cristina de la guía david crespo
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Medida de las Eficiencias Relativas y Monitorización de las Ganancias de los Fotomultiplicadores del Detector RICH de AMS-02. Cristina de la Guía David Crespo. OBJETIVOS CIENTÍFICOS AMS:. Estudio de la naturaleza y composición de los RC - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Medida de las Eficiencias Relativas y Monitorización de las Ganancias de los Fotomultiplicadores del Detector RICH
de AMS-02
Cristina de la Guía Cristina de la Guía
David Crespo David Crespo
Cristina de la Guía Cristina de la Guía
David Crespo David Crespo
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Estudio de la naturaleza y composición de los RC Estudio de la abundancia relativa de los isótopos de
núcleos ligeros
Búsqueda de Antimateria Búsqueda de Materia Oscura Estudios de Astrofísica
OBJETIVOS CIENTÍFICOS AMS:
Medidas múltiples e independientes son requeridas:
Medidas |Z| con: Tracker, RICH, TOF.
Momento y Signo de carga Z medido en tracker (8 puntos).
Velocidad medida en TOF, RICH.
Separación Hadrón/electrón en TRD, ECAL
RICH (Ring Imaging Cherenkov)
Radiador: aerogel de sílice (n=1.05) y NaF (n=1.334).
Plano de detección: conjunto de 680 fotomultiplicadores Hamamatsu R7600-00-M16 (4x4 píxeles/canales).
Reflector: capa reflectiva de 100 nm de aluminio y 300 nm de SiO2. Reflectividad del 85% a =420 nm
Objetivo: Medida de la velocidad con una precisión ~0.1%/Z y de la carga hasta Z=26
60 cm60 cm
67 cm67 cm
46.8 cm46.8 cm
)(
1cos
n
EL RICH DE AMS-02
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stat
sys: ~1%-2%.
Contribuyen distintas incertidumbres
Medimos Eficiencias
Calibramos/ monitorizamos Ganancias
Cálculo de Z
stat sys
NNexp exp
(Z=1)(Z=1)
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MEDIDA DE LAS EFICIENCIAS RELATIVAS DE LOS
FOTOMULTIPLICADORES DEL RICH DE AMS-02
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Objetivo PrincipalObjetivo Principal::
Medida de la Medida de la eficiencia relativaeficiencia relativa para la detección para la detección de luz de cada fotomultiplicador del plano de de luz de cada fotomultiplicador del plano de detección.detección.
Estudiar viabilidad del método con un módulo Estudiar viabilidad del método con un módulo principal del plano de detección.principal del plano de detección.
Procedimiento:Procedimiento:Iluminamos con la misma cantidad de luz a todos los PMTIluminamos con la misma cantidad de luz a todos los PMT
y calculamos la luz detectada por los PMTy calculamos la luz detectada por los PMT
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HV Fuente de alto voltaje
REJILLA_G
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Obtención de la Eficiencia:Obtención de la Eficiencia: Rango de fotón único.Rango de fotón único.
Cálculo del número medio de Cálculo del número medio de
fotoelectrones por canal.fotoelectrones por canal.
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Cálculo de la EficienciaCálculo de la EficienciaObtención del número medio de fotoelectrones ( Obtención del número medio de fotoelectrones ( ) )
Estadística de Poisson: Estadística de Poisson:
Pr = ( e-Pr = ( e- rr ) / r! ) / r!
PP00 = ( e- = ( e- ) ; ) ;
PP00= N sucesos pedestal/ Ntot sucesos;= N sucesos pedestal/ Ntot sucesos;
EstimadorEstimador: : i=1,16 i=1,16 ii
MetodologíaMetodología::Cuatro dispositivos que iluminan siempre Cuatro dispositivos que iluminan siempre los 16 canales con la misma cantidad de los 16 canales con la misma cantidad de luz.luz.
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Repetibilidad de la medida de la luz proporcionada por cada dispositivo. Es capaz de repetir la medida mejor que el
2%.
< 1%
EstabilidadEstabilidadTemporalTemporal
RepetibilidadRepetibilidad
Dispersión del número medio de fotoelectrones en diferentes momentosEficiencias Relativas
RMS:5.8%
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Plano de detección es uniforme dentro del 5-6 % Las medidas han sido incorporadas a la base de datos.
Eficiencias Relativas de Detección para el plano de
detección del RICH
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MONITORIZACIÓN DE LAS GANANCIAS DE LOS
FOTOMULTIPLICADORES DEL RICH DE AMS-02
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Plano de detecciónPlano de detecciónDetección de los anillosDetección de los anillos
CherenkovCherenkovReconstrucción de la Reconstrucción de la
velocidad y de la cargavelocidad y de la carga
FotomultiplicadoresFotomultiplicadoresVariación de la Variación de la
gananciagananciaFactores ambientales:Factores ambientales: variación variación de la temperatura (entre -20 ºC y de la temperatura (entre -20 ºC y +30 ºC => -0.4%/ ºC en ganancia +30 ºC => -0.4%/ ºC en ganancia
Vibración despegue: Vibración despegue: puede puede afectar a la geometría dínodos.afectar a la geometría dínodos.
