Электромагнитный калориметр lhcb: готовность к запуску...

LHCb |

LHCbФизика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) [email protected]

Электромагнитный калориметр LHCb: готовность к запуску LHC

Ирина Мачихильян ИТЭФ (Москва)

LHCb

|

LHCb

Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) [email protected]

Детектор Три секции (Внутренняя, Средняя и Внешняя) с

различной поперечной сегментацией (9, 4 и 1 ячеек на модуль);

Технология “шашлык”: чередующиеся слои поглотителя (свинец) и

сцинтиллятора; система светосбора - оптические

спектросмещающие волокна; продольный размер модуля 25X0; радиус Мольер 3.5 см;

Регистрация света: фотоэлектронный умножитель HAMAMATSU R7899-20;

Считывающая электроника: синхронное с ускорительным циклом формирование, интегрирование и оцифровка импульса ФЭУ (40 МГц). 6016 считывающих каналов;

Система Мониторирования: на базе СИД; Верхняя граница динамического диапазона:

E(макс)=7 + 10 /sin(θ) ГэВ, sin(θ) = √(x²+y²)/ (x²+y²+z²) (поперечная энергия 10÷12 ГэВ);

Ожидаемое энергетическое разрешение: σE/E = (8.÷10.)%/√E 0.9%;

Расстояние до точки взаимодействия: 12.5 м;

Общий размер: 7.8x6.3 м; Две половины на раздвижных

платформах для удобства эксплуатации;

Прямоугольная сборка из 3312 модулей квадратного сечения 12.12x12.12 см²;

LHCb

|

LHCb


Временная синхронизация

Подстраиваемая задержка Δt(сч) для точной временной синхронизации системы фотоумножителей и системы считывающей электроники;

Δt(сч) варьируется пределах 25 нс с шагом 1 нс;

Формирователь сигнала: длительность импульса в пределах

25 нс

Сигнал на аноде ФЭУ:

длительность больше 25 нс

LHCb

|

LHCb


Временная синхронизация (продолжение)

Голубой: время сбора сигнала ФЭУ~1/√HV;

Красный: время пролета частиц до плоскости калориметра;

Черный: общая задержка;

Нормированный средний отклик СИД после обработки АЦП как функция

задержки Δt(сч)

R, см

δt(ФЭУ), нс

Δt(сч), нс

LHCb

|

LHCb


Система Мониторирования Основные задачи:

контроль работоспособности считывающих цепей;

отслеживание стабильности отклика ФЭУ;

СИД расположены вне облучаемой зоны над / под детектором;

Один СИД обслуживает группу из 16 (Внешняя / Средняя секция) или 9 (Внутренняя секция) ячеек;

Транспортировка света: оптические волокна. Длина варьируется от 2 до 8 м;

Модули

Оптические волокна

Сигнал

ФЭУPIN

диод

Усили

тель

Поджиг СИД

СИД

К картам считывающей электроники

Настраиваемая задержка сигнала поджига индивидуального СИД в интервале 0÷300 нс с шагом 1 нс для синхронизации с ускорительным циклом;

Настраиваемая амплитуда световой вспышки; Стабильность светового сигнала мониторируется PIN-диодами. Один PIN-диод обслуживает

группу из двух или четырех СИД;

456 светодиода

124 PIN-диода

LHCb

|

LHCb


Калибровка коэффициентов усиления ФЭУ

Измерение зависимости коэффициента усиления ФЭУ G от высокого напряжения HV при помощи Системы Мониторирования.

Абсолютное значение G: статистический анализ распределений откликов на СИД в референсной точке

G = К * (σ(СИД)² - σ(п)²) / (A(СИД) – A(п)), К – параметр, определяемый характеристиками оборудования; Для уменьшения ошибки определения σ абсолютная калибровка производится при

высоком значении G и при небольшой амплитуде светового сигнала;

Измерение нормированной зависимости G(HV) по отношению к референсной точке: по изменению отклика на вспышку СИД фиксированной амплитуды;

В настоящий момент: G(HV) измерено для 99.5% ячеек

Референсная точка

Область рабочих коэффициентов усиления

HVGG 0

HV, кВ

G

LHCb

|

LHCb


Мониторирование стабильности считывающих цепей

[G(изм)-G(ожид)] / G[изм]

Коэффициент усиления ФЭУ в референсной точке (интервал - 3 месяца). σ сопоставим со статистической ошибкой измерения

Среднее:0.029

σ =0.058

Измерение стабильности коэффициента усиления ФЭУ в течение 4 часов при помощи Системы Мониторирования:

для 99% ячеек средний отклик на СИД стабилен в пределах 1%

Отслеживание стабильности светового сигнала при помощи PIN-диодов: точность коррекции Q: лучше чем 1% при изменении светового сигнала вплоть до 30%

Ка

на

лы

АЦ

П

Относительное изменение амплитуды вспышки

LHCb

|

LHCb


Точность настройки энергетической шкалы

Средний разброс характеристик модулей: < 8%; Разброс чувствительности считывающих АЦП: в

пределах ±5%; Средний разброс квантовых эффективностей ФК ФЭУ:

<6% ← учтен индивидуально (данные производителя); Средняя точность выставления высокого напряжения

на ФЭУ (на аппаратном уровне): 0.5% (эквив. точность выставления коэффициента усиления 3.2% );

Точность калибровки коэффициента усиления ФЭУ: Статистическая ошибка 3%; Точность метода: в пределах 8%;

В целом, имеющейся точности настройкидостаточно, чтобы увидеть пик πº

LHCb

|

LHCb


Испытания LHCb на космических лучах

Задачи: Тестирование установки как целого (включая системы

сбора данных и отбора событий); Временная синхронизация различных детекторных

подсистем;

Прохождение частицы через электромагнитный (черный) и адронный

(красный) калориметры

Одна из мод отбора событий: совпадения между электромагнитным и адронным калориметрами;

Набор данных производится при высоких коэффициентах усиления ФЭУ (200K÷300K);

LHCb |

LHCbФизика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) [email protected]

Электромагнитный калориметр LHCb: готовность к запуску LHC

Все оборудование установлено в экспериментальном зале и протестировано; В настоящий момент:

99.8% ячеек / 100% СИД / 100% PIN-диодов работоспособны; изучение долговременного поведения детектора как целого; разработка и отладка ПО для мониторирования, временной синхронизации и калибровки; участие в общих наборах данных LHCb.

Электромагнитный калориметр lhcb: готовность к запуску...

Documents