[論文レビュー] Development of Single- and Double-sided Ladders for the ILD Vertex Detectors

Olena Bashynska, N. Chon-Sen+13 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2012

Particle Detector Development and Performance被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、CMOSピクセルセンサーを用いたILDバーテックス・ディテクタ用の超薄型・低材料予算ラダーの開発を目的とした2つのプロジェクト、PLUMEおよびSERNWIETEを提示する。PLUMEは0.6% X₀（目標は0.3% X₀）の二面ラダーを達成している。一方、SERNWIETEはポリイミドベースのマイクロケーブルを用いて、支持構造を不要とする単面ラダーを約0.15% X₀で実現しており、本格的なプロトタイプは2012年中に完成見通しである。

ABSTRACT

We discuss two projects exploring the integration of thin CMOS pixel sensors in order to prototype ladders matching the geometry needed for the ILD vertex detector. The PLUME project has designed and fabricated full-size and fully functional double- sided layers which currently reach 0.6 % X0 and aim for 0.3 % X0 in mid-2012. Another approach, SERNWIETE, consists in wrapping the sensors in a polyimide-based micro-cable to obtain a supportless single-sided ladder with a material budget around 0.15 % X0. First promising samples have been produced and the full-size prototype is expected in spring 2012.

研究の動機と目的

• 高エネルギー物理学実験における材料相互作用を最小限に抑えるために、ILDバーテックス・ディテクタ用の低材料予算ラダーを開発すること。
• 薄型で高精度なピクセルセンサーを、放射線に強く、コンactな構造に統合する課題に取り組むこと。
• 単面および二面センサー・ラダーの材料予算を0.2% X₀未満に抑えることで、厳しい性能要件を満たすこと。
• PLUMEは二面センサー用、SERNWIETEは支持構造なしの単面構成用の、2種類の異なるラダーデザインをプロトタイピングおよび検証すること。
• 粒子の軌道における材料劣化を最小限に抑えることで、高分解能のバーテックス再構築を可能にすること。

提案手法

• PLUMEプロジェクトの手法に従い、フルサイズで機能する二面CMOSピクセルセンサー層を設計・製造すること。
• 構造的サポートを極限まで減らすことで、二面幾何構造を実現し、材料予算を0.6% X₀に抑えること。
• ポリイミドベースのマイクロケーブルシステムを開発し、追加の構造的バックアップなしに単面センサーを機械的に支持すること。
• SERNWIETE手法を用いて、支持構造を不要とするラダー構成を実現し、材料予算を約0.15% X₀に抑えること。
• 両ラダータイプの初代プロトタイプを製作・試験し、機械的および材料的性能を検証すること。
• 2012年中ごろまでに、設計最適化を通じて二面ラダーの材料予算を0.3% X₀にまで低減することを目標とする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ILDバーテックス・ディテクタ用に、0.3% X₀未満の材料予算で二面CMOSピクセルセンサー・ラダーを実現できるか？
• RQ2 ポリイミドマイクロケーブルを用いた支持構造なしの単面ラダーは、構造的整合性を保ちつつ約0.15% X₀の材料予算を達成できるか？
• RQ3 高エネルギー物理学用途のラダーモジュールに統合された薄型CMOSセンサーの機械的および材料的性能限界は何か？
• RQ4 PLUMEおよびSERNWIETE手法は、材料予算、製造の複雑さ、スケーラビリティの観点から、どのように比較できるか？
• RQ5 両ラダータイプの初代プロトタイプは、本格的導入の前に正常に製作・検証可能か？

主な発見

• PLUMEプロジェクトは、材料予算0.6% X₀のフルサイズで機能する二面ラダーを正常に製作した。
• PLUMEプロジェクトは、さらなる最適化を通じて2012年中ごろまでに材料予算を0.3% X₀にまで低減することを目標としている。
• SERNWIETEプロジェクトは、支持構造なしの単面ラダーの初代良好なサンプルを製作し、材料予算は約0.15% X₀であった。
• SERNWIETEの単面ラダーのフルサイズプロトタイプは、2012年春までに完成見通しである。
• 両プロジェクトとも、薄型CMOSピクセルセンサーをILDバーテックス・ディテクタ用の低材料予算ラダーに統合する実用的道筋を示している。
• 結果から、これらの革新的な手法を用いることで、今後のバーテックス・ディテクタ用ラダーで0.2% X₀未満の材料予算を達成可能であると示唆される。