Test, Software, Calibración...
la cuenta atrás de ATLAS
Belén Salvachúa
Grupo TileCal - ATLAS
IFIC (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 ATLAS
Detector interno de trazas:
- Pixel:
• 3 barriles centrales
• 3 x 2 discos laterales
- SCT:
• 4 barriles centrales
• 9 x 2 discos laterales
- TRT:
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
• 3 barriles centrales
• 3 x 2 ruedas
Cámaras de muones:
- “Trigger”:
Dimensiones:
44m de ancho
22m de alto
7000t de peso
• RPC
• TGC
- Medidas de precisión
• MDT
• CSC
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Introducción a ATLAS
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Introducción a TileCal
Teja centelladora
Módulo de TileCal
Vista 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)
Simulación del Calorímetro Hadrónico de Tejas
TileCal está compuesto por 3 barriles, uno
central y del doble de tamaño que los dos
extendidos.
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)
Cada barril esta dividido azimutalmente en 64
módulos.
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~ 10.000 fotomultiplicadores
(1.750 fueron testados en el
IFIC- Valencia)
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Instrumentación de los módulos
Durante 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
Módulo de TileCal
 Control de calidad óptico y
certificación
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Test de las fibras
Un sistema hidráulico es el responsable
movimiento del LED a través de todas las tejas.
del
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
Ventana ~ 3mm
Tejas
centelladoras
Maquina responsable del movimiento
del LED
Movimiento del
LED
LED azul
Hierro
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Test de los fotomultiplicadores de TileCal
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)
Esquema del banco test
Foto multiplicador
(PMT)
Banco de test para los fotomultiplicadores
El control y la adquisición de
datos está contralo por un
software basado en Labview,
de
National
Instruments,
desarrollado en Valencia en
colaboración con ClermontFerrand
Luz
Fibra
Líquida
LED
Diodo
Filtro
Dos modos de test:
 Luz continua
Panel de Control
 Luz pulsada
Se miden características del PMT tales como:
Linealidad, Eficiencia cuántica, Ganancia, Corriente Oscura …
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Sistema de Calibración de TileCal
Fuente radioactiva de Cesio - 137
Láser
Inyección de Carga
Cesio
¿Por qué calibrar?
LUZ
TEJAS
CENTELLADORAS
FIBRAS
Láser
FOTOMULTIPLICADOR
Para conocer la relación entre la
energía depositada por las partículas
y la señal eléctrica que se obtiene
del calorímetro.
Inyección de Carga
ELECTRÓNICA DE “FRONT-END”
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Sistema de Calibración de TileCal
fibras
Teja centelladora
PMT
voltaje
tiempo
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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
El Cs137 emite radiación gamma de:
Fibras
E = 0.662MeV
Tejas centelladoras
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.
Fuente de Cs137
¿Qué queremos estudiar?
La calidad y uniformidad de la respuesta del calorímetro
La intercalibración de las celdas de lectura
La variación de la respuesta a lo largo del tiempo
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Calibración con Láser
Fibras de los
centelladores
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.
Fibras de calibración
¿Qué queremos estudiar?
Ganancias del fotomultiplicador
Linealidad del fotomultiplicador
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Calibración por inyección de carga
GANANCIA X 1
PMT
SHAPER
ADC
GANANCIA X 64
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.
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Test con haz de TileCal
muones
electrones
proton
piones
blanco
Energias ~ 1 – 350 GeV
H8
SPS
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Test con haz de TileCal
Panel con centelladores
para detectar muones
Típico hombre
TileCal
2 Barriles
extendidos
1 Barril central
Módulo 0
Línea del haz
Mesa rotatoria
Para cambiar el
ángulo de
incidencia del haz
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“Commissioning” de TileCal
Muones
atmosféricos
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
Simulación del
calorímetro
hadrónico de tejas
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 Se puede continuar en el
pozo (92m bajo tierra)
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“Commissioning” de TileCal
Primera fase:
Montaje en la superficie
Segunda fase:
Montaje en el pozo (92m profundidad)
Configuración final:
Calorímetro
hadrónico de tejas
16 + 16 módulos
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Test de haz combinado
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Test de haz combinado
Motivaciones:
Medidas:
 Conocer como integrar muchos
detectores
 ENTENDER/COMPROBAR
simulaciones
las
 Identificar problemas y posibles
soluciones antes de la integración
final
 Probar la electrónica final del
ATLAS
 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)
 Probar el software final de
ATLAS
(simulación,
análisis,
control …)
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Test de haz combinado (top)
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Software Online
Lo que hace …
 CONFIGURAR, CONTROLAR y
MONITORIZAR el sistema de “trigger”
y adquisición de datos
Panel de inicio
 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
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Software Online
¿Qué hay que
configurar?
 Base de datos para el
hardware
 Base de datos para el
software
¿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
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Hardware: RoD
GANANCIA X 1
PMT
ADC
SHAPER
Señal
digitalizada
GANANCIA X 64
Read Out Driver
RoD
Intermediario entre:
Electrónica de “front-end”
y sistema general de
adquisición.
Adquisición
general
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Hardware: RoD
 Procesan ~ 10.000 canales cada
10s
Deben trabajar en tiempo real
Cada RoD tiene 4 unidades de
procesado
 Procesadores digitales (DSP) más
potentes del mercado: Texas
Instruments [email protected]
 Última tecnología en FPGAs:
ALTERA APEX 20K (PU)
ALTERA ACEX
Algoritmos de reconstrucción de la
señal digital se estudian e
implementan en los DSP
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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.
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Instalación en el pozo
El 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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