miniatuur|De BOL-detector in het Instituut voor Kernfysisch Onderzoek (IKO) in Amsterdam in de periode 1964–1971
De BOL-detector is een experimenteel multidetectorsysteem voor kernreactieonderzoek dat in de jaren zestig werd ontwikkeld aan het Instituut voor Kernfysisch Onderzoek (IKO) in Amsterdam. Het systeem was ontworpen om om vrijwel de volledige ruimtehoek rondom een target te bestrijken (4π-detectie) en maakte gelijktijdige meting van meerdere geladen deeltjes mogelijk bij een kernreactie.
Het BOL-project werd opgezet rond 1964 en combineerde gesegmenteerde siliciumdetectoren, speciaal ontwikkelde elektronica en computergebaseerde data-acquisitie. In historische beschrijvingen wordt het systeem aangeduid als een van de eerste multidetectorsystemen van het 4π-type in de kernfysica, waarin een groot deel van de reactieproducten simultaan kon worden geregistreerd.
Het experiment werd uitgevoerd bij het IKO-cyclotron en speelde een rol in de ontwikkeling van multidimensionale experimentele methoden in de kernfysica.
Ontwerp De BOL-detector bestond uit een bolvormige configuratie van silicium-detectietelescopen die rondom een centraal target waren geplaatst. In de uiteindelijke configuratie bevatte de opstelling tientallen detectorposities, waarmee gelijktijdig signalen van verschillende reactieproducten konden worden geregistreerd.
Elke detectorunit was opgebouwd als een ΔE–E-telescoop, bestaande uit een dunne detector voor de meting van energieverlies (ΔE) en een dikkere detector voor de totale energie (E). Deze configuratie maakte identificatie van verschillende typen geladen deeltjes mogelijk.
De detectoren waren geïntegreerd in een mechanische structuur rond een vacuümkamer waarin de doelkern werd geplaatst en bestraald met protonen uit het cyclotron. Door de geometrische opstelling kon een aanzienlijk deel van de ruimtehoek rond het target worden afgedekt, wat essentieel was voor het gelijktijdig meten van meerdere deeltjes.
Siliciumdetectoren Een belangrijk innovatief onderdeel van de BOL-detector was het gebruik van gesegmenteerde siliciumdetectoren voor zowel energie- als positiebepaling van geladen deeltjes.
Voor positiebepaling werden siliciumdetectoren toegepast met een dubbelzijdige strookstructuur, waarbij elektrodes in twee richtingen waren aangebracht. Deze configuratie, ook wel aangeduid als een checkerboard-patroon, maakte het mogelijk om de inslagpositie van deeltjes tweedimensionaal te bepalen met een beperkt aantal uitleeskanalen.
De detectoren bestonden uit dunne siliciumschijven met aangebrachte elektrodestructuren en werden gecombineerd met dikkere detectoren voor nauwkeurige energiemetingen. Deze combinatie van positiebepaling en energieanalyse in één detectoropstelling werd in latere beschrijvingen aangeduid als een vroege toepassing van geïntegreerde siliciumdetectie.
Latere beschrijvingen plaatsen deze ontwikkeling in de context van de opkomst van silicium-stripdetectoren, die vanaf de jaren tachtig een standaardtechnologie werden in de deeltjesfysica. In dit opzicht wordt de BOL-detector beschouwd als een vroege toepassing van gesegmenteerde halfgeleiderdetectoren in experimenteel kernfysisch onderzoek. Data-acquisitie en computers Een kenmerkend aspect van het BOL-project was het gebruik van online computerverwerking voor experimentele data. De detector was gekoppeld aan een systeem van minicomputers en een Electrologica X8-computer voor data-acquisitie, analyse en visualisatie. Het systeem maakte gebruik van uitgebreide analoge en digitale elektronica, waarbij signalen van meerdere detectoren gelijktijdig werden verwerkt en gebeurtenis-gewijs werden ingevoerd in een PDP-8 computer voor verdere analyse.
Volgens historische beschrijvingen vormde deze combinatie van detectoren en computers een vroege toepassing van computernetwerken en tijdsdeling in experimentele fysica. De digitale verwerking maakte het mogelijk om gelijktijdige detectie van meerdere deeltjes te registreren en complexe correlaties tussen reactieproducten te analyseren.
Onderzoek De BOL-opstelling werd gebruikt voor experimenteel onderzoek naar zogenoemde few-body kernreacties, waarbij meerdere deeltjes in de eindtoestand worden geproduceerd. Door de simultane detectie van deze deeltjes konden botsingsprocessen in detail worden gereconstrueerd.
Het project leidde tot meerdere promoties en publicaties in internationale tijdschriften op het gebied van kernfysica.
Historische betekenis In retrospectieve beschrijvingen wordt het BOL-project gezien als een vroege voorloper van moderne detectoropstellingen in de kern- en deeltjesfysica, waarin grote aantallen detectoren gelijktijdig gegevens verzamelen en computers worden gebruikt voor realtime data-analyse.
Latere ontwikkelingen leidden tot micropattern- en pixeldetectoren met geïntegreerde elektronica en hoge tijdsresolutie. Methoden die in het project werden toegepast, zoals 4π-detectie, gesegmenteerde siliciumdetectoren en online dataverwerking, zijn later op grote schaal gebruikt in experimenten bij onder meer CERN en andere internationale onderzoeksfaciliteiten.
Het project wordt beschouwd als een belangrijke fase in de overgang van kleinschalige meetopstellingen naar geïntegreerde, grootschalige detectiesystemen.
Museumcollectie Onderdelen van de BOL-opstelling en gerelateerde instrumenten zijn opgenomen in de collectie van Rijksmuseum Boerhaave in Leiden. Deze omvatten onder meer detectorcomponenten, elektronica voor data-acquisitie en onderdelen van de oorspronkelijke strooikamers van het IKO-cyclotron.
De overdracht van onderdelen van het experiment aan het museum vond plaats in 2016, samen met een archief van documenten en technische beschrijvingen van het project.
Zie ook Nikhef Electrologica X8
Referenties
Categorie:Kernfysica Categorie:Deeltjesfysica Categorie:Laboratoriuminstrument Categorie:Wetenschapsgeschiedenis