Test, Software, Calibración... la cuenta atrás de ATLAS

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Test, Software, Calibración... la cuenta atrás de ATLAS

Belén SalvachúaGrupo TileCal - ATLASIFIC (CSIC - Universidad de Valencia)Beca CSIC – Bancaixa (1er año)Beca FPU del Ministerio (actualmente)

24 Marzo 2004

IX JORNADAS AMBIENTALES

Facultad de Ciencias (Universidad de Salamanca)

Belén Salvachúa 24/03/2004 2

Introducción a ATLASDetector interno de trazas:

- Pixel:• 3 barriles centrales• 3 x 2 discos laterales

- SCT:• 4 barriles centrales• 9 x 2 discos laterales

- TRT:• 3 barriles centrales• 3 x 2 ruedas

Dimensiones:44m de ancho22m de alto7000t de peso

Calorímetros:- Electromagnético (LAr):

• 1 barril• 1 x 2 barriles extendidos

- Hadrónico:• 1 barril de tejas centelladoras• 1 x 2 barriles extendidos de tejas centelladoras• 1 x 2 tapones de argón líquido

Cámaras de muones:- “Trigger”:

• RPC• TGC

- Medidas de precisión• MDT• CSC


Introducción a ATLAS


Introducción a TileCal

Simulación del Calorímetro Hadrónico de Tejas

TileCal está compuesto por 3 barriles, uno central y del doble de tamaño que los dos extendidos.

Cada barril esta dividido azimutalmente en 64 módulos.

Módulo de TileCalVista de las fibras

Cada módulo está compuesto por capas y filas alternadas de hierro (para frenar las partículas) y plástico centellador (para medir la energía depositada por las partículas al atravesarlo)

La luz generada en los centelladores es recogida y guiada por medio de fibras ópticas a unos conversores de luz en señal eléctrica (fotomultiplicadores, PMT) ~ 10.000

fotomultiplicadores

(1.750 fueron testados en el IFIC- Valencia)

Teja centelladora


Instrumentación de los módulosDurante la instrumentación de los módulos se realizan diferentes controles de calidad:

Preparación del módulo

Inspección de las tejas

Verificación de la longitud de las fibras y su clasificación

Verificación del recorrido de las fibras con una fuente de luz

Comprobación del estado de las fibras

Inspección del final de las fibras

Control de calidad óptico y certificación

Módulo de TileCal


Test de las fibras

Maquina responsable del movimiento del LED

Tejas centelladoras

Movimiento del LED

Ventana ~ 3mm

LED azul

Hierro

Un sistema hidráulico es el responsable del movimiento del LED a través de todas las tejas.

El LED se encuentra en el interior de un tubo metálico con una ventana de unos 3mm.

El LED azul simula la luz UV generada por el centellador que es absorbida por la fibras.

Con este sistema se puede discernir entre:

- Fallos en el tintado de las tejas

- Fallos en las fibras

- Fallos en el acoplamiento fibra - centellador


Test de los fotomultiplicadores de TileCal

Banco de test para los fotomultiplicadores

7 bancos de bancos de test idénticos repartidos en diferentes instituciones colaboradoras:

- Arlington (Texas)- Clermont-Ferrand

(Francia)- Dubna (Rusia)- Lisbon (Portugal)- Pisa (Italia)- Urbana-Champaign (USA)- Valencia (España)

LED

Diodo

Filtro

Fibra Líquida

Luz

Esquema del banco test

Dos modos de test: Luz continua Luz pulsada

Se miden características del PMT tales como:Linealidad, Eficiencia cuántica, Ganancia, Corriente Oscura …

Foto multiplicador

(PMT)

El control y la adquisición de datos está contralo por un software basado en Labview, de National Instruments, desarrollado en Valencia en colaboración con Clermont-Ferrand

Panel de Control


Sistema de Calibración de TileCal

Fuente radioactiva de Cesio - 137 Láser Inyección de Carga

TEJASCENTELLADORAS

FIBRAS

LUZ

FOTOMULTIPLICADOR

ELECTRÓNICA DE “FRONT-END”

Láser

Inyección de Carga

Cesio

¿Por qué calibrar?Para conocer la relación entre la energía depositada por las partículas y la señal eléctrica que se obtiene del calorímetro.


PMTfibras

Sistema de Calibración de TileCal

Teja centelladora

tiempo

voltaje

El área de esta señal es proporcional a la luz emitida por la teja centelladora que es proporcional a la energía depositada por la partícula al atravesar el material centellador.


Calibración con Cs137

Tejas centelladorasFibras

Fuente de Cs137

La calidad y uniformidad de la respuesta del calorímetroLa intercalibración de las celdas de lecturaLa variación de la respuesta a lo largo del tiempo

El Cs137 emite radiación gamma de:

E = 0.662MeV

Una cápsula de Cs137, de 5mCi de actividad, atraviesa todas las tejas, movida por un sistema hidráulico.

