Μελέτη Ανιχνευτή MicroMEGAS

Abstract

H παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο πλαίσιο της ολοκλήρωσης των προπτυχιακών σπουδών της σχολής Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Πραγματεύεται την \textit{ανάλυση δεδομένων, την κατασκευή, την προσομοίωση και την μελέτη του ανιχνευτή MicroMEGAS(Micro MEsh GAseous Structure) με πηγή ακτίνων x, σωματιδίων α και δέσμη αρνητικών πιονίων.

Ο ανιχνευτής MicroMEGAS είναι από τους πλέον διάσημους ανιχνευτές τόσο σε ερευνητικό επίπεδο όσο και σε εφαρμογές. Χαρακτηριστικό παράδειγμα εφαρμογής αποτελεί η προσπάθεια χρησιμοποίησης του εν λόγω ανιχνευτή σε ραδιογραφίες, βελτιώνοντας την διακριτική ικανότητα των σημερινών διατάξεων. Σε ερευνητικό επίπεδο ο ανιχνευτής MicroMEGAS έχει ήδη γίνει αποδεκτός για την αναβάθμιση του ανιχνευτή ATLAS το 2015 και χρησιμοποιείται στο φασματόμετρο του πειράματος COMPASS.

Η εργασία αυτή, εκπονήθηκε σε δύο στάδια: Το πρώτο έλαβε χώρα στο εργαστήριο πειραματικής φυσικής υψηλών ενεργειών, του τομέα Φυσικής στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Εκεί μελετήθηκαν 3 ανιχνευτές standard MicroMEGAS με πηγή ακτίνων x και α καθώς ένας resistive ο οποίος ήταν εφοδιασμένος με μια επίστρωση γραφίτη η οποία αντικαθιστούσε τα "standard" resistive strips. Υλοποιήθηκε η κατασκευή ενός θαλάμου ο οποίος σχεδιάστηκε έτσι ώστε να δύναται να φιλοξενήσει 3 από τους ανιχνευτές του εργαστηρίου. Έγιναν επίσης κάποιες πρωταρχικές μελέτες που αφορούν στην επίδραση της θερμοκρασίας στις επιδόσεις του ανιχνευτή. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις που αφορούν στην επίδραση ενός βραχυκυκλωμένου strip με το μικροπλέγμα του ανιχνευτή. Αυτές υλοποιήθηκαν με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων κάνοντας χρήση των πακέτων Ansoft Maxwell, Comsol MultiPhysics και Ansys WorkBench.

Το δεύτερο στάδιο έλαβε χώρα στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών(CERN), στην RD51 Collaboration όπου μελετήθηκε το τελευταίο τηλεσκόπιο της διεθνούς αυτής συνεργασίας. Εκεί έγιναν μελέτες που αφορούν στην σωστή προετοιμασία των ανιχνευτών για την βέλτιστη δυνατή ανάγνωση του σήματος καθώς και η επίδραση της θέσης που παράγεται το σήμα ως προς την τροφοδοσία υψηλής τάσης.Ενδιαφέρον παρουσίασε η δοκιμή και η σύγκριση μεταξύ δύο διαφορετικών αντιστάσεων των resistive strips(1MΩ/sq και 100kΩ/sq). Οι μελέτες αυτές πραγματοποιήθηκαν στον επιταχυντή SPS του CERN χρησιμοποιώντας δέσμη αρνητικών πιονίων ενέργειας 450GeV. Τέλος δοκιμάστηκε η λειτουργικότητα του τηλεσκοπίου ως προς τα λογισμικά που το συνοδεύουν και πραγματεύονται την ανάγνωση, την λήψη και την ανάλυση των δεδομένων που καταμετρώνται από το ανιχνευτικό σύστημα. Τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών έχουν ανακοινωθεί στο 10ο Collaboration Meeting του RD51 στο Stony Brook University στην Νέα Υόρκη των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής.

This very own diploma thesis is dealing with \textit{the analysis, development, simulation and study of standard and resistive MicroMEGAS detector(Micro MEsh GAseous Structure) when is exposed to x-rays, α particles and negative pion beam.

This particular detector is already part of modern exeriments such us COMPASS and has already been approved as a part of ATLAS' upgrade as well. A great ammount of effort has already been made in various applications, x-ray radiography being one of the most famous fields of implementation due to the fact that such a detector can offer great resolution.

The upcoming thesis is actually devided in two parts: The first being, the experiments completed at the Laboratory of Experimental High Energy Physics housed in Physics Department of the National Technical University of Athens. Those include the study of 3 standard MicroMEGAS' using x ray source and a particles as well as a novel technology of resistive MicroMEGAS which uses a graphite resistive layer instead of the usual resistive strips. It has also been designed and developed a functional chamber where 3 laboratory's detectors can be housed. There has also been a preliminary study of temperature's influence in detector's responce. Last but not least, a simulation of a damaged strip beeing shorted with the mesh, using the finite elements method has been performed making use of three relevant packages: Ansys WorkBench 12.0, Ansoft Maxwell 14.0 and Comsol MultiPhysics 4.2a.