Advanced

The Channeling Effect in Ultra-Thin dE-E Monolithic Silicon Telescopes

Parnefjord Gustafsson, Fredrik LU (2017) FYSM30 20162
Department of Physics
Nuclear physics
Abstract
A new method has been proposed to study the low energy resonances of 8Li(alpha,n)11B at Ecm ≅ 0.5 MeV using dE-E Monolithic Silicon Telescopes (MSTs). Each telescope consists of five ultra-thin ∼1 µm (dE) silicon detector pads on a ∼500 µm (E) silicon detector. Both preliminary experiments and simulations show promising results for identifying the reaction cross-section at the low energy. To assure optimal detector performance it is crucial to determine the detector characteristics and response for particles incoming at different angles. Ultra-thin silicon detectors are particularly prone to the channeling effect which degrade the detector signal for incident particles along the crystal planes. A Pelletron tandem accelerator at RIKEN... (More)
A new method has been proposed to study the low energy resonances of 8Li(alpha,n)11B at Ecm ≅ 0.5 MeV using dE-E Monolithic Silicon Telescopes (MSTs). Each telescope consists of five ultra-thin ∼1 µm (dE) silicon detector pads on a ∼500 µm (E) silicon detector. Both preliminary experiments and simulations show promising results for identifying the reaction cross-section at the low energy. To assure optimal detector performance it is crucial to determine the detector characteristics and response for particles incoming at different angles. Ultra-thin silicon detectors are particularly prone to the channeling effect which degrade the detector signal for incident particles along the crystal planes. A Pelletron tandem accelerator at RIKEN Nishina Center, Japan was used to accelerate ions of 11B, 63,65Cu and 197Au into the MST at different angles and energies. Based on these measurements the optimal detector orientation with minimal channeling could be determined to 10 degrees in between the silicon crystal axis [111] and 〈231〉. Additionally, the detector dead-layers were deduced, indicating a minimum detectable 11B ion energy of 2.4 MeV at the optimal detector orientation. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Vad är ursprunget till grundämnena i universum? Detta är ett utav fysikens största mysterium. Nästan hundra år sedan framkom idéen om att universum skapades i en enorm explosion känd som Big Bang. Ett tiotal sekunder efter Big Bang bestod universum av en blandning av partiklar bestående av bland annat neutroner och protoner. Under universums expansion minskade den enorma temperaturen och, likt morgon dagg, började protonerna och neutronerna kondenseras till vad vi kallar atomkärnor. Dessa atomkärnor utgör alla grundämnen i universum. Först skapades lätta ämnen som väte bestående utav endast en proton som cirkuleras av en elektron och därefter helium med två protoner och två neutroner med två elektroner osv. För att tyngre atomkärnor skall... (More)
Vad är ursprunget till grundämnena i universum? Detta är ett utav fysikens största mysterium. Nästan hundra år sedan framkom idéen om att universum skapades i en enorm explosion känd som Big Bang. Ett tiotal sekunder efter Big Bang bestod universum av en blandning av partiklar bestående av bland annat neutroner och protoner. Under universums expansion minskade den enorma temperaturen och, likt morgon dagg, började protonerna och neutronerna kondenseras till vad vi kallar atomkärnor. Dessa atomkärnor utgör alla grundämnen i universum. Först skapades lätta ämnen som väte bestående utav endast en proton som cirkuleras av en elektron och därefter helium med två protoner och två neutroner med två elektroner osv. För att tyngre atomkärnor skall bildas, exempelvis bly och guld, måste en sekvens av kärnreaktioner med lättare atomkärnor förekomma. För att kunna förutspå den ursprungliga mängden av ett grundämne i universum så måste dessa reaktionsvägar undersökas.
I RIKEN Nishina Center i Japan strax utanför Tokyo studerar man en mycket viktig reaktion i en serie av kärnreaktioner skulle kunna beskriva ursprunget till kol samt tyngre grundämnen i universum. För att kunna undersöka dessa reaktioner måste förhållanden i Big Bang återskapas. Dessa exotiska förhållande återskapas med hjälp utav stora partikel acceleratorer som accelererar joner till hastigheter mycket nära ljusets. När dessa joner kolliderar med atomkärnor kan deras reaktionsprodukter detekteras och identifieras med hjälp av detektorer gjorda av en kiselkristall för att ta reda på naturen bakom reaktionsprocessen.
För att försäkra sig om att dessa detektorer ger bästa möjliga resultat så måste deras karaktäristik bestämmas. I vissa fall kan en partikel som infaller med en vinkel längs med detektorns kristallplan passera nästan oförhindrat genom kristallkanaler och på så vis undgå detektion. Det är därför mycket viktigt att veta hur detektorerna skall vara vinklade för att förhindra att detta händer under experimentet. I detta arbete studeras vinkelberoendet hos dessa kiseldetektorer som ger information om den optimala detektor konfigurationen. Denna undersökning förbereder således ett experiment som kan öka vår förståelse till ursprunget av grundämnena i universum. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Parnefjord Gustafsson, Fredrik LU
supervisor
organization
course
FYSM30 20162
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
dead-layer, Channelling, The Channeling effect, Plasma effect, Nucleosynthesis, Astrophysics, Ultra-thin silicon detectors, Inhomogenous Big Bang, MST, deadlayer, Pelletron, 8Li, cross-section, Kikuchi pattern
language
English
id
8902909
date added to LUP
2017-02-13 16:15:19
date last changed
2017-02-13 16:15:19
@misc{8902909,
  abstract     = {A new method has been proposed to study the low energy resonances of 8Li(alpha,n)11B at Ecm ≅ 0.5 MeV using dE-E Monolithic Silicon Telescopes (MSTs). Each telescope consists of five ultra-thin ∼1 µm (dE) silicon detector pads on a ∼500 µm (E) silicon detector. Both preliminary experiments and simulations show promising results for identifying the reaction cross-section at the low energy. To assure optimal detector performance it is crucial to determine the detector characteristics and response for particles incoming at different angles. Ultra-thin silicon detectors are particularly prone to the channeling effect which degrade the detector signal for incident particles along the crystal planes. A Pelletron tandem accelerator at RIKEN Nishina Center, Japan was used to accelerate ions of 11B, 63,65Cu and 197Au into the MST at different angles and energies. Based on these measurements the optimal detector orientation with minimal channeling could be determined to 10 degrees in between the silicon crystal axis [111] and 〈231〉. Additionally, the detector dead-layers were deduced, indicating a minimum detectable 11B ion energy of 2.4 MeV at the optimal detector orientation.},
  author       = {Parnefjord Gustafsson, Fredrik},
  keyword      = {dead-layer,Channelling,The Channeling effect,Plasma effect,Nucleosynthesis,Astrophysics,Ultra-thin silicon detectors,Inhomogenous Big Bang,MST,deadlayer,Pelletron,8Li,cross-section,Kikuchi pattern},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {The Channeling Effect in Ultra-Thin dE-E Monolithic Silicon Telescopes},
  year         = {2017},
}