Esta fuente excita el material centellador de la misma forma que lo hacen las partículas del LHC. Con la ventaja de que conocemos la energía depositada.

¿Qué queremos estudiar?


Calibración con LáserFibras de los centelladores

Fibras de calibración

Fibras para rellenar huecos

(dummy)

Instertar PMT

En una caja alejada del detector hay un LÁSER que manda luz a través de unas fibras líquidas que van a un conector que distribuye la luz a cada PMT.

El conector también monitoriza y varia la intensidad de la luz.

¿Qué queremos estudiar?Ganancias del fotomultiplicadorLinealidad del fotomultiplicador


Calibración por inyección de carga

La señal del fotomultiplicador atraviesa un circuito que modifica la forma del pulso eléctrico ensanchándola, después esta señal es dividida en dos, la primera va directamente a un conversor de señal analógica a digital (ADC) y la segunda para por un circuito amplificador antes de ser muestreada.

Para la calibración con carga se genera un pulso por la descarga de un condensador. Este pulso simula el pulso del PMT con la ventaja de que podemos calcular la relación entre carga inyectada y cuentas de ADC.

PMT

SHAPER ADC

GANANCIA X 1

GANANCIA X 64

INYECCIÓNDE

CARGA


Test con haz de TileCal

electrones

muones

pionesproton

blanco

H8SPS

Energias ~ 1 – 350 GeV


Test con haz de TileCal

Línea del haz

Mesa rotatoria

Para cambiar el ángulo de

incidencia del haz

Módulo 0

1 Barril central

2 Barriles extendidos

Panel con centelladores para detectar muones

Típico hombre TileCal


“Commissioning” de TileCal

Muones atmosféricos

Simulación del calorímetro

hadrónico de tejas

El sistema más grande probado se constituía de 4 módulos.

Un barril tiene 64 módulos.

Necesario un paso intermedio

Ventajas de los muones:

No se depende de la disponibilidad del haz

Se puede continuar en el pozo (92m bajo tierra)


“Commissioning” de TileCal

Calorímetro hadrónico de

tejas

Primera fase:

Montaje en la superficie

Segunda fase:

Montaje en el pozo (92m profundidad)

Configuración final:

16 + 16 módulos


Test de haz combinado


Test de haz combinadoMotivaciones:

Conocer como integrar muchos detectores

ENTENDER/COMPROBAR las simulaciones

Identificar problemas y posibles soluciones antes de la integración final

Probar la electrónica final del ATLAS

Probar el software final de ATLAS (simulación, análisis, control …)

Medidas: Resolución, linealidad y uniformidad vs el ángulo de incidencia y la energía del haz

Relación entre la señal depositada por electrones y hadrones

Medidas calorimétricas con los detectores de trazas y el TRT (para bajas energías)


Test de haz combinado (top)


Software OnlineLo que hace …

CONFIGURAR, CONTROLAR y MONITORIZAR el sistema de “trigger” y adquisición de datos

Hace de MEDIO entre:

- Detectores

- 1er nivel de “trigger” o selección

- Flujo de datos

- Sistema de control del detector

Lo que NO hace …

PROCESADO y TRANSPORTE de los datos de física

Panel de inicio


Software Online

¿Qué nos proporciona este software? Panel gráfico integrado para todos los detectores y subdetectores

Editores para configurar las bases de datos

Control de las comunicaciones

¿Qué hay que configurar? Base de datos para el hardware

Base de datos para el software


Hardware: RoD

PMT

SHAPER ADC

GANANCIA X 1

GANANCIA X 64

Señal

digitalizada

Read Out Driver

RoDIntermediario entre:

Electrónica de “front-end” y sistema general de adquisición.

Adquisición general


Hardware: RoD Procesan ~ 10.000 canales cada 10s

Deben trabajar en tiempo real

Cada RoD tiene 4 unidades de procesado

Última tecnología en FPGAs:

ALTERA APEX 20K (PU)

ALTERA ACEX

Procesadores digitales (DSP) más potentes del mercado: Texas Instruments TMS320C6414@720MHz

FPGA: dispositivo lógico programable (PLD) con cientos de miles de celdas lógicas; en el cual se puede implementar la lógica digital a medida del diseñador.

Algoritmos de reconstrucción de la señal digital se estudian e implementan en los DSP


Instalación en el pozoEl pozo o caverna del área experimental debe acomodar al detector ATLAS y permitir un fácil acceso para su instalación y mantenimiento durante el periodo de funcionamiento del detector.

La caverna está situada en el punto 1 del túnel LEP/LHC.

El pozo tiene el lugar justo para instalar ATLAS, dejando 2m de separación en cada lado y encima.Anchura~ 26m

Altura ~ 24,6m

Longitud~ 47m

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