Resumo: Vários experimentos de Física de Alta Energia estão adotando Multiplicadores de Elétrons Gasosos (GEMs) em substituição dos Contadores Proporcionais Multi-Fio (MWPC) em planos de atualização ou na fase de design. Na maioria dos casos, o interesse está na alta capacidade de contagem dos GEMs, juntamente com uma boa resolução espacial. Por causa de todo esse interesse em GEMs para altas taxas de contagem é importante avaliar a degradação dos seus materiais constituintes sob tais circunstâncias. Este trabalho tem como objetivo trazer insights da ciência material para esse assunto. Para isso, nós estudamos dois possíveis efeitos que podem ter algum papel no processo de degradação das folhas GEM num ambiente de radiação agressivo: uma delas é a degradação de Kapton devido à deposição de energia por ionização, que é um efeito que se espera que seja desencadeado por partículas altamente energéticas. Degradamos uma folha de Kapton usando íons de He+ a 2,2 MeV. Com esta energia, a paragem electrônica domina os processos de interação, depositando assim energia por sequências de ionização. A composição de Kapton foi avaliada por espectrometria de dispersão nuclear em tempo real, revelando as perdas de Hidrogênio como o efeito principal. O segundo processo considerado neste estudo é a erosão do revestimento de cobre. Ao contrário da degradação de Kapton, espera-se que a erosão do revestimento de Cobre seja induzida por íons de baixa energia associados a um processo de pulverização do Cobre. Espera-se que estes íons de baixa energia sejam gerados durante a avalanche de ionização no processo de amplificação. Este efeito foi explorado por simulação computadorizada usando a biblioteca Garfield++ e estimativas de rendimentos de pulverização.

Abstract: Several High Energy Physics experiments are adopting Gaseous Electron Multipliers (GEMs) in substitution for the Multi-Wire Proportional Counters (MWPC) either in upgrade plans or in the design stage. Most of the cases, the interest lies in the high count rate capabilities of GEMs together with good spatial resolution. Because of all this interest on GEMs for high count rates measurements, it is important to evaluate the degradation of its constituent materials under such circumstances. This work aims to bring insights from material science to that matter. For this, we studied two possible effects that may play some role in the degradation process of the GEM foils in a harsh radiation environment: One of them is the Kapton degradation due to energy deposition by ionization, which is an effect expected to be triggered by highly energetic particles. We degraded a Kapton foil using 2.2 MeV He+ ions. At this energy, the electronic stopping dominates the interaction processes, thus depositing energy by sequences of ionization. The Kapton composition was assessed by real-time nuclear scattering spectrometry, revealing the Hydrogen losses as the major effect. The second process considered in this study is the erosion of the Copper clad. Opposite to the Kapton degradation, the Copper clad erosion is expected to be induced by low energy ions associated with a sputtering process of the Copper. These low energy ions are expected to be generated during the avalanche of ionization in the amplification process. This effect was explored by computer simulation using the Garfield++ library and estimates of sputtering yields.

Proceedings: https://pos.sissa.it/350/036/pdf