Разработка и экспериментальное обоснование метода мониторирования электромагнитного калориметра проекта BTeV

• Автор: Рязанцев, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 103 с. : ил.

1 Электромагнитный калориметр проекта ВТеУ
1.1 Научные цели проекта ВТеУ
1.2 Основные требования к калориметру
1.3 Электромагнитный калориметр на кристаллах РЬУС>4
ф 1.4 Калибровка и мониторирование калориметра
1.4.1 Калибровка калориметра электронами
1.4.2 Мониторирование световым источником
2 Экспериментальное обоснование возможности непрерывного мониторирования калориметра на кристаллах РЬЛУСП
2.1 Экспериментальная установка для изучения
свойств кристаллов вольфрамата свинца
2.1.1 Прототип электромагнитного калориметра
2.1.2 Мониторная система на светодиодах
• 2.2 Исследование возможного нарушения сцинтилляционного механизма в кристаллах РЬ'УС>4 после пионного облучения
2.2.1 Постановка эксперимента и моделирование ожидаемых
результатов
2.2.2 Экспериментальные результаты
2.3 Установление корреляции между изменениями сигналов от светодиода и электронов при облучении кристаллов пучками частиц высокой интенсивности
® 2.3.1 Процедура облучения кристаллов пионами и экспериментальные результаты

2.3.2 Результаты электронного облучения
3 Прототип мониторной системы калориметра
'• 3.1 Обоснование выбора технического решения и компонентная база
3.2 Устройство прототипа
3.3 Результаты тестовых испытаний
3.3.1 Распределение света по площади выходного окна световода-смесителя
3.3.2 Температурная зависимость системы
3.3.3 Долговременная стабильность
3.4 Возможные усовершенствования
4 Предварительная селекция кристаллов по радиационной стойкости как необходимое условие надёжного мониторирования калориметра
4.1 Сравнение радиационной стойкости кристаллов вольфрамита свинца под действием пионного и гамма-излучений
4.1.1 Облучение пионами
4.1.2 Облучение гамма-квантами
4.2 Прототип установки для тестов кристаллов
с источником гамма-излучения
• 4.2.1 Технические возможности прототипа
4.2.2 Результаты исследования кристаллов
Заключение
Литература

Список иллюстраций
Список таблиц

ВТеУ - новый эксперимент в области Б-физики, предлагавшийся для проведения на встречных пучках Теватрона в Фермилабе, США [6]. В состав установки должен был входить электромагнитный калориметр на кристаллах вольфрамата свинца и фотоэлектронных умножителях (ФЭУ), способный работать при высоких радиационных загрузках, сохраняя при этом хорошее разрешение в течение всего срока службы. Интенсивность потока частиц через калориметр не остаётся постоянной во время набора статиститки, что приводит к изменению его характеристик: в кристаллах может меняться световыход в довольно широком диапазоне, а в фотоумножителях - коэффициент усиления. Чтобы сохранять при таких условиях присущее данному типу калориметров рекордное разрешение, необходимо непрерывное монито-рирование этих параметров, при этом к стабильности мониторной системы предъявляются повышенные требования.
Проблема калибровки и мониторирования в каждом конкретном случае решается с учётом конструктивных особенностей детектора и условий эксперимента. Поскольку в состав калориметров всегда входят те или иные фотоприёмники со своей регистрирующей электроникой, возникает необходимость непрерывного контроля стабильности их коэффициентов преобразования. Поэтому, мониторные системы строятся с использованием импульсных источников света, в качестве которых в настоящее время чаще всего используются светодиоды или лазеры, сигналы от которых передаются к ячейкам калориметра.
Мониторные системы с лазерами применяются, как правило, в детек- . торах, состоящих из большого числа каналов, когда мощности светодиодов для передачи импульсов света по оптическим волокнам - световодам не доTime, hours Relative electron signal
Рис. 2.18: (а) Поведение электронного сигнала (кружки) и сигнала от синего светодиода (треугольники) в одном из кристаллов сборки во время облучения электронным пучком со средней мощностью дозы 20 рад/ч и (Ь) зависимость между относительными изменениями этих же сигналов, продотированная линейной функцией с коэффициентом пропорциональности К = 0.596 ± 0.002.
как калибровка по месту в реальном калориметре. Высокая интенсивность электронного пучка позволяла вычислять значения световыхода с хорошей статистической точностью в последовательные интервалы времени по 15 минут, что в конечном результате дало плавную картину изменения световыхода. Для каждого кристалла из группы 3x3 вычислялись средние значения сигналов, а стандартная процедура вычисления калибровочных коэффициентов обращением матрицы выполнялась не более, чем за 6 итераций.
На Рис. 2.18(a) показано поведение сигналов от электрона и светодиода при электронном облучении в том же кристалле, что и на Рис. 2.16. Средняя мощность дозы составляла 20 рад/ч. Оба сигнала отнормированы на свои начальные значения. В районе временной отметки 20 ч пучок отсутствовал, и кристалл восстанавливался, что выразилось в увеличении сигналов в первый момент после возобновления облучения. Зависимость между относительными изменениями сигналов от светодиода и электронов представлена на Рис. 2.18(b). Видно, что как и в случае пионного облучения, эта зависи-