2001. 11. 23-24. 제 3 총괄과제 발표자 : 김귀년
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2001 연례 발표회
2001. 11. 23-24.제 3 총괄과제발표자 : 김귀년
Progress Report and Plan
Contents
1. Development of Polarized Electron
Source
2. Test Facility
3. Detector R&D
2001 연례 발표회
1. Development of Polarized Electron Source
• 연구목표 차세대 선형가속기 충돌실험에 필요한 편극 전자빔원 개발과 이를 이용한 실험연구
• 2 차 년도연구목표
편극 전자총 시험장치 성능 보완 및 70 keV 편극 전자총 개발
• 연구 내용
- 편극 전자총 시험장치 성능보완 및 편극도 측정 실험
- 70 keV 편극 전자총 빔라인 설계
- Mott 편극계 개발
• 참여연구인력 손동철 , 김귀년 , 이만우 , 이경주 , 고인수 , 박성주
2001 연례 발표회
Ion pump
varian TMP
HV distribution-box
CEM HVPS
Ion pump PS
Mott ChamberGun Chamber
Faraday Cup
(120l/s)
편극 전자총 시험장치 성능보완
• TMP 구매 , RGA 및 기타 진공부품 구매 추진 중
2001 연례 발표회
Layout of PES Test-Stand
Gun Chamber
Faraday cup
Mott Chamber
RGA
Laser
e beam
O2 leak Valve
2001 연례 발표회
Mini-Mott Chamber
From Rice University
2001 연례 발표회
PEGGY Gun
PEGGY Gun 용 빔 라인 설계 중
70 keV 편극 전자총 빔라인 설계
2001 연례 발표회
• 일본 KEK, Nagoya 대학과 공동연구 추진 중
- 포항가속기연구소의 RF 관련 기술 및 인력 이용
- 100 MeV, 2 GeV 전자 선형가속기에서 편극 전자총 시험
- Nagoya 대학의 GaAs 광음극 개발 기술 활용
- Nagoya/KEK 그룹의 DC PES 개발 기술 활용
LC 용 RF 편극전자빔원 개발
2001 연례 발표회
• PES TEST Stand 성능 개선 및 편극전자빔 인출실험
1. Vacuum System : RGA, Metal Gate & R/A Valves, Nude gauge
2. Eelectrostatic Bend System 제작
3. Mott Polarimeter system: support, Resistor Network
• RF 편극전자빔원 개발참여
일본 KEK, Nagoya 대학과 공동연구
3 차연도 연구내용
2001 연례 발표회
• 연구목표 포항가속기연구소의 100-MeV 및 2-GeV 급 전자가속기를 이용한 검출기 성능시험설비 구축과 성능시험에 필요한 인프라 구축
• 2 차년도 연구목표
검출기 성능시험설비 상세 설계 및 구축
• 2 차년도 연구 내용- 100-MeV 전자선형가속기를 이용한 성능 시험설비 상세 설계 및 구축
- 2-GeV 전자선형가속기를 이용한 성능 시험설비 상세 설계
- 데이터 획득장치 구축 및 성능 실험 ( 오영도 발표 참조 )
• 참여 연구인력손동철 , 김귀년 , 오영도 , 조기헌 , 이영석 , 이만우 , 박웅화 , 김동호 , 고인수
2. Test Facility
2001 연례 발표회
검출기 성능시험설비
• Radiation Hardness Test Facility
- Using 100-MeV electron linear accelerator
• Single Electron Beam Facility
- Using 2 GeV electron linear accelerator
• Quasi-Monochromatic Photon Beam Facility
- Using 2.5 GeV Storage Ring
2001 연례 발표회
• Design parameters - Beam energy: 100 MeV - Beam current: 100 mA - Pulse length: 8 s, 10 Hz - Beam emittance: < 30 mm-mrad - Energy spread: < 1 %
• Machine status - Beam energy: 75 MeV - Beam current: 100 mA - Pulse length: 3 s/ 10 Hz - Energy spread: 1 % - Emittance: not measured
Radiation Hardness Test Facility
100-MeV electron Linac
2001 연례 발표회
HV
Ta -target
LINAC
Sample
Pb
CH4
BC702/BC720
Pre Amp.
