Juan Abel Barrio - Detectores de Particulas Tecnicas

Juan Abel Barrio Uña, UCM, Curso 10/11 Física de Astropartículas, Master de Fundamental 1

Detectores de Partículas

Física de Astropartículas Master de Física Fundamental

Juan Abel Barrio, Curso 10/11 Universidad Complutense de Madrid


© Jose Luis Contreras, Juan Abel Barrio

Detección de radiación

Radiación Señal

Energía

Detector

Amplificación

Normalmente Eléctrica

Electrónica

Digitalización

Análisis


Detectores de partículas •  Propiedades generales (1.5 h) •  Técnicas de Montecarlo (0.5 h) •  Detectores de radiaciónes ionizantes (2 h)

− Cámaras de ionización − Detectores de centelleo − Detectores de estado sólido

•  Fotosensores (1 h) − Fotomultiplicadores − Detectores de estado sólido

•  Técnicas de detección (1 h) − Espectroscopía con centelleadores − Detectores de trazas − Calorímetros − Detectores combinados (LHC)


·  Centelleador: absorbe la energía (toda o parte) de la partícula convirtiéndola en radiación visible (UV próxima). Epartícula E cinet. elect. fotones (visibles).

·  Fotosensor: fotomultiplicador (PMT) o detector de estado sólido, que genera una señal eléctrica (impulso) de amplitud proporcional a la señal luminosa de entrada.

·  Acoplamiento óptico: dirige la luz del centelleador al fotosensor

tiempo

V

Fotosensor centelleador

acoplamiento óptico

V

Espectroscopía con centelleadores

Características generales


-  Detección de una partícula (e-, γ, ...) -  Medida del tiempo de paso. -  Medida de su energía (espectroscopía)

Aplicaciones de los centelleadores

fotosensor centelleador

acoplamiento óptico

V

R C



Procesos de interacción de gammas con centelleadores

La intensidad de un haz de gammas que atraviesa una distancia d de un material es:

Coef. Atenuación lineal µ : suma de tres factores

Absorción Fotoeléc. Z4 –Z5 E-3.5 –E-1

Dispersión Compton Z E-1

Producc. Pares Z2 Ln(E)



Los centelleadores inorgánicos (ejemp. NaI) se pueden emplear para espectroscopía de rayos γ. Son relativamente lentos (~ μs)

Los centelleadores orgánicos (ejemp. plásticos centelleadores como NE102A) son útiles para electrones. Son muy rápidos (~ ns)

Tipos de centelleadores



Espectroscopia de rayos γ con centelleadores

Energía cinética transferida a e- /e+ por un haz monoenergético de rayos gamma (E0 = hν).

·  Efecto fotoeléctrico

·  Dispersión Compton

·  Producción de pares


dN/dE

E E0

Fotopico

E E0

mec2/2

Ec

dN/dE Borde Compton

E E0

dN/dE 2mec2

Pico de doble escape

Pico de escape simple


·  Resolución

R = FWHM / E0

Resolución en energía

Fuentes de ensanchamiento:

·  Variación de la eficiencia del centelleador en su volumen activo

·  Fluctuaciones en la conversión a fotoelectrones

·  Fluctuaciones en la multiplicacion de electrones en el PMT

FWHM

E E0



Espectros de energía de rayos gamma con un detector de centelleo inorgánico (NaI)

137Cs

Número de canal α Energía

0.662 MeV



Espectroscopía de rayos γ con detectores de Ge

Comparación centelleador NaI / Ge (Li)

Los detectores de semiconductor tienen mucha mejor resolución en energía debido a que la partícula genera gran cantidad de pares (e- - hueco) menores fluctuaciones estadísticas



Detectores de trazas ·  Trazas: partículas cargadas

·  Movimiento helicoidal bajo B Segmento circular proyectado

·  Medida del momento:

�

Δkres2 = ε

L2720N + 5

�

Δpp res

= p0.3B

εL2

720N + 5


·  Desarrollo longitudinal: Long. Radiación X0

·  Desarrollo transversal: Radio de Moliere RM

Calorímetros ·  Cascadas de partículas: electromagnéticas y hadrónicas

·  Detección de la energía total

·  Partículas cargadas y neutras

·  Simulación por MC

·  Calorímetros segmentados

·  Calorímetros de muestreo


Detectores de partículas

Juan Abel Barrio - Detectores de Particulas Tecnicas

Documents

Transcript of Juan Abel Barrio - Detectores de Particulas Tecnicas