Επιταχυντές και Ανιχνευτές στην Πυρηνική και Σωµατιδιακή Φυσική

Σχετικά έγγραφα
Κ.Κορδάς Δ. Σαμψωνίδης. Ανιχνευτές : Μάθημα 5 Ανιχνευτές βασιμένοι στον ιονισμό αερίων και μέτρηση θέσης

Νέες εξελίξεις στους μικροανιχνευτές σωματιδίων με ευγενές αέριο: ο ανιχνευτής micromegas. Κωνσταντίνος Κουσουρής

the total number of electrons passing through the lamp.

3/6/2010. Γ. Τσιπολίτης

[1] P Q. Fig. 3.1

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 2β Μέτρηση ορμής σωματιδίου

EΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Ο ανιχνευτής «βλέπει» χιλιάδες τροχιές. Χριστίνα Κουρκουμέλη Παν/μιο Αθηνών

CMOS Technology for Computer Architects

First Sensor Quad APD Data Sheet Part Description QA TO Order #

Dong Liu State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics University of Science and Technology of China

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 1β Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

Current Status of PF SAXS beamlines. 07/23/2014 Nobutaka Shimizu

Capacitors - Capacitance, Charge and Potential Difference

Main source: "Discrete-time systems and computer control" by Α. ΣΚΟΔΡΑΣ ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 4 ΔΙΑΦΑΝΕΙΑ 1

dx A β δ: παράμετρος πυκνότητας, πόλωση του μέσου, ενέργεια πλάσματος τι περιμένουμε 1/ 2 πτώση Ένα ελάχιστο: minimum ionizing particle: MIP

Surface Mount Multilayer Chip Capacitors for Commodity Solutions

Instruction Execution Times

Transient Voltage Suppressor

H επεξεργασία πληροφορίας απαιτεί ανίχνευση πληροφορίας

(1) Describe the process by which mercury atoms become excited in a fluorescent tube (3)

Math 6 SL Probability Distributions Practice Test Mark Scheme

Μάθημα 18 Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

Πυρηνικές Αντιδράσεις

Thin Film Chip Resistors

Homework 8 Model Solution Section

レーザ結晶. Altechna 社. Laser Crystals. Ti:Sapphire crystals. High damage threshold Strong Kerr effect

Laboratory Studies on the Irradiation of Solid Ethane Analog Ices and Implications to Titan s Chemistry

レーザ結晶. Altechna 社. Laser Crystals. Ti:Sapphire crystals. High damage threshold Strong Kerr effect

What happens when two or more waves overlap in a certain region of space at the same time?

SMD Transient Voltage Suppressors

Œ.. ÉÊ Í± 1,.. Ö Õ²Ö 1,.. Šμ Î ±μ,.. Š Îʱ,.. ŠÊÎ ±,..Œμ Î,.. ³ μ,.. μ³êéμ,. A. Ìμ ± 1

Thi=Τ1. Thο=Τ2. Tci=Τ3. Tco=Τ4. Thm=Τ5. Tcm=Τ6

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

Phys460.nb Solution for the t-dependent Schrodinger s equation How did we find the solution? (not required)

Multilayer Ceramic Chip Capacitors

Metal thin film chip resistor networks

Right Rear Door. Let's now finish the door hinge saga with the right rear door

Σύγχρονο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης. Transition Electron Microscopy TEM

Tunable Diode Lasers. Turning Laser Diodes into Diode Lasers. Mode selection. Laser diodes

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 19/5/2007

Nitric oxide (NO) reactivity studies on mononuclear Iron(II) complexes supported by a tetradentate Schiff base Ligand

Ανιχνευτές Ακτινοβολιών

b. Use the parametrization from (a) to compute the area of S a as S a ds. Be sure to substitute for ds!

