Исследования пиксельных детекторов для новой внутренней трековой системы эксперимента ALICE на Большом Адронном Коллайдере

Внутренняя трековая система (ВТС) играет ключевую роль в экспериментальной установке ALICE (A Large Ion Collider Experiment) на Большом Адронном Коллайдере (БАК). ВТС – вершинный детектор, окружающий место столкновения ионов и регистрирующий рождающиеся в результате столкновения частицы. Для решения новых физических задач, таких как определение механизмов термализации и адронизации кварк-глюонной плазмы и определения энергетических потерь тяжёлых кварков в среде кварк-глюонной плазмы требуется модернизация ВТС эксперимента ALICE. Новая ВТС позволит проводить экспериментальные исследования на БАК после его реконструкции в 2019-2020 гг., в результате которой светимость коллайдера будет увеличена в 10 раз. В основе новой ВТС будут использованы Монолитные Активные Пиксельные Сенсоры (МАПС). В представленной работе были исследованы основные характеристики МАПС детекторов ALPIDE (ALice PIxel DEtector) финальной версии, которые будут установлены на новой ВТС эксперимента ALICE. Для изучения работы этих детекторов в больших радиационных полях БАК оба детектора были облучены на рентгеновской установке и получили различные дозы: 60 крад и 300 крад. В работе проводились исследования различных радиационных эффектов, возникших после облучения этих детекторов. Кроме того, были проведены исследования работы пиксельной матрицы МАПС после дополнительного облучение источником ионизирующего излучения. Результаты данной работы могут быть использованы для уже существующих и создаваемых детекторных комплексов в ядерной физике и физике высоких энергий.

CERN Brochure 2017-002 [Электронный ресурс] – auth. Education, Communications and Outreach Group of CERN – CERN, February 2017. –.
Reidt, Felix, Studies for the ALICE Inner Tracking System Upgrade, European Organization for Nuclear Research (CERN) and Physikalisches Institut, University of Heidelberg, Heidelberg 2016, CERN-THESIS-2016-033
Bartke J. Introduction to Relativistic Heavy Ion Physics. World Scientific, 2009. isbn: 9810212313
Lebrun P. Accelerators at the high-energy frontier: CERN plans, projects and future studies. XLIII International Meeting on Fundamental Physics Centro de Ciencias de Benasque Pedro Pascual, 12-21 March 2015
Apollinari G. at. al. High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) Technical Design Report V. 0.1. CERN Yellow Reports: Monographs, Vol 4 (2017). DOI:
The ALICE Collaboration. Technical Design Report for the Upgrade of the ALICE Inner Tracking System. In: J. Phys. G41 (2014), p. 087002. doi: 10.1088/0954-3899/41/8/087002. url: .
The ALICE Collaboration. The ALICE experiment at the CERN LHC, 2008 JINST 3 S08002, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S0800,
Rossi L., Fischer P., Rohe T., Wermes N. Pixel Detectors. From Fundamentals to Applications. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. doi: 10.1007/3-540-28333-1. url:
The ALICE Collaboration. Upgrade of the ALICE Experiment: Letter of Intent, J. Phys. G 41 (2014) 087001, DOI:10.1088/0954-3899/41/8/087001, url:
Liu F., Liu S. Quark-gluon plasma formation time and direct photons from heavy ion collisions. In: Phys. Rev. C89.3 (2014), p. 034906. doi: 10.1103/PhysRevC.89.034906. arXiv: 1212.6587 [nucl-th]
Rossegger S. for the ALICE collaboration. Upgrade of the ALICE Inner Tracking System. Nucl.Instrum.Meth., A731(2013), pp. 40-46
Zherebchevsky V.I., Igolkin S.N., Krymov E.B., Maltsev N.A., Makarov N.A., Feofilov G.A. Extra Lightweight Mechanical Support Structures with the Integrated Cooling System for a New Generation of Vertex Detectors. Instruments and Experimental Techniques, 2014, Vol. 57, No. 3, pp. 356–360
Zherebchevsky V.I. ALPIDE sensors – introduction and some recent results of tests. Vertex detector workshop at SPbSU. Saint-Petersburg, May 15-16, 2017
Жеребчевский В.И., Кондратьев В.П., Крымов Е.Б., Лазарева Т.В., Мальцев Н.А., Мерзлая А.О., Нестеров Д.Г., Прокофьев Н.А., Феофилов Г.А. Исследование характеристик пиксельных детекторов нового поколения для эксперимента ALICE на Большом Адронном Коллайдере. ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2016, том 80, № 8, с. 1041–1046
ALICE ITS ALPIDE development team. pALPIDEfs datasheet, ver. 1.0b. 2014
Yang P. MAPS Development for the ALICE Upgrade. International Workshop on Semiconductor Pixel Detectors for Particles and Imaging, September 2014
CERN Detector R&D Collaboration RD2, Lemeilleur F., Glaser M., Heijne E.H.M., Jarron P., Soave C., Leroy C., Rioux J. and Trigger I. Neutron, Proton, and Gamma Irradiations of Silicon Detectors, IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE VOL. 41, NO. 3, JUNE 1994
Fretwurst E., Lindstroem G., Pintilie I., Stahl J. Radiation Damage in Silicon Detectors Caused by Hadronic and Electromagnetic Irradiation. DESY 02-199, physics/0211118, December 2002
Lindström G. Radiation damage in silicon detectors. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 512 (2003) 30–43
Lindström G., Moll M., Fretwurst E. Radiation hardness of silicon detectors — a challenge from high-energy physics. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 426 (1999) 1—15
Oldham T. R., McLean F. B. Total Ionizing Dose Effects in MOS Oxides and Devices. IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 50, NO. 3, JUNE 2003
Allport P.P. Annealing effects on irradiated n+n silicon detectors. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume 420, Issue 3, 11 January 1999, Pages 473-480
Palmieri V.G. et.al. (RD39 Collaboration). Radiation hard position-sensitive cryogenic silicon detectors: the Lazarus effect. Physica B 280 (2000) 532-534
Borer K. at.al. (RD39 Collaboration). Charge collection efficiency of irradiated silicon detector operated at cryogenic temperatures. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 440 (2000) 5-16
Zherebchevsky V. ALPIDE at cryogenic temperatures. WP5 meeting CERN 4.10.2017.
Palmieri V.G., Borer K., Janos S., Via C.D., Casagrande L. Evidence for charge collection efficiency recovery in heavily irradiated silicon detectors operated at cryogenic temperatures. Letter to the Editor, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 413 (1998) 475—478
Lindström G., at.al. Radiation hard silicon detectors developments by the RD48 (ROSE) collaboration. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 466 (2001) 308–326
Djordjevic M. Heavy flavor puzzle at LHC: a serendipitous interplay of jet suppression and fragmentation. In: Phys. Rev. Lett. 112.4 (2014), p. 042302. doi: 10.1103/PhysRevLett.112.042302. arXiv: 1307.4702 [nucl-th]