Investigations of the pixel detectors for the new Inner Tracking System of the ALICE experiment in Large Hadron Collider

Abstract

Внутренняя трековая система (ВТС) играет ключевую роль в экспериментальной установке ALICE (A Large Ion Collider Experiment) на Большом Адронном Коллайдере (БАК). ВТС – вершинный детектор, окружающий место столкновения ионов и регистрирующий рождающиеся в результате столкновения частицы. Для решения новых физических задач, таких как определение механизмов термализации и адронизации кварк-глюонной плазмы и определения энергетических потерь тяжёлых кварков в среде кварк-глюонной плазмы требуется модернизация ВТС эксперимента ALICE. Новая ВТС позволит проводить экспериментальные исследования на БАК после его реконструкции в 2019-2020 гг., в результате которой светимость коллайдера будет увеличена в 10 раз. В основе новой ВТС будут использованы Монолитные Активные Пиксельные Сенсоры (МАПС). В представленной работе были исследованы основные характеристики МАПС детекторов ALPIDE (ALice PIxel DEtector) финальной версии, которые будут установлены на новой ВТС эксперимента ALICE. Для изучения работы этих детекторов в больших радиационных полях БАК оба детектора были облучены на рентгеновской установке и получили различные дозы: 60 крад и 300 крад. В работе проводились исследования различных радиационных эффектов, возникших после облучения этих детекторов. Кроме того, были проведены исследования работы пиксельной матрицы МАПС после дополнительного облучение источником ионизирующего излучения. Результаты данной работы могут быть использованы для уже существующих и создаваемых детекторных комплексов в ядерной физике и физике высоких энергий.

Key role in the ALICE (A Large Ion Collider Experiment) set-up at the Large Hadron Collider (LHC) plays the Inner Tracking System (ITS). ITS is a vertex detector surrounds the place of ion collisions and registers a particles produced in this collisions. To solve new physical tasks, such as: thermalisation and hadronisation of Quark-Gluon Plasma (QGP) , identification of heavy-quark in-QGP medium energy loss, the ALICE experiment requires modernization of ITC. New ITC should allow realize the experimental researches at the LHC after its reconstruction in 2019-2020, when the luminosity of the collider will be increased in 10 times. In new ITS Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) will be used. In the present work the main characteristics of two MAPS detectors ALPIDE (ALice PIxel DEtector) have been studied. To study their working ability in high radiation environment of LHC, these detectors were irradiated by X-ray machine and got the different doses: 60 krad and 300 krad. The pixel matrix of MAPS was investigated after additional irradiation by radioactive source.