Ανάπτυξη προγράμματος σε Java για τον γρήγορο υπολογισμό χωρητικοτήτων σε ανιχνευτές πυριτίου
για την αναβάθμιση του ανιχνευτή τροχιών του
πειράματος C.M.S. στο Super L.Η.C.

Ασσιούρας, Παναγιώτης; Assiouras, Panagiotis

dc.contributor.author	Ασσιούρας, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Assiouras, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2015-05-08T11:13:26Z
dc.date.available	2015-05-08T11:13:26Z
dc.date.issued	2015-05-08
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40735
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8803
dc.rights	Default License
dc.subject	Ανιχνευτές σωματιδίων	el
dc.subject	Ανιχνευτές πυριτίου	el
dc.subject	Ανιχνευτής τροχιών	el
dc.subject	Αναβάθμιση C.M.S	el
dc.subject	Υπολογισμός χωρητικοτήτων	el
dc.subject	Πρόγραμμα σε Java	el
dc.subject	Αριθμητική επίλυση	el
dc.subject	Particle detectors	en
dc.subject	Silicon detectors	en
dc.subject	Tracker detector	en
dc.subject	Capacitance calculation	en
dc.subject	Programm in Java	en
dc.subject	C.M.S. upgrade	el
dc.subject	Super L.H.C	en
dc.title	Ανάπτυξη προγράμματος σε Java για τον γρήγορο υπολογισμό χωρητικοτήτων σε ανιχνευτές πυριτίου για την αναβάθμιση του ανιχνευτή τροχιών του πειράματος C.M.S. στο Super L.Η.C.	el
dc.title	Program development in Java for the fast calculation of capacitances in silicon detectors for the upgrade of the tracker detector of the C.M.S. experiment in Super L.H.C.	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πειραματική φυσική υψηλών ενεργειών	el
heal.classification	Experimental high energy physics	en
heal.classification	Ανιχνευτές σωματιδίων	el
heal.classification	Particle detectors	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-02-27
heal.abstract	Οι ανιχνευτές πυριτίου χρησιμοποιούνται στη Φυσική υψηλών ενεργειών για ανί- χνευση σωματιδίων με υψηλή διακριτική ικανότητα όπως ο ανιχνευτής τροχιών του CMS ( Compact Muon Solenoid) στο CERN ο οποίος αποτελείται αποκλειστικά από ανιχνευτές πυριτίου. Οι ανιχνευτές αυτοί σχεδιάζονται σε διάφορους τύπους ανάλογα με την λειτουργία που προορίζονται. Δύο βασικοί τύπου ανιχνευτών πυριτίου είναι οι ανιχνευτές μικρο-πλακιδίων(pixel) και μικρο-λωρίδων(strip). Στη παρούσα διπλωματική αναλύουμε μια αριθμητική μέθοδο για την επίλυση της εξίσωσης Laplace για το δυναμικό σε ανιχνευτές με επίπεδη γεωμετρία όπως έναν ανι- χνευτή πυριτίου τύπου μικρο-πλακιδίων (pixel) ή μικρο-λωρίδων (strip). Η αριθμητική μέθοδος αναπτύχθηκε στον Δημόκριτο και περιγράφεται αναλυτικά στις αναφορές [1] , [2].Με τη μέθοδο αυτή γίνεται αριθμητική εκτίμηση του ηλεκτρικού πεδίου ανάλογα με την γεωμετρία μέσα στον όγκο ενός πλήρους απογυμνωμένου ανιχνευτή. Επίσης μέσω της μεθόδου αυτής υπολογίζονται οι χωρητικότητες που αναπτύσσονται μεταξύ των διόδων και μεταξύ των διόδων και του πίσω επιπέδου. Οι χωρητικότητες αυ- τές είναι πολύ σημαντικές στον σχεδιασμό των ανιχνευτών καθώς σχετίζονται με το θόρυβο και τα φαινόμενα crosstalk ανάμεσα στα pixel ή τα strip. Η γνώση των χωρη- τικοτήτων ανάλογα με τη γεωμετρία είναι πολύ χρήσιμη για το βέλτιστο σχεδιασμό του ανιχνευτή καθώς και των εξωτερικών ηλεκτρονικών. Βασιζόμενοι στην παραπάνω αριθμητική μέθοδο υλοποιήσαμε ένα πρόγραμμα σε Java για τον γρήγορο υπολογισμό χωρητικοτήτων σε ανιχνευτές πυριτίου. Το πρόγραμ- μα αυτό υλοποιήθηκε στο Ε.Κ.Ε.Φ.Ε Δημόκριτος (Ινστιτούτο Πυρηνικής και Σωματι- διακής Φυσικής) για την αναβάθμιση του ανιχνευτή τροχιών του πειράματος CMS στο Super L.H.C. Στο πρώτο κεφάλαιο εξετάζουμε τους τρόπους αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας και ύλης καθώς και μερικά βασικά στοιχεία της θεωρίας ανιχνευτών. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται εκτενέστερη αναφορά στους ανιχνευτές πυριτίου οι οποίοι αποτελούν και αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Εξετάζουμε τον τρόπο λειτουργίας τους και κατασκευής τους καθώς και τους τύπους των θορύ- βων που υπεισέρχονται στις μετρήσεις με το συγκεκριμένο τύπου ανιχνευτή. Επίσης εξετάζουμε τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι ανιχνευτές αυτοί σε πειράματα της φυσικής υψηλών ενεργειών όπως στον ανιχνευτή τροχιών του C.M.S. και αναφέρουμε τις αναβαθμίσεις που θα λάβουν χώρα τα επόμενα χρόνια, ώστε να είναι δυνατή η ικανοποιητική λειτουργία του ανιχνευτή τροχιών του C.M.S στις αυξημένες απαιτήσεις του Super L.H.C. Στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζουμε τον αλγόριθμο του γρήγορου μετασχηματισμού Fourier καθώς αποτελεί ένα σημαντικό κομμάτι του προγράμματος και της μεθόδου με τα οποία γίνονται οι υπολογισμοί των χωρητικοτήτων. