Salsaa characterization system of the electrical response of high purity germanium segmented detectors based on a high resolution gamma camera

Resumen

Uno de los principales objetivos de la Fsica Nuclear en la actualidad es la comprensi on de la estructura de los nucleos en base a que son sistemas cuanticos de varios y, en algunos casos, muchos cuerpos. El estudio de la estructura de un nucleo requiere la medida de la radiacion emitida durante la desexcitacion de sus estados excitados y, en esta tarea, la espectroscopa juega un papel fundamental, ya que de su sensibilidad depende la deteccion de las transiciones nucleares menos probables. Estos sistemas de medida han evolucionado a lo largo de los a~nos en paralelo con las instalaciones de aceleradores donde se generan, mediante reacciones nucleares, los nucleos a estudiar. En la actualidad, estas instalaciones utilizan haces radiactivos con el objetivo de explorar nuevas zonas de la tabla de nucleidos, hasta ahora inalcanzables con haces estables. Ejemplos del interes cient co que suscitan estos estudios son los proyectos FAIR (Darmstadt, Germany) [1], HIE-ISOLDE (CERN, Switzerland) [2], SPIRAL2 (Caen, France) [3] y SPES (Legnaro, Italy) [4]. Son los requisitos derivados de las nuevas instalaciones los que van motivando el desarrollo de sistemas de medida cada vez mas complejos, no solo de los dispositivos de medida en s mismos, sino tambien de todas las herramientas necesarias para su correcto funcionamiento. En el campo de la espectroscopa , se ha alcanzado un nuevo hito con la reconstruccion de las trayectorias de los fotones dentro del material activo del detector, con el objetivo de reducir el fondo de deteccion sin sacri car angulo solido. El proyecto bandera de la Fsica Nuclear europea en este sentido lo podemos encontrar en AGATA (acronimo ingles de Advanced GAmma Tracking Array), que constituye la colaboracion dentro de la cual se ha desarrollado este trabajo de tesis. En los sistemas de espectroscopa basados en este concepto, es especialmente crtica la manera en la que se obtiene la base de datos de pulsos que relaciona la respuesta electrica del cristal de germanio con la posicion de interaccion del rayo . Para la obtencion de estas bases de datos existen dos opciones en la actualidad: la primera son las simulaciones Monte Carlo en las que la forma de los pulsos electricos se obtiene mediante la resolucion de la ecuacion de Poisson en el volumen del cristal de Ge simulado. En este metodo se hace una aproximacion, dividiendose el cristal en peque~nos voxeles para agilizar el calculo de la simulacion. El nivel escaso de detalle de estas simulaciones permite que las mismas bases de datos se utilicen para detectores distintos, obviando el hecho de que la tecnica de crecimiento de los cristales de Ge hiperpuro (HPGe, en adelante) no produce cristales iguales [5]. La segunda opcion es experimental y utiliza sistemas de caracterizacion 3D en los que de cada cristal de Ge se obtiene la posicion de interaccion asociada a su correspondiente respuesta electrica. Si se aplica el metodo experimental, cada cristal es caracterizado de manera individual. Esta opcion presenta ventajas, principalmente debido a que las bases de datos generadas reproduciran elmente la respuesta electrica de cada VI cristal, teniendo en cuenta sus particularidades. El trabajo de tesis presentado en este documento se centra precisamente en el desarrollo de un sistema experimental de caracterizacion de la respuesta electrica para detectores HPGe con los contactos electricos altamente segmentados, el cual ha sido espec camente dise~nado para los detectores de AGATA. El objetivo nal es obtener la respuesta electrica o pulsos que se forman en los contactos (segmentados o no) de un detector HPGe en funcion de la posicion en la que un rayo ha interaccionado dentro de su volumen activo. Para la obtencion de la posicion de interaccion del foton dentro del cristal utilizamos una camara de alta resolucion espacial. A lo largo del trabajo de tesis aqu presentado hacemos un estudio de cada uno de los componentes que forman nuestro sistema de caracterizacion con el objetivo de optimizar su efecto de manera individual y de forma colectiva en nuestro sistema. Una vez optimizado el sistema de caracterizacion, que hemos denominado SALSA, acronimo ingles de SAlamanca Lyso-based Scanning Array, realizamos un primer estudio de la respuesta electrica de un detector HPGe convencional y validamos el metodo usado para la determinacion de la posicion que realiza SALSA. Por lo tanto, los resultados nales de la posicion correspondiente a cada pulso son veri cados con exito, lo cual deja SALSA listo para llevar a cabo la primera caracterizacion de un detector de AGATA.