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Il
progetto originale dell'esperimento, proposto
[1] nel
1993-94 (e rivisto successivamente in [4])
a conclusione dei test sui prototipi effettuati
al CERN prevedeva la realizzazione di un rivelatore
costituito da un grande criostato (3500 m3) in
grado di contenere circa 5000 ton di argon liquido.
Tale massa risulta ottimale per garantire, come
dimostrato da accurati studi di simulazione,
una risoluzione statistica adeguata per lo studio
di quegli eventi rari che costituiscono l'obiettivo
di ricerca dell'esperimento. Tuttavia la necessità di
sviluppare progressivamente al Gran Sasso
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le infrastrutture indispensabili
per realizzare e utilizzare un rivelatore
di tali proporzioni, |
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i sistemi ausiliari del laboratorio e |
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la valutazione diretta delle scelte tecniche
su alcuni componenti del rivelatore |
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| FIGURA 1: Vista schematica del rivelatore
ICARUS da 600 ton per il Laboratorio del Gran Sasso. |
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ha condotto la Collaborazione a optare
per la realizzazione preliminare di un rivelatore
di taglia intermedia [2], tra
quella del prototipo da 3 ton e quella del rivelatore
da 5000 ton, prima di procedere alla realizzazione
del progetto finale.
La soluzione più efficiente ed economica per mettere in funzione un rivelatore
intermedio è quella di costruirlo e collaudarlo fuori dal Laboratorio
sotterraneo e successivamente trasportarlo all'interno per l'istallazione finale. È dunque
necessario che il modulo (costituito dall'insieme formato dal criostato e dalle
camere a fili) sia trasportabile: le dimensioni risultano pertanto limitate dalla
richiesta di trasportabilità sulla rete autostradale e di accesso al sito
sperimentale presso i Laboratori sotterranei del Gran Sasso.In quanto segue
saranno descritte le caratteristiche tecniche
e brevemente illustrate le potenzialità scientifiche
di questo modulo intermedio la cui realizzazione è stata
approvata e finanziata dall'INFN (Istituto Nazionale
di Fisica Nucleare) e la cui completa realizzazione è stata
completata nel 2001. Il contenitore criogenico
per l'argon liquido è composto da due
unità identiche,
semi-indipendenti a sezione rettangolare da assemblare
l'una accanto l'altra lungo l'asse maggiore.
Le dimensioni individuali sono di 3.9x4.2x19
m3 in
grado di contenere circa 740 ton di argon liquido
in totale (di cui circa 600 t attive, da qui
il nome ICARUS T600). La realizzazione di tale
criostato
rappresenta una impresa di notevole rilievo tecnologico
nella quale sono coinvolte alcune industrie italiane
tra le più avanzate nel campo della criogenia.
Inoltre si prevede che la collaborazione con
l'industria costruttrice sia mantenuta durante
tutto il periodo
di utilizzo sperimentale attraverso un monitoraggio
a distanza della regolarità del funzionamento
dell'apparato criogenico. Le camere di lettura
(due per ogni unità) devono essere montate
sulle pareti interne con il piano catodico al
centro. Questa soluzione consente di massimizzare
il volume
sensibile. La massima lunghezza di deriva degli
elettroni prodotti da eventi ionizzanti è di
1500 mm, equivalente a circa 1 ms di tempo di
deriva massimo. In tali condizioni la purezza
dell'argon
liquido dovrebbe consentire solo un minimo degrado
della carica di ionizzazione per cattura da impurezze
elettronegative. In tale rivelatore si è deciso
di incrementare al massimo la risoluzione spaziale
riducendo la spaziatura tra i fili a 3 mm, al
fine di consentire una migliore ricostruzione
degli
eventi di bassa energia. [Notiamo che sono state
sviluppate anche alcune interessanti alternative
alla soluzione precedentemente descritta delle
camere di lettura a piani di fili . In particolare
sono stati realizzati moduli di lettura formati
da piani di circuiti stampati con strisce di
conduttore che sostituiscono i fili per la lettura
dei segnali [3]. Un'altra
alternativa (soluzione ibrida) è rappresentata
da moduli di circuiti stampati combinati con
piani di fili.
L'isolamento termico del contenitore criogenico è garantito da opportuni
pannelli di isolante termico, facilmente applicabili direttamente sul luogo dell'assemblaggio
finale nei laboratori sotterranei. Si prevede infine di disporre intorno all'apparato
uno schermo per i neutroni da radioattività naturale presente in ambiente
underground. Tali neutroni rappresentano infatti un insidioso fondo per la ricerca
degli eventi di bassa energia, tipicamente interazioni di neutrini solari. La
scelta delle caratteristiche (materiale e spessore) del moderatore di neutroni è stata
definita in base ai risultati di un test dedicato effettuato presso i Laboratori
del Gran Sasso.
L'assemblaggio finale del rivelatore, il rivestimento dell'isolante termico ed
il montaggio dello schermo per i neutroni sono i soli lavori da realizzarsi nel
sito sperimentale (Sala B) recentemente assegnato all'esperimento ICARUS dai
Laboratori del Gran Sasso.
Il rivelatore T600, una volta completato nella realizzazione dei vari componenti, è stato
assemblato a Pavia e successivamente sottoposto ad un test completo di funzionamento
(Aprile-Agosto 2001). Il successo registrato durante questa fase è stato
di fondamentale importanza: tracce di muoni cosmici passanti l'intero volume
sensibile di argon liquido ha consentito di dimostrare il perfetto funzionamento
di tutto l'insieme costituente il rivelatore, dall'impianto di raffreddamento
dell'Argon al sistema di purificazione, dalla catena di elettronica per la lettura
dei segnali al sistema di acquisizione dati, fino ai programmi di decodifica
e ricostruzione degli eventi. Al termine di circa cento giorni di regolare funzionamento,
l'impianto è stato arrestato per procedere all'organizzazione dell'ultimo
passo previsto: lo smontaggio ed il trasporto al laboratorio sotterraneo del
Gran Sasso. L'installazione del rivelatore al Gran Sasso e l'inizio della presa
dati sono previsti a cavallo tra la fine del 2002 e l'inizio del 2003. |
[1] ICARUS Collaboration, "ICARUS
a second-generation proton decay experiment
and neutrino observatory at the Gran Sasso Laboratory",
Proposal by the ICARUS
Collaboration, LNGS-94/99, Vol. I & II (1994).
[2] ICARUS Collaboration, "A first 600-ton
ICARUS detector installed at the Gran
Sasso Laboratory", Addendum to Proposal,
LNGS-95/10 (1995).
[3] ICARUS Collaboration, NIM A346 (1994), p.
550.
[4] ICARUS Collaboration,"The ICARUS Experiment:
a second-generation Proton decay experiment and Neutrino Observatory at Gran
Sasso Observatory
-
Cloning of T600 Modules to reach the design sensitive Mass",LNGS-EXP 13/89
add.2/01 (November, 2001).
(Also available as ICARUS-TM/2001-09).
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