Test bench for testing performances of Silicom Ball detector array at CMAM

• Author(s): Ferreira, David Santinhos
• Date: 2016
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/26412
• Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
• Subject(s): Teses de mestrado - 2016; Departamento de Física
• Document Type: Master thesis
• Language: English
• Advisor(s): Galaviz Redondo, Daniel, 1976-; Sánchez Benitez, Ángel Miguel
• Contributor(s): Repositório da Universidade de Lisboa

Description

Tese de mestrado integrado, Engenharia Física, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

The Silicon Ball (Si-ball) is a semi-conductor based detector developed and constructed at ISOLDE-CERN. It was exploited for more than a decade at ISOLDE-CERN to experimentally investigate static and dynamic properties of exotic nuclei which are produced by means of the ISOL-technique. Due to some technical limitations at the time, the detector was moved to the Centre for Micro Analysis of Materials (CMAM) in Madrid, Spain. CMAM is a multidisciplinary laboratory in which different ion beams of stable nuclei are nowadays produced with a 5 MV Tandem accelerator in combination with two different ion sources. Traditionally, one of the research lines of this laboratory was devoted to fundamental nuclear science, where recently low energy reactions relevant for nuclear astrophysics have been measured. The aim of my Master Thesis is the adaptation and start-up of the recently brought Si-ball charged particle detector at the nuclear physics line of the CMAM, preparing it for future campaigns of experiments devoted to investigate a variety of aspects on the structure and dynamics of the atomic nucleus. During my stay in Madrid, I worked within a collaborative framework that made it possible for interaction with experienced scientific and technical staff. The work involved developments at the level of electronic instrumentation and the execution of experiments aiming at characterizing the Silicon detectors and its electronic chain. Several integrated electronic components were considered, as well as data acquisition, treatment and analysis software. In addition, the work covered aspects of vacuum technology, beam diagnostic systems in particle accelerators, high granularity solid states detectors or integrated electronics. The main task in which I was already directly involved was the energy calibration of the Si-ball Silicon detectors using several alpha particle radioactive sources, and the determination of the dead layer thickness of each working units of Si-ball.

A Silicon Ball (Si-ball) é um detector baseado em semi-condutores desenvolvido e construído nas instalações do ISOLDE-CERN, onde foi explorado por mais de uma década para investigar experimentalmente propriedades estáticas e dinâmicas de núcleos exóticos que são produzidos por meio da técnica ISOL. Devido a algumas limitações técnicas da época, o detector foi transferido para o Centro de Micro Analise de Materiais (CMAM) em Madrid, Espanha. CMAM é um laboratório multidisciplinar, no qual diferentes feixes de iões de núcleos estáveis são hoje produzidos com um acelerador do tipo Tandem de 5 MV em combinação com duas fontes de iões diferentes. Tradicionalmente, uma das linhas deste laboratório de pesquisa foi dedicada à física nuclear fundamental, onde recentemente foram medidas reações a baixa energia relevantes para a astrofísica nuclear. O objetivo da minha tese de Mestrado é a adaptação e o funcionamento da Si-ball como detector de partículas implementada recentementena na linha de física nuclear do CMAM, preparando-a para futuras campanhas experimentais dedicadas para investigar uma variedade de aspectos sobre a estrutura e dinâmica do núcleo atómico. Durante a minha estadia em Madrid, trabalhei num quadro de colaboração que tornou possível a interação com pessoal científico e técnico experiente. O trabalho implicou desenvolvimentos ao nível da instrumentação electrónica e a realização de experiências que visaram o estudo e caracterização da resposta de detectores de Silício e da sua cadeia electrónica. O estudo passou pelo reconhecimento de vários componentes electrónicos integrados, dos softwares de aquisição de dados, software de programação e tratamento de dados, assim como a sua análise. Foram também abordados aspectos de tecnologia de vácuo, sistemas de diagnóstico de feixe em aceleradores de partículas e em particular detectores de estado sólidos com alta granularidade. A principal tarefa em que estive envolvido foi a calibração em energia dos detectores de Silício que compõem a Si-ball, utilizando vários tipos de fontes radioactivas emissoras de partículas é determinando o valor da espessura da camada morta em cada um dos detectores funcionais que constituem a Si-ball.