Детектор МикроМегас
Детектор MicroMegas ( Micro - Mesh структура Ga seous S tructure) представляет собой детектор газовых частиц и усовершенствованную версию проволочной камеры . Изобретён в 1996 году Жоржем Шарпаком и Иоаннисом Джоматарисом. [1] Детекторы микромега в основном используются в экспериментальной физике, в частности в физике элементарных частиц , ядерной физике и астрофизике для обнаружения ионизирующих частиц.
Детекторы Micromegas используются для обнаружения проходящих заряженных частиц и получения таких свойств, как положение , время прибытия и импульс . Преимущество технологии Micromegas – высокий коэффициент усиления 10 4 при работе с небольшим временем отклика порядка 100 нс. Это реализуется путем разделения газовой камеры микроскопической сеткой, что делает детектор Micromegas микроструктурным газовым детектором . Чтобы свести к минимуму возмущение, оказываемое на падающую частицу, толщина детектора составляет всего несколько миллиметров. [2]
Принцип работы
[ редактировать ]
Ионизация и усиление заряда
[ редактировать ]Проходя через детектор, частица ионизирует газ, в результате чего образуется пара электрон/ион. Благодаря электрическому полю порядка 400 В/см пара не рекомбинирует, и электрон дрейфует к электроду усиления (сетке), а ион – к катоду . Вблизи сетки электрон ускоряется интенсивным электрическим полем, обычно порядка 40 кВ/см в зазоре усиления. Это создает больше пар электронов/ионов, что приводит к лавине электронов ab . Выигрыш порядка 10 4 создает достаточно сильный сигнал, который может быть считан соответствующим электродом. Считывающий электрод обычно сегментируется на полоски и пиксели, чтобы восстановить положение падающей частицы. Амплитуда и форма сигнала позволяют получить информацию о времени падения и энергии падающей частицы.
Аналоговый сигнал Micromegas
[ редактировать ]
Сигнал индуцируется движением зарядов в объеме между микросеткой и считывающим электродом, называемом зазором усиления. Сигнал длительностью 100 нс состоит из электронного пика (синий) и ионного хвоста (красный). электронов Поскольку подвижность в газе более чем в 1000 раз превышает подвижность ионов, их сигнал регистрируется значительно быстрее, чем ионный сигнал. Электронный сигнал позволяет точно измерить время падения, а ионный сигнал необходим для восстановления энергии частицы.
История
[ редактировать ]Первая концепция слепого адронного детектора
[ редактировать ]В 1991 году для улучшения обнаружения адронов в эксперименте «Слепой детектор адронов» [3] И. Гиоматарис и Г. Чарпак уменьшили зазор усиления искровой камеры с параллельными пластинами , чтобы сократить время срабатывания. Для эксперимента HDB был построен прототип с зазором усиления 1 мм, но усиление не было достаточно равномерным для использования в эксперименте. Миллиметровый зазор не контролировался достаточно и создавал большие колебания усиления. Тем не менее, преимущества уменьшения разрыва в усилении были продемонстрированы, и концепция Micromegas родилась в октябре 1992 года, незадолго до объявления о присвоении Нобелевской премии Жоржу Шарпаку за изобретение проволочных камер . Жорж Шарпак обычно говорил, что этот детектор и некоторые другие новые концепции, принадлежащие к семейству газовых детекторов микроструктур (MPGD), произведут революцию в физике ядра и элементарных частиц, как это сделал его детектор. [4]
Технологические исследования и разработки Micromegas
[ редактировать ]Начиная с 1992 года в CEA Saclay и CERN технология Micromegas разрабатывалась для обеспечения 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 в COMPASS, расположенном на суперпротонном синхротронном ускорителе в ЦЕРН.
Еще одним примером развития детекторов Micromegas является изобретение «объемной» технологии. «Объемная» технология заключается в объединении микросетки с печатной платой, несущей считывающие электроды, с целью создания монолитного детектора. Такой детектор очень надежен и может быть изготовлен промышленным способом (успешная реализация была продемонстрирована компанией 3M в 2006 году). [5] ) разрешение общедоступных приложений. Например, модифицировав микросетку, сделав ее светочувствительной к ультрафиолетовому излучению, детекторы Micromegas можно использовать для обнаружения лесных пожаров. [6] Светочувствительный Micromegas также используется для задач быстрого измерения времени. В PICOSEC-Micromegas используется черенковский излучатель и фотокатод перед газообразным объемом, а временное разрешение 24 пс измеряется с минимальным количеством ионизирующих частиц . [7]
Детекторы микромега в экспериментальной физике
[ редактировать ]Детекторы Micromegas используются в нескольких экспериментах:
- Адронная физика: COMPASS, NA48 и проекты ILC- TPC и CLAS12 в J-lab находятся в стадии активного изучения.
- Физика элементарных частиц: T2K, CAST , HELAZ, IAXO.
- Нейтронная физика: nTOF, ESS nBLM [8]
Детектор Микромегас будет использоваться в эксперименте ATLAS в рамках модернизации запланированного мюонного спектрометра. [9]
См. также
[ редактировать ]Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ Гиоматарис, Ю.; Ребургер, доктор философии; Роберт, JP; Чарпак, Г. (1996). «МИКРОМЕГАЗ: позиционно-чувствительный газовый детектор с высокой степенью детализации для сред с высоким потоком частиц» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 376 (1): 29–35. Бибкод : 1996NIMPA.376...29G . дои : 10.1016/0168-9002(96)00175-1 .
- ^ JP Cussonneau et al./Nucl. Инстр. и Мет. по физ. Рез. А 419 (1998) 452—459
- ^ Слепой адронный детектор (HBD): автор: ссылка: И. Гиоматарис, Г. Чарпак, NIM A310(1991)589
- ^ «Жорж Шарпак – настоящий человек науки – Курьер ЦЕРН» . 30 ноября 2010 г.
- ^ «Группа разработки детекторов газа с микроструктурой в Университете Пердью» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 г. Проверено 13 июня 2011 г.
- ^ «FORFIRE: Микромегас в борьбе с лесными пожарами» . Проверено 5 октября 2020 г.
- ^ Бортфельдт, Дж.; и др. (2018). «PICOSEC: определение времени заряженных частиц с точностью менее 25 пикосекунд с помощью детектора на базе Micromegas» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . А903 : 317–325. arXiv : 1712.05256 . Бибкод : 2018NIMPA.903..317B . дои : 10.1016/j.nima.2018.04.033 .
- ^ Папаевангелу, Томас; и др. (2018). «ESS nBLM: Мониторы потерь луча на основе обнаружения быстрых нейтронов» . Материалы 61-го семинара ICFA по перспективной динамике пучков адронных пучков высокой интенсивности и яркости . ХБ2018. doi : 10.18429/JACoW-HB2018-THA1WE04 .
- ^ Коллаборация ATLAS (2013). Отчет о техническом проектировании нового малого колеса . Отчет о техническом проекте ATLAS.