Research on large area VUV-sensitive gaseous photomultipliers for cryogenic applications
Abstract
Desde cedo que a comunidade cientifica compreendeu que gases nobres em liquido sao excelentes meios de deteccao de radiacao, combinando a sua elevada densidade, elevado grau de homogeneidade e de elevado rendimento de cintilacao. Para alem destas caracteristicas inerentes, estes tem a potencialidade de fornecer ambos sinais de ionizacao - criando electroes livres - e cintilacao em resposta a interaccao com radiacao ionizante e, tendo em vista a sua aplicacao em experiencias de eventos raros relacionados com fisica de neutrinos ou materia-escura, a capacidade de autoblindagem garante a exclusao de eventos induzidos por radiacao de fundo. O facto de nao absorverem a sua propria luz, emergente dos eventos de cintilacao, permite a expansao deste tipo de detectores ate grandes volumes, sendo que as colaboracoes mais recentes propoem detectores com dezenas de toneladas de xenon em estado liquido. As experiencias actuais que usam gases nobres em estado liquido empregam xenon ou argon numa so fase (estado liquido) ou em dupla-fase (estado liquido + gasoso) e as suas aplicacoes abrangem desde as ja referidas experiencias de procura de eventos raros, passando por imagiologia medica tais como detectores de radiacao gama para PET ou câmaras Compton "3-gamma" em combinacao com PET, passando tambem por aplicacoes de seguranca como sistemas de inspeccao para deteccao de material fissil e, finalmente, em câmaras Compton para aplicacoes de astrofisica. Em ambas as configuracoes a leitura dos sinais de cintilacao e geralmente feita atraves de um grande numero de dispendiosos fotomultiplicadores de vacuo agrupados. A presente tese de doutoramento e dedicada aos fotomultiplicadores gasosos de grande area para aplicacoes criogenicas desenvolvidos no contexto do programa doutoral, tendo em vista a sua eventual aplicacao como um dispositivo complementar aos metodos existentes de deteccao de cintilacao, para aplicacao em futuras experiencias de grande escala. Esta pesquisa foi direccionada tendo em vista o desenvolvimento de eficientes fotomultiplicadores gasosos de grande area, potencialmente mais economicos por unidade de area, baseados em "Thick Gas-Electron Multipliers" (THGEMs). Combinando fotocatodos de alta eficiencia com multiplicadores gasosos de electroes capazes de atingir elevado ganho em carga obteve-se assim um dispositivo com elevada sensibilidade para a deteccao de fotoes unicos, com a possibilidade de discriminacao em posicao com resolucao espacial inferior a um milimetro e com resolucao temporal da ordem de poucos nano segundos. Contrariamente ao que sucede com a tecnologia de vacuo actualmente, com este dispositivo a localizacao em posicao de fotoes em grandes areas e feita num unico dispositivo integrando electronica habitualmente utilizada em experiencias de rastreamento de particulas. Neste trabalho o fotomultiplicador gasoso desenvolvido consiste numa cadeia de THGEMs combinados com um fotocatodo de iodeto de cesio (CsI) sensivel ao ultravioleta enquanto que os testes criogenicos foram realizados na Time Projection Chamber (TPC) de dupla fase de xenon liquido recentemente desenvolvida no Weizmann Institute of Science (WILiX). (Abstract shortened by ProQuest.).
- Publication:
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Ph.D. Thesis
- Pub Date:
- 2015
- Bibcode:
- 2015PhDT.......344C
- Keywords:
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- Optics;Nuclear physics and radiation;Electrical engineering