The Probabilistic Method - Probabilistic Techniques. Lecture 7: The Janson Inequality

Calculating the propagation delay of coaxial cable

2R2. 2 (L W H) [mm] Wire Wound SMD Power Inductor. Nominal Inductance Packing Tape & Reel. Design Code M ±20%

MARKET INTRODUCTION System integration

ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Μελέτη της χωρικής διακριτικής ικανότητας του ανιχνευτή Micromegas µε δέσµες σωµατιδίων. Κωνσταντίνου Κωνσταντίνος

Strain gauge and rosettes

Μειέηε, θαηαζθεπή θαη πξνζνκνίσζε ηεο ιεηηνπξγίαο κηθξήο αλεκνγελλήηξηαο αμνληθήο ξνήο ΓΗΠΛΩΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑΗΑ

Specification. code ±1.0 ±1.0 ±1.0 ±1.0 ±0.5 approx (g)

Multilayer Ceramic Chip Capacitors

No Item Code Description Series Reference (1) Meritek Series CRA Thick Film Chip Resistor AEC-Q200 Qualified Type

Technical Report. General Design Data of a Three Phase Induction Machine 90kW Squirrel Cage Rotor

ISM 868 MHz Ceramic Antenna Ground cleared under antenna, clearance area mm x 8.25 mm. Pulse Part Number: W3013

NKT NTC Thermistor. Negative Temperature Coefficient Thermistor FEATURES

Test Beam Analysis of Czochralski Silicon Strip Detector. John Kennedy, Alison Bates, Chris Parkes, Paula Collins, Juan Palacios & Doris Eckstein

Jesse Maassen and Mark Lundstrom Purdue University November 25, 2013

Group 30. Contents.

Multilayer Chip Inductor

Metal Oxide Varistors (MOV) Data Sheet

ZLW Series. Single-stage Monoblock Centrifugal Pump ZL PUMP GROUP.,LTD

ƒ Š ˆ ˆ ˆˆ. ƒ. Ê ÖÏμ a,.. Š Ê,.. Šμ²μ ÊÉμ a, ƒ..œ ÍÒ a,. ƒ. Œμ²μ± μ a,.. ± a a Ñ Ò É ÉÊÉ Ö ÒÌ ² μ, Ê

HOMEWORK 4 = G. In order to plot the stress versus the stretch we define a normalized stretch:

Solutions to the Schrodinger equation atomic orbitals. Ψ 1 s Ψ 2 s Ψ 2 px Ψ 2 py Ψ 2 pz

MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS

Resurvey of Possible Seismic Fissures in the Old-Edo River in Tokyo

6.4 Superposition of Linear Plane Progressive Waves

Υπολογιστική Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

SMBJ SERIES. SMBG Plastic-Encapsulate Diodes. Transient Voltage Suppressor Diodes. Peak pulse current I PPM A with a 10/1000us waveform See Next Table

RF series Ultra High Q & Low ESR capacitor series

CHAPTER 12: PERIMETER, AREA, CIRCUMFERENCE, AND 12.1 INTRODUCTION TO GEOMETRIC 12.2 PERIMETER: SQUARES, RECTANGLES,

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Approximation of distance between locations on earth given by latitude and longitude

ISM 900 MHz Ceramic Antenna Ground cleared under antenna, clearance area mm x 8.25 mm. Pulse Part Number: W3012

Bulletin 1489 UL489 Circuit Breakers

Reminders: linear functions

Three coupled amplitudes for the πη, K K and πη channels without data

D Alembert s Solution to the Wave Equation

Προσοµοίωση Ανιχνευτή MicroMeGaS - Ανάπτυξη κώδικα για τη δισδιάστατη απεικόνιση. της αρχής λειτουργίας του

1.575 GHz GPS Ceramic Chip Antenna Ground cleared under antenna, clearance area 4.00 x 4.25 mm / 6.25 mm. Pulse Part Number: W3011 / W3011A

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ 2 ΕΡΓΑΣΙΑ: Αναλογικός Ανιχνευτής ολίσθησης και Σύστημα λήψης δεδομένων CAMAC

Rating to Unit ma ma mw W C C. Unit Forward voltage Zener voltage. Condition

Higher Derivative Gravity Theories

Hadronic Tau Decays at BaBar

Οι απόψεις και τα συμπεράσματα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο, εκφράζουν τον συγγραφέα και δεν πρέπει να ερμηνευτεί ότι αντιπροσωπεύουν τις

Supporting Information

"Αξιολόγηση Φωτοπολλαπλασιαστών Πυριτίου (SiPMs) ως ανιχνευτές υβριδικών απεικονιστικών συστημάτων Πυρηνικής Ιατρικής"

Monolithic Crystal Filters (M.C.F.)