Disc.
START
Main Amp.
RF Trigger
10
.81
m
1.8
m2
.9 m
Pb
Concrete
Turbo MCS
STOP
Neutron TOF Test Facility
2001 연례 발표회
1,E-06
1,E-04
1,E-02
1,E+00
1,E+02
1,E+04
1,0E-09 1,0E-07 1,0E-05 1,0E-03 1,0E-01 1,0E+01
Energy [MeV]
Spe
ctru
m [r
el.v
al./M
eV]
.
G1
G2
G3
G4
Neutron Energy Spectra calculated by MCNP
2001 연례 발표회
Test Set up with Low Energy Neutrons
Neutron
Gold-foil
Detector
Neutron Detector
2001 연례 발표회
• Purpose: Calibration of a new detector• Principle: By means of electron-Nucleon Scattering
Thin Target
Bending Magnet Detector
e-Beam
dd
dII Neinse )(
- 가속기연구소의 적극적인 지원 없이는 구축 불가
Single Electron Beam Facility
2001 연례 발표회
• Maximum Photon energy:
200 MeV (Ee=2GeV), 300 MeV(Ee=2.5GeV)
• Photon Yield:
)/41(
4 2
maxeL
L
mK
KK
ee mE /
AcLnnY Le /2
Quasi-Monochromatic Photon Beam Facility
• Application Field - Standard Photon Beam Facility
- Beam diagnostic tool of storage ring
- Nuclear Physics
- Nuclear Data Production
2001 연례 발표회
Laer Parameter Electron Beam
Laser-Compton Photon
Wavelength (nm)
Energy(GeV)
Maximum energy
(MeV)
Yield*
(photon/secW)
Nd:YLFFirst
1053
2.02.5
69.6107.9
6.6107
Second
527
2.02.5
134.5206.6
3.3107
Third
351
2.02.5
195.3297.9
2.2107
Fourth
265 2.02.5
250.7379.9
1.6107
2001 연례 발표회
3 차 연도 연구 계획
검출기 성능시험설비 이용 실험 - Radiation Hardness Test Facility 이용 기반 설비 구축 Neutron Beam Monitoring System Data Acquisition System Data Analysis Software
- Quasi-Monochromatic Photon Beam Facility 구축 계획 추진 포항가속기연구소와 공동연구 국내외 핵물리연구 관련자들과 공동연구 핵자료 관련 연구자들과 공동연구
2001 연례 발표회
3. Detector R&D
• 연구 목표 차세대 인공위성 탑재 검출기 개발
• 2 차년도 연구 목표
- AMS 검출기에 쓰일 방사광 검출기 개발
- 인공위성 탑재용 실리콘 검출기 개발
• 2 차년도 연구 내용
- 우주선 ( 뮤온 ) 검출기 제작 및 실험
- AMS 관련 : SRD, TRD, Magnet
• 참여 연구인력
손동철 , 양종만 , 김귀년 , 박환배 , 조기현 , 오영도 , 이만우 , 박웅화 ,
김동호 , 김경숙 , 김미영 , 로상율 , M. Rachid, H. Ahmed
2001 연례 발표회
Flux of cosmic rays per unit solid angle
1122 mincos66.0),( steradcmj
When we require cosmic rays to pass through two surfaces,each of width w and length l, separated by a distance d,the expected rate should be
Cosmic RayDetector 1
Detector 2
2
2)(66.0
d
lwN [counts/min]
If l=20cm, w=15cm, and d=80cm,then N = 9/min.
Cosmic Ray Muon Detector
2001 연례 발표회
Schematic Diagram 1/4
200
150
70
t=5Ref. 3/4
A B C
D
C
52.?
10B DA
(Top view)
(Cross section)
(unit : mm)
102.?
A(Plastic scintillator), B(Light guide)C(PM tube + H.V. socket assembly)D(Photo-tube holder)
Cosmic Ray Muon Detector
2001 연례 발표회
Gate Generator
ADC
VMEMasterModule
PCIADA
PC
OS: Linux
AND
Discriminator
Cosmic Ray
Detector 1
Detector 2
DAQ Program
Electronics for Cosmic ray Muon Detector
2001 연례 발표회Fan In Fan Out
DiscriminatorCoincidence
Gate Generator ADC
VMEMasterModule
PCIADA
Experimental Arrangement
2001 연례 발표회
Compare with MC Data
Distance (cm) Angle (degree)
Flu
x(/m
in.)
