PRR Project

Summary

O principal objetivo da Colaboração DRD1 baseada no CERN é o desenvolvimento de técnicas avançadas em detetores gasosos para a ciência fundamental e aplicada. Este projeto é o esforço conjunto de três grupos de investigação portugueses, todos membros de DRD1 e das anteriores colaborações RD51, com vasta experiência internacionalmente reconhecida no desenvolvimento de novos detetores de partículas, estudo de misturas gasosas utilizadas como meio de deteção, e dos processos físicos inerentes, bem como o desenvolvimento de detetores para aplicações concretas. Esta ligação de longa data tem-se revelado frutífera, tendo o esforço conjunto das três instituições resultado em contribuições sólidas para o programa RD51, e para o desenvolvimento e enriquecimento da especialização nesta área a nível nacional. Dando seguimento ao trabalho desenvolvido no âmbito do programa RD51, este projeto visa contribuir para o programa da colaboração DRD1 recentemente aprovado, em particular para os pacotes de trabalho WP6, WP7, WP8 e WP9. São propostas várias linhas de investigação. Uma delas visa o desenvolvimento de detetores de placas resistivas (RPCs) para temporização rápida e deteção de neutrões, com o desenvolvimento de RPCs capazes de atingir uma precisão no tempo superior a 100 ps, e uma precisão espacial em 2D sub-milimétrica, melhorando assim a versão anterior. O presente desafio é conseguir atingir este objetivo com uma única RPC (em vez de duas), sem comprometer o desempenho em termos da resolução temporal e espacial. Este trabalho será a nossa contribuição para o pacote WP7 projeto B “High-rate, large, precise timing (M)RPC”, que terá também um impacto importante no pacote WP9/Muografia. O trabalho em RPCs para a deteção de neutrões irá contribuir para o pacote WP9, principalmente, nas tarefas T3, 5 e 10. O objetivo é alargar a área de aplicação da tecnologia de deteção de neutrões baseada em RPCs à deteção de neutrões rápidos. Uma potencial aplicação para este tipo de detetor é a medida das probabilidades de emissão de neutrões com atraso a raios beta, por núcleos exóticos ricos em neutrões (por exemplo, em ISOLDE no CERN), ou no desenvolvimento de sensores para neutrões cósmicos para monitorização do conteúdo de água no solo de forma não invasiva e contínua, para agricultura de precisão. Para atingir este objetivo, os nossos esforços vão concentrar-se de uma ordem de grandeza do nível de ruído de fundo intrínseco das RPCs e na operação do detetor em modo selado. Outra das linhas de investigação visa o desenvolvimento de detetores selados e sistemas de imagiologia baseados em MPGDs, e enquadra-se  no pacote WP9 “Beyond HEP”, tendo  como objetivo melhorar a portabilidade e simplificar a manutenção de detetores gasosos. Aqui o objetivo é desenvolver detetores gasosos para imagiologia, usando estruturas de elétrodos do tipo COBRA com a geometria otimizada, e materiais com baixa emissão de impurezas (e.g., cerâmica). Será realizado o estudo do desempenho deste tipo de detetor tendo em vista o desenvolvimento de sistemas de imagiologia por fluorescência de raios X e tomografia computadorizada de elevada eficiência e resolução, capazes de oferecer soluções versáteis e de baixo custo para uso biomédico e industrial. Estão ainda previstos estudos  de física de detetores no âmbito do pacote WP6, WP8 - projeto C, e no grupo de trabalho WG3. Propomos a realização de um estudo experimental do processo de formação e deriva de iões negativos em xénon com aditivos eletronegativos, bem como a recuperação dos eletrões na fase de amplificação. Uma possível aplicação deste conceito será na deteção de partículas onde uma baixa difusão das cargas é critica. Espera-se ainda, obter informação adicional sobre os parâmetros de transporte de diferentes espécies de iões, que é relevante para a fiducialização do volume do detetor. Finalmente, propõe-se a investigação de um novo conceito de extração e amplificação de eletrões em detetores de fase dupla – “the Floating Hole Multiplier (FHM)”, introduzido  anteriormente por um dos nossos grupos. A prova do conceito foi realizada com sucesso, sendo agora necessário aprofundar o seu estudo. Será efetuado o estudo experimental das propriedades da superfície  do xénon  líquido nos orifícios da estrutura de elétrodos flutuante e em contacto com materiais de interesse para a construção do detetor. Os resultados deste trabalho serão de extrema importância para o desenvolvimento da próxima geração de experiências de matéria escura com detetores de dupla fase (e.g., LZ e DARWIN), nas quais o paralelismo entre os elétrodos de extração (atualmente grelhas metálicas) e a superfície do líquido é critico, e se torna difícil de alcançar dadas as grandes dimensões dos detetores. Uma estrutura de elétrodos flutuantes pode ainda garantir um melhor controle de processos indesejáveis na superfície do líquido. Esta tarefa está enquadrada no pacote WP8/T3 do programa DRD1.