UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI LECCE
Facoltà di Scienze MM.FF.NN.
Corso di laurea in FISICA
Caratteristiche Volt-Amperometriche degli
elettrodi dei rivelatori a Piani Resistivi
Paralleli (RPC) del sistema di trigger per
muoni dell’esperimento ATLAS.
Appello di Laurea del 13 Dicembre 2002
Claudio CHIRI
L’apparato ATLAS a LHC, CERN
(A Toroidal Large hadron collider
ApparatuS)
L’apparato di rivelazione
ATLAS e’ uno dei quattro
apparati che saranno installati
al Large Hadron Collider, dove
si realizzeranno misure con
fasci p-p a 14 TeV nel C.M., e
ad alta luminosita’ (1034 cm-2
s-1), con l’intento di rivelare il
mattone mancante dell’edificio
del Modello Standard (il
bosone di Higgs), ma anche di
evidenziare possibili segnali di
fisica oltre tale modello
Lo spettrometro di muoni.
Sistema del trigger di primo livello. Gli RPC
RPC (Camere a Piatti piani Resistivi)
Il gruppo di Lecce e’ impegnato nella
realizzazione delle camere di trigger per muoni
del barrel.
Lo spettrometro esegue il trigger di primo
livello (LV1) ed il tracciamento di precisione
dei m .
Nel barrel, il trigger LV1 è eseguito dagli RPC,
che inoltre definiscono le regioni di interesse
per il tracciamento fine.
Schema della strategia del trigger di muoni
Caratteristiche principali degli RPC
 Risoluzione spazio-temporale (1 cm x 1 ns)
 Efficienza all’alto flusso di particelle
 Possibilità di costruire dei sistemi di trigger di
grande dimensione
 Rapporto qualità-prezzo
Struttura di un RPC
Principio di funzionamento
f = 1/t
t  e0er
F = 0.1 ÷ 1 kHz/cm2
Motivazione delle misure fatte
nella tesi
Il lavoro di tesi presentato ha avuto come
scopo lo studio delle proprietà elettriche del
laminato plastico utilizzato nella costruzione
degli elettrodi degli RPC. Tale studio è stato
suggerito da una serie di approfondimenti in
atto su questo materiale al fine di chiarire gli
effetti di invecchiamento a cui sono soggetti i
rivelatori stessi.
Materiale degli elettrodi
resistivi
Una lastra di laminato plastico è costituita da una
serie di fogli di carta impregnati con opportune
resine ed aggregati attraverso una serie di
procedure di pressatura a ciclo di temperatura
controllato, che portano alla polimerizzazione
delle sostanze impregnanti.
Il controllo di resistività nel ciclo di produzione del
laminato plastico
 Impregnazione
% resina
Corpo
10
5
0
0
200
400
600
Resistività (10 09  cm)
 Essiccazione
% volatili
Corpo
3
2
1
0
0
200
400
600
 Pressatura
Temperatura (°C)
Resistività (10 09  cm)
35
30
25
20
15
10
5
0
0
200
400
Resistività (1009  cm)
600
Statistica dei valori di resistività delle
lastre di bakelite utilizzate per gli RPC di
ATLAS sul 63 % della produzione totale
Caratteristiche V – I della bakelite
Apparato di misura
(resistenze di carico = 1 Mohm)
 La resistività è ottenuta dal best-fit
lineare delle caratteristiche V – I
(V<0.7 KV)
I = aV + b
r = A/(da)
Dipendenza r = r(T)
r20 = (19.6 ± 0.8) x 1010 cm
r20 = (18 ± 1) x 1010 cm
t = (9.5 ± 0.5) °C
Range di Temperatura: 16 – 44 °C
Dipendenza r = r(H)
Range di umidità: 6 % - 55 %
Relazione empirica:
r = rmin + a/(1 + exp((h-50)/15)
CONCLUSIONI
• Nell’ambito di un programma di misura dell’invecchiamento dei
materiali usati per la costruzione dei contatori RPC, di grande
attualita’ in vista delle applicazioni ad alto tasso di
irraggiamento presso LHC, e’ stato caratterizzato elettricamente
un campione di bachelite di ATLAS
• La dipendenza della resistività dalla temperatura r = r(T) è
stata parametrizzata con una approssimazione esponenziale
che è in buon accordo con la legge empirica comunemente
accettata.
• E’ stata suggerita, inoltre, una parametrizzazione empirica della
dipendenza r=r(H), finora non disponibile agli sperimentatori,
assumendo che la conducibilità del materiale sia legata al
contenuto in acqua
• Sono stati infine esplorati eventuali effetti di polarizzazione ed
isteresi nel laminato plastico che potrebbero portare ad una
degradazione del segnale misurato dagli RPC.