Flu
x(/m
in.)
Real data
Histogram: MC
Real data
Histogram: MC
Real data
Histogram: MC
Real data
Histogram: MC
L=50 cm=90o
2001 연례 발표회
Detector R&D for AMS-02
AMS Collaboration
2001 연례 발표회
(1) Synchrotron Radiation Detector
AMS Collaboration
• Aim- Identify the charge of TeV electrons and PeV nuclei using their synchrotron radiation in the earth’s magnetic field by observing synchrotron photons (Ethr KeV and eV respectively) in detector (2x3 m2).
- Photon’s position, counting and energy measurements give info on: Particle’s charge sign, estimation on primary electron momentum -> hence distinguish electrons from nuclei.
• Nov. 29, 2001, a small stand-alone detector (PSRD) will fly as secondary payload on the Space Shuttle. - For this flight, 16 YAlO3:Ce(YAP) scintillating crystals of size 25x25x2 mm3 will be coupled directly to Hamamatsu R5900U PMTs.
• SRD will be installed on AMS-02 if PSRD will give good results
2001 연례 발표회
AMS Collaboration
Principle and Requirement
- Very good Energy and Time Resolution: 1 mm thick YAP Crystal (YAlO3:Ce) - Position Measurements and for rejection of charged particles with very good Time
Resolution: 500 Silicon Strip Detector- Highly integrated, very fast, low power Readout Electronics (40 MHz)
• Principle
• Requirement:
2001 연례 발표회
M. W. Lee, J. W. Shin, G. N. Kim, D. SonInstitute of High Energy Physics, Kyungpook National University,
Taegu 701-702, Korea
K. S. Kim, J. YangPhysics Depeartment, Ewha Womans University,
Seoul 120-750, Korea
O. Grim, G. Viertel, H. HoferInstitut fur Teilchenphysik der ETH, 8093 Zurich, Switzerland
(Work Done during staying in ETH, Zurich, Jun. 16 - Aug. 16, 2001)
Experiment on the YAP window Channel Photo Multiplier
AMS Collaboration
2001 연례 발표회
Fig. 1. Schematic view of a CPM with an electrical connection
Manufacture's specification of CPMs C1344 / SN: B032-25 C1340 P/ SN:B050-46
Photocathode Bi-alkali Bi-alkaliFaceplate Material Borosilicate YAP Spectral Sensitivity [nm] 300 - 650 300 - 650Quantum efficiency at 410 nm [%] 23.1 22.2Gain at 2.0 kV [106] 2.6 2.9Dark current at 2.0 kV [pA] 77.6 61.7Bias current at 2.0 kV [A] 37 37
Channel Photo-Multiplier
AMS Collaboration
2001 연례 발표회
Experimental Setup for the YAP-CPM test
High Voltage Generator Novelev 8174
Amplifier Ortec 454
Linear Fan in/Fan out
Lecroy 428F
Delay
Discriminator Lecroy 620CL
Attenuator
Gate Generator Lecroy 2323A
ADC (Charge
Sensitive)
Analog
digitize
Gate
Lecroy 2249A
Computer Camac Controller
YAP window CPM
AMS Collaboration
2001 연례 발표회
• Single photoelectron gain for the various bias high voltages
• Quantum Efficiency
• Saturation Characteristics
• Sensitivity
•Dark Count Rate
• Energy Resolution
[%])03.104.2()13.446.82(
E
esolutionR
Fig. 9. Energy resolution vs. bias voltage Fig. 10. Resolution of 1.8kV bias voltage vs. photon energy
2001 연례 발표회
• Launch Date : Nov. 29, 2001Launch Date : Nov. 29, 2001
(G. N. Kim and M. W. Lee will participate PSRD Experiem(G. N. Kim and M. W. Lee will participate PSRD Experiement from Nov. 25 – Dec. 16.)ent from Nov. 25 – Dec. 16.)
