micromegas
Download
Skip this Video
Download Presentation
Ανιχνευτής MICROMEGAS

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 35

Ανιχνευτής MICROMEGAS - PowerPoint PPT Presentation


  • 131 Views
  • Uploaded on

Ανιχνευτής MICROMEGAS. Παπαβασιλείου Αύρα Σεμινάριο Φυσικής Υπεύθυνος καθηγητής: Θ. Αλεξόπουλος Ιούνιος 2008. MICROMEsh GAs Structure:. Ανιχνευτής αερίου → κ υρίως για ανίχνευση φωτονίων και ηλεκτρονίων ειδικά ο MICROMEGAS, μέχρι στιγμής φωτόνια μερικών keV ( ακτίνες Χ)

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Ανιχνευτής MICROMEGAS' - lieu


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
micromegas

Ανιχνευτής MICROMEGAS

Παπαβασιλείου Αύρα

Σεμινάριο Φυσικής

Υπεύθυνος καθηγητής: Θ. Αλεξόπουλος

Ιούνιος 2008

micromesh gas structure
MICROMEsh GAs Structure:
  • Ανιχνευτής αερίου → κυρίως για ανίχνευση φωτονίων και ηλεκτρονίων

ειδικά ο MICROMEGAS, μέχρι στιγμής φωτόνιαμερικών keV (ακτίνες Χ)

  • Βασικό μέρος της δομής του → ένα πολύ πυκνό δύχτι χαλκού, εξαιρετικά μικρών πλεγματικών διαστάσεων ~μm
  • Η/Μ αλληλεπιδράσεις, κυρίως Coulomb
slide3
Ανιχνευτές αερίου

Λειτουργία:

  • Αλληλεπίδραση φορτισμένου σωματιδίου ή φωτονίου με την ύλη →
  • Ιονισμός ηλεκτρονίων ατόμου αερίου
  • Ειδικά στην ανίχνευση φωτονίων → Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (κυρίαρχο για Ε~keV)
  • Από την Ε= hf- EB φωτοηλεκτρική εξίσωση:

ενέργεια εκπεμπόμενου e~ την f του προς ανίχνευση φωτονίου

# e~ # εισερχομένων φωτονίων

slide4
Ιονισμός αερίου

Φορτισμένα σωματίδια διέρχονται από μέσο → ιονίζoυν κυρίως ατομικά e αερίου →

δημιουργία ζευγών ιόντος-e

Τα e του 1ου ιοντισμού, ιονίζουν περαιτέρω, δημιουργώντας επιπλέον ζεύγη ιόντων-e.

  • dE/dxαπώλειας ενέργειας

Bethe-Bloch,δxμήκος

διαδρομής και wμέση

ενέργεια δημιουργίας ζεύγους

ιόντος-e

slide5
Ανιχνευτής Ιοντισμού Παράλληλων Πλακών
  • Διέλευση φορτισμένων σωματιδίων → ιονισμός αερίου, παραγωγή ιόντων με ρυθμο εναπόθεσης dE/dt.

Μέση ενέργεια ιονισμού w~30eV.

Ο ανιχνευτής ως πυκνωτής γνωστής C,συλλέγει Q=#παραγόμενων ιόντων ×1,6 10-19C. Μετρώντας την επαγόμενη τάση V=Q/C, μαθαίνουμε τον αριθμό παραγόμενων ιόντων.→

πολύ μικρός για ανίχνευση, χρειάζεται ενισχ. σήμα

slide6
Εφαρμογή τάσης σε κυλινδρικό ανιχνευτή
  • Μεταλλικός κύλινδρος (chamber) ακτίνας Ro – Σύρμα ακτίνας rο.
  • Εφαρμογή μεταβαλλόμενης V→ διέλευση ακτινοβολίας → Ν ιόντα στον ανιχνευτή αερίου
  • Ο # e ανόδου συνάρτηση της V
  • Ύψος παλμού εξόδου οφείλεται στην φόρτιση του Cdαπό τον κύλινδρο~ τάσης στα ηλεκτρόδια
slide7
Όσο πιο υψηλή τάση εφαρμόζεται, τόσο περισσότερα φορτία συγκεντρώνονται
  • Εφαρμογή ηλ. Πεδίου

→ εμποδίζονται επανασυνδέσεις ιόντων-e

→ τα ιόντα και e εν γένει κινούνται ομόρροπα με αυτό

→λιγότερες σκεδάσεις και με τα μόρια του αερίου

slide8

Γιατί συμβαίνει όμως αυτό;Ποσοστά απ’ την απώλεια ενέργειας ενός e, λόγω αλληλεπιδράσεων Coulomb μέσα σ’ένα υλικό συναρτήσει Ε: έντασης ηλεκτρικού πεδίου και P: πίεση του αερίου

slide9
Διάχυση ιόντων και e
  • Απουσία Η.Π. → ακτινική και τυχαία διάδοση → πολλαπλές σκεδάσεις με μόρια αερίου
  • Θερμική ενέργεια:
  • Μέση ταχύτητα:
  • Γραμ. κατανομή φορτίων μετά από διάχυση, D σταθερά διάχυσης
slide10
Για την σταθερά D :

