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Accueil du site > Activités scientifiques et techniques > Simulations > Dispositifs expérimentaux : D2I > Simulation de la réponse du démonstrateur pour le projet EXL

Simulation de la réponse du démonstrateur pour le projet EXL


Simulation de la réponse d’un ensemble de 18 détecteurs en Iodure de Césium CsI(Tl) pour la détection gamma avec le logiciel GEANT4

L’expérience EXL a pour but l’étude de noyaux instables, produits par réaction de diffusion d’ions légers aux énergies intermédiaires. Elle aura lieu au GSI (Darmstadt, Allemagne) et utilisera les faisceaux d’ions produits au Super-FRS à FAIR. Le système de détection comprendra notamment un calorimètre pour la détection neutron/gamma. Le service RDD a été chargée de la construction et du développement d’un démonstrateur, constitué de 18 cristaux d’Iodure de Césium CsI(Tl). L’étude a nécessité le développement d’un programme de simulation GEANT4 pour étudier la réponse en énergie à l’interaction de particules gamma.

Géométrie d’un duo de cristal scintillant CsI(Tl)

Les cristaux scintillants de CsI(Tl) qui constituent le démonstrateur ont la même forme géométrique. Celle-ci se rapproche d’un trapézoide, excepté que la face arrière est inclinée d’un angle de 2.81 degrés par rapport à la face avant. Pour implémenter un tel cristal dans GEANT4 on procède en deux étapes : i) on définit un trapézoide générique à l’aide de la classe G4Trap ii) on soustrait au trapézoide ainsi défini un parallélépipède, défini à l’aide de la classe G4Box, touchant la face arrière du trapézoide et (...)

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Géométrie du démonstrateur à 18 cristaux

Chaque paire de cristaux de CsI(Tl) doit etre correctement placé selon les deux directions formés par le plan des faces avant. Sur chaque direction, la transformation consiste en une rotation et une translation. On ajoute également une translation selon l’axe horizontal pour éviter un chevauchement des cristaux.

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Réponse en énergie des cristaux CsI(Tl)

La simulation de la réponse en énergie des scintillateurs CsI(Tl) à des gamma d’énergie comprise entre 100keV et 25MeV a été simulée en utilisant la liste de physique G4EMLOW 6.2 fourni avec la version 9.1 de GEANT4. Cette liste inclut les différents processus d’interaction électromagnétique pour les gamma et les leptons avec des sections efficaces améliorées aux énergies de la physique nucléaires (qques centaines de keV au MeV). La figure représente la réponse individuelle de chaque CsI(Tl) pour 10 000 (...)

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Efficacité de détection

Pour chaque run de 10 000 évènements, on détermine l’efficacité de détection en fonction de l’énergie du gamma incident. On la définit pour le détecteur central et l’ensemble du démonstrateur, après sommation de l’énergie déposée dans les différents scintillateurs CsI(Tl). On applique un cut à 80% et 90% de l’énergie incidente. On constate, que l’efficacité est minimale aux énergies où l’effet Compton est dominant (entre 1 et (...)

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Institut de Physique Nucléaire Orsay - 15 rue Georges CLEMENCEAU - 91406 ORSAY (FRANCE)
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