Snellere en nauwkeuriger detectoren
Het Detector R&D-onderzoeksprogramma van Nikhef is gericht op het bedenken en testen van nieuwe sensorconcepten voor de baanbrekende fysische experimenten van Nikhef.
Wat is Detector R&D?
Deeltjesexperimenten berusten altijd op technieken om passerende of vrijkomende deeltjes of signalen waar te nemen. In deeltjesexperimenten wordt gebruik gemaakt van sensoren die samen de sporen en banen van deeltjes zichtbaar maken.
Zulke sporen vormen van oudsher de basis voor het onderzoek naar de eigenschappen en het gedrag van deeltjes. Ooit werden deeltjes zichtbaar gemaakt in damp, in fotogevoelige lagen of met ioniserend gas. Tegenwoordig vormen halfgeleiders de basis voor de sensoren die botsingssporen moeten vastleggen in detectoren.
Het doel van detectoronderzoek is om de nauwkeurigheid van zulke metingen zo veel mogelijk te verbeteren, door plaats en tijd van een passerend deeltje zo exact mogelijk te maken. Moderne detectoren zijn opgebouwd met pixeldetectoren op basis van chiptechnologie. Het onderzoek richt zich enerzijds op het realiseren en de productie van betrouwbare fijnmazige pixelsensoren, ook onder de ruwe omstandigheden in deeltjesversnellers.
Anderzijds is het doel om de eigenschappen en beperkingen van zulke sensoren zo goed mogelijk te begrijpen en te karakteriseren om zo de meetgegevens te kunnen interpreteren.
-
Welke thema's kent Detector R&D?
Het Detector R&D-programma beslaat ruwweg twee onderzoeksthema’s. Het eerste is het thema smart-pixels, dat halfgeleidersensoren ontwikkelt op basis van chip-technologie, vooral in silicium. Het streven is naar ultrakleine pixels die passerende geladen deeltjes signaleren, en die samen te brengen in dunne fijnmazige sensoren die zowel de plaats als de aankomsttijd nauwkeurig vaststellen. Deze precisie is nodig voor de reconstructies van deeltjessporen in detectoren die overspoeld worden door deeltjes uit botsende protonen of andere deeltjes.
De TimePix-sensor is hiervan een voorbeeld en werd in internationaal verband ontwikkeld, waarvan de laatste versie 60 duizend pixels bevat met tijdregistratie tot op enkele nanosecondes nauwkeurig.
Inmiddels is 100 picoseconden een nieuw onderzoeksdoel, waarvoor een groot onderzoeksproject is opgezet met het oog op het ontwarren van de talloze vrijwel gelijktijdige deeltjessporen in nog veel intensere botsingsprocessen.
Een tweede onderzoekslijn is nauw verbonden met het onderzoek naar zwaartekrachtsgolven en daarbij gebruikte detectoren. Het onderzoek spitst zich hier toe op detectie en actieve compensatie van trillingen en ruis. Dit berust vaak op combinaties van microchiptechnologie en mechanica in elektromechanische bewegingssensoren, de zogeheten MEMS-chips.
-
Wat doet Nikhef Detector R&D?
De Nikhef Detector R&D-groep bestaat uit circa 25 onderzoekers met verschillende specialismen. De groep ontwikkelt innovatieve methodes en concepten om de meetgegevens van experimenten nauwkeuriger te maken. Zij beschikt daarbij over een aantal speciale labs voor optisch onderzoek, lasers, sensortests, coatingonderzoek.
Voor tests van sensorprototypes wordt ook gebruik gemaakt van bundeltelescopen op CERN. Nikhef beschikt in eigen huis over een extreem trillingsgedempt platform waar de eigenschappen van sensoren getest kunnen worden.
Het Detector R&D-programma is sterk toekomstgericht, maar ook wordt intensief samengewerkt met bestaande experimenten die werken aan kwaliteitsverbeteringen of uitbreidingen.
Een apart project is de samenwerking met SRON en ESA aan optische sensoren voor de LISA-zwaartekrachtsgolfdetector die in een baan om de zon is gepland: drie kunstmanen die met lasers onderlinge afstanden meten.
Nikhef werkt aan wat “de ogen van LISA” wordt genoemd: eenvoudige 4-pixelcamera’s waarmee de lasersignalen in het systeem worden gevolgd en posities gemeten. Het gebruik in de ruimte stelt extreem hoge eisen aan de robuustheid en betrouwbaarheid van deze camera’s, die samen met de afdeling Mechanische Technologie en industriële partners worden ontwikkeld.
-
Wat levert Detector R&D op?
De Detector R&D levert fundamentele inzichten in sensortechnologie en bouwt mee aan technieken voor nieuwe projecten in de deeltjesfysica en zwaartekrachtsgolfresearch.
Daarnaast hebben een aantal technieken uit het portfolio van de Detector R&D-groep hun weg gevonden naar industriële of commerciële toepassingen. Nikhef stond aan de wieg van een tweetal succesvolle spin-offs die innovaties in producten hebben omgezet: ASI voor optische sensortechnologie op basis van MediPix, en Innoseis dat trillingssensoren ontwikkelt en levert voor industrie en toepassingen bij zwaartekrachtgolfdetectoren.
-
Meer informatie
Betrokken universiteiten:
Radboud Universiteit Nijmegen (pixel detectoren)
Vrije Universiteit (sensoren voor zwaartekrachtsgolven, eEDM)
Lees meer over spin-off ASI: www.amscins.com
Lees meer over spin-off INNOSEIS: www.innoseistech.com
Programmaleiding Detector R&D
Niels van Bakel
Gerelateerd nieuws
ERC-beurswinnaar Uwe Kraemer: “Fast-timing silicium heeft de toekomst”
Machine-leren en chips: twee ERC Starting Grants voor onderzoekers Nikhef
Nikhef maakt eerste behuizingen voor camera’s in LISA-ruimtevaartproject
