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Número: SID 688
Título: Thermal modelling of a particle physics detector
Autor(es): Trillaud Pighi, Frederic ; Aguilar Arévalo, Alexis ; Cruz Estrada, Juan
Año: Abril 2014
Páginas: 39
Serie: Investigación y desarrollo (azul)
Coordinación: Eléctrica y Computación
Resumen: En el marco de la colaboración internacional DAMIC, se presenta el modelado térmico del diseño mecánico propuesto para un prototipo de detector criogénico de bajo costo basado en sensores conocidos como Charge-Coupled Devices (CCD). El Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) y el Instituto de Ingeniería (IINGEN) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), en colaboración con científicos del Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), se han unido para estudiar fenómenos de baja deposición de energía en física de partículas, como las interacciones de partículas de materia oscura liviana y la dispersión coherente de antineutrinos por núcleos atómicos, esto como parte de un esfuerzo para desarrollar la experimentación en física de altas energías en México. La contribución del IINGEN ha sido central en el estudio termomecánico y el diseño del aparato experimental. Este documento presenta estudios térmicos preliminares realizados sobre el diseño mecánico propuesto. Tres diferentes modelos térmicos de complejidad creciente se han implementado para verificar la consistencia de los resultados numéricos: a) un modelo estacionario de dos nodos, b) un estudio nodal transitorio de una dimensión basado en el método de diferencias finitas (Finite Difference Method, FDM), y 3) un estudio transitorio en 3 dimensiones usando el método de elementos finitos (Finite ElementMethod, FEM). El aparato investigado incluye un criostato evacuado, un criorefrigerador de una etapa y los elementos sensibles del detector con su electrónica. Se detalla un método numérico propuesto para incluir el mapa de carga del criorefrigerador en el modelo. Los resultados entre los modelos fueron comparados y se encontró que son consistentes entre sí, por lo que el análisis más simple puede usarse para un análisis rápido preliminar. Para dar pistas respecto al comportamiento térmico del diseño mecánico propuesto, el efecto de algunos de los parámetros de diseño sobre la temperatura final de operación de las CCD fue explorado.
Precio: gratuita
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