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Instruments
 

Silicon detectors

핵반응의 결과로 생성되는 입자들 중 전하를 띈 가벼운 이온들은 주로 실리콘 검출기를 이용해 검출을 한다. 핵반응의 이해를 위해서는 이들 입자들의 에너지, 입자들이 방출된 각도, 각분포 등등의 물리량들을 정확하게 측정하는 것이 무엇보다 중요한데, 실리콘 검출기의 경우 이런 조건들을 잘 만족한다. Oak Ridge National Laboratory의 핵천체물리 그룹에서 사용하는 실리콘 검출기는(SIlicon Detector ARray, SIDAR) 앞면에 16개의 p-type strip, 뒷면에 1개의 n-type pad를 갖고 있으며, p-type strip에서 얻은 정보로 입자들의 입사각을 비교적 정확하게 (통상 2도 내외) 측정해낼 수 있다. 이 검출기들은 실험의 특성에 따라서 평면으로 구성하기도 하고, '갓 모양'으로 구성을 하기도 하는데, 그림 1에는 '갓 모양'으로 구성한 SIDAR를 보였다.

 

그림 1. '갓 모양'으로 구성한 SIlicon Detector ARray(SIDAR)의 모습.

 

Gas-filled ionization chamber

실리콘 검출기의 경우, 하전 입자를 검출하기에 좋은 특성들을 많이 갖고 있기는 하지만, 짧은 시간에 많은 양의 입자를 검출할 수 없는 점과, 입자에 장기간 노출될 경우 검출기 자체가 손상 받는 점 등은 단점으로 꼽힌다. gas-filled ionization chamber의 경우, 에너지 분해능은 실리콘 검출기에 비해서 낮지만, 위에 열거한 실리콘 검출기의 단점들을 상당 부분 보완할 수 있다.

전통적 방식의 ionization chamber는 검출기의 디자인 특성상 초당 100,000개 정도의 하전 입자를 검출하는 것이 그 최대 능력이다. 이 수치는 라온과 같은 차세대 중이온가속기 시설에서 사용하기에는 부족하기 때문에 검출기의 반응속도를 높여 보다 많은 개수의 입자를 검출할 수 있는 새로운 디자인이 필수적이다. 본 연구실에서는 이러한 점에 착안하여, 다수의 양극과 음극을 배열하는 방식으로 반응속도를 획기적으로 줄이는데 성공하였다. 새로운 디자인의 ionization chamber는 (그림 2 참조) 중이온 빔을 이용한 성능테스트 실험에서 초당 약 700,000개 정도의 하전 입자를 검출하는 성능을 확보하여 실험 결과를 Nucl. Instrum. Methods A 751, 6 (2014)에 발표하였다.

 

그림 2. Fast gas-filled ionization chamber의 내부 모습.