Celda híbrida de detección de rayos cósmicos (sección transversal 2 in^2)

Diseño Celda Híbrida de Detección de Rayos Cósmicos

Como un subproyecto del detector de Rayos Cósmicos M3, la finalidad de esta celda es formar parte del sistema del trigger en dicho detector, para ello se ha comenzado el diseño de una celda híbrida de detección de rayos cósmicos que funcione mediante la detección de radiación ionizante, así como de detección de radiación Cherenkov.


Está constituido pincipalmente por el cuerpo del detector que es un tubo rectángular de aluminio y un par de tapones en sus extremos.

 

Estas figuran detallan el diseño del detector. 

Figura 1 Vista lateral del exterior de la celda híbrida de detección de rayos cósmicos completa.

Figura 2 Vista superior de la celda híbrida de detección 

de rayos cósmicos en su aspecto externo.

 Figura 3 Se puede apreciar la celda híbrida de detección  en perspectiva.

 

Figura 4 Vista en perspectiva de una porción de la celda híbrida de detección, en la que se observa la manera en que está constituida  internamente. 

 Figura 5 Vista en perspectiva de uno de los tapones, componentes extremos de la celda híbrida de detección.

  Figura 6  Vista lateral, muestra de forma desglosada los elementos que conforman los tapones de la celda híbrida de detección. 

Figura 7 Vista superior correspondiente a la figura 6.

 Figura 8 Representación el fotodiodo empleado en la celda híbrida de detección.


http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/212377/HAMAMATSU/S9074.html

 Figura 9 Diagrama del circuito eléctrico requerido para la técnica de detección por ionización en la celda híbrida.

 Figura 10 Diagrama del circuito eléctrico empleado para la técnica de fotodetección de la celda híbrida. 

La celda hibrida de detección de rayos cósmicos constituida por los elementos mostrados en las figuras 1 a 10 se describe  enseguida. 

La celda hibrida de detección de rayos cósmicos como su nombre lo indica permite mediante dos técnicas detectar radiación cósmica. Las técnicas empleadas en la celda híbrida son: detección por ionización y por radiación tipo Cherenkov .Cada una de estas requiere ciertos elementos que se detallaran a continuación.

Las figuras 1, 2  y 3 muestra en vista lateral, superior y perspectiva el aspecto externo de la celda de detección, en primer instancia consta de un tubo rectangular de aluminio (1)  dos tapones de acrílico (3), estos a su vez brindan soporte mecánico a otros componentes como los que se pueden apreciar en dichas figuras, los conectores tipo coaxiales BNC (8) y en cuyos extremos hay  fibra de cobre tensada (2) ,esta última se encuentra al interior de la celda híbrida de detección. Estos elementos con su respectivo circuito eléctrico, mostrado en la figura  9 son los que permiten la detección por medio de ionización en la celda híbrida.

La figura 4 detalla la composición interna de la celda híbrida de detección de rayos cósmicos , en ella se aprecia nuevamente el tubo de aluminio (1) , cuyo interior está recubierto por espejos de plata con una cubierta plástica de 3 mm de grosor, dos de ellos  ajustados a los lados anchos de la base del tubo (4)  y  otros dos que se ajustan al lado angosto del mismo tobo (5), dichos espejos tienen un corte a 45° en uno de sus lados de manera que al ser introducidos al tubo embonan unos con otros además de maximizar la superficie interna reflejante. Entre las uniones de los espejos hay una cinta de cobre (7) que hace contacto eléctrico con el interior del tubo de aluminio (1) .A través del centro geométrico de la sección transversal del tubo (1) es por donde pasa de extremo a extremos la fibra de cobre (2).

El tapón  (3) de la celda híbrida de detección está ilustrado en la figura 5, y el cual tiene algunos orificios, para el fotodiodo (16), para la fibra (17) y para un LED (18). El fotodiodo (13) está ubicado en el orificio superior, y el LED (14) en el inferior. También el tapón (3) cuenta con un espejo de plata (6) en la parte que embona dentro del tubo de aluminio (1), en una cara lateral del tapón (3) y en la parte posterior de este hay una laminilla de aluminio (15) con la finalidad de establecer contacto eléctrico con el interior del tubo.

Las  figuras  6 y 7 permiten observar la manera de ensamblar los componentes de la celda híbrida de detección de rayos cósmicos, como el conector coaxial  (8), se ajusta al tapón (3) mediante la “estrella”(12) y la tuerca (11).La fibra de cobre (2) se une a la punta del conector coaxial BNC (10),mientras que la parte interna del tubo de aluminio (1) queda comunicada eléctricamente con la “tierra” del conector coaxial (9) mediante la laminilla de aluminio (15). El fotodiodo (13) se ajusta a (16), el LED (14) a (18) y la fibra de cobre (2) pasa por (17). El tubo de aluminio (1) se ensambla con e l tapón (3) una vez que cada una de las piezas se encuentra en su lugar.

La figura 8 especifica la entrada (19), tierra (20) y la salida del Fotodiodo (21), para con ello describir la conexión a su circuito eléctrico correspondiente.

La figura 9 representa el circuito para la técnica de ionización el cual consta de tres resistencias eléctricas (24), (25), (26), un capacitor (27) y una fuente de alto voltaje cuyas  terminales son (22) y (23), los elementos anteriores tienen un arreglo  en serie.  Este circuito se conecta a la celda hibrida de detección, de la siguiente manera, para ello cada extremo de la celda requiere un circuito RC como el recién descrito donde la parte (10) del conector coaxial (8) va conectado a la  terminal (22) la cual cuenta con un alto voltaje, alrededor de 1500 v, mientras que la parte (9) del conector (8) se conecta a la terminal (23) que tiene 0 v. Para el otro extremo de la celda ser repite la misma operación. De esta manera queda listo el detector híbrido en su parte de ionización.

La figura 10 corresponde al circuito eléctrico requerido para poder detectar la radiación tipo Cherenkov  producida por los rayos cósmicos al interior de la celda híbrida de detección. Es necesario también un circuito como este para cada extremo de la celda .La conexión a este circuito constituido por capacitores (32) y (36) , resistencias eléctricas (33), (34), (35),  diodo (37) , fotodiodo(13) y fuente de voltaje cuyas terminales son (28) y (29).

La conexión del fotodiodo (13) que convertirá la señal óptica en eléctrica en el circuito está dada de la siguiente manera, la entrada del  fotodiodo (19) se conecta a la terminal (29), la salida del fotodiodo (21) al nodo de la resistencia (34) y del capacitor (32) y la tierra del fotodiodo (20) a la terminal (28) de la fuente.