Simulation studies of GEM-based neutron detectors (2023)
- Authors:
- Autor USP: SANTOS, RENAN FELIX DOS - IF
- Unidade: IF
- Sigla do Departamento: FNC
- DOI: 10.11606/D.43.2023.tde-05052023-111358
- Subjects: NÊUTRONS; FÍSICA NUCLEAR; DETETORES RADIOATIVOS
- Keywords: DETETORES DE NÊUTRONS; DETETORES GASOSOS MICROESTRUTURADOS; GARFIELD++; GAS ELECTRON MULTIPLIER; GEANT4; MICROPATTERN GASEOUS DETECTORS; NEUTRON DETECTORS
- Language: Inglês
- Abstract: Detetores de nêutrons são importantes em muitas áreas, como física, química, biologia e medicina. O 3He é amplamente utilizado em detetores gasosos de nêutrons, porém desde o início da década de 2000 uma forte escassez no fornecimento desse gás motivou a comunidade científica a buscar soluções alternativas com detetores livres de 3He, empregando 113Cd, 157Gd, 10B, ou 6Li como conversor de nêutrons. Uma estrutura muito promissora é o multiplicador gasoso de elétrons (GEM) combinado com uma camada de boro-10 como conversora. Esta estrutura pertence à família dos detetores gasosos microestruturados (MPGD) que surgiram na década de 90. Essas estruturas são amplamente utilizadas em sistemas de rastreamento de partículas, como a câmara de projeção temporal (TPC) do experimento ALICE no LHC-CERN, e foram propostas para muitas outras aplicações, incluindo a deteção de nêutrons. O estudo e desempenho dos detetores podem ser desenvolvidos através de simulações de Monte Carlo, explorando a resposta do detetor em diversas condições, com diferentes configurações e partículas sem o custo de construção de um protótipo. É comum utilizar as ferramentas GEANT4 e Garfield++ para realizar estas simulações, que compreendem a interação nuclear do nêutron, bem como a propagação dos produtos dessa interação e de elétrons frutos da ionização no meio gasoso, suas interações e a formação da avalanche.Os produtos da reação 10B(n,)7Li possuem um alto poder de ionização levando a cálculos de CPU muito demorados e tornando-os impossíveis de serem realizados, mesmo em um cluster de computadores. A redução do tempo de processamento em várias ordens de grandeza é crucial para um estudo substancial e com suficiente estatística. Portanto, um simulador rápido foi desenvolvido neste trabalho para avaliar o desempenho de detetores de nêutrons baseados em MPGD de forma eficiente. Este trabalho consiste no estudo do desempenho e otimização de detetores de nêutrons térmicos baseados em GEMs utilizando uma simulação rápida desenvolvida para este projeto. As otimizações se concentram em melhorar a resolução espacial explorando as propriedades do gás utilizado, assim como sua composição e pressão, provocando tanto alterações na distância percorrida pelos produtos da reação bem como na difusão e deriva dos elétrons. Os resultados deste trabalho indicam possíveis caminhos para a otimização desses detetores além de prover uma ferramenta versátil para estudos futuros desse tipo de detetor
- Imprenta:
- Data da defesa: 10.03.2023
- Status:
- Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão publicada (Published version)
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-
ABNT
SANTOS, Renan Felix dos. Simulation studies of GEM-based neutron detectors. 2023. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2023. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-05052023-111358/. Acesso em: 07 maio 2026. -
APA
Santos, R. F. dos. (2023). Simulation studies of GEM-based neutron detectors (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-05052023-111358/ -
NLM
Santos RF dos. Simulation studies of GEM-based neutron detectors [Internet]. 2023 ;[citado 2026 maio 07 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-05052023-111358/ -
Vancouver
Santos RF dos. Simulation studies of GEM-based neutron detectors [Internet]. 2023 ;[citado 2026 maio 07 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-05052023-111358/
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