I rivelatori MDT per l’esperimento ATLAS al CERN: messa a punto della

procedura di certificazione finale.

Candidata

Michela MarafiniRelatrice

Alessandra Tonazzo

Anno Accademico 2003/2004

ObiettiviDefinire e redigere una procedura dettagliata delle fasi

di:

CERTIFICAZIONE

dei rivelatori MDT dello spettrometro a muoni per l’esperimento ATLAS al CERN.

Sommario della presentazione

• il CERN e l’esperimento ATLAS• i rivelatori MDT• Procedura di certificazione

CERNCentro Europeo per la Ricerca Nucleare (1954)

Realizzazione di LHC (Large Hadron Collider):

acceleratore per la collisione di fasci di protoni ad un’energia di 7+7 TeV.

Cercare l’evidenza sperimentale diretta dell’esistenza

del bosone di Higgsla particella che permette a tutte le altre di acquisire una massa

La sola prevista dal Modello Standard non ancora osservata direttamente.

In uno dei punti di intersezione dei fasci di protoni è in costruzione:

A Toroidal LHC ApparatuS.

L’esperimento ATLAS

La sua funzione è quella di misurare l’impulso delle particelle

prodotte nelle collisioni pp e di identificarle.Schematizzazione di LHC.

ATLASSpettrometro per µ

Solenoide

Calorimetro elettromagnetico Calorimetro in

avantiToroide dell’endcap

Toroide del barrel

Rivelatore interno Calorimetro adronicoSchermaturaradiazioni

46 m

22 m

•Si ricostruisce la TRACCIA dei muoni che attraversano lo spettrometro.

•Si calcola il RAGGIO di CURVATURA.

•Si ottiene il valore dell’impulso del muone:

p[Gev/c] = 0.3 [m] q B[Tesla]

con p / p < 10% per

10 GeV/c < p < 1 TeV/c

MDT mutilayer

Spettrometro a muoni

MDT ( Monitored Drift Tube) Chamber

start

stop

TDCADC

Tempo di deriva degli elettroni

Ampiezza del segnale

Tubo in AlluminioR=15mm

Spessore 400m

Relazione r-t per ricavare la distanza

• Miscela di gas: Ar-CO2 93-7%• Pressione assoluta 3 bar• Guadagno 2x104 (HV=3080 V)• Tempo di deriva massimo 700 ns

Risoluzione spaziale ~80m

Camere BIL (Barrel Inner Large):2 MultiLayer x

4 Layer x36 (o 30 o 24) MDTLunghezza = 2.6m

CommissioningOgni esperimento necessita di una fase di

certificazione in cui testare tutta la strumentazione necessaria prima dell’installazione definitiva.

- Montaggio:

- Test:

Roma

Pavia

Tenuta gasAllineamentoAlta tensioneRumore elettronicoDati da raggi cosmici

Sito di test al CERN

Sistema del gas

Cablaggio

Sito di test avviato nel giugno 2004

Schema procedura

Definita nel corso del mio stage al CERN Luglio-Agosto 2004

• Sistema di distribuzione del gas

• Cablaggio

• Tenuta gas

• Allineamento

• Alta tensione

• Rumore elettronico

• Dati da raggi cosmici

Cavi e scatola di distribuzione dell’alta

tensione

Cablaggio

ELMB

sensori di temperatura, campo magnetico, alimentazione e

programmazione dell’elettronica

RASMUX

Sistema di digitalizzazione per i sensori di allineamento- Led e CCD

- collegamento al PC

Piattaforma dei servizi

Consiste nel montaggio dei sistemi di controllo delle proprietà fisiche, della camera stessa e di lettura di segnale.

MOTHERBOARD e CSM:

raccolta e decodifica del segnale

-1cavo di segnale per ogni 24 tubi

- segnale di trigger

RASMUX

Sistema di digitalizzazione per i sensori

di allineamento

- Led e CCD

- collegamento al PC

Test di tenuta gas

La massima perdita accettabile è di 5 mb al giorno per un ML di

una camera BIL.

- Test a lungo termine:

•Si misura la variazione di pressione nel corso dei giorni.

- Test a breve termine:

•Si aggiunge una piccola quantità di Elio alla miscela

•Se ne rilevano eventuali fuoriuscite con un apposito strumento(“sniffer”: spettrometro di massa).

La relazione r-t dipende fortemente dalla pressione della miscela di gas, che quindi deve rimanere costante.

