Μελέτη του ανιχνευτή αερίου Picosec-Micromegas : ανάλυση δεδομένων δέσμης ελέγχου και προσομοίωση με χρήση GARFIELD++
Creators: name: Καρακούλιας, Ιωάννης Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Ανιχνευτής αερίου γεμίσματος
Χρονική διακριτική ικανότητα
Μικροπλέγμα
Gas Detector
Timing Resolution
Micro mesh

description: Η παρούσα διπλωματική διατριβή παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη διερεύνηση του ανιχνευτή Picosec Micromegas (Δομή Μιρκοπλέγματος με Αέριο) μέσω ανάλυσης δεδομένων και προσομοίωσης λογισμικού χρησιμοποιώντας το GARFIELD++. Η μελέτη επικεντρώνεται στην απόδοση του ανιχνευτή MM7 Picosec Micromegas, ο οποίος διαθέτει επτά εξαγωνικά pads, υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Η ανάλυση δεδομένων πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας δέσμη ηλεκτρονίων 30 GeV και δέσμη μιονίων 150 GeV στη γραμμή δέσμης SPS H4, παρέχοντας λεπτομερή εξέταση των κατανομών συλλογής φόρτiου, του χρόνου άφιξης σήματος ( SAT) και της χρονικής διακριτικής ικανότητας. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι το SAT παρουσιάζει μια ασυνήθιστη συμπεριφορά που είναι συνεπής τόσο στις δέσμες ηλεκτρονίων όσο και στις δέσμες μιονίων, υποδηλώνοντας μια εγγενή ιδιότητα του ανιχνευτή Micromegas. Εξετάστηκαν επίσης οι κατανομές συλλογής φόρτιου και η ανάλυση για διάφορες τάσεις λειτουργίας, προσφέροντας πολύτιμες πληροφορίες για την απόδοση και τη λειτουργική σταθερότητα του ανιχνευτή. Τέλος, για να εξηγηθεί η συμπεριφορά του SAT έγινε σάρωση του ανιχνευτή. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν λεπτομερείς προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας το λογισμικό GARFIELD++ για να μοντελοποιηθεί η δομή του πλέγματος του ανιχνευτή Micromegas. Αυτές οι προσομοιώσεις παρείχαν λεπτομερή ανάλυση της κατανομής του ηλεκτρικού πεδίου εντός του ανιχνευτή. Επιπλέον, η μελέτη εξέτασε τις ιδιότητες του μείγματος αερίου Compass και υπολόγισε τα όρια σταθερής λειτουργίας, ενισχύοντας την κατανόηση της δυναμικής του αερίου και της αξιοπιστίας του ανιχνευτή υπό διαφορετικές συνθήκες. Τα ευρήματα από τα πειραματικά δεδομένα και τις προσομοιώσεις συμβάλλουν σημαντικά στη βελτιστοποίηση του ανιχνευτή Picosec Micromegas για εφαρμογές υψηλής ακρίβειας χρονισμού στη φυσική υψηλής ενέργειας. Η έρευνα υπογραμμίζει το δυναμικό του ανιχνευτή Picosec Micromegas να επιτύχει εξαιρετική ανάλυση χρονισμού. Αυτή η διπλωματική διατριβή παρέχει ένα ισχυρό πλαίσιο για μελλοντικές εξελίξεις και εφαρμογές προηγμένων ανιχνευτών αερίου σε πειράματα φυσικής υψηλής ενέργειας.
description: This thesis presents a comprehensive investigation of the Picosec Micromegas (Micromesh Gas Structure) detector through data analysis and software simulation using GARFIELD++. The data analysis study focuses on the performance of the MM7 Picosec Micromegas detector, which features seven hexagonal pads, under different operating conditions. Data analysis was conducted using a 30 GeV electron beam and a 150 GeV muon beam at the SPS H4 beam line, providing a detailed examination of charge collection distributions, Signal Arrival Time (SAT), and Resolution. The experimental results indicate that the SAT exhibits an unusual behaviour consistent across both electron and muon beams, suggesting an effect of the Micromegas detector itself. Distributions of charge collection and resolution were also analysed for various operating voltages, contributing valuable insights into the detector's performance and operational stability. Lastly, to explain the SAT behaviour a scan of the detector was done. In parallel, detailed simulations were performed using GARFIELD++ to model the woven mesh structure of the Micromegas detector. These simulations provided a thorough analysis of the electric field distribution within the detector. Additionally, the study examined the properties of the Compass gas mixture, enhancing the understanding of the gas dynamics and detector reliability under different conditions. The findings from both experimental data and simulations contribute significantly to the optimization of the Picosec Micromegas detector for high-precision timing applications in high-energy physics. The research underscores the potential of the Picosec Micromegas detector to achieve exceptional timing resolution. This thesis provides a robust framework for future developments and implementations of advanced gaseous detectors in high-energy physics experiments.