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Università degli Studi di Ferrara
“Design of the interlock system of a test-bench for silicon detectors”
Tesi di Laurea Specialistica in Fisica Nucleare e Subnucleare
Relatore:Dr. Paolo Lenisa
Correlatore:Dr. Sergey Michirtytchiants
Laureanda:Greta Guidoboni
Anno Accademico 2008-2009
217 Luglio 2009
IndiceIndice
PERCHÉ polarizzare gli antiprotoni.
COME polarizzare gli antiprotoni.
Setup sperimentale per esperimenti di Spin-filtering.
Sistema di interlock.
Conclusioni
317 Luglio 2009
Accesso a fondamentali osservabili fisiche :
trasversità
fattori di forma del protone
spettroscopia adronica
High Energy Storage Ring
L = 1031cm-2s-1
Perché polarizzare gli antiprotoni?Perché polarizzare gli antiprotoni?
pp
417 Luglio 2009
Motivazioni fisiche: Motivazioni fisiche: trasversitàtrasversità
q h1
=
Quark e protonetrasversalmente
polarizzati
Quark e protoneLongitudinalmente
polarizzati
q
Quark e protonenon polarizzati
q
Al leading-twist order, la STRUTTURA di SPIN del protoneSTRUTTURA di SPIN del protone è descritta da
3 funzioni di distribuzione:
Ben notaNota Poco nota
ElicitàTrasversità
q(x) Δq(x) δq(x)
517 Luglio 2009
Trasversità
q1h
funzione chirale dispari
INVISIBILE in DIS perché interazioni
Elettro-debole e forte conservano la chiralità!
Accoppiata ad un’altra funzione chirale dispari:
Inclusive DIS Semi-inclusive DIS Drell-Yan
h1q(x) × f. di Collins h1
q(x) × h1q(x’)
Xeepp
617 Luglio 2009
Motivazioni fisiche: Motivazioni fisiche: fattori di formafattori di forma
GE distrib. spaziale di carica elettrica
GM distrib. spaziale della
magnetizzazione
FF di SACHS:
Funzioni ANALITICHE di q2 = 4-momento trasferito
q2<0 regione spacelikeFF = funzioni reali
q2>0 regione timelikeFF = funzioni complesse
)(lim)(lim 2222 qFqF TL
q
SL
q
annichilazionescattering
717 Luglio 2009
Regione SPACELIKERegione SPACELIKE
Rosenbluth separation
:
Trasferimento di polarizzazione
Regione TIMELIKERegione TIMELIKE
- PANDA: metodo della Rosenbluth separation misura di e
- PAX: osservabili di correlazione di spin misura di , in maniera indipendente e della fase relativa fra loro
MG
MG EG
EG
test della Rosenbluth separation nella regione timelike
test dei diversi modelli teorici
2 ɣ exchange ?
817 Luglio 2009
Come polarizzare gli antiprotoni Come polarizzare gli antiprotoni
Spin-FlipSpin-Flip
Flip selettivo
Per un campione di particelle di spin ½ con proiezione +(↑) e – (↓)
Favorisce la transizione in un verso rispetto ad un altro
Spin-FilteringSpin-Filtering
Perdita selettiva
Seleziona uno stato più di un altro
917 Luglio 2009
Come polarizzare gli antiprotoni: Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FLIPSPIN-FLIP??
epep
1017 Luglio 2009
Misure di depolarizzazione a COSYMisure di depolarizzazione a COSY
Fascio di protoni e fascio di e- co-
moventi
e-Cooler
Relative velocity of electrons in proton rest frame (c)
210-
3
0
4107
dep
ol (
barn
)
0 110-3
2107
-2107
-4107
D.Oellers et al., Physics Letters B 674 (2009) 269
epep peep
Walcher et al. COSY
no depolarizzazione
(limite superiore = 107 barn)
errore nel calcolo numerico dell’interazione
Come polarizzare gli antiprotoni: Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FLIPSPIN-FLIP??
