Разработка конфигурации детектора типа Bulk Micromegas для эксперимента COMPASS

В рамках модернизации установки эксперимента COMPASS на суперпротонном синхротроне в ЦЕРН планируется замена части детекторов установки. Одними из «кандидатов» на роль новых детекторов являются детекторы типа Micromegas. Перед началом модернизации необходимо выбрать конфигурацию детекторов, изготовить их и протестировать. В рамках магистерской диссертации была проведена работа по изготовлению и тестированию прототипов детекторов типа Bulk Micromegas двух конфигураций, для них оценены коэффициенты усиления, стабильность работы и энергетическое разрешение.

Глава 1. Введение ……………………………………………………………………………………………………………15
1.1. Микроструктурные газовые детекторы…………………………………………………………………15
1.1.1. Физические основы работы газовых детекторов …………………………………………….16
1.1.1.1. Ионизация………………………………………………………………………………………………….16
1.1.1.2. Фактор Фано …………………………………………………………………………………………….18
1.1.1.3. Энергетическое разрешение……………………………………………………………………….18
1.1.1.4. Диффузия…………………………………………………………………………………………………..19
1.1.1.5. Дрейф………………………………………………………………………………………………………..20
1.1.1.6. Умножение………………………………………………………………………………………………..21
1.1.2. Детекторы типа Micromegas…………………………………………………………………………..22
1.1.2.1. Bulk Micromegas…………………………………………………………………………………………23
1.1.2.2. Microbulk micromegas…………………………………………………………………………………24
1.1.2.3. InGrid ………………………………………………………………………………………………………..25
1.1.2.4. PiggyBack…………………………………………………………………………………………………..26
1.2. Эксперимент COMPASS………………………………………………………………………………………27
1.2.1. Трековая система эксперимента …………………………………………………………………….28
1.2.2. Замена части детекторов ……………………………………………………………………………….30
Глава 2. Изготовление детекторов типа Micromegas в ОИЯИ……………………………………….32
2.1. Технология изготовления детекторов MM ……………………………………………………………….32
2.2. Методика характеризации детекторов MM и результаты сборки первого тестового
прототипа………………………………………………………………………………………………………………………35
Глава 3. Результаты тестирования прототипов для эксперимента COMPASS …………….39
3.1. Эффективное газовое усиление…………………………………………………………………………….40
3.2. Стабильность работы прототипов ………………………………………………………………………..42
3.3. Энергетическое разрешение …………………………………………………………………………………44
3.4. Чувствительность к MIP частицам ……………………………………………………………………….45
Глава 4. Заключение……………………………………………………………………………………………………….47
Глава 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение………..48
5.1. Предпроектный анализ…………………………………………………………………………………………….48
5.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования …………………………………….48
5.1.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения …………………………………………………………………………………………………….49
5.2. SWOT-анализ………………………………………………………………………………………………………….50
5.3. Инициация проекта …………………………………………………………………………………………………51
5.4. Бюджет научно-технического исследования…………………………………………………………….53
5.4.1 Расчет материальных затрат …………………………………………………………………………..54
5.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование …………………………………………………….55
5.4.3. Основная и дополнительная заработная плата исполнителей работы ………………56
5.4.4. Расчет затрат на научные командировки …………………………………………………………57
5.4.5 Контрагентские расходы…………………………………………………………………………………..58
5.4.6. Формирование бюджета затрат………………………………………………………………………58
5.5. Определение ресурсной эффективности исследования……………………………………………..59
5.6. Выводы …………………………………………………………………………………………………………………..60
Глава 6. Социальная ответственность……………………………………………………………………………61
6.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………………..62
6.2. Вредные факторы проектируемой производственной среды……………………………………..63
6.2.1. Вредные производственные факторы, связанные с аномальными
микроклиматическими параметрами воздушной среды на местонахождении работающего
…………………………………………………………………………………………………………………………………..64
6.2.2. Вредные производственные факторы, связанные с электромагнитными полями
переменного характера……………………………………………………………………………………………….66
6.2.3. Вредные производственные факторы, связанные с акустическими колебаниями в
производственной среде……………………………………………………………………………………………..67
6.2.4. Вредные производственные факторы, связанные со световой средой………………….69
6.3. Опасные факторы проектируемой производственной среды …………………………………….74
6.3.1. Электробезопасность…………………………………………………………………………………………74
6.3.2. Пожаровзрывоопасность……………………………………………………………………………………75
6.4. Организационные мероприятия для обеспечения безопасности………………………………..76
6.5. Экологическая безопасность ……………………………………………………………………………………77
6.6. Защита в чрезвычайных ситуациях…………………………………………………………………………..77
6.7. Выводы …………………………………………………………………………………………………………………..78
Список литературы ………………………………………………………………………………………………………..80
Приложение А…………………………………………………………………………………………………………………83
Приложение Б …………………………………………………………………………………………………………………96
Приложение В …………………………………………………………………………………………………………………97

1. Rutherford E., Geiger H. An electrical method of counting the number of αparticles from radio-active substances //Proceedings of the Royal Society of London.
Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. – 1908. – Т.
81. – №. 546. – С. 141-161.
2. Charpak G. et al. The use of multiwire proportional counters to select and
localize charged particles //Nuclear Instruments and Methods. – 1968. – Т. 62. – №. 3.
– С. 262-268.
3. Oed A. Position-sensitive detector with microstrip anode for electron
multiplication with gases //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research
Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 1988.
– Т. 263. – №. 2-3. – С. 351-359.
4. Sauli F. GEM: A new concept for electron amplification in gas detectors
//Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators,
Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 1997. – Т. 386. – №. 2-3. – С.
531-534.
5. Giomataris Y. et al. MICROMEGAS: a high-granularity position-sensitive
gaseous detector for high particle-flux environments //Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and
Associated Equipment. – 1996. – Т. 376. – №. 1. – С. 29-35.
6. Şahin Ö. et al. Penning transfer in argon-based gas mixtures //Journal of
Instrumentation. – 2010. – Т. 5. – №. 05. – С. P05002.
7. Leo W. R. Techniques for nuclear and particle physics experiments: a howto approach. – Springer Science & Business Media, 2012.
8. Fano U. Ionization yield of radiations. II. The fluctuations of the number of
ions //Physical Review. – 1947. – Т. 72. – №. 1. – С. 26.
9. Knoll G. F. Radiation detection and measurement. – John Wiley & Sons,
2010.
10. Sauli F. Gaseous radiation detectors: fundamentals and applications. –
Cambridge University Press, 2014. – №. 36.