Разработка сверхчувствительного метода регистрации ионизации в детекторах на основе благородных газов

• Автор: Александров, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил.

Оглавление
Введение

Томная Материя

Когерентное рассеяние нейтрино

Мотивация данной диссертационной работы

1 Свойства ксенона как рабочего вещества детектора

1.1 Физические свойства жидкою ксенона

1.2 Сцинтилляция и ионизация

1.3 Захват электронов электроотрицательными примесями

1.4 Электролюминесценция

2 Эмиссионный двухфазный детектор и его элементы

2.1 Эмиссионный двухфазный детектор с ФЭУ и МГЛФД
2.2 Многониксельный Гейгеровский Лавинный Фоюдиод (МГЛФД)
2.3 Газовый Электронный Умножитель (ГЭУ)
3 Предварительные тесты МГЛФД в жидком ксеноне
3.1 Постановка задачи
3.2 Выбор спектросместителя
3.3 Газовая система и криостат для испытаний
3.4 Схема и описание конструкции и схемы измерений
3.5 Проведение измерений характеристик МГЛФД и определение эфек-
тивности регистрации системы спектросместитель -+- МГЛФД
3.6 Заключение
4 Испытание регистрирующей системы ТГЭУ + спектросместитель
+ матрица МГЛФД
4.1 Схема и описание конструкции
4.2 Регистрирующая электроника и схема считывания установки
4.3 Результаты испытаний схемы с одним ТГЭУ
4.4 Результаты испытаний схемы с каскадом из двух ТГЭУ
4.5 Восстановление координат методом центра масс
4.6 Заключение
Оглавление

Аннотация
В последнее десятилетие в экспериментах по поиску редких процессов нашли широкое применение детекторы на основе благородных газов. Фотоэлектронные умножители в таких детекторах являются наиболее радиоактивными элементами и актуальной является частинная или полная их замена на полупроводниковые фотодиоды. Одним из вариантов их замены являются Многопиксельные Гейгеровские Лавинные Фотодиоды (МГЛФД или БіРМ, САРБ, МРЗАРГ) и другие названия фотодиода).
В 2008 - 2010 году были проведены исследования работы нового детектора света (МГЛФД) в среде жидкого ксенона с целью оценки эффективности регистрации сцинтилляции и электролюминесценции, лежащих в области длин волн вакуумного ультрафиолета. Испытание фоторегистрирующей системы на основе МГЛФД и волнового сместитоля спектра(спсктросмсститсля) в жидком ксеноне, а также измерение эффективности регистрации ультрафиолета осуществлено впервые в мировой практике.
Полученные экспериментальные данные о достаточно высокой эффективности регистрации свидетельствуют о перспективности применения данного типа детектора в системах на основе сжиженных благородных газов.
В дальнейшем увеличение эффективности регистрации системы спек-тросместитель + система фотодетекторов возможно при использовании МГЛФД с более высокой эффективностью регистрации в области излучения спектросместителя.
С целью практической проверки применимости данного метода был собран прототип регистрирующей системы. Проведены измерения в двухфазном детекторе на основе благородного газа для экспериментов по поиску Темной Материи и поиску редкого процесса когерентного рассеяния реакторного антинейтрино на атомном ядре.

При традиционном считывании с помощью ФЭУ в двухфазном детекторе на основе благородного газа типичное число фотоэлектронов на один ионизационный электрон составляет ~ 10 - 20. В предлагаемой системе достигается такое же усиление и даже больше, в следствие использования газового усиления в дополнении к электролюминесцентному. Благодаря высокой гранулярности достигается миллиметровая разрешающая способность. Данная методика перспективна для экспериментов по регистрации реакторного антинейтрино, когерентно рассеянного на атомном ядре. Миллиметровая точность в такой задаче требуется для дискриминации фоновых многоэлектронных событий, произошедших в различных точках рабочего объема детектора в пределах временного окна интеграции. С целыо демонстрации возможностей данного метода был собран и испытан эмиссионный двухфазный детектор со считыванием электролюминесценции с помощью системы ТГЭУ ! спектросместитель + МГЛФД (ТГЭУ - Толстый Газовый Электронный Умножитель). Применение данной методики возможно в медицинской физике для построения изображений.

Рис. 2.2: Схема внутренней структуры двухфазного детектора с ТГЭУ и матрицей МГЛФД
2.2 Многопиксельный Гейгеровский Лавинный Фотодиод (МГЛФД)
Изобретенные в СССР в конце 80-х начале 90-х годов [65,66] Много-пикселытые Гейгеровские фотодиоды являются перспективными приборами широкого применения в современной экспериментальной физике.
В настоящее время производство приборов перешло из стадии опытных образцов к серийному производству. Основными производителями и разработчиками приборов являются:
• ЦПТА (Центр передовых технологий и аппаратуры)(Москва) Photonique (Geneva) - В. Головин
• Zecotek (Сингапур), 3. Садыгов
МИФИ/Пульсар (Москва), В. Долгошеин Hamamatsu Photonics (Япония)
SensL (Cork, Ireland)