Laboratoř pro testování křemíkových detektorů částic

O nás

Ing. Marcela Mikeštíková, Ph.D.

Funkce zaměstnance
Vedoucí laboratoře
Telefon
266 05 2249, 266 05 2496
E-mail
mikestik [at] fzu.cz
Lokalita
Ústav teorie informace a automatizace, Slovanka
Místnost
76
035
O 229
Text
Clean laboratory
Popis

Laboratoř pro testování křemíkových detektorů částic. Celková plocha laboratoře je 52 m2. V laboratoři je udržována úroveň čistoty ISO 7 dle normy ISO 14644-1. Veškeré vybavení laboratoře včetně podlahové krytiny je speciálně upravené tak, aby nedošlo k poškození zařízení laboratoře či testovaných vzorků nahromaděným elektrostatickým nábojem. 

 

Vědecká skupina vývoje a testování stripových křemíkových detektorů, zformovaná na Fyzikálním ústavu AV ČR v rámci Oddělení vývoje detektorů a zpracování dat, se již více než dvacet let zabývá vývojem nových radiačně odolných křemíkových senzorů, které představují základní detekční komponentu křemíkových detektorů určených k identifikaci drah ultrarelativistických částic. V minulosti se skupina podílela zejména na vývoji a testování křemíkových stripových senzorů pro dráhový detektor experimentu ATLAS, který je nainstalován na urychlovači LHC v laboratoři CERN u Ženevy.

S plánovaným upgradem urychlovače LHC na High-Luminosity LHC, jehož provoz by měl být zahájen v roce 2026, je nezbytné provést kompletní výměnu současného dráhového detektoru experimentu ATLAS za nový plně silikonový dráhový detektor, tzv. ATLAS Inner Tracker (ITk). Jako člen kolaborace ATLAS se Fyzikální ústav AV ČR zavázal k tomu, že v laboratořích Fyzikálního ústavu budou otestovány mechanické a elektrické vlastnosti 4500 radiačně odolných stripových křemíkových senzorů typu End-Cap (EC), což představuje polovinu všech EC stripových křemíkových senzorů vyprodukovaných v rámci projektu ATLAS ITk .

Abychom byli schopni výše popsaný závazek splnit, byla na Fyzikálním ústavu vybudována zcela nová Laboratoř pro testování křemíkových detektorů částic o celkové ploše 52 m2. Úroveň čistoty prostředí v laboratoři je ISO 7 dle normy ISO 14644-1 a laboratoř splňuje také podmínky ochrany před poškozením vybavení laboratoře či testovaných vzorků elektrostatickým nábojem. K základní infrastruktuře laboratoře patří převlékací místnost s laminárním prouděním vzduchu, technický koridor a technická místnost. Základním měřícím zařízením v Laboratoři pro testování křemíkových detektorů částic je testovací stanice, tzv. Probe Station, která nám umožňuje kontaktovat nejrůznější testovací body na senzoru a provádět na nich elektrické testy. V současnosti je laboratoř vybavena dvěma testovacími stanicemi, starším typem Karl Suss PA200 a zcela novým typem testovací stanice Tesla 200mm. Mechanické vlastnosti stripových křemíkových senzorů jsou studovány pomocí metrologické stanice OGP SmartScope CNC 500. Senzory jsou skladovány ve speciální vysoušecí skříni MP Dry Cabinet IV ST, ve které je udržována inertní dusíková atmosféra a relativní vlhkost pod jedno procento.

Kromě testování neozářených křemíkových senzorů se vědecká skupina vývoje a testování stripových křemíkových detektorů intenzivně podílela také na vývoji radiačně odolných stripových křemíkových senzorů pro projekt ATLAS ITk, a to zejména studiem radiačního poškození křemíkových senzorů ozářených intenzivními svazky protonů, neutronů a částic gamma. Testování elektrických vlastností ozářených senzorů se provádí při teplotách pod -20 °C, aby se předešlo nekontrolovaným změnám ve struktuře křemíku poškozeného zářením. Pro testování při takto nízkých teplotách se využívá tzv. studená měřící aparatura, kdy jsou ozářené senzory nejprve nabondovány na připravené testovací struktury pomocí manuální bondovací stanice Delvotec 5330. Takto připravené vzorky jsou následně testovány buď v mrazáku nebo v environmentální komoře Binder MK 56, tedy v prostředí s kontrolovanou teplotou a relativní vlhkostí. Měření elektrických vlastností ozářených křemíkových senzorů může být prováděno také v testovací stanici Tesla 200mm, která umožňuje chlazení vzorku až na -55 °C. 

Kromě studia stripových křemíkových senzorů v laboratorních podmínkách se vědecká skupina podílí také na testování neozářených a ozářených stripových křemíkových detektorů pomocí svazků vysokoenergetických elektronů či hadronů. Tyto testy jsou prováděny v tzv. testbeam facilities, nejčastěji v laboratořích DESY v Hamburku a CERN v Ženevě. 

Současné složení vědecké skupiny vývoje a testování stripových křemíkových detektorů je následující

Vědečtí pracovníci

  • Ing. Marcela Mikeštíková, Ph.D. 
  • RNDr. Jiří Kroll, Ph.D.

Odborný pracovník výzkumu a vývoje

  • Ing. Jiří Kvasnička, Ph.D.
  • Ing. Jan Šťastný

Technický pracovník

  • Zdeněk Kotek
  • Pavel Tůma
  • Vít Zahradník
  • Lukáš Fiala

Studenti

  • Mgr. Věra Latoňová
  • Iveta Zatočilová
  • Radek Jirásek
  • Václav Pavlíček
HL-LHC
Popis

Simulace srážky dvou protonových svazků na urychlovači HL-LHC detekované v dráhovém detektoru ATLAS Inner Tracker. Počet tvrdých srážek protonů během protnutí svazků, neboli tzv. pile-up, byl v této simulaci nastaven na 140, přičemž pile-up očekávaný na HL-LHC je 200. Zrekonstruované dráhy vzniklých částic jsou vyznačeny zeleně. Body detekce částic v pixelovém detektoru jsou zvýrazněny oranžovou barvou, zatímco detekční body ve stripové části detektoru barvou žlutou.