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:Candidato: Prof.ssa Mariagrazia AlviggiGabriele Russo Dott.ssa Camilla Di DonatoMatricola N85/005 1

Sommario ATLAS Le Micromegas Misura della trasparenza Misura del guadagno Conclusioni 2

ATLAS 3 A Toroidal LHC ApparatuS

Upgrade di ATLAS Long Shutdown 2 ( ) – ATLAS Phase 1 Aggiornamento dello spettrometro di muoni per sostenere gli alti rate e l’elevata luminosità di LHC 4 Rivelatori più interni Small Wheel New Small Wheel

Micromegas 5 -HV +HV 0 V 5 mm 128 µm Non in scala Ionizzazioni primarie e secondarie Moltiplicazione a valanga v drift e- = 5 cm/µs v drift Ar+ = cm/µs Micro-Mesh Gaseous Structure I. Giomataris – G. Charpak

Campo elettrico 6

Trasparenza del rivelatore 7 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

Guadagno del rivelatore (1) 8 Definizione: Numero di elettroni raccolti sull’elettrodo di lettura diviso il numero di elettroni creati in regione di deriva. Approssimazione di Rose-Korff E persa = energia persa dagli e- W gas = 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 p = pressione del gas E = campo elettrico A e B = costanti relative al gas Dmndndndnddddddddddd Djdjdjdjdjdjdddddddddddddddd dddddddddddddddddddddddd

Guadagno del rivelatore (2) 9 Andamento teorico del guadagno in funzione della gap di amplificazione (Giomataris) Misura del guadagno in funzione della pressione per diverse tensioni della griglia (Giomataris) 94% elio 6% isobutano

Catena di acquisizione 10 Bombole premiscelate 93% Ar – 7%CO 2 80% Ar – 20%CO 2

Sorgente radioattiva 11 Il fotone reagisce con l’argon nel rivelatore e possono avvenire due processi: 85% dei casi 15% dei casi

Macro di ROOT 12 Legge il file dati Riempie un istogramma Esegue fit singoli Ricava i parametri Inizializza il fit totale Valore di tensione relativo al picco Auger

Misura della trasparenza (1) 13 Si fissa la tensione sulle strip V s Si varia la tensione di drift V d Aumento ricombinazione coppie Diminuzione CO 2 Aumento diffusione elettroni Trasparenza T in funzione del rapporto tra i campi elettrici ξ per le due miscele

Misura della trasparenza (2) 14 Aumento diffusione elettroni Trasparenza T in funzione del rapporto tra i campi elettrici ξ per la miscela 80:20, impostando diverse tensioni sulle strip Miscela 80:20

Misura del guadagno (1) 15 Calibrazione: determinazione del legame tra numero di elettroni prodotti e segnale letto all’oscilloscopio V = tensione letta k = parametro di calibrazione G = guadagno impostato su amplificatore ORTEC e = carica elemetare e- x 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

Misura del guadagno (2) 16 Si fissa la tensione sulle strip Vs Si varia la pressione P tra 800 e 1000 mbar con una pompa e una scatola a tenuta 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 Si è stimata la variazione di tensione sulle strip da effettuare in corrispondenza di una variazione di pressione atmosferica affinché il guadagno resti costante: ΔPatm mbar  ΔVs V. Circa 10 volt per un’escursione di 30 mbar.

Conclusioni Studio della trasparenza e del guadagno per un rivelatore Micromegas con miscela di Ar e CO 2 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 19 New Small Wheel Tracciamento: Micromegas Trigger: sTGC Capacità di lavorare ad alti tassi (oltre 5 kHz/cm 2 ) Elevata risoluzione spaziale (inferiore a 100 µm) Alta efficienza (oltre il 98%) Resistenza a radiazioni ed invecchiamento

Strip resistive 20 Limitano i problemi legati alle scariche elettriche tra elettrodi Poste a tensione positiva Pillar

Misura del guadagno (4) 21 Tensione di picco Vp in funzione del campo di drift per le due miscele

Diffusione trasversa 22 Coeff. di diffusione trasversa in funzione del campo di drift per diverse miscele

Coefficiente di Townsend 23

Micromegas Camere proporzionali a multifili (1968) Bassa risoluzione spaziale Camere a gas a microstrisce (1988) Guadagno limitato a 10 4 Micromegas (primi anni 1990) Guadagno elevato Alta risoluzione spaziale 24 Micro-Mesh Gaseous Structure I. Giomataris – G. Charpak

Misura del guadagno (1) 25 Calibrazione: determinazione del legame tra numero di elettroni prodotti e segnale letto all’oscilloscopio 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