Un multiplicador de electrones de gas (GEM) es un tipo de detector de ionización gaseosa que se utiliza en la física nuclear y de partículas y en la detección de radiación.
Todos los detectores de ionización gaseosa pueden recolectar los electrones liberados por la radiación ionizante , guiándolos a una región con un gran campo eléctrico e iniciando así una avalancha de electrones . La avalancha puede producir suficientes electrones para crear una corriente o carga.lo suficientemente grande para ser detectado por la electrónica. En la mayoría de los detectores de ionización, el campo grande proviene de un cable delgado con un potencial positivo de alto voltaje; este mismo cable delgado recoge los electrones de la avalancha y los guía hacia la electrónica de lectura. Los GEM crean el gran campo eléctrico en pequeños orificios en una delgada lámina de polímero; la avalancha ocurre dentro de estos agujeros. Los electrones resultantes se expulsan de la hoja y se debe usar un sistema separado para recolectar los electrones y guiarlos hacia la lectura.
Los GEM pertenecen a la clase de detectores de gases de micropatrón ; esta clase incluye micromegas y otras tecnologías.
Historia
Los GEM fueron inventados en 1997 en el Grupo de Desarrollo de Detectores de Gas [1] del CERN por el físico Fabio Sauli . [2]
Operación
Los GEM típicos están construidos con una lámina Kapton de 50 a 70 micrómetros de espesor revestida de cobre en ambos lados. Una fotolitografíay el proceso de grabado ácido hace orificios de 30 a 50 micrómetros de diámetro a través de ambas capas de cobre; un segundo proceso de grabado extiende estos agujeros a lo largo del kapton. Los pequeños orificios se pueden hacer de forma muy regular y dimensionalmente estable. Para el funcionamiento, se coloca un voltaje de 150 a 400 V a través de las dos capas de cobre, lo que genera grandes campos eléctricos en los orificios. En estas condiciones, en presencia de los gases apropiados, un solo electrón que entre en cualquier agujero creará una avalancha que contiene entre 100 y 1000 electrones; esta es la "ganancia" del GEM. Dado que los electrones salen por la parte posterior del GEM, un segundo GEM colocado después del primero proporcionará una etapa adicional de amplificación. Muchos experimentos utilizan pilas de GEM dobles o triples para lograr ganancias de un millón o más.
El funcionamiento de las cámaras de cables generalmente implicaba solo un ajuste de voltaje: el voltaje en el cable proporcionaba tanto el campo de deriva como el campo de amplificación. Un detector basado en GEM requiere varios ajustes de voltaje independientes: un voltaje de deriva para guiar a los electrones desde el punto de ionización al GEM, un voltaje de amplificación y un voltaje de extracción / transferencia para guiar a los electrones desde la salida del GEM al plano de lectura. Un detector con una gran región de deriva puede funcionar como una cámara de proyección de tiempo ; un detector con una región de deriva más pequeña funciona como un simple contador proporcional .
Una cámara GEM se puede leer mediante simples tiras conductoras colocadas a lo largo de un plano; el plano de lectura, como el propio GEM, se puede fabricar con técnicas de litografía ordinarias en materiales de placa de circuito ordinarios. Dado que las tiras de lectura no participan en el proceso de amplificación, se pueden fabricar en cualquier forma; Son posibles tiras y rejillas 2-D , almohadillas hexagonales, segmentos radiales / azimutales y otras geometrías de lectura.
Usos
Los GEM se han utilizado en muchos tipos de experimentos de física de partículas. Uno de los primeros usuarios destacados fue el experimento COMPASS del CERN. Se han propuesto detectores de gas basados en GEM para componentes del Colisionador Lineal Internacional , el experimento STAR y el experimento PHENIX en el Colisionador de Iones Pesados Relativista , y otros. Las ventajas de los GEM, en comparación con las cámaras proporcionales de cables múltiples, incluyen: facilidad de fabricación, ya que los GEM de gran superficie pueden, en principio, producirse en masa, mientras que las cámaras de alambre requieren un montaje laborioso y propenso a errores; geometría flexible, tanto para el GEM como para las almohadillas de lectura; y la supresión de iones positivos, que era una fuente de distorsiones de campo en cámaras de proyección de tiempo operadas a altas velocidades. Varias dificultades de fabricación plagaron los primeros GEM, incluida la falta de uniformidad y los cortocircuitos, pero en gran medida se han resuelto.
Referencias
- ^ El grupo de desarrollo de detectores de gas. http://gdd.web.cern.ch/GDD/
- ^ "Una joya de un detector". CERN Courier, 27 de noviembre de 1998. http://cerncourier.com/cws/article/cern/27921