1117 Luglio 2009
Come polarizzare gli antiprotoni Come polarizzare gli antiprotoni
Spin-FlipSpin-Flip
Flip selettivo
Per un campione di particelle di spin ½ con proiezione +(↑) e – (↓)
Favorisce la transizione in un verso rispetto ad un altro
Spin-FilteringSpin-Filtering
Perdita selettiva
Seleziona uno stato più di un altro
1217 Luglio 2009
Polar. TRASVERSA
Qtot 10 Polar. LONGITUDINALE:
Qtot )( 210
P polarizz. fascioQ polarizz. bersagliok || direzione del fascio
σtot = σ0 + σ1·P·Q + σ2·(P·k)(Q·k)
Come polarizzare gli antiprotoni: Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FILTERING!SPIN-FILTERING!
Fascio di protoniNON POLARIZZATO
Fascio di protoniPOLARIZZATO
Bersaglio polarizzato
1317 Luglio 2009
Prossime misureProssime misure
Esperimenti con PROTONI a COSY (prossimo anno)
Esperimenti con ANTIPROTONI ad AD (Antiproton Decelerator, CERN)
Prima volta!!
F. Rathmann et al., PRL 71, 1379 (1993)
Come polarizzare gli antiprotoni: Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FILTERING!SPIN-FILTERING!
1992 esperimento FILTEX al TSR (Test Storage Ring, Heidelberg)
Spin filtering funziona per protoni
P P
1417 Luglio 2009
Esperimenti di Spin-FilteringEsperimenti di Spin-Filtering Sezione a basso β Bersaglio interno
polarizzato Sistema di rivelazione
Polarimetro di Breit-Rabi (BRP)
Target chamber:Rivelatori + cella di accumulazione
Atomic Beam SourceABS
quadrupoli per sezione a basso β
1517 Luglio 2009
Rivelatori al silicioSTT
Esperimenti di Spin-FilteringEsperimenti di Spin-Filtering
Fascio
Fascio atomico dall’ ABS
Bobina per il campo di guida
Cella di accumulazione:
densità x 1005μm di Teflon
Lunghezza 400 mmSezione 10x10 mm2
Target chamberTarget chamber
zx
y
1617 Luglio 2009
Esperimenti di Spin-FilteringEsperimenti di Spin-Filtering
Sistema di rivelazione Sistema di rivelazione
Sistema completo costituito da 36 Silici
lavorare in vuoto Risoluzione del vertice di
1mm da pochi MeV a decine di MeV identificazione particelle +
misura dell’energia + tracciamento
Struttura a TELESCOPIO: STTSilicon Tracking Telescope
97x97 mm2 , spessore 300 μm
double-sided silicon strip sensor
Kapton per elettronica di front-end
Lato p
Lato n
1717 Luglio 2009
Sistema di InterlockSistema di Interlock
Scopo:• garantire condizioni di sicurezza• evitare errori umani
Installazione:• banco di prova• acceleratori COSY, AD e HESR 2 parti:
STT STT interlock
Safe vacuum Safe
atmosphere
STT_opr
VACUUM VACUUM interlock
Funzioni:• consentire ON/OFF dispositivi o Open/Close valvole
• monitoraggio dello STATO dei dispositivi e dei VALORI di pressione e temperatura
Componente HARDWARE
Componente SOFTWARE
Preparazione:• dispositivi • informazioni = input e output• procedure standard• eventi anomali e reazioni• logica
1817 Luglio 2009
Condizioni di lavoro STT Condizioni di lavoro STT
pressione: in vuoto o in atmosfera
raffreddamento rivelatori: - 20°C in vuoto, 20°C in atmosfera
raffreddamento elettronica in vuoto: 10°C in vuoto, 20°C in atmosfera
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: STTSTT
1917 Luglio 2009
Strumentazione Strumentazione
Sistema di raffreddamento: termostato integrale (LAUDA)
Sistema di alimentazione: Mpod crate Bias per i rivelatori Bassa tensione per
l’elettronica Bias
Bassa tensione
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: STTSTT
2017 Luglio 2009
Accensione
Procedura standardProcedura standard
STT OFF
Premere START
Misura T ambiente
Abilitazione LAUDA ON
Subroutine: set e check T
Abilitazione ELETTRONICA ON
Abilitazione BIAS ON
