Detektor Partikel

Fisika Inti dan Partikel

Detektor Partikel

A.    Deterktor Gas

Detektor gas mendeteksi ionisasi yang dihasilkan oleh partikel bermuatan yang lewat melalui sensor yang diisi gas. Jika partikel memiliki energi yang cukup untuk mengionisasi atom atau molekul gas (sekitar 30 ± 10 eV), elektron dan ion yang dihasilkan menyebabkan aliran arus dapat diukur.

1.      Ruang Ionisasi

Ruang ionisasi beroperasi pada kekuatan medan listrik yang rendah, dipilih sedemikian rupa sehingga tidak terjadi multiplikasi gas. Sinyal output sangat kecil pada voltase rendah karena pasangan elektron-ion bergabung kembali sebelum mencapai elektroda. Ion-ion melayang ke katoda, sedangkan elektron bebas melanyang ke anoda di bawah pengaruh medan listrik. Jenis ruang ionisasi antara lain plat sejajar dan silindris.

2.      Ruang Kawat

Ruang kawat adalah bentuk multi-elektroda dari penghitung proporsional yang digunakan sebagai alat penelitian. Setiap pasangan ion menghasilkan longsoran tunggal sehingga dihasilkan pulsa arus yang proporsional dengan energi yang diendapkan oleh radiasi di ruang proporsional. Ruang kawat dapat mengukur energi radiasi dan memberikan informasi spektografik, membedakan antara partikel alfa dan beta, dan bahwa detektor area luas dapat dibangun.

3.      Melampaui Wilayah Proporsional

Wilayah ini beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi, dipilih sedemikian rupa sehingga setiap pasangan ion menciptakan longsoran, tetapi dengan emisi foton UV. Beberapa longsoran dibuat yang menyebar sepanjang kawat anoda, dan volume gas yang berdekatan terionisasi dari sesedikit satu ion tunggal.

B.     Scintillation Counters (Penghitung Kilau)

Penghitung kilau adalah instrument untuk mendeteksi dan mengukur radiasi pengion dan pulsa cahaya dengan menggunakan efek eksitasi radiasi yang terjadi pada bahan kilau. Detektor ini terdiri dari sebuah sintilator yang menghasilkan foton, fotodetektor senditif, kamera yang dilengkapi perangkat charge-coupled atau fotodioda yang mengubah cahaya menjadi sinyal listrik.

Ketika sebuah partikel pengion masuk ke dalam bahan scintillator, atom terangsang di sepanjang lintasan. Untuk partikel bermuatan, lintasan adalah jalur partikel itu sendiri. Untuk sinar gamma (tidak bermuatan), energinya dikonversi menjadi elektron yang energik melalui efek fotolistrik, hamburan Compton, atau produksi berpasangan.

Foton berenergi rendah dihasilkan oleh kimia de-eksitasi dalam sintilator. Efek fotolistrik menyebabkan paling banyaj satu elektron terpancar untuk setiap foton. Kelompok elektron ini dipercepat secara elektostatik dan difokuskan oleh potensi listrik sehingga menyerang dinode pertama. Begitu seterusnya pada dinode kedua, ketiga, dst, sehingga ada efek penguatan arus. Sinyal keluaran yang dihasilkan di anoda adalah pulsa. Pada amplifier muatan yang mengintegrasikan informasi energi, pulsa output yang dihasilkan sebanding dengan energy partikel yang menarik sintilator. Jumlah pulsa per satuan waktu juga memberikan informasi tentang intensitas radiasi.

C.    Detektor Semikonduktor

Detektor Semikonduktor adalah perangkat yang menggunakan bahan semi-konduktor (biasanya Si, Ge, Cd, atau berlian) untuk mengukur efek partikel atau foton bermuatan. Dalam detektor ini, radiasi ppengion diukur dengan jumlah pembawa muatan  yang diatur di antara 2 elektroda oleh radiasi. Radiasi pengion menghasilkan elektron dan lubang bebas. Sejumlah elektron ditransfer dari pita valensi ke pita valensi lain. Elektron dan lubang bergerak ke elektroda di bawah pengaruh medan listrik, yang menghasilkan pulsa yang dapat diukur di sirkit luar seperti Teorema Shockle-Ramo. Lubang yang bergerak kea rah berlawanan juga dapat diukur.

Akibat energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan pasangan lubang elektron sangat rendah dibandingkan dengan energy yang dibutuhkan untuk menghasilkan ion berpasangan dalam detektor gas, maka variasi statistic dari tiggi pulsa dalam detektor semikonduktor lebih kecil dan resolusi energi lebih tinggi. Resolusi waktu sangat baik saat elektron bergerak cepat. Kepadatan detektor ini sangat tinggi.

D.    Kalorimeter

Kalorimeter merupakan alat eksperimental untuk mengukur energi partikel. Sebagian besar partikel memasuki kalorimeter, energinya disimpan, dikumpulkan, dan diukur dalam calorimeter. Energi dapat diukur seara keseluruhan dengan penahanan total partikel shower atau dapat pula diambil sampelnya. Kalorimeter disegmentasikan secara meintang untuk memberi informasi tentang arah partikel serta energy yang disimpan partikel. Sedangkan kalorimeter yang disegmentasikan longitudinal dapat memberikan informasi tentang identitas partikel berdasarkan bentuk  pancurannya.

E.     Detektor Cherenkov

Detektor Cherenkov adalah pendeteksi partikel yang menggunakan ambang batas kecepatan untuk produksi cahaya. Arah cahaya bergantung pada kecepatan radiasi Cherenkov. Sebuah partikel yang melewati suatu bahan dengan kecepatan lebih besar daripada cahaya yang melewati suatu materi dapat memancarkan cahaya. Arah cahaya yang dipancarkan berupa kerucut dengan sudut _c. Sudut kerucut tersebut adalah ukurn kecepatan partikel: . Jumlah foton yang dihasilkan dengan Rumus Frank-Tamm.

Kamila Munna