Ανιχνευτεσ τεχνολογιασ Micromegas ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Τομέας Φυσικής Σεμινάριο Φυσικής Ανιχνευτεσ τεχνολογιασ Micromegas Πρεκετές-Σιγάλας Κωνσταντίνος Α.Μ.: 09107080 Υπεύθυνος καθηγητής: Σταύρος Μαλτέζος Τρίτη, 12 Ιουνίου 2012

Η παρουσίαση με μια ματιά… “Πορεία” ανάπτυξης… Τι σημαίνει MICROMEGAS; Αρχές λειτουργίας… Βασική δομή… Επιπλέον χαρακτηριστικά… Πλεονεκτήματα… Εφαρμογές… Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

“Πορεία” ανάπτυξης… Αναπτύχθηκαν τη δεκαετία ’90 από τους: Ιωάννης Γιοματάρης (Saclay/Γαλλία) Georges Charpak (Βραβείο Νόμπελ 1992, MWPC) 2001, συνεργασία: Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής του Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. “Δημόκριτος” Saclay CERN Ανίχνευση ακτίνων-Χ (πείραμα CAST) Παρόν: Πυρηνική Φυσική Αστροφυσική Φυσική Υψηλών Ενεργειών Ιατρική Φυσική Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Τι σημαίνει MICROMEGAS; MICROMEGAS MICROMEsh GAseous Structure Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Αρχές λειτουργίας… Ιονισμός: Ουδέτερο άτομο προσλαμβάνει ή χάνει e-, λόγω αλληλεπίδρασης είτε με φωτόνιο, είτε με φορτισμένο ή μη σωματίδιο. Φαινόμενο χιονοστιβάδας: Ελεύθερα e- υπόκεινται σε ισχυρή επιτάχυνση από ηλεκτρικό πεδίο, οπότε ιονίζονται κι άλλα άτομα λόγω συγκρούσεων και παράγονται “νέα” e-, που θα υποβληθούν στην ίδια διαδικασία. Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Χ ray Αρχές λειτουργίας… 95% Argon 5% Isobutane Primary e- Ar+ Ar+ Ar+ Χιονοστιβάδα Ar+ Ar+ Ar+ Ar+ Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Βασική δομή… Εξωτερικό περίβλημα από Plexiglas: Χαμηλή φυσική ραδιενέργεια Χαμηλό υπόβαθρο Μικρό κόστος κατασκευής Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Βασική δομή… Εσωτερικά έχουμε: Drift electrode (ηλεκτρόδιο ολίσθησης) Αέριο μίγμα Micromesh Strips (λωρίδες) Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Βασική δομή… Drift electrode: Mylar (λεπτό πολυεστερικό φιλμ, ~1,5 μm) με επίστρωση αλουμινίου Αρνητικό δυναμικό ~800 V (κάθοδος), που ωθεί τα e- προς το Micromesh Αέριο μίγμα: Συνήθως 95% Ar και 5% C4H10, αλλά υπάρχουν κι άλλα μίγματα, όπως Ar-CF4, Ar-CO2 ή He-C4H10, σε παρόμοιες αναλογίες Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Βασική δομή… Micromesh: Πυκνό χάλκινο πλέγμα Εξαιρετικά μικρές οπές διαμέτρου ~25 μm Αρνητικό δυναμικό ~400 V, που δημιουργεί χιονοστιβάδα Pillars (πυλώνες) από Kapton, ύψους 50 μm-200 μm, για ηλεκτρική μόνωση από την άνοδο Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Βασική δομή… Strips: Άνοδος (γείωση) Χ-Υ κατασκευή που συλλέγει το φορτίο (e-) για ανάγνωση δεδομένων (Read-Out) με ακρίβεια ~70 μm Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Βασική δομή… Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Επιπλέον χαρακτηριστικά… Λόγος ενίσχυσης: Ο λόγος του ηλεκτρικού πεδίου στην περιοχή ενίσχυσης προς το ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή απογύμνωσης. Μεγαλύτερος από 5. Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Επιπλέον χαρακτηριστικά… Προσδιορισμός σωματιδίου: Τοποθετώντας απαριθμητές σπινθηρισμών πριν ή/και μετά τον ανιχνευτή, μπορούμε να καταγράψουμε τη χρονική στιγμή που εισέρχεται και εξέρχεται ένα σωματίδιο. Επίσης, δημιουργώντας γνωστό και πολύ καλά ορισμένο μαγνητικό πεδίο, μπορούμε να προσδιορίσουμε το είδος του σωματιδίου, καθώς γνωρίζουμε τη θέση του και το χρόνο εισόδου-εξόδου. Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Επιπλέον χαρακτηριστικά… Twingrid και pixel-chip read-out: Τεχνολογία πλακιδίων πυριτίου με pixel CMOS Διπλό πλέγμα καθόδου (twingrid) Ταχεία ανάπτυξη σήματος Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Επιπλέον χαρακτηριστικά… Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Πλεονεκτήματα… Ανίχνευση φωτονίων πολύ χαμηλής ενέργειας (~250 eV) και γενικά ανίχνευση ποικίλων σωματιδίων Γρήγορα σήματα (1 ns για e- και 100 ns για θετικά ιόντα) Καλή χωρική και χρονική διακριτική ικανότητα (περίπου 100 μm και 5 ns, αντίστοιχα) Μεγάλη απόδοση (>98%) Χαμηλό κόστος και εύκολη κατασκευή Μεγάλη διάρκεια ζωής (αντοχή σε ακτινοβόληση και θερμοκρασία) Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Εφαρμογές… ATLAS Micromegas R&D Collaboration CAST (CERN Axion Solar Telescope) CERN n_TOF (ανίχνευση νετρονίων) COMPASS (COmmon Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy) Medipix (micromegas + pixel readout) NA48/KABES (KAon BEam Spectrometer) NOSTOS project (supernova) Τ2Κ (ανίχνευση νετρίνων) Ε.Μ.Π. – Ενεργός διατομή της αντίδρασης 237Np(n,f) Ιατρική (απεικόνιση ακτίνων-Χ) Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

