Detección de neutrones con bolómetros centellantes de fluoruro de litio y zafiro y su aplicación en experimentos de búsqueda de materia oscura

Resumen

En esta tesis se analiza la detección de neutrones basada en la captura 6Li(n,¿)t con un bolómetro centellante de 33 g de LiF y la basada en la colisión de neutrones con otro de 50 g de zafiro (Al2O3), cuyas buenas propiedades como bolómetro centellante han sido profusamente estudiadas por la colaboración ROSEBUD (Rare Objects SEarch with Bolometers UndergrounD) en el laboratorio subterráneo de Canfranc (LSC). Ambos bolómetros centellantes fueron irradiados con los neutrones de una fuente de 252Cf y se observó cómo el centelleo permitía separar las interacciones de electrones, las colisiones de neutrones y las partículas cargadas. Utilizando los códigos Monte Carlo MCNP4C2 y MCNP-PoliMi se hizo la deconvolución de los espectros de retrocesos nucleares en zafiro y de absorciones en el LiF y se compararon de sus prestaciones como espectrómetros de neutrones rápidos. Comprobamos que el zafiro es mejor espectrómetro que el LiF porque los retrocesos nucleares llevan información de un mayor rango de energías que las capturas (n,¿) en LiF. Analizamos la absorción de neutrones en LiF y 6LiF como posible monitor de los neutrones rápidos en experimentos de búsqueda de materia oscura. Hemos estimado en primera aproximación que hacen falta 3 kg de 6LiF por cada kg de Ge para monitorizar los neutrones rápidos en un experimento de búsqueda directa de materia oscura con bolómetros de Ge que tengan un umbral de discriminación de 10 keV y en las mismas condiciones de umbral hacen falta 2 kg de 6LiF por cada kg de CaWO4.