όπου p: πίεση αερίου, Τ: θερμοκρασία,

σο: ολική ενεργός διατομή σύγκρουσης με μόρια αερίου

  • Παρουσία πεδίου: Τα σωματίδια επιταχύνονται κατά μήκος δυναμικών γραμμών
  • Συνεχείς συγκρούσεις με μόρια περιορίζουν την ταχύτητα σε μια μέση τιμή: ταχύτητα ολίσθησης u (drift velocity)
slide11
Ορίζεται η κινητικότητα (mobility):

μ= u/E, συναρτήσει ταχύτητας ολίσθησης και Η.Π.

  • Για τα ιόντα: u~ E/P γραμμικά
  • Για e: η σο έντονες διακυμάνσεις ~ Ε παρουσιάζοντας διάφορα μέγιστα/ ελάχιστα
  • Σχέση Einstein για ιδανικά αέρια:D/μ=kT/e
  • Γενικάμe>>μion
slide12
Φαινόμενο χιονοστιβάδας
  • Παρουσία Η.Π. → Επιτάχυνση 1ου ιοντισμού αερίου, αυξημένη ενέργεια των e που προκύπτουν →
  • 2ος ιοντισμός από τα e του 1ου→ το Η.Π. τον επιταχύνει και αυξάνει την ενέργεια των e →
  • συνεχίζεται μέχρι την δημιουργία μιας σταγόνας φορτίων, όπου λόγω της μτα e βρίσκονται στο μπροστινό μέρος και τα ιόντα προς την ουρά της χιονοστιβάδας
slide13
Ενίσχυση αερίου
  • Χρήση φαινομένου χιονοστιβάδας
  • α: # ζευγών ιον-e ανά

μήκος διαδρομής

dn: # παραγόμενων e σε μήκος dx

Τότε ορίζεται η ενίσχυση (gas gain):

slide14
Ωστόσο δεν είναι εφικτή η συνεχής ενίσχυση, καθώς στο όριο Raether συμβαίνει εκκένωση: αx~20 και Μ~ 108 αν και πρακτικά ~106
slide15
Επιδράσεις στην ανίχνευση φορτίου
  • Μηχανισμοί που εμποδίζουν την διατήρηση των ζευγών:
    • Επανασύνδεση (recombination) → απουσία Η.Π ελκτική δύναμη μεταξύ ιόντων και e
    • Σύνδεση (attachment)e από ηλεκτροαρνητικά άτομα και δημιουργία αρνητικών ιόντων. Έχουν πλήρη εξωτερική στιβάδα → απελευθερώνεται ενέργεια= ηλεκτρονιοφιλία.

Πιθανότητα σύνδεσης:

      • πολύ μεγάλη για Ο2
      • Σχεδόν ~0 για ιδανικά αέρια έχουν αρνητική ηλεκτρονιοφιλία
slide16
Εξέλιξη Ανιχνευτών Αερίου
  • 1η γενιά:

Θάλαμος ιονισμού, αναλογικόςαπαριθμητής, απαριθμητής Geiger- Müller

micromegas1
MICROMEGAS
  • Διαφορά στην δομή σε σχέση με τους προηγούμενους: αντί για καλώδια → πυκνό διχτυωτό χάλκινο πλέγμα, το οποίο το “μάτι” (βρόχος) ~μm
  • Ορίζει 2 διακεκριμένες περιοχές – 2 στάδια λειτουργίας
  • Αέριο μίγμα: Αr (95%)+ισοβουτάνιο (5%)
  • CAST: Ανίχνευση ακτίνων Χ
slide24
Δομικά στοιχεία
  • Ανω πλάκα: Ηλεκτρόδιο ολίσθισης- Κάθοδος
  • Περιοχή μετατροπής (conversion gap) ~mm: Φωτοηλεκτρικο φαινόμενο & 1ος ιονισμός

