Characterization of scintillating bolometers for particle detection and installation of a bolometric test facility in the University of Zaragoza

Resumen

MOTIVACIÓN En esta tesis se han desarrollado bolómetros y bolómetros centellantes, y se han caracterizado en el Instituto de Astrofísica Espacial de Orsay (Francia) y en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (España), para su posible aplicación en el campo de la física nuclear y física de partículas dentro de la colaboración ROSEBUD (siglas en inglés de "búsqueda subterránea de sucesos poco probables con bolómetros"). En segundo lugar, se ha llevado a cabo la instalación de un laboratorio criogénico en la Universidad de Zaragoza para ser utilizado como banco de pruebas de bolómetros y bolómetros centellantes. DESARROLLO Y CONCLUSIONES Bolómetros centellantes de SrF2, LiF (natural y enriquecido en 6Li), LGBO, BGO y Al2O3 han sido expuestos al fondo radiactivo natural e irradiados con diversas fuentes radiaoctivas para caracterizarlos, estudiando sus respuestas de calor y luz y midiendo los factores de eficiencia relativa (REF) y la capacidad de discriminación entre los diferentes tipos de partículas. Los resultados de REF del canal de luz se han comparado con los cálculos de un modelo semi-empírico ya existente, comprobando que el modelo simplifica en exceso el complejo mecanismo de centelleo de los cristales inorgánicos. Se han estudiado los procesos de doble captura electrónica y desintegración beta+ con captura electrónica de los núcleos de 84Sr del bolómetro centellante de SrF2 y se han obtenido límites inferiores a las vidas medias de estos procesos competitivos e incluso mejores que los publicados hasta la fecha. Aunque estos resultados están lejos de las estimaciones teóricas, se ha comprobado que con las condiciones adecuadas se podrían mejorar estos límites en 5-6 órdenes de magnitud. Se ha demostrado la capacidad de los bolómetros de LiF (natural y enriquecido en 6Li) y LGBO para discriminar la señal producida por captura de neutrones, rápidos y térmicos, frente a otros sucesos. Se ha instalado un laboratorio criogénico en la Universidad de Zaragoza para operar un refrigerador de dilución. Se ha llevado a cabo la puesta a punto del equipo y su adaptación para hacer medidas con bolómetros. La instalación ha sido probada con un bolómetro de referencia y está preparada para la caracterización de nuevos prototipos de bolómetros. REFERENCIAS - S. Cebrian et al. Bolometric WIMP search at Canfranc with different absorbers. Astropart. Phys. 21(2004)23-34. - C. Ginestra et al. Characterization of a SrF2 scintillating bolometer. J. Low Temp. Phys. 167(2012)973-978. - M. Martínez et al. Scintillating bolometers for fast neutron spectroscopy in rare event searches J. Phys. Conf. Ser. 375(2012)012025. - N. Coron et al. Study of parylene-coated NaI(Tl) at low temperatures for bolometric applications. Astropart. Phys. 47(2013)31-37. - Y. Ortigoza et al. Light relative efficiency factors for ions in BGO and Al2O3 at 20 mk. Astropart. Phys. (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j.astropartphys.2013.09.002