這組渲染圖顯示了完整的GRETA數(shù)組(左上和左下)和完整數(shù)組的一半(右)。檢測器設(shè)計為可打開的，每半部分在軌道上滑動。樣品可以放在球形陣列的中心。完整的陣列將包含120個高純度鍺晶體。(來源：GRETA合作)
建造GRETA(伽馬射線能量跟蹤陣列)的工作已獲得了關(guān)鍵需要批準(zhǔn)才能進行全面擴展。
GRETA還將提供有關(guān)物質(zhì)本質(zhì)以及恒星如何形成元素的新見解，預(yù)計將在2023年完成第一階段，并在2025年實現(xiàn)最終完成。它基于現(xiàn)有的GRETINA(伽瑪射線能量)于2011年完成的“跟蹤光束中核陣列”儀器，具有較少的伽馬射線探測晶體。伽馬射線是非常高能的穿透形式的光，隨著不穩(wěn)定的原子核衰減成更穩(wěn)定的核而發(fā)出。
美國能源部的勞倫斯·伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)在GRETINA和GRETA中都發(fā)揮了領(lǐng)導(dǎo)作用，伯克利實驗室的核物理學(xué)家和工程師正在與阿貢和橡樹嶺國家實驗室以及密歇根州立大學(xué)的團隊合作。 GRETA的發(fā)展。
2020年10月7日，美國能源部官員批準(zhǔn)了GRETA項目的重要里程碑，包括工作范圍和時間表，以及將指導(dǎo)該項目完成的最終建筑工程計劃。正式批準(zhǔn)步驟稱為關(guān)鍵決策2和關(guān)鍵決策3(CD-2和CD-3)。
“批準(zhǔn)是該項目和團隊的一項重大成就。它標(biāo)志著最終設(shè)計的成功完成，并表明我們已準(zhǔn)備好建造該陣列。” GRETA項目總監(jiān)兼伯克利實驗室核科學(xué)部資深科學(xué)家Paul Fallon說。下一步的關(guān)鍵是制造將容納探測器的復(fù)雜的，米級的鋁球。
新的用戶設(shè)施將使GRETA正常工作
GRETINA和后來的GRETA將于2022年開始在密歇根州立大學(xué)的稀土同位素射束(FRIB)設(shè)施中安裝。9月29日，F(xiàn)RIB被正式指定 為DOE科學(xué)辦公室用戶的最新成員。設(shè)備。現(xiàn)在，這些用戶設(shè)施中有28個，可供全國和世界各地的科學(xué)家使用。一旦該設(shè)施于2022年投入使用，估計已有1,400名科學(xué)用戶排隊參加FRIB的核物理實驗。FRIB仍在建設(shè)中，已完成約94%。
GRETINA配備有12個檢測器模塊和48個檢測器晶體，而GRETA將增加18個檢測器模塊，總共30個模塊和120個晶體。預(yù)計到2024年底之前，將在GRETA中安裝約18-20個探測器模塊，最終模塊將在2025年安裝。
當(dāng)FRIB產(chǎn)生的稀有同位素束撞擊固定目標(biāo)時，它們會經(jīng)歷各種核反應(yīng)。這些反應(yīng)可以產(chǎn)生更多的外來核，這些外來核發(fā)射一系列伽馬射線，從而提供有關(guān)其內(nèi)部核結(jié)構(gòu)的信息。同位素是元素的各種形式，與標(biāo)準(zhǔn)形式的元素相比，原子核中具有相同數(shù)量的帶正電的質(zhì)子，但具有或多或少的稱為中子的不帶電粒子。
GRETA將完全圍繞這些目標(biāo)，以提供有關(guān)3D方向和通過其探測器傳播的伽馬射線能量的極其詳細(xì)的數(shù)據(jù)。超快電子將使檢測器每秒能夠在每個晶體中捕獲多達(dá)50,000個信號，并且專用計算集群將對每秒在GRETA球形中檢測到的多達(dá)480,000伽馬射線相互作用執(zhí)行實時信號處理。
FRIB將配備功能強大的加速器，該加速器可以從重至鈾的元素中產(chǎn)生粒子束，并具有通過用高能束轟擊目標(biāo)來創(chuàng)建和研究1,000多種新同位素的能力。
GRETA的設(shè)計非常靈活，可以容納各種用于實驗的儀器，還可以移動，以便可以在FRIB和其他設(shè)施的不同實驗場所使用。Fallon說：“ GRETA已針對FRIB的廣泛科學(xué)進行了優(yōu)化，”并且還將在Argonne國家實驗室的Argonne串聯(lián)直線加速器加速器系統(tǒng)(ATLAS)中使用。
Fallon說，GRETA將是FRIB進行許多實驗的關(guān)鍵-FRIB計劃的研究目標(biāo)中約有三分之二將使用GRETA檢測器。
GRETA設(shè)計為可移動的。在稀有同位素束設(shè)施中，GRETA將在各種位置(紅色圓圈)用于不同類型的實驗。
實驗將以更高的靈敏度研究極端條件下的原子核
它的用途是研究同位素最不穩(wěn)定的最富中子形式。這種極端被稱為中子“滴水線”，因為它代表了同位素的最后穩(wěn)定形式，它不再能攜帶更多中子，并且其原子核開始“滴水”或發(fā)射中子。
GRETA也將用于識別表現(xiàn)出梨狀形狀的核。這樣的實驗將幫助科學(xué)家了解原子核最極端特性的局限性，提供有關(guān)其創(chuàng)造的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并確定新的核，從而檢驗我們對自然界基本相互作用和控制物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解。
Fallon指出，F(xiàn)RIB和GRETA一起在核科學(xué)實驗中的靈敏度將比使用現(xiàn)有的加速器和檢測器高出10到100倍。
GRETA將在運送到FRIB之前在伯克利實驗室進行構(gòu)造，組裝和測試。伯克利實驗室(Berkeley Lab)領(lǐng)導(dǎo)了該項目探測器的開發(fā)，并負(fù)責(zé)監(jiān)督其交付情況，并領(lǐng)導(dǎo)GRETA的信號處理電子，計算和機械系統(tǒng)的設(shè)計和制造。Argonne Lab正在開發(fā)與其觸發(fā)和計時系統(tǒng)相關(guān)的電子產(chǎn)品;密歇根州立大學(xué)負(fù)責(zé)表征其探測器的性能;橡樹嶺實驗室負(fù)責(zé)實時信號處理，以定位GRETA晶體內(nèi)的伽馬射線相互作用。
GRETA完成后，伯克利實驗室將繼續(xù)在其電子，計算和升級以及重新配置儀器進行實驗中發(fā)揮作用。Fallon說，大約有25位伯克利實驗室的科學(xué)家和工程師參與了GRETA項目。
勞倫斯·伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory) 及其科學(xué)家被認(rèn)為是團隊能夠最好地應(yīng)對最大的科學(xué)挑戰(zhàn)而成立于1931年， 并獲得了14項諾貝爾獎。如今，伯克利實驗室的研究人員開發(fā)了可持續(xù)的能源和環(huán)境解決方案，創(chuàng)建了有用的新材料，推動了計算的前沿，并探索了生命，物質(zhì)和宇宙的奧秘。來自世界各地的科學(xué)家依靠實驗室的設(shè)施進行自己的發(fā)現(xiàn)科學(xué)。伯克利實驗室是一個多程序國家實驗室，由加利福尼亞大學(xué)為美國能源部科學(xué)辦公室管理。