Ε~1-2keV/cm

  • Μικροπλέγμα,πάχους ~5μm, όπου εφαρμόζεται V<500V
  • Περιοχή ενίσχυσης (amplification gap) ~50-100μm:Ε~50 keV/cm, ζεύγη υπόκεινται στο φαινόμενο χιονοστιβάδας
  • Κάτω ηλεκτρόδιο ανόδου: χάλκινες λωρίδες 150μm x 200μm, γειωμένες μέσω
  • προενισχυτών υψηλής ενίσχυσης & χαμηλού εσωτερικού θορύβου
  • Σ’ένα απομονωμένο στρώμα από αρωματικό πολυμερές (kapton)
slide25
Πολυεπίπεδος ρόλος πλέγματος
  • Εφαρμογή V και χωρισμός θαλάμου σε 2 ασυμμετρικές περιοχές→ η π.ενισχυσης x20μεγαλύτερη ένταση Ε → οσο μεγαλύτερος ο λόγος, τοσο καλύτερη η μεταφορά e από την 1η περιοχή στην 2η.
  • Μικρή και έντονου πεδίου π.ενισχυσης → μειώνεται αρκετά το πλάτος της διάχυσης των e
  • Εμποδίζει τα ιόντα που δημιουργούνται στην 2η π. να εισέρθουν στην 1 και τα συλλέγει με μεγάλη απόδοση
slide27
Πλεονεκτήματα τεχνικής πλέγματος:
  • Γρήγορη απόκριση: μικρό μήκος διαδρομής ιόντων (~100 μm π.εν.) και ισχυρό πεδίο → γρήγορη συλλογή τους απ’την άνοδο
  • Οι μηχανικές ατέλειες αμελητέες ~κέρδος αερίου, σταθερό. Για d μήκος π.εν., B σταθερά του αερίου P πίεση και V τάση:
slide28
Ο συνδυασμός d και V είναι τέτοιος → maximum Μ, οποιεσδήποτε διαταραχές στον ενδιαμέσο χώρο (πχ πυκνότητας) αμελητέα επίδραση, μικρή περιοχή και πλάτος διάχυσης
  • Συνεχές πεδίο στην π.εν. → το σήμα οφείλεται εξίσου στα e και στα ιόντα, πιο ισχυρό
  • Εξαιρετικά καλή χωρική διακριτική ικανότητα, λόγω πολλών και μικρών λωρίδων ανόδου.
  • Ρυθμός απαρίθμησης ~106countsmm2s-1, λόγω πυκνής δομής πλέγματος και γρήγορης μετακίνησης ιόντων
slide30
Πρότυπο Cast
  • Cern Astronomical Solar Telescope
  • Ανίχνευση Αξιονίων
  • Αξιόνια → Ηλιακή προέλευση, διασπώνται σε φωτόνια στην φασματική περιοχή ακτίνων Χ
  • 3 ανιχνευτές ακτινων Χ: CCD, MICROMEGAS, TPC
slide31
Δομικά μέρη

Λωρίδες Χ-Υ ,

192 για κάθε διάσταση,

απέχουν ~350μm(pitch)

και pads Y ~100μm

Ενεργός περιοχή ~45cm2

(μέγεθος ανιχνευτή)

Περιοχή ενίσχυσης ~50μm

Περιοχή μετατροπής~25mm

Kάθοδος ολίσθησης:

Aluminized παράθυρο προπυλενίου~4μm

slide32

Zone A

Detector

P= 1 bar (Ar)

Zone B

In-between chamber

P = 10-2 mbar

Gate valve

A

B

C

Zone C

Tube

P = 10-6 mbar

P1

P2

Απεικόνιση:

4µm poly

4µm aluminized poly+ strongback

micromegas2
Επιλογή MICROMEGAS
  • Ευασθησία σε χαμηλοενεργειακές ακτίνες Χ(1-10keV)
  • Χαμηλό όριο ανίχνευσης (threshold)
  • Χαμηλό υπόβαθρο, μη ραδιενεργά υλικά
  • Απλή και εύκολα προσαρμόσιμη κατασκευή
slide34
Τομείς εφαρμογής:
  • Φυσική υψηλών ενεργειών: COMPASS, n_TOF (ανίχνευση νετρονίων), NA48, TESLA
  • Κοσμολογικού ενδιαφέροντος: CAST, HELLAZ
  • Ιατρικές εφαρμογές: απεικόνιση ακτίνων-Χ
  • Έχει δοκιμαστεί σε δέσμες π 10 GeV/cκαι μ 100 GeV/c
slide35
Βιβλιογραφία:
  • The MICROMEGAS detector
  • Theopisti Dafni, “The MICROMEGAS detector in CAST”, Large TPC workshop, Paris, December 2004
  • I. Yomataris et al., “A low background MICROMEGAS detector for the CAST experiment”, DAPNIA, Centre d’ etudes de Saclay, October 2005
  • G. Barouch, G. Charpak, I. Yomataris et al., “Development of a fast gaseous detector: MICROMEGAS”, CERN LHC/98-05-EET, August 1998
  • Y. Giomataris, Ph. Rebourgeard, J.P. Robert, G. Charpak, “MICROMEGAS: a high-granularity position sensitive gaseous detector for high particle-flux environments
  • www.physics.ntua.gr/~yorgos/detectorsΓιώργος Τσιπολίτης, Μάθημα Ανιχνευτικών και Επιταχυντικών Διατάξεων, Διαλέξεις 7 και 8
  • http://cast.web.cern.ch/CAST/CAST.html
ad