Largo plazo:Largo plazo: envejecimiento envejecimiento fotomultiplicadores.fotomultiplicadores.
Incertidumbre en Determinación de la Carga
- Conocer la ganancia de los canales con una precisión mejor que el 10%
No existe un sistema de calibración independiente para el RICH en vuelo
Se necesita desarrollar un sistema de monitorización y calibración utilizando los sucesos registrados
MOTIVACIÓN
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MONITORIZACIÓN (caso nominal)MONITORIZACIÓN (caso nominal)
1)1) Simulación de protones para un tiempo de toma de datos equivalente a 1 órbita (90 Simulación de protones para un tiempo de toma de datos equivalente a 1 órbita (90 minutos).minutos).
2)2) Reconstrucción de las variables físicas asociadas al RICH (velocidad y carga.)Reconstrucción de las variables físicas asociadas al RICH (velocidad y carga.)
3)3) Selección de sucesos (criterio geométrico, de calidad y de señal).Selección de sucesos (criterio geométrico, de calidad y de señal).
4)4) Selección de señales en el intervalo [0.25 , 1.75] fotoelectrones.Selección de señales en el intervalo [0.25 , 1.75] fotoelectrones.
Señal
es s
elec
cion
adas
85%
ADC PedCarga
Ganancia
Media = 1
Anchura = 0.03 (precisión en la determinación de la ganancia)
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MONITORIZACIÓN (caso realista)MONITORIZACIÓN (caso realista)
1)1) Simulación de sucesos con ganancias modificadas para 90 minutos (variación Simulación de sucesos con ganancias modificadas para 90 minutos (variación realista)realista)
2)2) Reconstrucción de la velocidad y carga a partir de las ganancias nominales.Reconstrucción de la velocidad y carga a partir de las ganancias nominales.
3)3) Selección de sucesos (criterio geométrico, de calidad y de señal).Selección de sucesos (criterio geométrico, de calidad y de señal).
4)4) Selección de señales en el intervalo [0.25 , 1.75] fotoelectrones.Selección de señales en el intervalo [0.25 , 1.75] fotoelectrones.
Carga media ≡ Factor de corrección Gan. reajus. = Factor de correción x Gan. nominal
20%Ganancia
ΔGanancia
10%Sesgo Media = 1
Anchura = 0.064
Ganancias reajustadas (1ª aproxima.)
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CALIBRACIÓN (método iterativo)CALIBRACIÓN (método iterativo)
GANANCIA NOMINAL
CRITERIOS DE SELECCIÓN
FACTOR DE CORRECCIÓN
GANANCIA CORREGIDA
CRITERIO DE CONVERGENCIA
GANANCIA REAJUSTADA
SÍ
NO
Sesgo tiende a 0
Precisión: 2.3 veces peor en 1 órbita (amplificación estadística).
MÉTODO ITERATIVO (3 órbitas)MÉTODO ITERATIVO (3 órbitas)
estaesta: error estadístico: error estadístico
sistsist: error sistemático del algoritmo: error sistemático del algoritmo
La precisión sigue un comportamiento La precisión sigue un comportamiento puramente estadístico (3.8% para 270min)puramente estadístico (3.8% para 270min)
El error sistemático es consistente con 0El error sistemático es consistente con 0
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sistesta
t t
Se necesita acumular estadística durante 5 órbitas para recuperar la precisión inicial.
PROCEDIMIENTO GENERAL DE PROCEDIMIENTO GENERAL DE GALIBRACIÓN GALIBRACIÓN
Monitorización ganancias cada órbita
Variación G > 3%
NO
Marcar canal
SÍ
Sí se aplica la calibración
No se aplica la calibración
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CONCLUSIONES
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Medida de las eficiencias relativas
Se ha determinado la Se ha determinado la eficiencia relativa eficiencia relativa de detecciónde detección de los fotomultiplicadores de los fotomultiplicadores del RICH.del RICH.
La La precisiónprecisión de las medidas obtenidas de las medidas obtenidas está dentro del 2%, por lo que no se está dentro del 2%, por lo que no se espera una contribución significativa a la espera una contribución significativa a la incertidumbre en la medida de la carga.incertidumbre en la medida de la carga.
Se ha probado la Se ha probado la viabilidadviabilidad del método del método con una rejilla y ha sido aplicado al resto con una rejilla y ha sido aplicado al resto del plano de detección. del plano de detección.
Las medidas obtenidas para todo el plano Las medidas obtenidas para todo el plano de detección son de detección son uniformesuniformes dentro del 6%. dentro del 6%.
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Monitorización de las ganancias
Se ha desarrollado un método de Se ha desarrollado un método de monitorización y calibración de las monitorización y calibración de las ganancias de los fotomultiplica-dores ganancias de los fotomultiplica-dores utilizando los sucesos registrados.utilizando los sucesos registrados.
El algoritmo propuesto proporciona una El algoritmo propuesto proporciona una determi-nación de las ganancias de los determi-nación de las ganancias de los canales individuales con una precisión del canales individuales con una precisión del 3%.3%.
