Σχεδίαση και μελέτη των ανιχνευτών Micromegas για την αναβάθμιση του πειράματος ATLAS στο LHC/CERN
Authors: Ιακωβίδης Γεώργιος 
Published: February 2022

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελείται από τις εξής γενικότερες θεματικές ενότητες: Ανάπτυξη των συστημάτων ελέγχου, DCS (Detector Control System), του ανιχνευτή ATLAS στο πείραμα του LHC, και συγκεκριμένα στα υπό-ανιχνευτικά συστήματα ανίχνευσης μιονίων MDT (Monitored Drift Tubes) και CSC (Cathode Strip Chambers). Μελέτη και ανάπτυξη του ανιχνευτή micromegas, ο οποίος έχει επιλεχθεί ως μια από τις ανιχνευτικές τεχνολογίες που θα χρησιμοποιηθεί για την αναβάθμιση του φασματομέτρου μιονίων του ανιχνευτή ATLAS στα έτη 2018-2019.Σύστημα αυτομάτου ελέγχουΤο πείραμα ATLAS, λόγω της μεγάλης πολυπλοκότητας του και της συνεχούς λειτουργίας του, επιτάσσει την ανάπτυξη ενός εξελιγμένου συστήματος αυτομάτου ελέγχου ικανό να ελέγχει όλο τον εξοπλισμό των υπο-ανιχνευτικών συστημάτων εγγυώντας την ασφαλή λειτουργίας τους. Στο πλαίσιο αυτό, αναπτύχθηκαν συστήματα αυτομάτου ελέγχου για το φασματόμετρο μιονίων και ειδικότερα για τους ανιχνευτές Cathode Strip Chambers (CSC) και Monitored Drift Tubes (MDT). Για τους ανιχνευτές CSC σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε το συστήματος ελέγχου τροφοδοσίας υψηλής και χαμηλής τάσης των θαλάμων, το σύστημα ανάγνωσης των αισθητήρων θερμοκρασίας καθώς και της γενικότερης υποδομής του συστήματος. Για τους ανιχνευτές MDT αναπτύχθηκε σύστημα ελέγχου για την αποδοτική και ασφαλή επίβλεψη των ηλεκτρονικών συστημάτων των ανιχνευτών. Και για τα δυο συστήματα του φασματομέτρου μιονίων, ένα παραθυρικό περιβάλλον χειρισμού υλοποιήθηκε δίνοντας την δυνατότητα απομακρυσμένου ελέγχου των ανιχνευτών.Ο ανιχνευτής micromegas και το σύστημα New Small WheelΟ επιταχυντής LHC στο άμεσο μέλλον θα υποστεί αλλαγές και αναβαθμίσεις έπειτα από τις οποίες θα είναι ικανός να προσδώσει δέσμες σε μεγαλύτερη λαμπρότητα. Μια τέτοια αναβάθμιση σημαίνει περισσότερες συγκρούσεις πρωτονίων εντός του ανιχνευτή και μεγαλύτερη ροή σωματιδίων στα υπο-ανιχνευτικά συστήματα. Το φασματόμετρο μιονίων του πειράματος ATLAS είναι ικανό να ανιχνεύσει την αυξημένη ροή σωματιδίων όμως ένα μέρος του, ο πρώτος σταθμός ανίχνευσης των endcaps ονομαζόμενος Small Wheel, θα επέλθει των δυνατοτήτων του και επομένως πρέπει να αντικατασταθεί. Μια τεχνολογία ανιχνευτών πρωτοεμφανιζόμενη το 1996 ονόματι micromegas μελετήθηκε για την εφαρμογή της στην αναβάθμιση του πειράματος και την δημιουργία ενός νέου σταθμού ανίχνευσης ονόματι New Small Wheel (NSW).Για την μελέτη και κατανόηση του ανιχνευτή micromegas αναπτύχθηκαν τεχνικές προσομοίωσης ικανές να περιγράψουν τις φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν όταν ένα βαρύ φορτισμένο σωματίδιο διαπερνά τον ανιχνευτή. Στα πλαίσια της προσομοίωσης μελετήθηκε η αποδοτικότητα του ανιχνευτή χρησιμοποιώντας διαφορετικά αέρια και γεωμετρίες. Επίσης η προσομοίωση εξελίχθηκε σε μοντέλα ικανά να περιγράψουν την γεωμετρία του NSW και τα ηλεκτρονικά ανάγνωσής του.Κατά την διάρκεια εκπόνησης της διδακτορικής διατριβής, πραγματοποιήθηκε ενεργή συμμε- τοχή στις δοκιμαστικές περιόδους δεσμών σωματιδίων με σκοπό την μελέτη της χωρικής διακριτικής ικανότητας των ανιχνευτών micromegas, την επίδοσή τους υπό την επίδραση μαγνητικού πεδίου καθώς και την επίδοση των ηλεκτρονικών VMM. Τα ηλεκτρονικά VMM είναι τα κύρια ηλεκτρονικά που θα χρησιμοποιηθούν στην αναβάθμιση του New Small Wheel (NSW) για τους ανιχνευτές sTGC και micromegas.Τέλος, στα πλαίσια δοκιμής των ηλεκτρονικών VMM έγινε μελέτη για τον σχεδιασμό του συστήματος έλεγχου και ανάγνωσής των ηλεκτρονικών συστημάτων του NSW χρησιμοποιώντας τα GBTx και GBT-SCA.Το έργο συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή ́Ενωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από Εθνικούς Πόρουςστο πλαίσιο του προγράμματος «ΘΑΛΗΣ - ∆ΡΑΣΗ 7 - ΕΚΠΑ ∆ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΝΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕ ΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ATLAS ΚΑΙ CMS ΣΤΟ LHC» του Επιχειρησιακού Προγράμματος «ΕΚΠΑΙ∆ΕΥΣΗ ΚΑΙ ∆ΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗ».