Detektor MicroMegas

Detektor MicroMegas ( Micro - Mesh Ga seous Structure ) jest detektorem cząstek gazowych powstałym w wyniku rozwoju komory drucianej . Detektory Micromegas , wynalezione w 1992 roku przez Georgesa Charpaka i Ioannisa Giomatarisa, są używane głównie w fizyce eksperymentalnej, w szczególności w fizyce cząstek elementarnych , fizyce jądrowej i astrofizyce do wykrywania cząstek jonizujących .

Detektor Micromegas działa na spektrometrze COMPASS

Micromegas to detektory światła, których celem jest zminimalizowanie zakłóceń na uderzającej cząstce. Dzięki małej szczelinie wzmacniającej mają szybkie sygnały rzędu 100 nanosekund . Są rodzajem mikropatternowego detektora gazowego o rozdzielczości przestrzennej poniżej stu mikrometrów . Obecnie wykorzystanie technologii Micromegas rośnie w różnych dziedzinach fizyki doświadczalnej.

Zasada działania

Zasada działania detektora Micromegas.

Detektor cząstek służy do wykrywania przechodzącej cząstki i uzyskiwania informacji, takich jak jej położenie , czas przybycia i pęd . W fizyce eksperymentalnej cząstka zwykle pochodzi z akceleratora cząstek , ale może również pochodzić z kosmosu ( promień kosmiczny ), z reaktora jądrowego lub radioaktywnego izotopu .

Detektor Micromegas wykrywa cząstki , wzmacniając ładunki , które powstały w wyniku jonizacji w objętości gazu . W detektorze Micromegas ta gazu jest dzielona na dwie części przez metalową mikrosiatkę („Micromesh” na schemacie) umieszczoną między 25 μm a 150 μm elektrody odczytowej ( paski na schemacie). Mikrosiatka jest kluczowym elementem, ponieważ pozwala jednocześnie uzyskać wysokie wzmocnienie 10 4 i szybki sygnał 100 ns.

Wzmocnienie jonizacji i ładunku

Przechodząc przez detektor, cząsteczka jonizuje atomy gazu, podciągając elektron, tworząc parę elektron / jon (1). Gdy nie jest przyłożone żadne pole elektryczne , para jon / elektron rekombinuje i nic się nie dzieje. Ale tutaj, w polu elektrycznym rzędu 400 V/cm, elektron (2) będzie dryfował w kierunku elektrody wzmacniającej (siatki), a jon w kierunku katody . Kiedy elektron zbliża się do siatki (3), wchodzi w intensywne pole elektryczne (zwykle rzędu 40 kV/cm w szczelinie wzmacniającej). Przyspieszany przez to pole elektron uzyskuje energię wystarczającą do wytworzenia jon / elektron , które również jonizują gaz, tworząc pary; to efekt lawiny (4). W ten sposób powstaje kilka tysięcy par z setek ładunków pierwotnych, które pochodzą z interakcji z uderzającą cząstką. Ładunki pierwotne należy pomnożyć, aby uzyskać znaczący sygnał. i na koniec odczytujemy sygnał elektroniczny na elektrodzie odczytowej (5) za pomocą wzmacniacza ładunku . Elektroda odczytowa jest zwykle podzielona na paski i/lub piksele w celu uzyskania położenia uderzającej cząstki w detektorze. Amplituda i kształt sygnału, odczytywane przez elektronikę na elektrodzie odczytowej, dostarczają informacji o czasie i energii cząstki.

Sygnał analogowy Micromegas

Sygnał indukowany na elektrodzie odczytowej detektora Micromegas (symulacja). Niebieska krzywa pokazuje część sygnału indukowaną przez elektrony, a czerwona przez jony.

Sygnał jest indukowany ruchem ładunków pomiędzy mikrosiatką a elektrodą odczytową (objętość ta nazywana jest szczeliną wzmacniającą) . Sygnał o długości 100 nanosekund składa się z piku elektronowego (niebieski) i ogona jonowego (czerwony). Ponieważ ruchliwość elektronów w gazie jest ponad 1000 razy większa niż ruchliwość jonów , sygnał elektroniczny jest znacznie krótszy (poniżej 3ns) niż jonowy. Dlatego służy do precyzyjnego odmierzania czasu. Sygnał jonowy przenosi ponad połowę sygnału i służy do rekonstrukcji energia cząstki.

Historia

Pierwsza koncepcja ślepego detektora Hadronów

W 1991 roku, aby poprawić wykrywanie hadronów w eksperymencie Hadron Blind Detector, I. Giomataris i G. Charpak zredukowali szczelinę wzmacniającą równoległego detektora płytowego (rodzaj komory iskrowej ) w celu przyspieszenia sygnału. Do eksperymentu z HDB zbudowano prototyp szczeliny wzmacniającej o szerokości 1 mm, ale wzmocnienie nie było wystarczająco jednolite, aby można je było wykorzystać w eksperymencie. Milimetrowa szczelina nie była wystarczająco kontrolowana i powodowała duże wahania wzmocnienia. Niemniej jednak wykazano korzyści płynące ze zmniejszenia przerwy amplifikacji iw październiku 1992 roku, na krótko przed ogłoszeniem Nagroda Nobla przyznana Georgesowi Charpakowi za wynalezienie komór drucianych . Georges Charpak mawiał, że ten detektor i kilka innych nowych koncepcji należących do rodziny gazowych detektorów mikrowzorców (MPGD) zrewolucjonizuje fizykę jądrową i cząstek elementarnych, tak jak zrobił to jego detektor.

