Development of Microscopic Pattern Gas Detectors for X-Ray Experiments

Foram realizadas simulações de várias características do funcionamento de um triplo GEM (Gas Electron Multiplier) de geometria bicônica padrão, incluindo o ganho efetivo, o estudo do movimento dos íons positivos e a resolução em energia e espacial. Considerando que as simulações foram desenvolvidas em softwares livres, que nem sempre são amigáveis a novos usuários, foi desenvolvida uma ferramenta que as automatiza e facilita o uso, dispensando a exigência de configurar todos os arquivos necessários para executar cada programa. No intuito de fazer a validação das simulações, foi efetuada uma comparação da curva de ganho simulada com uma curva experimental de um triplo GEM padrão do CERN, com uma boa concordância. Foi simulado um detector com geometria alternativa (cônica, máscara simples), onde se explorou a variação das características estudadas em função do diâmetro dos furos e do espaçamento entre os mesmos. Nessas simulações foram identificados parâmetros ótimos para cada característica estudada, como o diâmetro ou espaçamento que maximiza o ganho ou minimiza o movimento retrógrado de íons, por exemplo. Aplicando os parâmetros geométricos que maximizam o ganho, com espaçamento entre orifícios de 120 µm, diâmetro superior de 60 µm e inferior de 70 µm, foi encontrada uma configuração de um GEM cônico (máscara simples) que pode chegar a um ganho até 75% maior em relação à configuração usual (espaçamento de 140 µm, diâmetro superior de 70 µm e inferior de 60 µm). Essas propostas de melhorias podem ser empregadas em uma nova versão desse detector que pode vir a ser efetivamente construído. Foram realizados também experimentos com um detector multifilar e um GEM de geometria alternativa utilizando uma fonte de 55Fe. Nesses experimentos, pôde-se caracterizar a resolução em energia e a curva de ganho, cujos comportamentos estão de acordo com aqueles estimados pelas simulações.Simulations of several characteristics of a standard biconical triple GEM (Gas Electron Multiplier) operation were performed, including effective gain, the study of positive ions movement, spatial and energy resolution. Considering that the simulations were developed using free software that are not always friendly to new users, a tool was developed that automates them and facilitates its use, eliminating the requirement to configure all the files necessary to run each program. In order to validate the simulations, a comparison of the simulated gain curve with an experimental curve of a standard CERN triple GEM was performed, with a good agreement. A detector with alternative geometry (conical, single mask) was simulated, where the variation of the studied characteristics was explored according to the diameter of the holes and its pitch. In these simulations, optimal parameters were identified for each characteristic studied, such as the diameter or pitch that maximizes the gain or minimizes the ion back flow, for example. Applying the geometric parameters that maximize the gain, with hole pitch of 120 µm, top diameter of 60 µm and bottom of 70 µm, was found a conical GEM (single mask) configuration that can reach a gain up to 75% greater in relation to the usual configuration (pitch of 140 µm, top diameter of 70 µm and bottom of 60 µm). These improvements suggested can be used in a new version of this detector that can be effectively made. Experiments were also performed with a multiwire detector and an alternative geometry GEM using a 55Fe source. In these experiments it was possible to characterize the energy resolution and gain curve, whose behaviors are in accordance with those estimated by simulations