Estudo dos limites de detecção de Sensores Monolíticos de Pixeis Ativos para o regime de íons de 4 a 100 MeV e seu potencial para análise por feixe de íons

Abstract

O ALPIDE, ALICE Pixel Detector, é um Sensor Monolítico de Pixeis Ativos desenvolvido para o uso no Experimento ALICE, concebido especialmente para aprimorar a resolução de rastreamento do experimento. Desde sua versão final, em 2016, aplicações diversas para essa nova tecnologia vem sendo estudadas, por exemplo, na área médica, porém a performance desse sensor quando irradiado por íons de energias baixas e intermediárias não foi estudada. O objetivo desse trabalho é o de esclarecer os limites de detecção do sensor e os danos induzidos por íons no regime de energias baixas e intermediárias, permitindo avaliar o potencial do sensor em experimentos de Análise por Feixe de Íons (IBA) e entre outros. Estimamos a eficiência em função do fluxo de partículas incidentes, os limiares de energia de detecção e transmissão, a perda de energia, o ângulo de espalhamento múltiplo e a durabilidade do ALPIDE para íons do hidrogênio ao neônio, no intervalo de energia de 4 MeV a 100 MeV . Os resultados foram obtidos a partir de simulações computacionais utilizando programas estabelecidos para estudar a interação de partículas com a matéria. Observou-se que experimentos com feixes de prótons são possíveis de serem realizados com energias a partir de 1 MeV . Em energias próximas do limite de transmissão, o ângulo de espalhamento múltiplo e o dano induzido por íons são maiores, resultando em situações nas quais a durabilidade do sensor fica bastante reduzida.

The ALPIDE, ALICE Pixel Detector, is a Monolithic Active Pixel Sensor developed for the use at the ALICE Experiment to improve the detection resolution. Since its final version, in 2016, studies has been made in order to estimate its potencial for applications outside the scope of High Energy Physics (e.g, the medical area), although the perfomance of this sensor for low and intermediate energy ions has not been investigated yet. The objective of this work is to clarify the detection limits and the radiation damage at moderate and low energy regime. The detection efficiency as a function of the particle flux, the energy limits of detection and transmission, the energy loss and the multiple scattering angle and the durability of the ALPIDE for ions from hydrogen to neon, with energies from 4 MeV to 100 MeV were estimated. The results were obtained by computational simulations using softwares established to study the interaction of charged particles with matter. It was observed that experiments using protons beams are possible with energies starting from 1 MeV . For energies around the transmission limits, the multiple scattering angle and the ion damage are higher, resulting in situations where the durability of the sensor is greatly reduced.