A Systematic investigation of degradation process in micro-patterned gaseous detectors and their impact on detector performance

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Saramela, Thiago Badaró
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Detectores de radiação
Gas Electron Multiplier
Instrumentação nuclear
Multiplicadores Gasosos de Elétrons
Nuclear instrumentation
Radiation detectors
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-03022026-095929/
Resumo: The replacement of multi-wire proportional chambers in the Time Projection Chamber (TPC) of the ALICE experiment by Gas Electron Multipliers (GEMs) marked a turning point in enabling continuous readout and achieving unprecedented event rates at the LHC. Alongside this advancement came an urgent need to understand the long-term stability and degradation mechanisms affecting GEM detectors under high-intensity operational conditions. This thesis presents a systematic and multidisciplinary investigation into the processes that compromise GEM performance over time. Combining computational simulations, surface chemical analysis, and instrumental engineering, the work explores ion distributions within the GEM microstructure, as well as specific chemical reactions between CO$_2$ and copper oxides on electrode surfaces. The data reveal critical regions of ion impact that promote physicochemical transformations, alongside structural modifications at metal-dielectric interfaces driven by thermal migration and diffusion. These findings provide novel experimental evidence for the triggers and catalysts of detector aging, with direct implications for ensuring data quality in ALICE.
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spelling A Systematic investigation of degradation process in micro-patterned gaseous detectors and their impact on detector performanceEstudo sistemático dos processos de degradação de detectores gasosos microestruturados e seus impactos em desempenhoDetectores de radiaçãoGas Electron MultiplierInstrumentação nuclearMultiplicadores Gasosos de ElétronsNuclear instrumentationRadiation detectorsThe replacement of multi-wire proportional chambers in the Time Projection Chamber (TPC) of the ALICE experiment by Gas Electron Multipliers (GEMs) marked a turning point in enabling continuous readout and achieving unprecedented event rates at the LHC. Alongside this advancement came an urgent need to understand the long-term stability and degradation mechanisms affecting GEM detectors under high-intensity operational conditions. This thesis presents a systematic and multidisciplinary investigation into the processes that compromise GEM performance over time. Combining computational simulations, surface chemical analysis, and instrumental engineering, the work explores ion distributions within the GEM microstructure, as well as specific chemical reactions between CO$_2$ and copper oxides on electrode surfaces. The data reveal critical regions of ion impact that promote physicochemical transformations, alongside structural modifications at metal-dielectric interfaces driven by thermal migration and diffusion. These findings provide novel experimental evidence for the triggers and catalysts of detector aging, with direct implications for ensuring data quality in ALICE.A substituição das câmaras multifilares da Time Projection Chamber (TPC) do experimento ALICE por \\textit{Gas Electron Multipliers} (GEMs) inaugurou uma nova era de operação em leitura contínua, viabilizando o registro de colisões a taxas sem precedentes no experimento do LHC. Com isso, cresceu também a necessidade de compreender os mecanismos que afetam a estabilidade e a longevidade desses detectores em regimes intensivos de uso. Esta tese se dedica a investigar, de forma sistemática e multidisciplinar, os processos de degradação que comprometem o desempenho dos GEMs ao longo do tempo. Utilizando uma abordagem integrada de simulações computacionais, {a\\-ná\\-li\\-se} química de superfície e engenharia instrumental, o trabalho mapeia desde a distribuição de íons no microambiente dos orifícios até reações químicas específicas induzidas por CO$_2$ nas superfícies dos eletrodos. Os dados revelam regiões críticas de impacto iônico que favorecem transformações físico-químicas na superfície dos eletrodos, além de alterações estruturais em interfaces metálico-dielétricas provocadas por migração e difusão térmica. Esses achados resultam em evidências experimentais inéditas sobre os gatilhos e catalisadores do envelhecimento dos detectores, com implicações diretas para a manutenção da qualidade dos dados adquiridos no ALICE.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPSilva, Tiago Fiorini daSaramela, Thiago Badaró2025-12-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-03022026-095929/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2026-02-04T18:16:02Zoai:teses.usp.br:tde-03022026-095929Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212026-02-04T18:16:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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