STT ON
No “eventi anomali”
Abilitazione dall’interlock seguita da operazione manuale dell’operatore
guida visiva con LED
1 LAUDA
2 Elettronica
3 Bias
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: STTSTT
2117 Luglio 2009
STT ON
Premere STOP
Abilitazione ELETTRONICA OFF
Abilitazione LAUDA OFF
STT OFF
Abilitazione BIAS OFF
RISCALDAMENTO rivelatori ed elettronica
Spegnimento
Procedura standardProcedura standard
No “eventi anomali”
Abilitazione dall’interlock seguita da operazione manuale dell’operatore
guida visiva con LED
1 Bias
2 Elettronica
3 LAUDA
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: STTSTT
2217 Luglio 2009
Eventi anomaliEventi anomali
Perdita della condizione di “Safe_Vac” o “Safe_Atm”
Broken vacuum
allarme da LAUDA_elettronica
allarme da LAUDA_rivelatori
malfunzionamento dell’ Mpod crate
Perdita della connessione con il sistema di interlock
Power failure
AzioniAzioni
Spegnere i dispositivi Iniziare la procedure di riscaldamento per i rivelatori e
l’elettronica Bloccare qualsiasi operazione fino alla riconnessione con
l’interlock
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: STTSTT
2317 Luglio 2009
BPS
EPS
LAUDA det
Schema della logicaSchema della logica
struttura a blocchi
stato di un dispositivo =VETO per quello con priorità più bassa
controllo remoto e/o
manuale
SIM SIM (Software Interlock Monitoring)(Software Interlock Monitoring)
monitoraggio
previsione di situazioni
di pericolo e reazione
LAUDA el.
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: STTSTT
2417 Luglio 2009
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: VacuumVacuum
2517 Luglio 2009
Procedura standardProcedura standard No “eventi anomali”
Abilitazione dall’interlock seguita da operazione manuale dell’operatore
guida visiva con LED
Accensione
Safe Atmosphere
Premere START
V0 e V2 chiuse, V1 aperta
Abilitazione TurboCube ON
Safe Vacuum
SV aperta
P<10-5mbar Abilitazione IGP ON
Premere il pulsante “SafeVacuum” per
confermare
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: VacuumVacuum
2617 Luglio 2009
Procedura standardProcedura standard No “eventi anomali”
Abilitazione dall’interlock seguita da operazione manuale dell’operatore
guida visiva con LED
Spegnimento
Safe Vacuum
Premere STOP
Abilitazione TurboCube OFF
Safe Atmosphere
P=Patm Abilitazione IGP ON
Abilitazione IGP OFF
Procedura di VENTING
Premere il pulsante “Safe Atmosphere”
per confermare
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: VacuumVacuum
2717 Luglio 2009
LogicaLogica
VACUUM interlockVACUUM interlock
2817 Luglio 2009
Eventi anomaliEventi anomali
Perdita nella camera da vuoto
malfunzionamento dei misuratori di pressione
Broken vacuum
apertura/chiusura di valvole nel momento sbagliato
Perdita della connessione con il sistema di interlock
Power failure
AzioniAzioni
Chiudere la valvola di sicurezza. Bloccare qualsiasi operazione fino a che alla riconnessione con
l’interlock. Avvisare l’operatore con LED o un segnale di allarme.
Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: VacuumVacuum
Sistema di interlock per il banco di prova
Definizione delle procedure standard
Analisi degli eventi anomali e reazioni
implementazione della logica per il VACUUM interlock
completamento della logica per STT interlock
implementazione fisica dell’STT e del VACUUM interlock su una PLC
Sviluppi futuriSviluppi futuri
Lavoro svoltoLavoro svolto
3017 Luglio 2009
In collaborazione conIn collaborazione con
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