Félvezető és szcintillációs detektorok alkalmazása részecskefizikai kísérletekben ; Applications of semiconductor and scintillation detectors in particle physics experiments

Doktori értekezésemben alapvetően két területtel foglalkozom. A CERN CMS-ben használt CMOS kamerák sugárzástűrési tesztjei során megfigyelték, hogy a fénytől elzártan működő videokamera chip kimenő jelében nyomot hagynak a bejövő ionizáló részecskék. Ez több kérdést is felvetett: hogyan függnek a részecskenyomok a nyaláb intenzitásától, a nyomok mérése útján miként lehetséges a részecskék típusának azonosítása és azok energiájának meghatározása, továbbá mik a lehetőségei a kamerák protonterápia-nyalábdozimetriában való alkalmazásának. A fenti kérdések megválaszolására a kamerát először 180 MeV energiájú protonnyalábbal teszteltük. A kísérletekhez kifejlesztésre került egy új típusú, az adatok statisztikus feldolgozásához használt adatgyűjtő rendszer. A protonokkal történő bombázás esetén közvetlen arányosságot találtam a küszöbfényesség feletti jelet adó "fényes" pixelek száma és a kamerát érő részecskenyaláb áramerőssége között. A kamerát ezután nehézion-besugárzásnak vetettük alá, és vizsgáltuk a részecskék hatását az ion energiájának és fajtájának függvényében. Megállapítottuk, hogy a kamera kimenő jelében látható foltok fényerősségének teljes integrált eloszlása a beeső részecske típusával és energiájával változik. A chip korlátozott vastagságú érzékeny rétege lehetővé teszi a kamera nagy térbeli felbontású részecskedetektorként való használatát, amely korlátozottan részecskeazonosításra is alkalmas. Ezek a jellemzők alkalmassá teszik a chipet bombázó részecskék energiaszelekciójára, a fényes foltok egyszerű megszámolásával pedig dozimetriai célokra. A protonterápiás lehetőségek vizsgálatához a detektornak a beesési szögtől és az energiától függő válaszát mértük. A kísérletek során modernizált adatfeldolgozó rendszer segítségével megállapítottuk, hogy a CMOS kamera időben jelentéktelen háttér-változást, alacsony öregedést, rövid és hosszú idejű jelstabilitást és előzetes besugárzás szükségessége nélkül is állandó hatásfokot mutat. A chipet kis mérete ideálissá teszi in vivo dozimetriában való alkalmazásra és ...