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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)
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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
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Introducción a ATLAS
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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?
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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
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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
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Test con haz de TileCal
electrones
muones
pionesproton
blanco
H8SPS
Energias ~ 1 – 350 GeV
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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
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“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)
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“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
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Test de haz combinado
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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)
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Test de haz combinado (top)
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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
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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
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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
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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
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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