Atenuación de la radiación gamma con blindajes de plomo y cobre

Los experimentos dedicados a sucesos poco probables, como la búsqueda de materia oscura o la doble desintegración beta, precisan de blindajes que protejan los detectores de la radiación gamma emitida por la radiactividad del entorno. Los materiales más utilizados son el plomo y el cobre. Las medidas llevadas a cabo en este Trabajo Fin de Grado consisten en la comparación de un blindaje de plomo de 25 cm de espesor que rodea un detector de germanio hiperpuro, situado en el laboratorio subterráneo de Canfranc, con otro exactamente igual, pero sustituyendo los 10 cm internos del blindaje por cobre. Hemos observado que los ladrillos de cobre constituyentes del blindaje han sido activados por los neutrones procedentes de los rayos cósmicos desde su fabricación hasta su llegada al laboratorio, produciendo el radioisótopo 58Co (T1/2 = 70.83 días). Hemos estimado el tiempo de exposición en 66 ± 10 días a nivel del mar, y han sido suficientes unos 100 días tras la llegada del cobre al laboratorio para alcanzar la situación de fondo constante. Las principales conclusiones obtenidas son: entre 20 y 100 keV es mejor el blindaje de cobre, pues en el de plomo aparecen los rayos X característicos del plomo, elevando el nivel de radiación. Entre 100 keV y 3.0 MeV el ritmo es mayor con el blindaje de cobre que con el de plomo por la presencia del 58Co y la acumulación de 222Rn; pero, tras la desintegración del 58Co y, utilizando ventilación forzada para reducir los niveles de 222Rn, el ritmo con el blindaje de cobre es menor que con el de plomo. Entre 3.0 y 5.4 MeV el plomo produce más radiación de bremsstrahlung al tener un número atómico mayor, llegando a generar un nivel de radiación casi tres veces mayor que en el blindaje de cobre

Sensibilidad y perspectivas del experimento ANAIS

La materia oscura es un tipo de materia elusiva que ha sido postulada para explicar algunas observaciones astronómicas (curvas de rotación de galaxias, lentes gravitacionales) causadas por sus efectos gravitacionales sobre estrellas y galaxias. También influye a escala cosmológica dejando su huella en el fondo cósmico de microondas. El experimento ANAIS, situado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, persigue la detección directa de la materia oscura atendiendo a la modulación anual del ritmo de interacción esperado debido al movimiento de la Tierra en torno al Sol. ANAIS utiliza cristales centelleantes de NaI(Tl) ultrapuros, el mismo blanco que DAMA/LIBRA. Esta búsqueda está motivada por la presencia de modulación en los datos del experimento DAMA/LIBRA con una alta significancia estadística. En primer lugar, se estudiará si ANAIS es capaz de discernir la hipotética señal de modulación anual de DAMA del fondo. Después, traduciremos la sensibilidad de ANAIS al espacio de parámetros (σ,m) de masa y sección eficaz de los hipotéticos WIMPs. Se analizan dos escenarios de fondo: uno constante en el tiempo y otro linealmente decreciente con el tiempo. En ambos casos hemos deducido los límites crítico y de detección de una señal de modulación anual y probado que la observada por DAMA/LIBRA (0.0112 ± 0.0012 cpd/kg/keVee entre 2 y 6 keVee) es detectable por ANAIS con una exposición de 112.5 kg durante 5 años. Por último, hemos interpretado para las interacciones independientes del espín las perspectivas de ANAIS atendiendo a la modulación anual del ritmo de interacción. Tras 5 años de medida ANAIS puede detectar la práctica totalidad de la señal de DAMA en la región a 5σ

ANAIS-112. Searching for the annual modulation of dark matter with a 112.5 kg NaI(Tl) detector at the Canfranc Underground Laboratory.

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Técnicas de machine learning para la optimización de los resultados del experimento ANAIS-112

El experimento ANAIS-112, en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, utiliza 112.5 kg de cristales centelleadores de NaI(Tl) para confirmar o refutar el resultado observado por DAMA/LIBRA para la modulación anual del ritmo de detección compatible con la esperada para materia oscura. Se espera que la interacción de estas partículas se de en el rango de baja energía (1-6 keV). En esta región del espectro energético aparecen una gran cantidad de sucesos no correspondientes a centelleos en el cristal de NaI(Tl). Para evitar que estos contaminen los datos obtenidos, deben ser identificados y eliminados utilizando diferentes métodos de filtrado basados en las características del pulso registrado. Los métodos de selección de sucesos aplicados en ANAIS-112 consiguen reproducir adecuadamente el resultado esperado por las simulaciones, a excepción del intervalo de 1 a 2 keV, donde presenta unas grandes discrepancias.Este trabajo propone la aplicación de un método de corte basado en técnicas de machine learning mediante un algoritmo centrado en los árboles de decisión. Se han estudiado diversas configuraciones, buscando su optimización en base a los resultados obtenidos. De esta forma, se ha conseguido una reducción del ritmo de fondo de aproximadamente el 37% en el intervalo de 1 a 2 keV respecto a los métodos establecidos en el experimento, lo cual conlleva un aumento de la sensibilidad a la señal de modulación anual de materia oscura superior al 10 %.<br /

