Caracterización y comisionamiento de un detector Triple-GEM

Characterization and commissioning of a Triple-GEM detector

En este estudio, se detalla la caracterización y puesta en funcionamiento de un detector triple multiplicador de electrones gaseoso (triple-GEM). Se investigó la respuesta del detector ante varias fuentes de radiación y se calcularon parámetros clave como su eficiencia, ganancia, resolución energética y resolución temporal. Se encontraron valores de resolución energética del 19.5%, una resolución temporal de 40 ns y una ganancia máxima de 5×10⁶. Los resultados indican que el detector se encuentra en la región proporcional de funcionamiento, lo que sugiere que puede ser utilizado con confianza en futuros estudios de dosimetría médica.

1. INTRODUCCIÓN

Fabio Sauli desarrolló en 1996, en el CERN, el Multiplicador de Electrones de Gas (GEM), en el que la estructura de los electrodos consiste en agujeros de tamaño micrométrico en los que su geometría curva y concentra el campo eléctrico de tal forma que se consigue una gran amplificación en comparación con otros detectores de gas micropatrónicos. El detector GEM permite un envejecimiento notablemente menor de la mezcla de gases tras grandes dosis de radiación, una gran variedad de aplicaciones, producción en serie, geometría flexible, bajo ruido, señal electrónica rápida y mejor resolución espacial y temporal [1].

Desde principios de los 2000, ha habido detectores GEM en múltiples instalaciones de Física de Altas Energías, como los experimentos COMPASS [2], TOTEM [3], y LHCb [4]. Además, los detectores basados en GEM sustituyeron a otros dispositivos gaseosos con una capacidad de tasa limitada, como los detectores de muones en CMS [5] y las tapas finales de la cámara de proyección temporal en ALICE, para la detección de neutrones, el seguimiento rápido y la mejora de la lectura para cámaras de deriva de gran volumen [6]. También se han propuesto para el futuro Colisionador Lineal Internacional (ILC) [7] y los experimentos STAR [8] y PHENIX [9] en el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC).

En este trabajo presentamos en detalle cómo se caracteriza, calibra y pone en servicio este detector. En otro trabajo hemos estudiado la viabilidad de su uso para dosimetría médica [10].

Un detector triple-GEM fue adquirido por el grupo de investigación CRYOMAG de la Universidad Nacional de Colombia a la colaboración RD51 del CERN, donde fue fabricado y ensamblado en una sala limpia por uno de los autores. Posteriormente fue puesto en servicio en el laboratorio Cryomag de la Universidad Nacional de Colombia. La puesta en marcha consistió en comprobar el correcto funcionamiento del detector, partiendo de su integridad física, circuito de gases, implementación de la red de polarización eléctrica y circuito de generación de señal. También se determinaron las características eléctricas, como el rango de voltaje de operación seguro, la ganancia y la calibración de energía. Estos procedimientos se explicarán minuciosamente para que los recién llegados a los detectores de partículas, en particular a los detectores GEM, se familiaricen con estos detalles.