Purpose of Experiment:Purpose of Experiment:• Measurement of the Photon Background in the keV EnerMeasurement of the Photon Background in the keV Ener
gy rangegy range• Measurement of the Low Energy Charged particle backgrMeasurement of the Low Energy Charged particle backgr
oundound• Test of the highly integrated, very fast, low power ReadoTest of the highly integrated, very fast, low power Reado
ut Electronicsut Electronics
AMS Collaboration
Participate PSRD Experiment on
the Space Shuttle STS-108
2001 연례 발표회3 차 연도 연구 계획
1. Testing a YAP Crystal with a normal window Channel Photo Multiplier (CPM) 2. Test of X-ray detector for SRD using Source and/or the PLS at PAL3. PSRD data analysis4. MC simulation study of SRD5. Collaboration work with ETH, Zurich
AMS Collaboration
2001 연례 발표회
AMS Collaboration
(2) Transition Radiation Detector
• Aim:Non-destructive information for particle identification in addition to electromagnetic calorimeter
Identification of hadrons (’s against K’s and p’s) and electrons
Final goal is good e/h separation between 1-2 (TRthr) GeV to about 100 GeV (hadrons start to radiate) e/p Rejection 1.5 to 4 10-3 with 90%95% electron efficiency
• 6 mm diameter, 1.3 to 2 m long straw tubes• Radiators: Foam (Airex) or (10 m or 16 m) fibre (0.06 g/cm3)• Gas mixture: Xe/CO2 80/20, gain 2.5 104 • Operating temperature interval: +10° C to + 25° C (gradient 1 K)• Weight: 484 kg (350 kg detector)• Test beam with e and p (3.5 to 15 GeV)• Tests and studies are underway for the final choice of radiator, gas mixture • and GCPS, vacuum properties of straw tubes, radiator outgassing, mechanical • stability etc.
2001 연례 발표회
AMS Collaboration
Transition Radiation Detector
2001 연례 발표회
Front End electronics Chip 개발
AMS Collaboration
2001 연례 발표회
Guido Board Test
EPP port
Printport
POWER
(5V)
APEX Chip
REGISTER
POWER PC(Window98)
EPP protocal
Guido Board (S9007)
Test Set Up
2001 연례 발표회
TRD Simulation
-AMS simulation software 를 이용하여 TRD 부분을 simulation 할 수 있도록 준비되었음 ( 현재 수정 보완 중 )
- gammar ray 의 백그라운드를 이해하기 위해서
TRD honeycomb plate 부분의 simulation study 를 하려고 준비 중
AMS Collaboration
2001 연례 발표회3 차 연도 연구 내용
1. TRD DAQ 부분 : Rwth-Aachen, MIT, CAEN 등과 공동연구 - Front Electronics Chip Design and Test - Guido Board Test
2. TRD simulation 부분 :Rwth-Aachen, MIT 등과 공동연구 - Program the detail structure of Honeycomb - Gamma Ray Background Simulation Study
3. Electronic Board Test
AMS Collaboration
2001 연례 발표회
(3) Superconducting Magnet
2001 연례 발표회
Critical Parameters of Magnet
Nominal Bending Power: 0.85 Tm2
Stray field @ radius of 230 cm: < 15.2 mT
Peak in coil: 6.6 T
N. of Coils: 2 Dipoles, 20 racetracks
Magnetic Torque: 0.272 Nm
Conductor: NbTi wire, Aluminum stabilized
Operating Temperature: 1.8 K @ 20 mbar (2600 lt superfluid Helium)
Operating Current: 450 A
Power: 1.5 kW (peak, during ramp), 400 W (maintenance)
Endurance: 27 to 33 months (w cryocoolers)
Weight: about 3 tons (whole magnetic system)
Dimensions: 2.7 m of diameter and 1.5 m of max height
▶ SC Magnet Self Protection System ( 김미영 발표 ) - Energy source for the Quench - Quenching Circuit AMS Collaboration
2001 연례 발표회3 차 연도 연구 내용
• Superconducting Magnet : 참여 부분에 대하여 논의 중 - Supporting System 제작 참여 (?) - Cryogenic System 제작 참여 (?)
• Quenching Circuit Test - Test without Coils - Test with Coils - 기타 관련 Test 참여
AMS Collaboration
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