Új típusú száloptikai érzékelők fejlesztése és alkalmazása a nagyenergiás fizikában

Development of Novel Fiber Optic Sensors and Their Application in High-Energy Physics

Makovec, Alajos

Molnár, József

Fizikai tudományok doktori iskola

MTA Atommagkutató Intézet -- Elektronikai és Detektorfejlesztési Laboratórium

2017-09-21T12:09:51Z

2017-09-21T12:09:51Z

2017

2017-10-25

CERN, Európai Nukleáris Kutatási Szervezet

CMS, Kompakt Müon Szolenoid

FBG, száloptikai Bragg-rács (Fiber Bragg Grating)

LPG, hosszú periódusú száloptikai rács (Long Period Fiber Grating)

LHC, Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider)

relatívpáratartalom-mérés

hőmérsékletmérés

HEP, nagyenergiás fizika (High Energy Physics)

Fizikai tudományok

Természettudományok

Dolgozatomban először ismertetem az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) Kompakt Müon Szolenoid kísérletébe (Compact Muon Solenoid, CMS) telepített, két száloptikai Bragg-ráccsal készült (Fiber Bragg Grating, FBG) érzékelőből álló kombinált szenzor fejlesztése során elért eredményeket. Bemutatom az érzékelők kalibrációjához kidolgozott módszert, amely figyelembe veszi a szenzorok relatív páratartalomra és hőmérsékletre vonatkozó́ érzékenységeinek keresztfüggését. A várható́ nagyintenzitású sugárzási környezet hosszantartó́ hatásának felderítése érdekében vizsgáltuk az FBG-alapú́ páratartalom-érzékelők és FBG-alapú hőmérők sugárzásállóságát. Dolgozatom második felében a hőmérsékleti kompenzáció nélkül, önállóan is alkalmazható száloptikai páratartalom-érzékelők fejlesztésének lépéseit mutatom be. Vizsgáltuk ~100 nm-es titán-dioxid (TiO2) és ~300 nm-es ón-dioxid (SnO2) bevonattal ellátott hosszú́ periódusú́ száloptikai ráccsal (Long Period Fiber Grating, LPG) készült szenzorok tulajdonságait. Az LPG-spektrumokat jellemző Bragg-hullámhossz meghatározására kidolgoztam egy gyors és automatizálható eljárást. Végül megterveztem az LPG-alapú érzékelők sugárzásállósági vizsgálatait FLUKA-szimulációs eredmények felhasználásával.

In my PhD thesis, I first present the results of the development of thermo-hygrometers consisting of two sensors based on Fiber Bragg Grating (FBG) technology installed in the Compact Muon Solenoid (CMS) experiment at the European Organization for Nuclear Research (CERN). I describe a method for calibration of the sensors that takes into account that their sensitivity to relative humidity and temperature are cross-linked. In order to study the long-term effects of high intensity radiation environment, the radiation hardness capabilities of FBG humidity sensors and FBG thermometers were investigated. In the second part of my PhD thesis, I present the steps of the development of fiber optic humidity sensors that can be used without temperature compensation. The measurement capabilities of Long Period Fiber Grating (LPG) sensors with ~100 nm titanium dioxide (TiO2) and with ~300 nm thin tin dioxide (SnO2) overlay were studied. I developed a mathematical method capable of determining the Bragg wavelength of each LPG spectrum. Finally, I designed the irradiation tests of LPG sensors to which I used the FLUKA multi-particle transport code.

magyar

angol

PhD, doktori értekezés

application/pdf

application/pdf

115

application/pdf

application/pdf

http://hdl.handle.net/2437/243727