ΚΥΠΡΙΑΚΟΣ ΣΥΝΔΕΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY 21 ος ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Δεύτερος Γύρος - 30 Μαρτίου 2011

DETERMINATION OF DYNAMIC CHARACTERISTICS OF A 2DOF SYSTEM. by Zoran VARGA, Ms.C.E.

INDEX HOESUNG COIL PARTS

MAX4147ESD PART 14 SO TOP VIEW. Maxim Integrated Products 1 MAX4147 EVALUATION KIT AVAILABLE ; Rev 1; 11/96 V CC V EE OUT+ IN+ R t SENSE IN-

Data sheet Thick Film Chip Resistor 5% - RS Series 0201/0402/0603/0805/1206

ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΙΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΣΕ ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ.

k A = [k, k]( )[a 1, a 2 ] = [ka 1,ka 2 ] 4For the division of two intervals of confidence in R +

Lecture 21: Scattering and FGR

Bayesian statistics. DS GA 1002 Probability and Statistics for Data Science.

4 Way Reversing Valve

Transcript:

Επιταχυντές και Ανιχνευτές στην Πυρηνική και Σωµατιδιακή Φυσική Κ.Κορδάς Δ. Σαµψωνίδης Διαλεξη 7η Ανιχνευτές Αερίου

Εισαγωγή Βασική Αρχή των ανιχνευτών αερίων Αέριο σωµατίδιο Ολισθένοντα φορτία Λόγω ηλεκτρικού πεδίου Ανοδος [π.χ. σύρµα ή επίπεδο Πρωταρχικός ιονισµός Δευτερογενής ιονισµός (λόγω των δ-ηλεκτρονίων) 2

Εισαγωγή Παράµετροι των ανιχνευτών αερίου Ionization energy : Ei Average energy/ion pair : Wi Average number of primary ion pairs [per cm] : np Average number of ion pairs [per cm] : nt Differences due to δ-electrons δ-electrons lead to secondary ionization and limit spatial resolution; typical length scale of secondary ionization: 10 μm. Example: kinetic energy: Tkin = 1 kev; gas: Isobutane range: R = 20 μm... [using R [g/cm 2 ] = 0.71 (Tkin) 1.72 [MeV]; valid for Tkin < 100 kev] Gas <Z> ρ [g/cm 3 ] Ei [ev] Wi [ev] de/dx [kev/cm] np [cm -1 ] nt [cm -1 ] He 2 1.66 10 4 24.6 41 0.32 5.9 7.8 Ar 18 1.66 10 3 15.8 27 2.44 29.4 94 CH4 19 6.7 10 4 13.1 28 1.48 18 53 C4H10 34 2.42 10 3 10.6 23 4.50 46 195 3

Στατιστική ιονισµού Mean free path λ: He 0.25 cm Air 0.052 cm Xe 0.023 cm [ σi(he) 100 b] Κινητικότητα φορτίου: Επιρεάζει τη χρονική συµπεριφορά του ανιχνευτή Διάχυση: Επιρεάζει τη χωρική διακριτική ικανότητα Διαδικασία χιονοστιβάδας : Σηµαντική για τον παράγοντα ενίσχυσης. Επανασύνδεση και προσάρτηση ηλεκτρονίων: Προσµείξεις ηλεκτραρνητικών αερίων (O2, F, Cl...) επιρεάζει την απόδοση ανίχνευσης. 4

Κινητικότητα Ιόντων Χωρίς ηλεκτρικό πεδίο Σε αέριο N, v t ~500m/s λ : Mean free path (ιόντων) Δt = λ(ε kin )/v t = const. Since Εkin essentially thermal, and vtherm. Με ηλεκτρικό πεδίο Τα ιόντα επιταχύνονται µε επιτάχυνση α, Μέση ταχύτητα Drift velocity vd for ions proportional to E! μ+ : ion mobility e.g. μ+=0.61 cm 2 /Vs for C4H10 [E = 1 kv/cm; typical drift distances = few cm typical ion drift time = few ms] 5

