Desenvolvimento e aplicações de detectores gasosos baseados em microestruturas

• Processo: 16/05282-2
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Vigência: 01 de novembro de 2016 - 31 de maio de 2019
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Nuclear
• Pesquisador responsável: Pedro Hugo Ferreira Natal da Luz
• Beneficiário: Pedro Hugo Ferreira Natal da Luz
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Alexandre Alarcon do Passo Suaide ; Carlos Davide da Rocha Azevedo ; Danielle Magalhães Moraes ; Francisco de Assis Souza ; João Filipe Calapez de Albuquerque Veloso ; José Fernando Diniz Chubaci ; Marcelo Gameiro Munhoz ; Márcia de Almeida Rizzutto ; Marco Bregant ; Marcos Vinicius Moro ; Maurício Moralles ; Nelson Carlin Filho ; Nemitala Added ; Renato Aparecido Negrao de Oliveira ; Tiago Fiorini da Silva
• Bolsa(s) vinculada(s): 18/10494-4 - Estudo do refluxo de iões em detectores do tipo Micropattern Gaseous Detector, BP.IC; 17/00426-9 - Sistema de imagem de fluorescência de raios X baseado em detectores Thick-GEM, BP.MS; 16/25263-2 - Desenho e construção de circuitos eletrônicos para operação de detectores do tipo MPGD, BP.TT; 16/23355-7 - Construção de sistema para controle de qualidade de estruturas do tipo Thick-GEM, BP.IC; 16/24595-1 - Desenvolvimento e aplicações de detectores gasosos baseados em microestruturas, BP.JP
• Assunto(s): Detecção de partículas Detectores de radiação à gás Nêutrons Raios X Time projection chamber Grande Colisor de Hádrons Experimento ALICE
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Gas Electron Multiplier | Micropattern Gaseous Detectors | Neutron detection | X-Ray imaging | Instrumentação

Resumo

Detectores gasosos baseados em microestruturas (MPGD) são uma tecnologia recente, empregada na construção de detectores de grande área, com boa resolução espacial e em energia, e possibilidade de operação com altas taxas de contagem. A pesquisa em MPGD tem ganho um impulso tremendo e tem dado uma valiosa contribuição em muitos experimentos de Física de Altas Energias. Esta tecnologia é um dos tópicos de fronteira em detecção de radiação e uma novidade absoluta no Brasil, não existindo nenhum outro grupo a trabalhar de maneira abrangente no desenvolvimento deste ramo da Instrumentação. Esta proposta visa contribuir com os esforços da colaboração ALICE (A Large Ion Collider Experiment), um dos grandes experimentos do colisor LHC (Large Ion Collider), localizado no CERN (l'Organisation Européene pour la Recherche Nucleaire), para a utilização de GEM (Gas Electron Multiplier) na sua TPC (Time Projection Chamber) e explorar o desempenho destes detectores em aplicações inovadoras interdisciplinares. A contribuição para a sua evolução em termos de área de detecção, resolução em posição e simplicidade de construção trará benefício para outras ciências, fazendo emergir o \hepic (High Energy Physics and Instrumentation Center da USP) como um grupo de referência no trabalho com MPGDs, tanto no Brasil, como internacionalmente. Quatro principais grupos de problemas serão abordados neste projeto, sendo eles:-estudo das condições de operação do sistema de GEMs a ser instalado no experimento ALICE do LHC-CERN; - teste e integração do ASIC SAMPA desenvolvido no âmbito da colaboração ALICE do CERN, como eletrônica de leitura para MPGDs em geral; - pesquisa e desenvolvimento em MPGDs; - aplicações de MPGDs em estudo do patrimônio histórico e cultural, por meio de raios X, com detectores de área grande e detecção de nêutrons térmicos para uso em técnicas de espalhamento. O ASIC SAMPA fará a coleta de carga de sistemas de detecção sensíveis à posição desenvolvidos ao longo deste projeto. Está também em curso o desenvolvimento de estruturas Thick-GEM com a Indústria Brasileira para substituir os GEMs, que são mais frágeis e de produção mais complexa. Os Thick-GEMs serão usados na detecção de nêutrons como conversores baseados em Boro-10, uma promissora alternativa ao Hélio-3. Já foram iniciados alguns testes de deposição sobre amostras de cobre, com resultados encorajadores. Os trabalhos a realizar utilizarão a infraestrutura laboratorial em desenvolvimento no HEPIC, que é um centro emergente em instrumentação para Física de Altas Energias. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DA SILVA, TIAGO F.; BREGANT, MARCO; DE SOUZA, GEOVANE G. A.; JAHNKE, CRISTIANE; MUNHOZ, MARCELO G.; GARCES, PR. Preliminary studies on GEM foil degradation inharsh radiation environments. 7TH ANNUAL CONFERENCE ON LARGE HADRON COLLIDER PHYSICS, LHCP2019, v. N/A, p. 8-pg., 2019-01-01. (12/04583-8, 16/05282-2)

ROQUE, R. C.; NATAL DA LUZ, H.; CARRAMATE, L. F. N. D.; AZEVEDO, C. D. R.; MIR, J. A.; AMARO, F. D.. Spatial resolution properties of krypton-based mixtures using a 100 mu m thick Gas Electron Multiplier. Journal of Instrumentation, v. 13, OCT 2018. (16/05282-2)

NATAL DA LUZ, H.; BHATTACHARYA, P.; FILHO, L. A. S.; FRANCA, L. E. F. M.. Ion backflow studies with a triple-GEM stack with increasing hole pitch. Journal of Instrumentation, v. 13, JUL 2018. (16/23355-7, 16/05282-2)

DE SOUZA, GEOVANE G. A.; DA LUZ, HUGO NATAL. XRF element localization with a triple GEM detector using resistive charge division. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SP, v. 937, p. 141-147, SEP 1 2019. (16/05282-2, 17/00426-9)

ROQUE, R. C.; NATAL DA LUZ, H.; CARRAMATE, L. F. N. D.; AZEVEDO, C. D. R.; MIR, J. A.; AMARO, F. D.. Gain characteristics of a 100 mu m thick GEM in Krypton-CO2 mixtures. Journal of Instrumentation, v. 12, DEC 2017. (16/05282-2)