会。”

物理学博士生Dziubinski在这项工作中发挥了重要作用。除了组装和校准探测器外，Dziubinski还创建了一种桌面方法来执行校准，Cortesi称这对项目的成功至关重要。

“在密歇根州立大学期间，我一直在构建和运行实验，”Dziubinski说。“从事ELOSS项目让我不断接触物理学中的新工具和概念。”

Cortesi认为像Dziubinski这样的学生研究人员的参与对该领域的长期发展至关重要。他说，在培养新一代探测器研发方面，研究人员可以更好地利用FRIB加速器技术的力量，以更高的效率和活力追求前沿物理。

“ELOSS是改进粒子识别的升级，而且还会有更多，”Cortesi说。“我们想利用FRIB提供的机会。我们可以用这种新探测器做到这一点。”