ALICE è uno dei grandi
esperimenti che saranno installati sul collisore
LHC del
CERN.Grazie alla sua elevata luminosità
ed all'energia totale disponibile nel centro di massa, tale collisore permetterà
di esplorare nuove regioni nella fisica delle particelle. Lo studio delle
interazioni fra ioni pesanti con energie ultrarelativistiche si propone
di dare una risposta ad alcune delle domande fondamentali nel campo delle
interazioni forti quali: Il comportamento dei quark e gluoni quando vengono
a trovarsi liberi di muoversi in regioni estese di spazio. Il comportamento
della materia adronica quando viene sottoposta a pressioni tali che la
densità sia maggiore di quella dei nucleoni. Il confinamento dei
quark.
La fisica che l'esperimento ALICE si propone di studiare impone severe
richieste sulle caratteristiche dei singoli rivelatori impiegati. In particolare,
una delle richieste sui "detector" è quella di non essere danneggiati
dai flussi di particelle che li colpiranno durante i primi dieci anni di
presa dati.La valutazione della dose cumulata in run di test da circuiti
integrati di tipo ASIC specificatamente sviluppati per la lettura dei rivelatori
di tipo pixel é cruciale per garantire la piena funzionalità
dell'apparato sperimentale ALICE.Il lavoro da me svolto nell'ambito del
gruppo ALICE di Roma, e raccolto in questa tesi, è stato lo studio,
mediante l'utilizzo del simulatore Geant 3.21, della dose totale cumulata
nei pixel che verranno istallati nella zona del tracciatore interno.I risultati
ottenuti nello svolgere questo lavoro di tesi permettono di avere una visione
molto chiara e rassicurante dei limiti dell’elettronica di lettura analizzata.
Sia sulla base dei dati sperimentali che dei dati ottenuti dalla simulazione,
le prestazioni dei circuiti integrati che realizzano le celle di lettura
dei rivelatori a pixel, risultano stabili per valori ampiamente superiori
al limite dei 200 Krad di dose totale previsti nell’arco di dieci anni
di presa dati nell’esperimento ALICE. I due tipi di chip utilizzati nelle
due esposizioni a protoni da 6.5 MeV, pur basandosi su due tecnologie CMOS
diverse (MIETEC 0.5 m m ed IBM 0.25 m
m) si basano sullo stesso principio ispiratore: terminale di gate non lineare
ma circondante il terminale di drain ad anelli di guardia circondanti i
singoli transistor.Entrambe queste modifiche apportate al disegno delle
maschere sono risultate necessarie per limitare le correnti di perdita
che insorgono nei normali CMOS esposti a radiazione e che ne impediscono
l'uso in condizioni simili. L'utilizzo del simulatore GEANT 3.21 ha evidenziato
una discrepanza nel calcolo della dose utilizzando le sole formule medie
per il calcolo dello scattering multiplo e lo scattering singolo imputabile
ai limiti dell'approssimazione numerica usata. Infine si può affermare
che nelle nostre condizioni sperimentali il numero delle particelle che
vengono rilevate dal rivelatore all'indietro SBD segue una distribuzione
descritta dalla formula di Rutherford per lo scattering singolo, mentre
il numero delle particelle che arrivano sul chip in avanti segue una distribuzione
alla Moliere per lo scattering multiplo.
Nota: nello svolgere questo studio sono stati utilizzazi dei programmi,
(in ambiente UNIX) ideati dall'autore, scritti in Fortran per il programma
di simulazione utilizzando le librerie del CERN (che descrivono il tracciamento
delle particelle nei diversi materiali) e in C per i programmi dell'analisi
dei dati, inoltre sono state fatte altre due simulazioni utilizzando una
sorgente gamma da Co-60 e neutroni da 14.7 MeV.
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