Estudio de los sensores empleados en los detectores del LHC del CERN

Investigadores del Centro Nacional de Aceleradores (Universidad de Sevilla-Junta de Andalucía-CSIC) en colaboración con el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) y el Instituto de Física de Cantabria (U. Cantabria-CSIC) han estudiado los efectos que tiene la radiación sobre distintos tipos de fibras ópticas y recubrimientos que se utilizan como sensores en los grandes detectores del LHC. En particular, se han investigado los cambios en la temperatura y deformación de estos sensores en medios hostiles, tal y como son los nuevos colisionadores de protones de alta intensidad.

El uso de los sensores de fibra en los grandes experimentos europeos asociados al LHC de Ginebra es fundamental para poder conocer los tipos de partículas detectadas. Concretamente, estos sensores de fibra, llamados FBG, nos indican que los detectores no sufren modificaciones en su temperatura y posición puesto que dichos cambios inducirían errores en los cálculos y resultados obtenidos. Una de las condiciones de estos sensores es que no deben cambiar su comportamiento a lo largo de varios años de uso y este tipo de estudios no estaban desarrollados hasta hoy en día.

En concreto, en esta investigación se han comprobado los efectos de la radiación sobre la linealidad de cada sensor FBG comparado con la deformación inducida antes y después de la irradiación.

Para el desarrollo de este estudio se han empleado haces de protones de 13.5 MeV del ciclotrón del CNA, con el fin de simular la radiación a la que se verán sometidos en los experimentos de los nuevos colisionadores hadrónicos de física de partículas. Esta energía permitió evaluar el impacto de la radiación sobre los sensores evitando la implantación de protones en la propia muestra.

A lo largo del estudio, se han analizado sensores FBG con distintos recubrimientos y tipos de fibra, confirmándose que la modificación en la reflectividad de los sensores inducida por los protones cambia dependiendo de ambas cosas, es decir, del material empleado como recubrimiento y de la composición de las fibras.

Asimismo, se han realizado medidas para conocer la composición de las fibras mediante distintas técnicas con haces de iones, determinándose con precisión la concentración de Germanio, principal elemento dopante de las fibras, y encontrándose igualmente que existe enriquecimiento de Boro en el núcleo del sensor.

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