cintiladores gasosos activos f. a. f. fraga, p. mendes, l. m. s. margato, m. m. f. r. fraga, s. t....

25
Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato , M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P. L. Policarpo LIP Coimbra, Universidade de Coimbra

Post on 20-Dec-2015

214 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Cintiladores Gasosos Activos

F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato , M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A.

J. P. L. Policarpo

LIP Coimbra, Universidade de Coimbra

Page 2: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Resumo

• Cintilação do GEM

• Operação de GEMs com conversores de comprimento de onda

• TPCs com GEMs com leitura óptica

• Simulação de um sistema de leitura de luz para GEMs com PMTs

• Polarímetro de raios-X

• Testes GEMs da 3M

• Projecto MILAND

Page 3: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

The GEM - gas electron multiplier - a pre-amplifying structure

See http://gdd.web.cern.ch/GDD/

Page 4: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Pulse analysis of light signals• Our previous work has shown that light

pulses in He-CF4 are very fast (rise time less than ns)

• Can we estimate alpha track orientation from the light pulse structure collected with PMTs?

• System allows – precise definition of track angle

– simultaneous recording of

– CCD image - track oriention

– digitized light pulse

H.V.

47

mm

GEM 1

3 m

mTransparentWindow

5.

5mm

2 m

m

2 m

m

GEM 2GEM 3

CCD - Hamamatsu512x512 Pixel

24x24m

Drift Plane

241 Am

5mm

Page 5: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

P-terphenyl absorption and emission

p-terphenyl

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440

(nm)

Mo

lar

ext

inct

ion

co

eff.

(cm

-1/M

)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Fluorescence intensity (a.u.)

Page 6: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Conical GEMs

• Electron microscope cross-section of the double-conical or standard (a), conical (b) GEMs

Page 7: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Spectrum of Ar-TEA with GEMs coated and not coated with p-terphenyl

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%110%

200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 800 840 880

Wavelength (nm)

#PM

T/s

e no

rmal

ised

to T

EA

m

axim

um p

eak

Ar5%TEA 26-11-2002

Ar5%TEA p-terphenyl19-12-2002

No p-terphenylStep = 2 nm; Dl = 4,65 nm;Ed = 1kV/cm;Vgem = 260 V;Ei = 0 kV/cm;VRX = 10 kV;

IRX = 0,100 mA

P-terphenylStep = 2 nm; Dl = 4,65 nm;Ed = 1kV/cm;Vgem = 330 V;Ei = 0 kV/cm;VRX = 10 kV;

IRX = 0,500 mA

Page 8: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

CCD images of uniformly irradiated GEMs

a) full spectrum

b) bandpass filter

Page 9: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Simulation of light signals in a PMT readout

• Monte Carlo simulation of localization by light centroid

• Light is emitted at the GEM plane and is punctual - no light diffusion and/or reflexion!

• Only the four nearby PMTs are considered

Page 10: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Light collection simulation3cm diameter PMTs

y

x

z

dPMT plane

GEM plane

3 2

14

Page 11: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

PMT(1,3) assimetry

Page 12: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

PMT(1,4) assimetry

Page 13: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Assimetry(1,3) statistics106 photons

Page 14: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Assimetry(1,4) statistics106 photons

Page 15: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Next steps

• Avalanche dimmensions

• PMT noise and non uniformity will be added

• Assembly of a system with four PMTs and a sweeping source

Page 16: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

3M GEMs preliminary tests

• A First Mass Production of Gas Electron Multipliers , P.S. Barbeau J.I. Collar , J.D. Geissinger , J. Miyamoto , I. Shipsey and R. Yang

Page 17: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

3M’s roll to roll flexible circuit manufacture in clean room conditions.

Page 18: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

First tests using Ar -5% CO2

1

10

100

1000

200 250 300 350 400 450

Vgem (V)

Ga

in

Page 19: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

CCD setup

-Vdrift

Front electrode Back electrode

GEM

Glass window

Page 20: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Scintillation image of a 2.5 cm diameter 3M GEM

• Ar5%CO2;

• IRX=1.000 mA;

• Lens detector distance = 21 cm

• Drift lenght= 7 mm;

• Ed= 1 kV/cm;

• Vgem=420 V(G~94)

• Kodak CCD

Page 21: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

Scintillation image (zoom)

Page 22: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P

MIDLAND, Millimetre Resolution Large Area Neutron Detector

• 6th Framework Programme (FP6), (JRA2 Integrated Infrastructure Initiative for Neutron Scattering and Muon Spectroscopy (NMI3)

Page 23: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P
Page 24: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P
Page 25: Cintiladores Gasosos Activos F. A. F. Fraga, P. Mendes, L. M. S. Margato, M. M. F. R. Fraga, S. T. G. Fetal, Filipa Balau, R. Ferreira Marques, A. J. P