Введение к работе
Актуальность темы. Микростриповая газовая камера (МСГК), предложенная А.Оэдом в 1988 г, [1] привлекает к себе в настоящее время большое внимание как перспективный трековый детектор ионизирующих излучений в таких областях, как физика высоких энергий, астрофизика и медицина. В физике высоких энергий МСГК рассматривается перспективной как основа трековых систем детекторов экспериментов на современных ускорителях со встречными пучками; поскольку, обладая пространственным разрешением, сравнимым с кремниевыми детекторами, МСГК значительно превосходит их в радиационной стойкости. В трековых системах наибольший интерес представляет регистрация релятивистских заряженных частиц с минимальной ионизующей способностью.
Развитие методики микростриповых газовых детекторов тесно связано с передовыми технологиями в электронике, благодаря которым в последнее время возможно как изготовление микростриповых пластин, являющихся основой детектора так и многоканальной, быстродействующей, радиационно стойкой микромощной электрошпаг.
МСГК представляет собой детектор, рабочим веществом которого является газ, а чувствительный объем ограничен дрейфовым электродом и микростриповой плоскостью, представляющую собой поверхность специального электронного стекла, покрытого методом электронной" литографии периодической структурой анодов и катодов, с шагом от 200мкм до 1мм.
Регистрация сигналов, на электродах МСГК осуществляется сложной системой регистрации, основным элементом которой является интегральная схема предусилителя, который размещается в непосредственной близости от мшсрострітовой пластины. При этом шаг структуры микросхемы усилителя равен или меньше шага пластины.
Практически каждый шаг в технологической цепочке создания детектора проходит на специализированных электронных фирмах и имеет высокую стоимость.
В связи с этим для разработки и успешного изготовления трековых систем, предназначенных для современных экспериментов необходимо умение детально моделировать процессы проходящие при регистрации релятивистской заряженной частицы, которые состоят из процессов ионизации в тонком слое газа, дрейфа электронов ионизации в электрическом поле, газового усиления в области анода и регистрации выделенного заряда системой регистрации.
Изучение процессов ионизации, регистрации сигналов, принципов конструирования детекторов на основе микростриповых газовых камер будет способствовать решению задачи их применения в физике высоких энергий, астрофизике, медицине.
Задачами диссертационной работы являлись: разработка методов моделировагаїя сигналов релятивистских заряженных частиц в МСГК с учетом процессов переноса электронов ионизации во время дрейфа и процесса газового усиления, экспериментальное исследование характеристик МСГК. Дашіьіе моделирования использовались при разработке прототипа переднего протонного спектрометра на основе МСГК эксперимента НІ в DESY.
Научная новизна.
-
Развита упрощенная фотоабсорбционная ионизационная модель описывающая сечение ионизирующих столкновений релятивистской частицы.
-
Разработано программное обеспечение, позволяющее вычислять распределения ионизационных потерь в рабочих средах современных детекторов.
-
Предложено рекуррентное соотношение для быстрой оценки распределения ионизации в очень тонких слоях вещества.
-
Показано, что диффузия электронов ионизации во время дрейфа и процесса газопого усиления является одним из основных факторов, влияющим па пространственное разрешение МСГК.
-
Разработана аппаратура для тестирования многоканальных систем на основе МСГК, проведено тестирование прототипа трекового детектора на основе МСГК. На основе МСГК разработан прототип переднего протонного спектрометра эксперимента HI DESY.
Практическое значение:
1.Предложено рекуррентное соотношение для расчета распределения ионизации в очень тонком слое вещества. Рассмотрена упрощенная фотоабсорбционная ионизационная модель для сечения ионизирующих столкновений релятивистской заряженной частицы и алгоритм сго'расчега.
2.Рассмотрено общее выражение для распределения ионизационных потерь энергии релятивистской частицы с учетом процессов переноса. Предложен метод расчета распределения электрических полей. Рассмотрена диффузия электронов ионизации во время их дрейфа и процесса газового усиления и ее влияние на пространственное разрешешіе МСГК. Приведены результаты моделирования сигналов релятивистских заряженных частиц в МСГК.
3. Проведено изучение рабочих параметров МСГК изготовленных на основе стекла D-263 и предназначенных для применения в прототипе трекового детектора переднего протонного спектрометра. Предложен прототип трекового детектора для переднего протонного спектрометра установки Ш в ДЕЗИ.
На зангиту выносятся следующие положения:
1.Развита упрощенная фотоабсорбционная ионизационная модель описывающая сечение ионизирующих столкновений релятивистской частицы.
2.Разработано программное обеспечение, позволяющее вычислять распределения ионизационных потерь в рабочих средах современных детекторов.
3.Предложено рекуррентное соотношение для быстрой оценки распределения ионизации в очень тонких слоях вещества.
4.Показано, что диффузия электронов ионизации во время дрейфа и процесса газового усиления является одним из основных факторов, влияющим на пространственное разрешение МСГК.
5. Разработана аппаратура и проведено тестирование прототипа трекового детектора на основе МСГК на пучке релятивистских электронов Т22 в ДЕЗИ. На основе МСГК разработан прототип переднего протонного спектрометра эксперимента HI DESY.
Апробация работы.
Материалы, положенные в основу диссертации, докладывались на 1-м, 2-м и 3-м Международных совещаниях по микростриповым газовым камерам в Гренобле (Франция, 1993), Легнаро (Италия, 1994) и Лионе (Франция, 1995), соответственно. Часть результатов была получена в рамках международного сотрудничества RD-28 (Разработка МСГК для трековых детекторов при высоких загрузках) и RD-44 (Объектно-ориентированный пакет для моделирования в физике высоких энергий) CERN , а также эксперимента НІ в DESY.
Основные результаты диссертации опубликованы в ссылках [15, 17, 20-21,32,36,40) и обсуждались на семинарах в ФИАН, CERN, DESY, Институте им. М. Планка в Гейдельберге (Германия) и Университете им. Дж. Пердью (Индиана, США),
Публикации. По результатам диссертации опубликовано в виде статей, препринтов, докладов и тезисов 8 работ.