La monitorización de la respuesta de los La monitorización de la respuesta de los canales individuales se realiza utilizando la canales individuales se realiza utilizando la muestra acu-mulada a lo largo de 1 órbita muestra acu-mulada a lo largo de 1 órbita (90 min).(90 min).
La identificación y calibración de canales La identificación y calibración de canales con variaciones significativas de ganancia con variaciones significativas de ganancia requiere la muestra equivalente a 5 órbitas.requiere la muestra equivalente a 5 órbitas.
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OTRAS OTRAS DIAPOSITIVASDIAPOSITIVAS
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Diploma Estudios Diploma Estudios AvanzadosAvanzados
Cristina De La Guía, CIEMAT Cristina De La Guía, CIEMAT 2323
Detección de
Calorimetro :
Conversión :Detección de
pares e+e- en el Tracker
2424
TRD (Detector radiación de transición ) Separación e± de p < 10-2-10-3 en 10-300 GeV
ToF (Tiempo de Vuelo)1º y 2º planoVelocidad v, dE/dX, fast trigger
Imán Superconductor
( 0.86 T)
Tracker de Silicio8 x-y planos con resolución 10/30m, dE/dXdeterminación de P y carga
RICH (Ring Imaging Cerenkov Counter)
Precisión en medida - separación isótopos, Z
ECAL (Calorímetro Electromagnético)Separación e± de p < 10-3-10-4
Peso Total: ~ 6 tons; Poder Consumición: ~2 kW.
ACC veta partículasque entran de abajo a arriba
ToF 3º y 4º plano
Star TrackerMide orientación de AMS en espacio
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Diploma Estudios Diploma Estudios AvanzadosAvanzados
Cristina De La Guía, CIEMAT Cristina De La Guía, CIEMAT 2525
Mínima cantidad de materia que atraviese hasta ECAL
Larga duración (3 años). Aceptancia de 0.5 m2 sr. Alta estadística
Medida velocidad / = 0.1 % distinguir: 9Be,10Be, 3He,4He isótopos.Rigidez R= pc/|Z|e (GV) de 0.5 TV yFactor de Identificación Antihelio/Helio 10-10
Medidas múltiples e independientes son requeridas:Medidas |Z| con: Tracker, RICH, TOF.Signo de carga Z medido en tracker (8 puntos).Velocidad medida en TOF, RICH.Separación Hadrón/electrón en TRD, ECAL
Características:
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Diploma Estudios Diploma Estudios AvanzadosAvanzados
Cristina De La Guía, CIEMAT Cristina De La Guía, CIEMAT 2626
Estudio señales en intensos ruidos (backgrounds)Reducir cantidad de material atravesadoRepetidas medidas de la carga y velocidad
Condiciones Operacionales en Shuttle y en ISS niveles radiación y condiciones vacío :
-60º y 40ºVibraciones cambios aceleraciónmasa < 6TConsumir < 2 KW
Diseño:
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PM= 7.8%
Fabricante (Hamamatsu) nos da
valores eficiencia cuántica
con una dispersión:
ESTIMACIÓN DE LA INCERTIDUMBRE PMT A PMT
Es necesario medir la eficiencia de detección PMT a PMT.
Nesp=7
stat=0.21
PM= 7%
Zmax=19Necesitamos:
PM<5%
Existen otros factores que influyen en la eficiencia de detección:
Eficiencia guías ópticas
Contacto óptico
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Repetibilidad de la medida de la luz proporcionada por cada dispositivo. Es capaz de repetir la medida mejor que el 2%.
Estabilidad/repetibilidad: Dispersión del número medio de fotoelectrones en diferentes momentos
< 1%
Medidas eficiencias tomadas
por un dispositivo RMS 4.5%
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spe : resolución del PMT, para detectar
un sólo fotoelectrón; es ~50%.
EXP : incertidumbre sistemática que afecta a todo el
anillo detectado; es ~1%-2%. Incertidumbres a nivel del canal: CH; es < 10% Calibración ganancias
Incertidumbres a nivel del PMT: PM Medida Eficiencias
Cálculo de Z
Stat Sys
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Obtención de los Estimadores:Obtención de los Estimadores: Rango de fotón único.Rango de fotón único.
Cálculo del número medio de Cálculo del número medio de
fotoelectrones por canal.fotoelectrones por canal.
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Cálculo de los EstimadoresCálculo de los EstimadoresObtención del número medio de fotoelectrones ( Obtención del número medio de fotoelectrones ( ) )
Estadística de Poisson: Estadística de Poisson:
Pr = ( e-Pr = ( e- rr ) / r! ) / r!
PP00 = ( e- = ( e- ) ; ) ;
PP00= N sucesos pedestal/ Ntot sucesos;= N sucesos pedestal/ Ntot sucesos;
EstimadorEstimador: : i=1,16 i=1,16 ii
MetodologíaMetodología:: Un dispositivo que ilumina siempre los 16 Un dispositivo que ilumina siempre los 16 canales con la canales con la misma cantidad de luz.misma cantidad de luz.
Tenemos 4 dispositivos de Tenemos 4 dispositivos de medida medida
4 análisis independientes4 análisis independientes