ATLAS Micromegas R&D Collaboration Ανίχνευση μιονίων Higgs? Υψηλή ροή μιονίων Απόδοση > 98% Χρονική διακριτική ικανότητα < 5 ns Μεγάλου μεγέθους ανιχνευτές: ~1x2 m2 Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

ATLAS Micromegas R&D Collaboration Homogeneous stainless steel mesh 450 lines/inch = 56 µm pitch Unidirectional stainless steel/plastic mesh 200 lines/inch = 127 µm pitch Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

CAST (CERN Axion Solar Telescope) Αξιόνια Ηλίου Ακτίνες-Χ (60 eV - 10 keV), υπό την επίδραση μαγνητικού πεδίου Ar/C4H10: 95%/5%, 1 bar 192x192 strips Micromesh 5 μm, που απέχει 50 μm από strips και 20 mm από drift Εm-d=1 kV/cm και Εm-s=40 kV/cm Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

CAST (CERN Axion Solar Telescope) Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas COMPASS (COmmon Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy) Ανίχνευση ελάχιστης ιονιστικής ικανότητας σωματιδίων (M.I.P.) spin νουκλεονίων ~40x40 cm2 Υψηλή ροή σωματιδίων (105 kHz/cm2) Χωρική διακριτική ικανότητα < 70 μm Strips 350 μm Απόδοση > 97% Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas COMPASS (COmmon Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy) Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas NOSTOS project Μελέτη εκρήξεων υπερκαινοφανών από τις ταλαντώσεις νετρίνων από το Τρίτιο Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ε.Μ.Π. – Ενεργός διατομή της αντίδρασης 237Np(n,f) En=2-7 MeV Αέριο μίγμα: Ar/CO2: 80%/20% Ροή αερίου ~10 nL/h 0.8 cm 0.8 cm 0.8 cm 0.8 cm 2 cm 238U 237Np 235U 238U Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ιατρική (απεικόνιση ακτίνων-Χ) Φωτογραφικό φιλμ Ψηφιακή ανάγνωση (καλύτερη ευαισθησία και χωρική ανάλυση) Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ευχαριστω για την προσοχη σασ! Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas

Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas Βιβλιογραφία I. Giomataris et al., “Nuclear Instruments and Methods” I. Giomataris CEA/Saclay, “Micromegas: results and prospects”, DAPNIA, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France Sinem Salva, “MicroMegas” 11th Topical Seminar on Innovative Particle and Radiation Detectors, Siena 2008, “A Micromegas detector for rare event detection” Leszek Ropelewski, “Micropattern Gas Detectors and RD51 Collaboration” S. Andriamonje, “A new detector for neutron beam monitoring” Κωνσταντίνος Κουσούρης, “Νέες εξελίξεις στους μικροανιχνευτές σωματιδίων με ευγενές αέριο: ο ανιχνευτής microMegas” Maxim Titov, CEA Saclay, France, “Factors Limiting Time Resolution in Gaseous Detectors” J. Pancin et al., “Measurement of the n TOF beam profile with a micromegas detector” P. Colas, DAPNIA Saclay, “Recent developments of Micromegas detectors for High Energy Physics” J_Wotshack_MM_micro_pattern_gas_det_Sep07 http://cerncourier.com http://indico.cern.ch/conferenceDisplay.py?confId=101450 http://en.wikipedia.org Ευχαριστίες: Μ. Διακάκη, Α. Κίρτσο, Α. Σταματόπουλο Σάββατο, 13 Οκτωβρίου 2018 Ανιχνευτές Τεχνολογίας Micromegas