Câmara de traços com leitura óptica

Abstract

Neste trabalho apresenta-se um novo conceito de câmara de traços em que a reconstrução de posição tridimensional é feita exclusivamente a partir da leitura da luz de cintilação produzida em detectores gasosos de microestrutura. A câmara, cheia com 4 Ar+5%CF à pressão atmosférica, está equipada com um duplo ou triplo GEM onde é realizada a multiplicação de carga e produzida a luz de cintilação. A luz emitida é lida por um conjunto de fotomultiplicadores num arranjo quadrado de quatro ou nove elementos ou numa disposição hexagonal com sete elementos. A resolução em posição bidimensional medida, ao irradiar o detector com uma fonte colimada de raios X com energia de 5,9 keV, é melhor que 1 mm. A reconstrução tridimensional de traços de partículas alfa com energia de 5,5 MeV foi efectuada para vários ângulos de incidência das partículas na câmara. A resolução de dois traços paralelos próximos foi alcançada em todos os testes efectuados, para distâncias dos traços compreendidas entre 2,2 mm e 0,9 mm. Um trabalho preliminar de reconstrução de traços de raios cósmicos foi também realizado. As trajectórias de raios cósmicos, seleccionadas com um telescópio de dois cintiladores para duas orientações distintas relativamente à câmara, foram correctamente reconstruídas com o sistema de detecção desenvolvido. O tipo de detector estudado também foi aplicado em imagiologia de neutrões térmicos. Os testes efectuaram-se no ILL – Institut Laue Langevin – com um feixe de um reactor, usando uma câmara equipada com uma microstrip, cheia com 2 bar de 3He e 3 bar de 4 CF . Os resultados obtidos, nomeadamente a capacidade de suportar altas taxas de contagem (~10 MHz) e uma resolução em posição da ordem do milímetro, satisfazem as especificações do projecto MILAND da colaboração europeia FP6-NMI3 e estão na origem do projecto financiado WP22 detectors, no âmbito da colaboração FP7-NMI3.

A new track chamber concept is presented. The position reconstruction method is exclusively based on the optical readout of the scintillation light produced in microstructure gas detectors. The chamber, filled with a mixture of 4 Ar+5%CF at atmospheric pressure, is equipped with a double or triple GEM for charge multiplication and scintillation light production. The emitted light is read out with a photomultiplier array, either a square configuration of four or nine elements, or an hexagonal configuration with seven elements. The bidimensional position resolution, measured irradiating the detector with a collimated 5.9 keV X-Ray source, is less than 1 mm. The track reconstruction of 5.5 MeV alpha particles was investigated for several directions of irradiation. Two parallel tracks were successfully resolved for all ckecked distances, between 2.2 mm and 0.9 mm. Preliminary work in the reconstruction of cosmic ray tracks was also carried out. The trajectories of cosmic rays, selected with a telescope, were correctly reconstructed by the detection system for the two different tested directions. The developed technique was also applied in thermal neutron imaging. The tests were carried out at ILL – Institut Laue Langevin – with a reactor beam line, using a microstrip gas chamber filled with a mixture of 3He and 4 CF at partial pressures of 2 bar and 3 bar, respectively. The obtained results, namely the high rate capability (~10 MHz) and a position resolution in the order of 1 mm, achieve the specifications of the project MILAND from the FP6-NMI3 European collaboration and were the basis of the financed proposal WP22- Detectors under FP6-NMI3 collaboration.