Desarrollo de materiales cerámicos para detectores gaseosos en HEP

Abstract

RESUMEN: En Estados Unidos se halla bajo construcción DUNE, un experimento de física de partículas especializado en la detección de neutrinos que tiene como objetivo la búsqueda de nueva física que pueda ayudar a completar el Modelo Estándar, mediante el estudio de las oscilaciones de neutrinos. Los neutrinos son partículas de baja energía que interaccionan débilmente con la materia, por lo que es esencial reducir el umbral de detección actual. Para ello, se plantea imple mentar la tecnología TPC de doble fase LAr-GAr, tal que pueda amplificarse la señal procedente de la interacción de un neutrino con el medio del detector mediante avalancha electrónica en el gas. Sin embargo, esta avalancha puede desencadenar una chispa que dañe la electrónica de detección y la estructura de multiplicación, por lo que se requiere de una protección resistiva. Para prevenir la chispa pero permitir la multiplicación, la resistividad de este material debe hallarse en el rango 109 − 1012 Ω·cm y debe mantenerse constante en el tiempo. En este trabajo se contempla la posibilidad de implementar materiales cerámicos de YSZ/Fe2O3 como protección. Para ello, se estudia el comportamiento de la resistividad de este material en función del campo eléctrico aplicado, de la temperatura y de la concentración relativa entre YSZ y Fe2O3, así como se pone a prueba su estabilidad en el tiempo y con la carga transportada.

ABSTRACT: DUNE, a particle physics experiment specialized in the detection of neutrinos, is currently under construction in United States. It’s goal is to search for new Physics that can contribute to completeing the Standar Model through the study of the oscillation of neutrinos. Neutrinos are low-energy particles which interact weakly with matter. For this reason, it is essential to lower the current detection threshold. In order to achieve this, the implementation of the LAr-GAr dual-phase TPC technology is being considered, such that a signal created by the interaction of a neutrino in the medium of the detector can be amplified by means of an electronic avalanche. However, this avalanche can develop into a spark, damaging the detection electronics and the multiplication structure. Thus a resistive protection is required. In order to prevent the spark whilst allowing the multiplication, the resistivity of this material should be in the range 109 − 1012 Ω·cm and should be constant in time. In this work the use of YSZ/Fe2O3 ceramics as protection is proposed. With this purpose, the behaviour of its resistivity has been studied as a function of the applied electric field, temperature and YSZ − Fe2O3 relative concentration. Its stability in time and with transported charge has also been explored.