Seryum katkılı labr3 (Ce) dedektörünün Monte Carlo simülasyonları ile tasarlanması ve geliştirilen dedektörün numen deneyi ölçümlerinde kullanılması
Developing a cerium doped labr3 (Ce) detector designed with Monte Carlo simulations and its application in numen project
Yazar: AYDIN YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. İSMAİL BOZTOSUN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalısması kapsamında Italya INFN-LNS laboratuvarlarında devam etmekte
olan NUclear Matrix Elements of Neutrinoless Double Beta Decay (NUMEN) projesinin
bir sonraki asamasında kullanılmak üzere, bir gama kalorimetresinin Monte Carlo
yöntemiyle çalısan Geant4 ile simülasyonları yapılmıstır.

Bu gama kalorimetresi içinNUMENdeneyleri sırasında ısın-hedef etkilesmeleri ile
ortaya çıkan yüksek gama ve nötron akısı altında çalısabilecek hızlı inorganik sintilatörler
düsünülmektedir. Hızlı inorganik sintilatörler içinde en yüksek enerji çözünürlügüne sahip
LaBr3(Ce), bu tez çalısmasının arastırma konusudur. Literatürde verilen %2.8'lik enerji
çözünürlügü ile bu sintilatörün, ısın-hedef etkilesmelerinden kaynaklanan yüksek gama
ve nötron akısı altında olusan ürünlerin uyarılmıs durumları arasındaki geçislerde ortaya
çıkan gamaları tespit etmesi beklenmektedir. Isın-hedef etkilesmeleri sırasında birden fazla
reaksiyon türü gerçeklesecek olsa da gözlenmek istenen ana reaksiyon çift yük degisimi
(DCE) reaksiyonlarıdır. Simülasyonlar ile hem gama kalorimetresinin olası geometrileri
arastırılmıs hem de çift yük degisimi reaksiyonlarının sahip olması gereken minimum tesir
kesitleri hesaplanmıstır. Son tasarlanan gama kalorimetresine göre DCE reaksiyonlarının
en yüksek arka plan seviyesinde, sahip olması gereken minimum tesir kesitlerin 1.69 -
1.91 nb aralıgında olması gerektigi bulunmustur.

Gama kalorimetresi ile MAGNEX spektrometresinin odak düzlem dedektörünün
birlikte çalıstıkları durumdaki performansları NUMEN projesinin basarısı için bir ölçüt
olacaktır.

Abstract:
A gamma-ray calorimeter array is studied in the context of next phase of NUclear
Matrix Elements of Nuetrinoless Double Beta Decay (NUMEN) project which takes place
in LNS-INFN laboratories in Italy for this thesis. The study is done with Geant4 simulation
toolkit which uses Monte Carlo method.

Fast, inorganic scintillators are considered due to high flux of gamma-rays and
neutrons coming from the beam-target interactions for NUMEN experiments. LaBr3(Ce),
which has the best energy resolution in fast inorganic detectors, is the subject of this thesis.
It is expected that the planned calorimeter array, which has the 2.8% energy resolution,
must discriminate the de-excitation gammas of ejectiles and residual nucleus from gamma
and neutron flux due to beam-target reactions. Although, there are other kind of reactions,
double charge exchange (DCE) reactions are the main interaction to be observed. Both,
possible geometries of gamma calorimeter array and minimum cross-sections of the DCE
reactions are investigated. According to the final gamma calorimeter array geometry, the
minimum cross-sections must be between 1.69 - 1.91 nb for the worst case scenario.

The combined performance of Focal Plane Detector of MAGNEX spectrometer
and the gamma calorimeter array will be crucial for NUMEN project.