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Università degli Studi di Napoli "Federico II" Tesi di Laurea triennale in Fisica Caratterizzazione di una Micromegas: misura del guadagno e della trasparenza per una miscela di argon e anidride carbonica Relatori: Prof.ssa Mariagrazia Alviggi Dott.ssa Camilla Di Donato Candidato: Gabriele Russo Matricola N85/005 1 Sommario • • • • • ATLAS Le Micromegas Misura della trasparenza Misura del guadagno Conclusioni 2 ATLAS A Toroidal LHC ApparatuS 3 Upgrade di ATLAS Long Shutdown 2 (2018-2019) – ATLAS Phase 1 Aggiornamento dello spettrometro di muoni per sostenere gli alti rate e l’elevata luminosità di LHC Rivelatori più interni New Small Small Wheel Wheel 4 Micromegas Micro-Mesh Gaseous Structure I. Giomataris – G. Charpak -HV 5 mm Ionizzazioni primarie vdrift e- = 5 cm/µs e secondarie vdrift Ar+ = 0.001 cm/µs 0V 128 µm Moltiplicazione a valanga +HV Non in scala 5 Campo elettrico 6 Trasparenza del rivelatore Definizione: frazione di elettroni che giungono nella regione di amplificazione rispetto a quelli prodotti nella regione di deriva La trasparenza si misura in funzione dei campi elettrici di amplificazione e di drift 2 E ampl Edrift 10 Edrift 0.1 1 kVcm 1 Eampl 30 50 kVcm 1 7 Guadagno del rivelatore (1) Definizione: Numero di elettroni raccolti sull’elettrodo di lettura diviso il numero di elettroni creati in regione di deriva. n M n0 n n0 ex n0 Approssimazione di Rose-Korff p Ae Bp / E E persa Wgas Epersa = energia persa dagli eWgas = energia media necessaria a creare una coppia x = spazio percorso dall’elettrone α = 1/λ coeff. di Townsend λ = cammino libero medio tra due ionizzazioni pDmndndndnddddddddddd = pressione del gas EDjdjdjdjdjdjdddddddddddddddd = campo elettrico Adddddddddddddddddddddddd e B = costanti relative al gas ln M Apde Bpd /V 8 Guadagno del rivelatore (2) ln M Apde Bpd /V 94% elio 6% isobutano Andamento teorico del guadagno in funzione Misura del guadagno in funzione della pressione della gap di amplificazione (Giomataris) per diverse tensioni della griglia (Giomataris) 9 Catena di acquisizione Bombole premiscelate 93% Ar – 7%CO2 80% Ar – 20%CO2 10 Sorgente radioattiva Il fotone reagisce con l’argon nel rivelatore e possono avvenire due processi: • 85% dei casi • 15% dei casi 11 Macro di ROOT Legge il file dati Riempie un istogramma Valore di tensione relativo al picco Auger Inizializza il fit totale Esegue fit singoli Ricava i parametri 12 Misura della trasparenza (1) E ampl Diminuzione CO Edrift Aumento • Si fissa la tensione sulle strip Vs • Si varia la tensione di drift Vd 2 diffusione elettroni V p T ( ) Vp max Aumento ricombinazione coppie Vdrift 1 Trasparenza T in funzione del rapporto tra i campi elettrici ξ per le due miscele 13 Misura della trasparenza (2) 1 Vdrift Aumento diffusione elettroni Miscela 80:20 Trasparenza T in funzione del rapporto tra i campi elettrici ξ per la miscela 80:20, impostando diverse tensioni sulle strip 14 Misura del guadagno (1) n M n0 Calibrazione: determinazione del legame tra numero di elettroni prodotti e segnale letto all’oscilloscopio V n e G k E E n0 x y WAr WCO2 V = tensione letta k = parametro di calibrazione G = guadagno impostato su amplificatore ORTEC e = carica elemetare ex e y = percentuali dei gas E = energia persa dagli e- nel rivelatore (circa 5.4 keV) W = energia media per creare una coppia nel gas Guadagno M in funzione della tensione sulle strip Vs per le due miscele 15 Misura del guadagno (2) Si è stimata di Vstensione sulle • Si fissalala variazione tensione sulle strip Si varia la pressione P tra 800 e 1000 mbar di una strip da• effettuare in corrispondenza con una pompa e una scatola a tenuta variazione di pressione atmosferica affinché il guadagno resti costante: ΔPatm 980-1010 mbar ΔVs 535-545 V. Circa 10 volt per un’escursione di 30 mbar. Guadagno M in funzione della pressione P per le due miscele L’andamento del guadagno è in accordo con le misure compiute su una diversa miscela 16 Conclusioni • Studio della trasparenza e del guadagno per un rivelatore Micromegas con miscela di Ar e CO2 in percentuali 93:7 e 80:20. • La trasparenza è massima quando il rapporto tra i campi elettrici ξ è circa 50 per la miscela 80:20 e 70 per la miscela 93:7, ma diminuisce di alcuni punti percentuali all’aumentare di ξ. • Il guadagno aumenta esponenzialmente con la tensione sulle strip e la miscela 80:20, a parità di guadagno, necessita di tensioni maggiori. Inoltre il guadagno aumenta al diminuire della pressione. 17 Grazie dell’attenzione 18 New Small Wheel Small Wheel Tracciamento: • MDT e CSC Trigger: • TGC New Small Wheel Tracciamento: • Micromegas Trigger: • sTGC • Capacità di lavorare ad alti tassi (oltre 5 kHz/cm2) • Elevata risoluzione spaziale (inferiore a 100 µm) • Alta efficienza (oltre il 98%) • Resistenza a radiazioni ed invecchiamento 19 Strip resistive • Limitano i problemi legati alle scariche elettriche tra elettrodi • Poste a tensione positiva Pillar 20 Misura del guadagno (4) Tensione di picco Vp in funzione del campo di drift per le due miscele 21 Diffusione trasversa Coeff. di diffusione trasversa in funzione del campo di drift per diverse miscele 22 Coefficiente di Townsend a bVs a bVs M exp e ad d M th e 23 Micromegas Micro-Mesh Gaseous Structure I. Giomataris – G. Charpak Camere proporzionali a multifili (1968) • Bassa risoluzione spaziale Camere a gas a microstrisce (1988) • Guadagno limitato a 104 Micromegas (primi anni 1990) • Guadagno elevato • Alta risoluzione spaziale 24 Misura del guadagno (1) n M n0 Calibrazione: determinazione del legame tra numero di elettroni prodotti e segnale letto all’oscilloscopio V kQ a k k preampl kORTEC E E V n0 x y n WAr WCO e G k 2 V = tensione letta Q = carica depositata k = parametro a = termine noto G = guadagno impostato su amplificatore ORTEC e = carica elettrone x e y = percentuali dei gas E = 5.4 keV energia rivelabile W = energia per creare una coppia nel gas 25