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζουμε την αριθμητική μέθοδο για την επίλυση της εξί- σωσης Laplace για την εκτίμηση του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στον όγκο του ανιχνευτή και τον τρόπο με τον οποίο γίνεται ο υπολογισμός της συνολικής χωρητικότητας , της χωρητικότητας σε σχέση με τα γειτονικά pixel ή strip και της χωρητικότητας σε σχέση με το πίσω επίπεδο του ανιχνευτή. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση του προγράμματος που δημιουργήσαμε καθώς και τού τρόπου λειτουργίας του. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε αναλυτικά αποτελέσματα τα οποία προέκυψαν από την αριθμητική μέθοδο για διάφορες γεωμετρίες pixel και strip. Οι γεωμετρίες αυτές αντιστοιχούν στις αναλογίες διαστάσεων που έχουν επιλεχθεί ως οι πιο πιθανές για την αναβάθμιση στη φάση 2 του ανιχνευτή τροχιών του CMS η οποία αναμένεται να ολοκληρωθεί στα τέλη 2024. Τέλος στο παράρτημα παραθέτουμε αναλυτικά τον κώδικα του προγράμματος σε Java.	el
heal.abstract	The silicon detectors are used in high energy physics for detecting particles with high resolution. For example the tracker of the CMS (Compact Muon Solenoid) experiment at CERN, consists exclusively of silicon detectors. These detectors are designed into various types depending on the operation intended. Two common types of silicon detectors that have been used are micro-pixel detectors (pixel) and micro-strip (strip). In this thesis we analyze a numerical method for solving the Laplace equation for the potential in detectors with planar geometry as a pixel or strip silicon detector. A more anlytical description on this method can be found in the bibliography [1] [2] . This method is based on a numerical estimation of the electric field in a fully depleted detector wich dependes on the geometry of the detector. Also by this method the capacitances between the diodes as well as the capacitances between the diodes and the backplane are calculated. The capacitances are very important for the design of the detectors as they are related to noise effects as well as crosstalk phenomena between the neiboring pixel or strip. The knowledge of the capacitances depending on the geometry can be very useful for the optimal design of the detector and of the readout electronics. Based on the above numerical method we have implemented a program in Java for fast calculation of capacitances in silicon detectors. This program was implemented in NCSR Demokritos (Nuclear and Particle Physics Institute) for the upgrade of the CMS tracker for the Super LHC. In the first chapter we examine how radiation interact with matter and some basics principles of detectors’ theory. The second chapter elaborates on silicon detectors which are subject of this thesis. We analyze the way they operate and their construction as well as the types of noise involved in measurements with the probe type specific. Also we analyze the operation of these detectors in experiments of high energy physics such as the CMS experiment. Also a brief analysis of the basic aspects of the CMS tracker upgrade is made In the third chapter we examine the algorithm of fast Fourier transform. This algorithm is important for the numerical estimation by which the calculations of capacitancies are made as well as the implementation of the programm In the fourth chapter we examine the numerical method for solving the Laplace equation so we can estimate the electric field within the volume of the detector and the method in which the calculation of the total capacity, the capacity in respect to the neighboring pixel or strip and the capacity with respect to the backplane is made The fifth chapter is a presentation of the program that has been implemented for the fast calculation of the capacitances The sixth chapter presents analytic results obtained from the numerical method for different geometries both for pixel and strip type.The geometries from wich the estimations have been made correspond to the aspect ratio that has been considered as the most possible for the phase 2 CMS tracker upgrade that is expected to end in 2024. Finally in the appendix there is an anlytical description of the java code that implements the pragramm.	en
heal.advisorName	Λουκάς, Δημήτρης	el
heal.advisorName	Αλεξόπουλος, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Λουκάς, Δημήτρης	el
heal.committeeMemberName	Αλεξόπουλος, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Μαλτέζος, Σταύρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	159 σ.
heal.fullTextAvailability	true