Μελέτη ανιχνευτή micromegas σε πεδίο φωτονίων και νετρονίων με χρήση του πακέτου προσομοίωσης Geant4

Abstract

Οι ανιχνευτές αερίου, βασισμένοι στην τεχνολογία του MicroMegas, χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορα πειράματα ατομικής, πυρηνικής και σωματιδιακής φυσικής. Επιπλέον έχουν ιδιαίτερα χαμηλό κόστος κατασκευής, παρουσιάζουν ανθεκτικότητα σε περιβάλλον υψηλής ακτινοβολίας, ενώ συνδυάζουν ικανότητες σκανδαλισμού και προσδιορισμού τροχιάς. Οι παραπάνω ιδιότητες τους καθιστούν ιδανικούς υπ[οψήφιους για την αναβάθμιση του συστήματος ανίχνευσης μιονίων, ως αντικαταστάτες των ανιχνευτών Cathode Strip Chabmers(CSC), του πειράματος ATLAS. Στο πείραμα αυτό συγκρούονται δέσμες πρωτονίων με αποτέλεσμα την παραγωγή καταιγισμό σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων νετρονίων. Για τον λόγο αυτό είναι απραίτητη η μελέτη της συμπεριφοράς του MicroMegas σε περιβάλλον νετρονίων έτσι ώστε να προβλεφθεί η απόκριση του ανιχνευτή στον σωματιδιακό θόρυβο, δεδομένου ότι το ενδιαφέρον εστιάζεται στην ανίχνευση μιονίων. Για τις ανάγκες της μελέτης χρησιμοποιήθηκε το πακέτο προσομοίωσης Monte Carlo, Geant4 με το οποίο μελετήθηκε η εναπόθεση ενέργειας νετρονίων 5.5MeV σε δύο διαφορετικούς τύπους ανιχνευτή microMegas, σε διαφορετικές αναλογίες αερίου και σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Επίσης πραγματοποιήθηκε εικονικό πείραμα με φωτόνια χαμηλών ενεργειών, προκειμένου να μελετηθεί η λειτουργία του ανιχνευτή σε τέτοια πεδία καθώς και η σημαντική συμβολή των υλικών κατασκευής του.

Gaseous detectors based on the Micromegas principle have already been used in several atomic, nuclear and particle physics experiments. Moreover, they have low construction cost and are resistant to high levels of radiation. They also succeed in combining triggering and tracking properties. Consequently, they provide an excellent candidate for replacing the Cathode Strip Chambers (CSC) of the ATLAS muon spectrometer in the very forward/backward region. In the ATLAS experiment, two proton beams collide, producing article showers, including neutrons. Therefore it is vital that the performance of the detectors in a neutron radiation field be studied, in order to redict the response of the detector to the particle "noise", taking into consideration the fact that the purpose of the detector is to detect muons. To meet this end, the MonteCarlo simulation toolkit Geant4 has been utilized in the present work, in order to study the energy eposition of 5.5 MeV neutrons on two different types of Micromegas detectors, with different proportion of gases and at different direction. n addition to that, a virtual experiment with low energy photons has been held, in order to study the function of the detector in such fields as well as the significant contribution of its construction materials.