Identificación de la desintegración de estados isómeros del Ac-228 en ANAIS-112 mediante técnicas de machine learning

Para un experimento de detección de materia oscura como ANAIS-112, la identificación y selección de sucesos de centelleo es primordial, dado que la región en la que se produce la modulación anual en el ritmo de detección es de baja energía (1-6 keV), donde predominan los sucesos de ruido. Este trabajo se ha centrado en las desintegraciones del 228Ra al 228Ac, que tiene estados excitados metaestables, cuya desintegración podría afectar a la región de interés en ANAIS-112. El objetivo de este trabajo ha sido desarrollar un algoritmo de identificación de los pulsos dobles de la desintegración de los estados isómeros del 228Ac utilizando una técnica de aprendizaje automático llamada BDT. Para ello se ha realizado una generación de poblaciones sintéticas de pulsos simples y dobles, se ha efectuado desde cero y de manera progresiva, implementando poco a poco distintas mejoras hasta conseguir pulsos similares a los que se detectan en los cristales de NaI(Tl) de ANAIS-112.<br /

Medida de la concentración de 222Rn en el nitrógeno suministrado por el Laboratorio Subterráneo de Canfranc

Los experimentos dedicados a la búsqueda de sucesos muy poco probables (como la posible interacción de la materia oscura con la materia ordinaria o la doble desintegración beta de los núcleos) utilizan blindajes que protejan los detectores de la radiación gamma emitida por la radiactividad del entorno. El 222Rn es un gas radiactivo natural perteneciente a la cadena el 238U que se encuentra en el aire. Por lo tanto, el 222Rn está en el interior de los blindajes y puede ser una fuente importante del fondo de los experimentos. La protección usual contra el 222Rn consiste en inyectar un flujo de nitrógeno en el interior de los blindajes para purgar el aire que lo contiene.El laboratorio subterráneo de Canfranc (LSC) suministra nitrógeno a los experimentos que lo solicitan, en particular al experimento ANAIS, dedicado a la búsqueda de materia oscura. ANAIS ha estimado que la concentración de 222Rn en el nitrógeno suministrado por laboratorio es <br /

Dark Matter Annual Modulation Results from the ANAIS-112 Experiment

An annual modulation in the interaction rate of galactic dark matter particles is foreseen due to Earth’s movement around the Sun; the DAMA/LIBRA observation of a modulation signal compatible with expectations has intrigued the community for twenty years. The ANAIS-112 experiment, with a target of 112.5 kg of NaI(Tl), has been running smoothly at the Canfranc Underground Laboratory (Spain) since 2017. It aims to test this observation using the same detection technique and target. Results on the modulation search from two years of data (220.7 kg·y) have been presented and the analysis of three years (313.6 kg·y) is underway. Under the hypothesis of modulation, the deduced amplitudes from best fits are in all cases compatible with zero for the two energy regions at [2–6] and [1–6] keV; the results agree with the expected sensitivity for the considered exposure and fully support the goal of achieving a 3σ sensitivity to explore the DAMA/LIBRA result for a five-year operation. Here, the ANAIS-112 set-up and performance will be briefly recapped and the annual modulation results and prospects will be discussed

La enseñanza de la luz y el sonido en distintos escenarios de (no) presencialidad

Este Trabajo Fin de Máster pretende sintetizar un conjunto de aprendizajes adquiridos en el Máster de Profesorado a través de un proceso de reflexión sobre el profesional de la actividad docente en el contexto de las materias de Física y Química. En primer lugar, se presenta una breve introducción sobre la profesión docente, mis antecedentes y motivaciones para estudiar el Máster y un resumen del mismo. En segundo lugar, se realiza la justificación y presentación de los trabajos seleccionados para formar parte de esta memoria. Por último, se recogen una serie de reflexiones y propuestas de mejora sobre los trabajos presentados, para concluir con una reflexión sobre mi perfil como futuro docente.<br /

Status of the HENSA collaboration at the Canfranc Underground Laboratory: results from two years measurements of the neutron flux in hall B

Thiswork deals with the characterization of the neutron flux in hall B of the CanfrancUnderground Laboratory (LSC) employing the High Efficiency Neutron Spectrometry Array (HENSA). The ultimate goal of this measurement is to set a limit on the corresponding effects of the neutron flux in the background of the ANAIS-112 experiment. The preliminary counting rates of two years of measurement are reported. Various data analysis techniques, including pulse shape discrimination, are discussed. The first results on the spectral reconstruction of the neutron flux are also presented