一种新的高分辨率伽马射线探测器系统 - 旨在揭示原子核结构和内部工作的新细节，并提升我们对物质的理解和元素的恒星创造 - 已经通过了一个重要的项目里程碑。

当这个系统 - 伽玛射线能量跟踪阵列或 GRETA - 与现有的探测器阵列 GRETINA (用于伽马射线能量跟踪射线核阵列)相结合时，它将创建一个完整的球形阵列。γ射线是从激发的核态发射的高穿透性，高能量形式的光。

GRETINA于2011年完工，并展示了用于核物理的伽马射线跟踪探测器的强大功能。美国能源部的劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)在GRETINA和现在的GRETA担任领导职务。GRETA项目包括Argonne和Oak Ridge国家实验室以及密歇根州立大学的研究人员。

一旦完成，探测器系统将首先驻留在 密歇根 州立大学的稀有同位素光束设施(FRIB)，这是一个正在建设中的未来DOE科学用户设施办公室。FRIB将支持美国能源部科学办公室的使命。

“GRETA将成为FRIB科学的旗舰工具和主要工具，”GRETA项目总监兼伯克利实验室高级科学家科学家Paul Fallon说。

GRETA将用于实时研究核反应。它可以研究新核的创建，例如高能射束击中目标 - 并详细说明通过探测器的单个伽马射线的路径，这对于重建事件有用，可以更多地了解触发事件的属性它。

“对于某些实验，GRETA的灵敏度比现有探测器高100倍，”Fallon补充道。“在测量伽马射线能量时，它将具有高效率和高能量分辨率。”

利用GRETA的实验将有助于确定有多少质子和中子可以填充到原子核中并确定原子核结构的限制。

伯克利实验室核科学部主任Barbara Jacak说：“当质子或中子的数量比稳定同位素的数量大得多时，GRETA将允许我们测量结构如何变化。”她补充道，“原子核是典型的量子多体系统“ - 它是许多复杂粒子相互作用的家园，涉及称为纠缠的量子现象。

GRETA还可以帮助确定原子核的性质，这些属性决定了爆炸性恒星死亡如何通过各种重元素使宇宙播种。

“我们想知道：在像我们的太阳这样的恒星在它们的生命周期中崩溃之后，所谓的快速中子捕获过程或'r过程'中的元素如何比镍或铁更重?”副主任Alan Poon说道。伯克利实验室核科学主任。

最新的项目里程碑是在能源部授权的审查和批准阶段之后，启动了项目的工程设计阶段，并提供了一些探测器模块的购买。这些模块采用超高纯度锗晶体 - 每个大小约为10盎司咖啡杯 - 是GRETA设计中不可或缺的一部分。

在FRIB，强大的带电粒子(离子)束将通过强大的线性加速器加速到光速的一半。

这些光束将撞击由GRETA阵列包围的腔室内的核靶，产生各种形式的元素，称为同位素。这些元素中的许多元素及其同位素在自然界中不存在，并且在它们衰变成更稳定的核之前仅存在几分之一秒。同位素是具有不同原子质量的元素的版本，基于它们携带的不同数量的中子。

GRETA探测器阵列设计用于围绕样品，形成球形外壳，以更完整和精确地测量在探测器中传播的伽马射线的能量和3D位置。阵列将包含120个锗晶体，排列在30个模块中。它将包含12个GRETINA探测器模块。

每个探测器晶体将被制成两个独立的设计，具有锥形，不规则的六边形形状，长度约为3.5英寸。

“真正的诀窍是将这些晶体非常紧密地组合在一起，在几毫米之内，并快速记录数字化的伽马射线信号，”法伦说。

该项目需要超快电子设备来记录这些伽马射线事件。前端电子设备每个晶体每秒最多可捕获50,000个信号，仪器需要1 PB的存储空间来捕获快速数据。5,000核计算集群将有助于实时处理这些信号。

预计FRIB的大多数实验将以某种形式使用GRETA。一些实验将使用旨在阻止光束穿透的样品，而其他实验将研究穿过样品的加速光束。