Многоканальная система сбора временной и амплитудной информации детектора ТО эксперимента Alice (ЦЕРН, LHC)

• Автор: Кондратьева, Наталья Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ГЛАВА 1. Стартовый триггерный детектор ТО
1.1. Общая схема эксперимента ALICE
1.2. Структура стартового триггерного детектора ТО
1.3. Функциональная схема электроники стартового детектора
ГЛАВА 2. Моделирование и анализ основных физических
параметров детектора ТО
2.1. Программные средства моделирования физических процессов
2.2. Моделирование функции отклика детектора
с учётом реальной геометрии
2.3. Расчёт временных характеристик и вероятности
выработки триггерных сигналов детектором ТО
ГЛАВА 3. Методика разработки, создание и результаты испытаний электроники сбора временной и амплитудной информации детектора ТО
3.1. Установка для настройки и тестирования
электронных узлов детектора ТО
3.2. Анализ параметров формирователей временной отметки
и выбор оптимальной схемы формирования
3.3. Разработка методики и реализация схемы измерения амплитуд сигналов методом амплитудновременного преобразования
3.4. Модуль управляемых линий задержек DCDL
3.5. Модуль логического отбора сигналов OR
3.6. Усреднитель временных интервалов «Mean Timer»

ГЛАВА 4. Методика и результаты настройки электроники и калибровки детектора на импульсном лазерном пучке
4.1. Лазерная система калибровки
4.2. Методика настройки стартового детектора ТО
4.3. Методы и результаты калибровки детектора ТО
4.4. Методика амплитудно-временной коррекции
on-line и off-line
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список используемой литературы
Принятые в диссертации обозначения и сокращения

По общепринятой в настоящее время гипотезе наша Вселенная была создана более 12 миллиардов лет назад во время так называемого «Big Bang» -«Большого Взрыва» [1]. В первые микросекунды после «взрыва» в экстремальных условиях, когда температура и концентрация энергии были чрезмерно высоки, возникла и существовала некоторое время особая форма материи. Эта материя состояла из кварков и глюонов, существовавших “свободно” в кварк-глюонной плазме (КГП) [2] на протяжении 10‘5 с после «Большого Взрыва». КГП - термализованный газ кварков и глюонов, находящихся в состоянии деконфаймента, при котором характерные расстояния их перемещения составляли > 1 фм (это значение есть приблизительный радиус нуклона, в котором при обычных условиях «заперты» кварки).
Поискам кварк-глюонной плазмы было посвящено немало экспериментальных работ в ЦЕРН с конца прошлого века по настоящее время [3 - 8]. Был получен ряд экспериментальных указаний на возможность её существования, но решающих данных получено не было. Это связано в первую очередь с тем, что для надёжного обнаружения кварк-глюонной плазмы необходимо наличие целой совокупности признаков [9 - 23].
В 2000 - 2005 годах на ускорителе - коллайдере RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) в Брукхейвенской национальной лаборатории поиску кварк-глюонной плазмы были посвящены четыре эксперимента: STAR, BRAMS, PHENIX и PHOBOS [24 - 27]. Было получено большое количество чрезвычайно интересных экспериментальных результатов, анализ которых не входит в задачу данного обзора. Однако отметим основные выводы, которые можно сделать из полученных результатов.
1. Одним из самых ярких экспериментальных наблюдений на RHIC является обнаруженное в центральных столкновениях ионов золота (Au+Au) подавление выхода адронов с большими поперечными импульсами по сравнению с нуклон-нуклонными взаимодействиями. Этот эффект, получивший название «гашение» струй (jet quenching), связывается с энергетическими потерями партонов в кварк-глюонной плазме, образованной в столкновении.
Струя - направленный поток адронов с большими поперечными импульсами - образуется в результате жёсткого взаимодействия партонов, входящих в состав сталкивающихся ядер. После рассеяния партоны обесцвечиваются в адроны. В случае, если партон проходит на своём пути ядерное вещество, то он, подобно заряженной частице в среде, теряет часть своей энергии.
Если взаимодействие партонов, приводящее к образованию струй, произошло на периферии объёма кварк-глюонной плазмы, то струя, проходящая в ядерной среде большее расстояние, должна подавляться.
Форма ядерной материи, возникающая в центральных столкновениях ионов золота (Au+Au) на коллайдере RHIC, оказалась почти совершенной

выходов формирователей с постоянным порогом - модули C.A.E.N. LED V895 с преобразователем 726 Level Translator. Это позволяет кодировать амплитуду сигналов методом преобразования во временной интервал, что также входит в задачу настоящей диссертации. Для контроля аппаратуры применяется промышленный модуль - 32 канальный Scaler V830 фирмы C.A.E.N. [91].
Особо отметим ключевую роль модуля логического отбора сигналов OR. Его функция - выдать выходной сигнал соответствующий первому из 12 сигналов, пришедших на его входы. Это обеспечивает работу усреднителя временных интервалов - модуля «Mean Timer», выдающего сигнал временной отметки «ТО», не зависящий от геометрии (вдоль оси ионопровода ускорителя) положения точки столкновения. Сигнал «ТО» проходит на преобразователь уровней NIM-LVDS, выход которого подключён к модулю TRM.
Для реализации функциональной схемы (рис. 1.31) лишь некоторые модули удалось найти в номенклатуре готовых изделий, удовлетворяющие требованиям эксперимента - это блоки: формирователь со следящим порогом CFD 454 и формирователь с постоянным порогом LED V895.
Блоки MPD (Multiplicity Discriminator), TVDC (ТО Vertex Digital Converter), относящиеся к выработке триггерных сигналов, разработаны в Курчатовском институте. Модуль TVDC, реализующий функции нахождения координаты точки взаимодействия ионов (протонов) и выработки триггерного сигнала T0V, если точка столкновения находится в заданной области, представляет собой субнаносекундный временной преобразователь с цифровым дискриминатором на выходе. Ниже будут детально описаны модули, связанные между собой по схеме рис. 3.10, обеспечивающие получение временной и амплитудной информации до записи в TVDC, т.е. та цепочка, которая была разработана непосредственно автором данной работы.
Предусилитель Shoe-box [108], разработанный коллегами из университета г. Юваскила, нужен, главным образом, для TRD детектора. Основной сигнал с фотоумножителя без усиления поступает на аналоговый разветвитель FANOUT.
Разработчиками модуля FANOUT из Курчатовского института была решена основная проблема - обеспечение большого (от 2 - 3 мВ до 4,5 В) динамического диапазона амплитуд.
Проведенный анализ параметров формирователей временной отметки CFD и ФПП (LED) будет представлен и обоснован в разделах 3.2 и 3.3.
3.1. Установка для настройки н тестирования электронных узлов детектора ТО.
Зависимость задержки выходного сигнала от амплитуды входного сигнала и собственное временное разрешение являются основными характеристиками формирователей временной отметки. Предварительные исследования характеристик формирователей, в частности, сравнение