Thèses sur le sujet « GAMMA-400 »

2013/2014
Per uno studio completo che parte dalla materia oscura e va all'origine e propagazione dei raggi cosmici, quello multi canale è uno degli approcci migliori per risolvere i quesiti irrisolti della fisica delle astroparticelle. GAMMA-400, grazie alla sua natura duale, dedita allo studio di raggi cosmici (elettroni fino alle energie del TeV e protoni e nuclei fino a 10^{15}-10^{16} eV) e raggi gamma (da 50 MeV fino a qualche TeV), si dedicherà allo studio di questi problemi. Lo scopo di questa tesi è lo studio delle prestazioni di GAMMA-400 per l'osservazione dei raggi gamma. Due diverse configurazioni della geometria sono state studiate: la "baseline" e la cosiddetta configurazione "enhanced". Le principali differenze tra queste due configurazioni si trovano nel tracciatore e nel calorimetro. Il tracciatore della "baseline" è composto da dieci piani di silicio, otto dei quali comprendono anche uno strato di ~0.1 X_0 di tungsteno. Il tracciatore della configurazione "enhanced" è invece composto da 25 piani di silicio inframezzati da uno strato di tungsteno di ~0.03 X_0. Il calorimetro della "baseline" è diviso in due sezioni: una parte composta da due piani di ioduro di cesio e silicio (chiamata "pre-shower") e una seconda parte composta da 28x28x12 cubi di ioduro di cesio. Il calorimetro della configurazione "enhanced" è invece composto solo da 20x20x20 cubi di ioduro di cesio. Per stimare le prestazioni ho sviluppato un algoritmo di ricostruzione della direzione del raggio gamma incidente. La ricostruzione può fare uso delle informazioni provenienti dal tracciatore, dal "pre-shower" o dal calorimetro, sia combinandole che singolarmente. Le direzioni ottenuta grazie alle informazioni del solo "pre-shower" o del solo calorimetro, anche se di minor risoluzione, possono essere utili per aumentare il numero di fotoni visti ad alta energia e per fornire le informazioni necessarie all'osservazione di transienti con i telescopi Cherenkov a terra. La risoluzione angolare utilizzando il tracciatore è migliore nel caso della configurazione "enhanced". A basse energie ciò è possibile grazie al minore tungsteno, e di conseguenza minor "scattering" multiplo, presente all'interno del tracciatore. Il calorimetro più piccolo, e più profondo, seppur ostacolando la ricostruzione dell'energia di fotoni ad alta energia, produce anche un numero minore di particelle di "backsplash" che peggiorano la ricostruzione delle tracce. L'area efficace totale della "baseline", potendo contare su un calorimetro più grande ed il "pre-shower", è più grande rispetto alla configurazione "enhanced". La risoluzione angolare, l'area efficace e la strategia di osservazione dello strumento contribuiscono alla sensitività per sorgenti puntiformi. La sensitività totale dello strumento è migliore per la "baseline" per energie maggiori di 5 GeV. Ho implementato un set prelminare di condizioni di "trigger" per lo studio dei raggi gamma tramite l'utilizzo delle informazioni del tracciatore. La necessità di rigettare la maggior parte delle particelle cariche deriva dall'elevato fondo presente in orbita (~10^6 protoni per raggio gamma) e una capacità di "downlink" limitata (~100 GB/day). Tra le due configurazioni si nota una differenza di meno dell'1% nel numero rimanente di protoni. Seppur promettente, tale risultato deve essere migliorato e possibili miglioramenti sono descritti nella tesi. Gli algoritmi di ricostruzione e "trigger" sono applicati all'analisi della possibilità di studiare "gamma-ray burst" (GRB) con la principale strumentazione a bordo di GAMMA-400. Una stima del numero di eventi non ricostruiti, perchè avvengono nel tempo morto tra due "trigger", è effettuata tramite la simulazione di un ipotetico GRB accoppiata ai tempi di arrivo dei fotoni presi dai dati reali di due GRB osservati da Fermi. In nessuna delle due configurazioni è visibile una percentuale significativa di "pile-up". Anche aumentando il flusso dei GRB la percentuale di eventi non ricostruiti non supera mai il 6%. Nonostante questo risultato, molto dipenderà dal disegno finale dell’elettronica di lettura dei rivelatori che potrebbe aumentare i tempi morti dello strumento.
XXVII Ciclo
1987

Kyoto University (京都大学)
0048
新制・課程博士
博士(理学)
甲第11174号
理博第2842号
新制||理||1425(附属図書館)
22758
UT51-2004-U417
京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻
(主査)教授 谷森 達, 教授 小山 勝二, 教授 今井 憲一
学位規則第4条第1項該当

Kyoto University (京都大学)
0048
新制・課程博士
博士(理学)
甲第11308号
理博第2866号
新制||理||1428(附属図書館)
22951
UT51-2005-D59
京都大学大学院理学研究科物理学･宇宙物理学専攻
(主査)教授 谷森 達, 教授 小山 勝二, 教授 今井 憲一
学位規則第4条第1項該当

The Korea Hydro and Nuclear Power has built a new modular type of dry storage facility, known as MACSTOR KN-400 at Wolsong reactor site. The building has the capacity to store up to 24000 CANDU spent fuel bundles in a 4 rows by 10 columns arrangement of silos. The MACSTOR KN-400 consists of 40 silos; each silo has 10 storage baskets, each of which can store 60 CANDU spent fuel bundles. The development of an effective method for spent fuel verification at the MACSTOR KN-400 storage facility is necessary in order for the International Atomic Energy Agency (IAEA) to meet with safeguards regulations. The IAEA is interested in having a new effective method of re-verification of the nuclear material in the MACSTOR KN-400 dry storage facility in the event of any loss of continuity of knowledge, which occasionally happens when the installed seals fail. In the thesis work, MCNP models of central and corner structures of the MACSTOR KN-400 facility are developed, since both have different types of re-verification system. Both gamma and neutron simulations were carried out using the MCNP models developed for MACSTOR KN-400. The CANDU spent fuel bundle with discharge burnup of 7.5 GWD/t (burned at specific power of 28.39 MW/t) and 10 years cooled was considered for radiation source term estimation. For both the structures, MCNP simulations of gamma transport were done by including Cadmium-Zinc-Telluride (CZT) detector inside the re-verification tube. Gamma analyses for different spent fuel bundle diversion scenarios were carried out. It was observed that for diversion scenarios wherein the bundles are removed from the inner portions of the basket (opposite side of the collimator of the re-verification tube), it was difficult to conclude whether diversion has taken place based on the change in gamma radiation signals. Similar MCNP simulations of neutron transport were carried out by integrating helium-3 detector inside the re-verification tube and the results obtained for various diversion scenarios were encouraging and can be used to detect some spent fuel diversion cases. In the central structure, it was observed that addition of moderating material between the spent fuel and the detector increased the sensitivity of the detecting system for various diversion cases for neutron simulations. In the worst scenario, the diverting state could divert 14 spent fuel bundles from each of 10 baskets in a silo from the basket region opposite to the collimator of the re-verification tube. The non-detection probability for this scenario is close to 1. This diversion cannot be easily detected using the currently designed detection system. In order to increase the detection probability, either the design of the facility must be changed or other safeguard methods, such as containment and surveillance methods must be used for safeguarding the nuclear material at the facility.