E’ necessario individuare eventuali

perdite di gas ed eliminarle.

Foto del Sistema di

distribuzione del gas,

montato su una delle facce della

camera.

Allineamento

- Projective: Allineamento di due camere una sopra l’altra.

praxial projective - Inplane: Per monitorare e correggere il funzionamento dei sensori ottici ed eventuali deformazioni della camera.

Led4

Led1

Led3

Led2

Ccd2

Ccd1

inplane4

inplane2

inplane3

inplane1

Sulle camere è montato un sistema di placche metalliche, la cui posizione è prestabilita, in modo da poter ricostruire la posizione del rivelatore.

- Praxial: Allineamento di due camere una accanto all’altra.

Tolleranze- 20 μm per la posizione del filo- 40 μm per la posizione del ML- 30 μm per la posizione della BIL

La richiesta di alta risoluzione comporta la necessità di determinare con accuratezza la posizione delle camere nello spettrometro.

Misure di allineamentoLa massima performance dello spettrometro può essere raggiunta solo se le

posizioni relative delle camere lungo la traccia dei muoni sono conosciute con una precisione migliore della risoluzione intrinseca della camera.

E’dunque necessario conoscere con precisione la posizione delle piattaforme rispetto ai tubi.

Per i test praxial e projective in fase di commissioning si misura la posizione precisa della piattaforma rispetto ai tubi con degli appositi strumenti

Per il test di inplane si controlla il buon funzionamento dei sensori ottici montati alle due estremità della camera.

Vengono registrate in un data base tutte le discordanze dei valori standard

prestabiliti.

Alta tensioneOgni tubo viene collegato, tramite i cavi

dell’alta tensione ad un generatore H.V.

Il test consiste nel misurare la corrente di ciascun multilayer alla tensione:

- Valore nominale di 3080 V - Valore nominale + 10% (3400V)

La corrente effettiva che attraversa la

camera, riempita con la miscela AR-CO2 (93% - 7%)e alla pressione di

3 bar, non deve superare pochi µA.

Variazioni di composizione della miscela, di pressione e temperatura comportano una

variazione anche della corrente.

Rumore elettronico Tutta la catena elettronica introduce un “noise” (rumore)

non trascurabile nel processo di acquisizione dei dati

Si effettua un test che consiste in un’acquisizione di dati con trigger casuale.

Si opera prima a tensione spenta e poi accesa, per isolare meglio le possibili sorgenti di rumore.

E’ stato sviluppato un

programma di acquisizione e un

pannello grafico per effettuare il test.

Si richiede che nessun canale abbia una frequenza di

rumore > 40 KHz.

6 x 424 tubi

1 scheda

(mezzanino)

1 cavo disegnale

Dati da raggi cosmici Quando un evento viene rilevato

in sequenza dallo scintillatore in alto e da uno scintillatore in basso

si può considerare l’evento

interessante.

Raggi cosmici μ

BIL

scintillatori

scintillatori

Rate di coincidenza medio 60Hz

Fibra ottica per la trasmissione

dei dati.

Cavi per il segnale

Trigger da raggi cosmici

Programmazione dell’elettronica

ELMB MOTHERBOARD

CSM

Dati da raggi cosmici

Si analizzano la frequenza di conteggi e lo spettro di deriva in ogni tubo.

Circa 700 ns

Per accumulare sufficiente statistica in tutti i tubi è

necessario acquisire almeno un milione di eventi.

E’ stato sviluppato un programma con un pannello grafico per l’acquisizione dati.

Conclusioni Una volta conclusi tutti i test a cui deve essere

sottoposta, se i risultati sono conformi allo

standard di ATLAS, la camera viene

CERTIFICATA e poi spostata in un deposito,

dove rimane fino all’installazione nella

caverna, prevista per il 2005.

In questa tesi sono state definite le procedure per la certificazione finale dei rivelatori MDT per l’esperimento

ATLAS al CERN.

Controlli periodici

Si prevede che, seguendo le procedure descritte in questa tesi, nei prossimi mesi

si sarà in grado di sottoporre al "Commissioning" circa tre camere ogni

settimana.

Conclusioni

http://atlas-mdt-283.web.cern.ch/atlas-mdt-283

Il lavoro di definizione delle procedure di

certificazione sviluppato, con tutti i dettagli sullo svolgimento di ogni test

descritto, è a disposizione sul sito internet del

Commissioning.

Grazie a tutti !