WikiDer > Детектор MicroMegas

MicroMegas detector

Детектор «Микромегаз» (Micro-MEsh Gaseous Structure) представляет собой газообразный детектор частиц исходящий от развития проволочная камера. Изобретен в 1992 г.[1] к Жорж Чарпак и Иоанниса Джоматариса, детекторы Micromegas используются в основном в экспериментальной физике, в частности в физика элементарных частиц, ядерная физика и астрофизика для обнаружения ионизирующий частицы.

Детектор Micromegas в работе на спектрометре COMPASS

Micromegas - это световые детекторы, позволяющие минимизировать возмущение падающей частицы. Благодаря небольшому зазору усиления они имеют быстрые сигналы порядка 100 наносекунды. Они являются разновидностью газовый детектор с микрорельефом с пространственным разрешением ниже ста микрометры.[2] В настоящее время использование технологии Micromegas расширяется в различных областях экспериментальной физики.

Принцип работы

Принцип работы детектора Micromegas.

А детектор частиц используется для обнаружения проходящего частица и получить такую ​​информацию, как позиция, время прибытия и импульс. В экспериментальной физике частица обычно исходит из ускоритель частиц но он также может исходить из космоса (космический луч) или из ядерный реактор.

Детектор Micromegas обнаруживает частицы за счет усиления обвинения которые были созданы ионизация в газ объем. В детекторе Micromegas это газ объем разделен на две части металлической микросеткой («Micromesh» на схеме), расположенной между 25 мкм и 150 мкм считывания. электрод (Полоски на схеме). Микро-сетка является ключевым элементом, так как в то же время она позволяет прирост из 104 и быстрый сигнал 100 нс.

Ионизация и усиление заряда

При прохождении через детектор частица будет ионизировать атомы газа, подтягивая электрон, создавая электрон/ион пара (1). Когда нет электрическое поле применяется, ион/электрон пара рекомбинирует, и ничего не происходит. Но здесь, в электрическое поле порядка 400 В / см электрон будет дрейфовать (2) к усилителю (сетке), а ион - к катод. Когда электрон приближается к сетке (3), он попадает в сильное электрическое поле (обычно порядка 40 кВ / см в зазоре усиления). Ускоренный этим полем, электрон достигает энергии, достаточной для производства ион/электрон пары, которые также будут ионизировать газ, создавая пары; это лавинный эффект (4). Таким образом, несколько тысяч пар создаются из сотен первичных зарядов, которые возникают в результате взаимодействия с падающей частицей. Чтобы получить значимый сигнал, необходимо умножить первичные заряды. Наконец, мы считываем электронный сигнал на считывающем электроде (5) с помощью усилитель заряда. Считывающий электрод обычно сегментируется на полосы и / или пиксели, чтобы определить положение падающей частицы в детекторе. Амплитуда и форма сигнала, считываемого электроникой на считывающем электроде, дают информацию о времени и энергии частицы.

Аналоговый сигнал Micromegas

Сигнал, индуцированный на считывающем электроде детектора Micromegas (моделирование). Синяя кривая показывает часть сигнала, индуцированного электронами, а красная - ионами.

В сигнал является индуцированный перемещением зарядов между микросеткой и считывающим электродом (этот объем называется зазором усиления). 100 наносекунды сигнал состоит из электронного пика (синий) и ионного хвоста (красный). Поскольку электрон мобильность в газе более чем в 1000 раз быстрее, чем ион мобильность, электронная сигнал намного короче (менее 3 нс), чем ионный. Поэтому его используют для точного измерения времени. Ионный сигнал несет более половины сигнала и используется для восстановления энергия частицы.

