Simulação de avalanches de electrões em detectores gasosos de radiação

Abstract

A Micro Hole & Strip Plate (MHSP) e a Gas Electron Multiplier (GEM) são detectores gasosos baseados em microestruturas (MPGD), que operam na região de proporcionalidade. Isto significa que a multiplicação de carga é obtida através de processos de avalanche. A Thick-MHSP e a Thick-GEM são microestruturas espessas que resultam do aumento das dimensões da MHSP e da GEM respectivamente. Detectores baseados em MHSP’s e GEM’s podem operar em modo normal de ionização, ou usando um fotocátodo semitransparente ou reflectivo. Além disso, as primeiras podem operar em modo normal ou em modo flipped-reversed (F-R) onde o objectivo é drenar os iões do meio em vez de promover a multiplicação de carga. Estudos no Garfield (programa de simulação de deriva de cargas em gases, baseado no método de Monte-Carlo) tais como a multiplicação de electrões, e eficiência de colecção são realizados para cada detector, para condições semelhantes às usadas experimentalmente, depois de simular os mapas de campo no Ansys® (programa baseado no método dos elementos finitos). A comparação de resultados entre estruturas, especialmente entre microestruturas normais e espessas, será um dos objectivos, assim como uma tentativa de comparação com os resultados experimentais. Resultados preliminares mostram que as simulações ajustam-se ao comportamento experimental dos detectores, ainda que os ganhos experimentais sejam sempre superiores no último caso.

ABSTRACT: The Micro Hole and Strip Plate (MHSP) and the Gas Electron Multiplier (GEM) are Micropattern Gas Detectors (MPGD), that operate within the proportional region. This means that we obtain charge multiplication through an avalanche process. Thick-MHSP and Thick-GEM are thick microstructures that result from the increase in size of the MHSP and GEM respectively. MHSP and GEM based detectors can operate at normal ionization mode, or using a semitransparent or reflective photocathode. Besides that, the first ones can operate at normal mode, or at flipped-reversed (F-R) mode in which the purpose is to drain ions in spite of charge multiplication. Analysis in Garfield (Monte-Carlo method based software, which simulates charges drift in gases) such as electron multiplication, and collection efficiency are preformed at each detector, at similar conditions with experiments, after simulating their field map at Ansys® (finite element method based software). The comparison of results between structures, and especially between thick and normal microstructures will be preformed. Also, a comparison between simulations and experimental data will be tried Preliminary results show that the behavior of the simulations fits to the experimental detectors behavior, even having higher gains measured experimentally than the gains simulated.