RPC detektörlerde kullanılan elektrot materyallerinin incelenmesi
Examination of electrode materials used in RPC detectors
Yazar: BETÜL ELBİR
Danışman: PROF. DR. NİLGÜN DEMİR
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Deneysel parçacık fiziğinde kullanılan en önemli cihazlardan biri olan gazlı detektörler, çekirdek bozunmalarında, kozmik ışın etkileşimlerinde ya da parçacık hızlandırıcılarında açığa çıkan yüksek enerjili parçacıkları tespit etmek ve/veya izlerini bulmak için kullanılır. Dirençli Plaka Odası (Resistive Plate Chamber-RPC), arasında ince bir gaz boşluğu ile birbirinden ayrılmış ve paralel yüksek dirençli iki plakadan oluşur. Detektörden iyonize edici bir parçacık geçtiğinde, detektörün gaz hacminde yaptığı iyonizasyonlar sonucu elektron- iyon çiftleri meydana gelir. Plakalar arasına uygulanan yüksek voltajla elde edilen düzgün bir elektrik alan sayesinde, oluşan bu iyonizasyon çiftleri levhalara doğru hızlandırılır. Plakalarda toplanan yükler indüklenerek sinyal okuma kanallarına iletilir. Bu durum, yüksek dirençli plakalardan oluşan RPC detektörünü diğer detektörlerden ayıran en belirgin özelliğidir. Bu olay diğer detektörlere göre çok daha yavaş olduğu için, RPC' lerin zaman ve konum çözünürlüğü, çok daha yüksektir. Detektörün verimini artırmak için indüklenen yükün sinyal okuma kanallarına hızlı bir şekilde aktarılması gerekir. Bu amaçla, yüksek dirençli elektrotların (plakaların) dışa bakan yüzeyleri direnci daha düşük bir malzemeyle kaplanır. Kaplama işlemi ile elektrotların yüzeysel ve hacimsel özdirençleri değişecektir. Bu parametrelerin değişimi, detektör verimini de etkileyecektir. 
Bu çalışma, Bursa Uludağ Üniversitesi Gazlı Detektör Araştırma Laboratuvarı'nda yürütülmektedir. Çalışmada, elektrot olarak, soda-lime camlar kullanılmış ve yüzeyleri serigrafi boyama tekniği ile kaplanmıştır. Kaplama için grafit tozu, bakır-mikron tozu ve bor-karbür tozları çeşitli oranlarda serigrafi boyası ile karıştırılarak farklı katmanlarda çeşitli elektrot örnekleri hazırlanmıştır. Hazırlanan her bir örnek elektrotun, yüzeysel ve hacimsel özdirençleri ölçülerek voltaja bağlı değişimleri incelenmiştir. Yüzeysel direnci 1MΩ-4MΩ olan elektrotlarla fotona duyarlı RPC detektörü tasarlanmış ve test edilmiştir.

Abstract:
Gas detectors, one of the most important devices used in experimental particle physics, are used to detect and/or find traces of high-energy particles released in nuclear decay, cosmic ray interactions or particle accelerators. Resistive Plate Chamber (RPC) consists of two parallel high resistance plates separated from each other by a thin gas gap. When an ionizing particle passes through the detector, electron-ion pairs are formed because of the ionizations made by the detector in the gas volume. Thanks to a uniform electric field obtained by high voltage applied between the plates, these ionization pairs are accelerated towards the plates. The charges collected on the plates are induced and the signal is transmitted to the reading channels. This is the most distinctive feature that distinguishes the RPC detector, which consists of high resistance plates, from other detectors. Since this event is much slower than other detectors, the time and location resolution of RPCs is much higher. To increase the efficiency of the detector, the induced charge must be quickly transferred to the signal reading channels. For this purpose, the outward facing surfaces of high resistance electrodes (plates) are coated with a material with lower resistance. With the coating process, the surface and volume resistivities of the electrodes will change. Changing these parameters will also affect the detector efficiency.
This study is carried out at Bursa Uludağ University Gas Detector Research Laboratory. In the study, soda-lime glasses were used as electrodes and their surfaces were covered with silk-screen painting technique. For surface coating, various electrode samples were prepared in different layers by mixing graphite powder, copper-micron powder and boron-carbide powder with screen printing paint in various proportions. The surface and volume resistivities of each prepared sample electrode were measured and their voltage-dependent changes were examined. A photon-sensitive RPC detector was designed and tested with electrodes with surface resistance of 1MΩ-4MΩ.