Απώλειες ηλεκτρονίων Κάποια ηλεκτρόνια µπορεί να χαθούν κατα την ολίσθηση... i. Eπανασύνδεση ιόντων και ηλεκτρονίων Εξαρτάται από τον αριθµό των φορέων φορτίου και τον συντελεστή επανασύνδεσης Σε γενικές γραµµές δεν είναι σηµαντικό... Recombination rate: Λ = p r n + n Recombination coefficient 10-7 cm 3 /s ii. Προσάρτηση ηλεκτρονίων Ηλεκτρο-αρνητικά αέρια δεσµεύει ηλεκτρόνια, π.χ.: O2, Freon, Cl2, SF6 Ισχυρή ενεργειακή εξάρτηση του συντελεστή προσάρτησης h ("Ramsauer effect")... Π.χ. O2: h = 10-4 Συγκρούσεις των ηλεκτρονίων ανά δευτερόλεπτο: 10 11 Τυπικός χρόνος ολίσθησης ηλεκτρονίων: 10-6 s Fraction lost: Xloss = 10-4 10 11 s -1 10-6 s p = 10p Xloss < 1% p < 10-3, i.e. less than 1 admixture Oxygen should be kept out 6

Κινητικότητα Ηλεκτρονίων Η ενεργός διατοµή συγκρούσεων εξαρτάται ισχυρά από το την Ε κιν των ηλεκτρονίων. Τυπικές ταχ. ολίσθησης: ηλεκτρονίων ~cm/µs για 1keV/cm (10.000 ταχύτερα των ιόντων) 7

Drift and Diffusion in Gases Drift velocity of electrons in several gases at normal conditions Use gas mixture to obtain constant vd Important for applications using drift time to get spatial information E-Field/pressure 8

Drift and Diffusion in Gases Drift velocity vd Drift velocity vd E-Field/pressure E-Field/pressure Drift velocity in several argon-methane (CH4) mixtures 9

Θάλαµος ιονισµού 10

Θάλαµος ιονισµού 11

Θάλαµος ιονισµού ΙΙ 12

Αναλογικός απαριθµιτής 13

Αναλογικός απαριθµιτής 14

Single Wire Proportional Counter d e a b c Xρονική ανάπτυξη χιονοστιβάδας στον αναλογικό ανιχνευτή Ενα πρωταρχικό ηλεκτρόνιο κατευθείνεται προς την άνοδο σε περιοχή όπου αυξάνει το ηλεκτρικό πεδίο και προκαλεί συγκρούσεις ιονισµού. Λόγω της διάχυσης αναπτύσεται µια χιονοστιβάδα ως σταγώνα που περιβάλλει το σίρµα. 15

Δηµιουργία σήµατος Θα πρέπει R e >>R I C e >>C α 16

Σήµα στον αναλογικό απαριθµιτή 17

Αναλογικός Απαριθµιτής ενός σίρµατος Ionization mode: full charge collection no multiplication; gain 1 Proportional mode: multiplication of ionization signal proportional to ionization measurement of de/dx secondary avalanches need quenching; gain 10 4 10 5 Limited proportional mode: [saturated, streamer] strong photoemission requires strong quenchers or pulsed HV; gain 10 10 Geiger mode: massive photoemission; full length of the anode wire affected; discharge stopped by HV cut 18

Πολυσυρµατικός Αναλογικό Απαριθµιτής Multi-wire Proportional Chamber (MWPC) 19

Multi-Wire Proportional Chamber (MWPC) G.Charpak Nobel Prize 1992 Guard strip MWPC construction details from Charpak's nobel lecture [1967 design] Sense wires [ = 20 μm] separated by 2 mm; wires lie between two cathode meshes; edges of the planes are potted in Araldite... 20

Multi-Wire Proportional Chamber (MWPC) Schematic setup: cathode plane d L rw anode wire Parameters: Features: d = 2-4 mm Tracking of charged particles rw = 20-25 μm Some PID capabilities via de/dx particle track L = 3-6 mm Large area coverage U0 = several kv High rate capabilities 21

