Monte Carlo study of electroluminescence in gaseous detectors

Doutoramento em FísicaUma descrição detalhada do processo de electroluminescência é um prérequisito na optimização de detectores gasosos para sistemas de imagiologia, astrofísica, física de altas energias e experiências de eventos raros. Neste trabalho, é apresentada e caracterizada uma nova e versátil plataforma de simulação da emissão de luz durante a deriva de electrões em gases nobres, desenvolvida usando os programas Magboltz e Garfield. Propriedades intrínsecas da electroluminescência em gases nobres são calculadas e apresentadas em função do campo eléctrico aplicado, nomeadamente eficiências, rendimento e flutuações estatísticas associadas. São obtidos resultados em grande concordância com dados experimentais e simulações Monte Carlo anteriores. A plataforma é usada para determinar as condições óptimas de funcionamento de detectores como o NEXT (Neutrino Experiment with a Xenon TPC) e outros baseados nas micro-estruturas GEM (Gas Electron Multiplier) e MHSP (Micro- Hole & Strip Plate).A good understanding of electroluminescence is a prerequisite when optimizing gaseous detectors for imaging systems, astrophysics, high energy physics and rare event experiments. In this work, a new versatile simulation toolkit for calculating the emission of light through electron impact on noble gases, developed using the Magboltz and Garfield programs, is presented and characterized. Intrinsic electroluminescence properties of noble gases, such as efficiencies, yield and associated statistical fluctuations are calculated and presented as a function of the electric field. Excellent agreement with experiment and with early Monte Carlo simulations is obtained. The toolkit is used to determine optimal operation conditions of detectors such as NEXT (Neutrino Experiment with a Xenon TPC) and those based in the GEM (Gas Electron Multiplier) and MHSP (Micro-Hole & Strip Plate) microstructures