Badania i rozwój technologii Micromegas

Począwszy od 1992 roku w CEA Saclay i CERN , technologia Micromegas była rozwijana w celu zapewnienia bardziej stabilnych, niezawodnych, precyzyjnych i szybszych detektorów. W 2001 roku dwanaście dużych detektorów Micromegas o wymiarach 40 x 40 cm 2 zostało po raz pierwszy użytych w eksperymencie na dużą skalę w COMPASS umieszczonym na akceleratorze Super Proton Synchrotron w CERN . Od 2002 roku wykrywają miliony różnych cząstek na sekundę i trwają do dziś.

Innym przykładem rozwoju detektorów Micromegas jest wynalezienie technologii „bulk”. Technologia „masowa” polega na zintegrowaniu mikrosiatki z płytką drukowaną (na której znajdują się elektrody odczytowe) w celu zbudowania detektora monolitycznego . Taki detektor jest bardzo solidny i może być wytwarzany w procesie przemysłowym (udane wdrożenie zostało zademonstrowane przez firmę 3M w 2006 r.), umożliwiając zastosowania publiczne. Na przykład poprzez modyfikację mikrosiatki, aby uczynić ją fotoczułą na promieniowanie UV światło, Micromegas może być używany do wykrywania pożarów lasów. Światłoczuły Micromegas jest również używany do szybkich aplikacji. PICOSEC-Micromegas wykorzystuje promiennik Czerenkowa i fotokatodę przed objętością gazu, a rozdzielczość czasowa 24 ps jest mierzona przy minimalnych cząstkach jonizujących (MIP).

Jeden z pierwszych eksperymentów z detektorami Micromegas: COMPASS. Na tych zdjęciach z 2001 roku widzimy Georgesa Charpaka i zespół COMPASS Saclay przed dużymi komorami Micromegas.

Detektory mikromegazów w fizyce eksperymentalnej

Detektory Micromegas są obecnie używane w kilku eksperymentach:

Detektor Micromegas zostanie wykorzystany w eksperymencie ATLAS w ramach modernizacji przyszłego spektrometru mionów .

Zobacz też

Uwagi i odniesienia

  1. ^ Giomataris, Y.; Rebourgeard, Ph.; Robert, JP; Charpak, G. (1996). „MICROMEGAS: czuły na położenie detektor gazowy o dużej ziarnistości do środowisk o dużym strumieniu cząstek” . Przyrządy i metody jądrowe w badaniach fizyki Sekcja A: Akceleratory, spektrometry, detektory i sprzęt towarzyszący . 376 (1): 29–35. Bibcode : 1996NIMPA.376...29G . doi : 10.1016/0168-9002(96)00175-1 .
  2. ^ JP Cussonneau i in./Nucl. Instr. i Meth. w fiz. Rez. A 419 (1998) 452-459
  3. ^ Hadron Blind Detector (HBD): stworzony przez: ref: I. Giomataris, G. Charpak, NIM A310(1991)589
  4. ^ „Georges Charpak - prawdziwy człowiek nauki - Kurier CERN” . 30 listopada 2010 r.
  5. ^ „Grupa rozwoju detektorów gazów z mikrowzorami na Uniwersytecie Purdue” . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2011-09-27 . Źródło 2011-06-13 .
  6. ^ „FORFIRE: Micromegas w walce z pożarami lasów” . Źródło 5 października 2020 r .
  7. Bibliografia _ i in. (2018). „PICOSEC: taktowanie naładowanych cząstek z dokładnością poniżej 25 pikosekund za pomocą detektora opartego na Micromegas” . Instrumenty i metody jądrowe w badaniach fizyki . A903 : 317–325. ar Xiv : 1712.05256 . Bibcode : 2018NIMPA.903..317B . doi : 10.1016/j.nima.2018.04.033 .
  8. ^ Papaevangelou, Tomasz; i in. (2018). „ESS nBLM: Monitory utraty wiązki oparte na wykrywaniu neutronów szybkich” . Materiały z 61. warsztatów ICFA Advanced Beam Dynamics na temat wiązek hadronowych o dużej intensywności i jasności . HB2018. doi : 10.18429/JACoW-HB2018-THA1WE04 .
  9. ^ Współpraca ATLAS (2013). Raport techniczny dotyczący nowego małego koła . Raport Techniczny Projektu ATLAS.
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=MicroMegas_detector&oldid=1117765861 ”