Multi-Wire Proportional Chamber (MWPC) Electric field lines and equipotentials tt tt tt tt a 3 a L 12 L Displacement effect Small wire displacements reduce field quality... Need high mechanical precision both for geometry and wire tension... near wire: radial field far away: homogeneous field [electrostatics and gravitation; wire sag] 22

Multi-Wire Proportional Chamber (MWPC) Signal generation: Electrons drift to closest wire Gas amplification near wire avalanche Signal generation due to electrons and slow ions... Timing resolution: Depends on location of penetration For fast response: OR of all channels... [Typical: σt = 10 ns] Space point resolution: main contribution Only information about closest wire σx = d/ 12 [Not very precise and only one for one dimension...] 2 dim.: use 2 MWPCs with different orientation... 3 dim.: several layers of such X-Y-MWPC combinations. Possible improvement: segmented cathode... Single OR 100 ns 10 ns 23

Θάλαµος ολίσθισης (Drift chamber) 24

Θάλαµος ολίσθισης (Drift chamber) Cathode strip Charged particle Cathode signals Cathode signal distribution Anode wire Anode signal Center of gravity determined with σy = 50-300 μm 25

TPC (Time Projection Chamber) 26

Micro-strip Gas Counters (MSGC) 27

28 Micro Pattern Gas Detectors Detection of electron signal from MPGD: no signal broadening by induction short & narrow signals If signal collected on one pad No centre-of-gravity Possible Solutions Smaller pads Replace pads by bump bonds of pixel readout chips Capacitive or resistive coupling of adjacent pads

29 Time Projection Chamber New concept for gas amplification at the end flanges: Replace proportional wires with Micro Pattern Gas Detectors Wires GEM or Micromegas - Finer dimensions - Two-dimensional symmetry (no E B effects) - Only fast electron signal - Intrinsic ion feedback suppression GEM

GEM 30

31 Gas Electron Multiplier (GEM) (F. Sauli 1996) 50 mm capton foil, double sided copper coated 75 mm holes, 140 mm pitch GEM voltages up to 500 V yield 10 4 gas amplification For TPC use GEM towers for safe operation, e.g. COMPASS 140 µm Ø 75 µm

Micromegas (Y. Giomataris 1996) Asymmetric parallel plate chamber with micromesh Saturation of Townsend coefficient mild dependence of amplification on gap variations Ion feedback suppression 50 mm pitch 32

MICro MEsh GAseous Structure (MICROMEGAS) Micromesh Gaseous Chamber: a micromesh supported by 50-100 mm insulating pillars Multiplication (up to 10 5 or more) takes place between the anode and the mesh and the charge is collected on the anode (one stage) Small gap: fast collection of ions Y. Giomataris et al, NIM A376(1996)29 33

MICROMEGAS time resolution (single photons) Single photon pulse height distribution (Polya) CsI coated mesh Single Photon Time Resolution: Excellent S/N performance: Physical time jitters for UV photons à electron diffusion in the gas and noise. 34 Μicromegas Time Resolution : σ ~ 700 ps J. Derre et al., NIM A449 (2000) 314

MICROMEGAS as TPC The time information for each channel is extracted from the peak time of the ADC spectra. The strip with the earliest arrival time is taken as reference. A time resolution of ~1 ns results in space points with a resolution along the drift direction of ~50 µm 35 T. Alexopoulos et al, NIM A617 (2010) 161

MICROMEGAS + Timepix CMOS Pixel Chip InGrid: integrate Micromegas & pixel chip by Si-wafer post-processing technology Grid robustness & Gap/Hole accuracy Deposit 50 µm SU(8) 0.8 µm Al grid UV Exposure Pattern Al Development of SU8 photoresist Ingrid + Silicon Protection Layer: Apply Si3N4 (high resistivity layer 3-20 µm) InGrid Detector: for discharge quench & SPARK PROTECTION before InGrid production SiProt Layer 36 M. Chefdeville et al, NIMA556(2006) 490

Resistive Plate Chambers HV: 7-12 KV Signal : ~300mV (µεγάλο) Πολύ καλή χρονική ακρίβεια Μεγάλο νεκρό χρόνο ΑΛΛΑ εντοπισµένο χωρικά στην περιοχή του σήµατος Ο υπόλοιπος θάλαµος ειναι ενεργός. 37