Effetti di carica spaziale e di accumulazione di carica su isolante in una Time Projection Chamber

La presenza del campo elettrico "di deriva" in una Time Projection Chamber (TPC) a gas, comporta la separazione e la deriva in versi opposti degli elettroni e degli ioni creati dal passaggio di particelle ionizzanti nel volume attivo. In molti casi, come per esempio nelle nuove TPC del rivelatore ND280, "vicino" alla sorgente di neutrini dell'esperimento T2K in Giappone, l'anodo è instrumentato per rivelare la posizione degli elettroni di deriva e fornire, in tal modo, la proiezione sul piano trasverso (rispetto alla direzione del campo elettrico) delle tracce delle particelle ionizzanti. Inoltre, la misura dei tempi di arrivo degli elettroni rispetto ad un riferimento temporale dato da altri rivelatori, permette di misurare anche la coordinata lungo la direzione del campo elettrico della posizione dei punti dove è avvenuta la ionizzazione primaria. Gli ioni, che derivano verso il catodo, non sono di solito utilizzati per ricostruire l'immagine delle tracce ma possono influenzare la forma del campo elettrico di deriva e, dunque, deformare l'immagine delle tracce (per effetto di "carica spaziale") se generati nel volume attivo del rivelatore a rate sufficientemente elevata, oppure se accumulati sulle parti isolanti delle superfici interne alla TPC (per effetto di insulator charge-up). Un rivelatore esposto a fascio di neutrini non e` attraversato da particelle ionizzanti dovute al fascio con rate sufficientemente elevate da determinare considerevoli effetti di carica spaziale o di charge-up. Effetti più rilevanti possono essere determinati dal flusso di raggi cosmici che costantemente attraversano il rivelatore. Inoltre, va considerato che il meccanismo di rivelazione degli elettroni all'anodo necessita di moltiplicazione della carica primaria: questo sfrutta, normalmente, la generazione di valanghe in gas in una regione in prossimità dell'anodo (gap di moltiplicazione) dove il campo elettrico ha intensità anche due ordini di grandezza superiori a quello della regione di deriva e, una parte (fino a qualche frazione percentuale) degli ioni moltiplicati nelle valanghe, sfugge al meccanismo di intrappolamento elettrostatico nel gap stesso e raggiunge il volume attivo di deriva. Il lavoro di tesi proposto consiste, in primo luogo, nel valutare, nel caso specifico delle nuove TPC del rivelatore ND280, "vicino" dell'esperimento T2K, la corrente "stazionaria" di volume data dagli ioni secondari che sfuggono alla gap e che sono originati dalla moltiplicazione degli elettroni primari generati da raggi cosmici. In secondo luogo, si propone di valutare l'effetto del deposito di una parte di tale carica sulle superfici isolanti interne alla TPC, dove insistono linee di campo elettrico in direzione prevalentemente normale alla superficie. In entrambi i casi si stima la deformazione del campo elettrico originale e la distorsione delle tracce che ne deriva.