История

Первая концепция детектора адронной слепоты

В 1991 г. для улучшения обнаружения адроны в эксперименте "Адронный слепой детектор",[3] И. Джоматарис и Г. Чарпак уменьшил усилительный зазор детектора с параллельными пластинами (тип искровая камера), чтобы ускорить сигнал. Прототип усилительного зазора 1 мм был построен для эксперимента HDB, но прирост не было достаточно однородным для использования в эксперименте. Миллиметровый зазор недостаточно контролировался и создавал большие прирост Тем не менее, преимущества уменьшения зазора усиления были продемонстрированы, и концепция газовой структуры Micro-Mesh или Micromegas родилась в октябре 1992 г., незадолго до объявления Нобелевская премия отнесение к Жорж Чарпак за изобретение проволочные камеры. Жорж Чарпак Раньше говорили, что этот детектор и некоторые другие новые концепции, принадлежащие к семейству газовых детекторов с микроструктурой (MPGD), произведут революцию в ядерной физике и физике элементарных частиц, как и его детектор.[4]

Исследования и разработки в области технологии Micromegas

Начиная с 1992 г. CEA Saclay и ЦЕРН, технология Micromegas была разработана для создания более стабильных, надежных, точных и быстрых детекторов. В 2001 году двенадцать больших детекторов Micromegas размером 40 х 40 см.2 были впервые использованы в крупномасштабном эксперименте на КОМПАС расположенный на Супер протонный синхротрон ускоритель на ЦЕРН. С 2002 года они регистрировали миллионы различных частиц в секунду и продолжают работать до сих пор.

Другой пример развития детекторов Micromegas - изобретение «объемной» технологии. «Объемная» технология заключается в интеграции микросети с печатной платой (на которой расположены считывающие электроды) для создания монолитный детектор. Такой детектор очень прочен и может быть произведен в рамках промышленного процесса (успешная попытка была проведена с 3 млн фирма в 2006 году[5]) разрешая общедоступные приложения. Например, изменив микросетку, чтобы сделать ее светочувствительной к УФ света, Микромегаз можно использовать для предотвращения лесных пожаров.[6] Концепция фоточувствительной Micromegas в дальнейшем используется для разработки Micromegas для приложений с быстрой синхронизацией. PICOSEC-Micromegas использует Черенковский радиатор и фотокатод перед газовым объемом и временное разрешение 24 пс измеряется с MIP.[7]

Один из первых экспериментов с детекторами Micromegas: КОМПАС. На этом снимке 2001 года мы видим Жоржа Чарпака и команду COMPASS Saclay перед большими камерами Micromegas.

Детекторы микромегаз в экспериментальной физике

Детекторы Micromegas сейчас используются в нескольких экспериментах:

Детектор микромегаз будет использоваться с ATLAS экспериментв рамках модернизации своего будущего мюонного спектрометра.[9]

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Giomataris, Y .; Rebourgeard, Ph .; Robert, J.P .; Чарпак, Г. (1996). «МИКРОМЕГАЗ: позиционно-чувствительный газовый детектор с высокой степенью детализации для сред с высоким потоком частиц». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 376 (1): 29–35. Bibcode:1996NIMPA.376 ... 29G. Дои:10.1016/0168-9002(96)00175-1.
  2. ^ J.P. Cussonneau et al. / Nucl. Instr. и Meth. в Phys. Res. А 419 (1998) 452–459
  3. ^ Адронный слепой детектор (HBD): автор: ref: I. Giomataris, G. Чарпак, НИМ А310 (1991) 589
  4. ^ «Жорж Чарпак - настоящий человек науки - Курьер ЦЕРН».
  5. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2011-09-27. Получено 2011-06-13.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  6. ^ «FORFIRE: Micromegas в борьбе с лесными пожарами». Получено 5 октября, 2020.
  7. ^ «PICOSEC: синхронизация заряженных частиц с точностью до 25 пикосекунд с детектором на основе Micromegas». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. A903: 317–325. 2018. Дои:10.1016 / j.nima.2018.04.033.
  8. ^ ESS nBLM: Мониторы потерь луча на основе быстрого обнаружения нейтронов. Семинар ICFA Advanced Beam Dynamics (61-й). 2018.
  9. ^ коллаборация ATLAS (2013). Отчет о техническом проектировании нового малого колеса. Отчет о техническом проектировании ATLAS.