Газовая калориметрия для экспериментов с высокими загрузками

• Автор: Гилицкий, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Оглавление
Введение, З
1 Калориметрия в экспериментах физики высоких энергий
1.1 Электромагнитные и адронные ливни

1.2 Энергетическое разрешение калориметров
1.3 Примеры использования калориметров в физических экспериментах

1.4 Радиационная стойкость калориметров
2 Адронный газовый ионизационный калориметр
2.1 Конструкция и выбор активной среды адронного калориметра
2.2 Регистрирующая электроника
2.3 Измерение шумовых характеристик детектора
2.4 Схема эксперимента
2.5 Основные результаты
2.6 Анализ шумовых характеристик, быстродействия и динамического диапазона токовых усилителей, согласованных с передающей линией, при
сосредоточенной емкости детектора

3 Газовый ионизационный калориметр с модульной структурой
3.1 Выбор конструкции модуля и рабочего газа
3.2 Конструкция модуля газового ионизационного калориметра
3.3 Регистрирующая электроника
3.4 Измерения и основные результаты
3.5 Согласование детектора с передающей линией и усилителем
3.6 Результаты измерений
Заключение
Литература

Введение
Калориметры, используемые для измерения энергии частиц, стали неотъемлемой частью экспериментальных установок во всех крупных экспериментах последних десятилетий в области физики высоких энергий. Они являются важнейшей частью ведущихся и готовящихся экспериментов на встречных пучках (эксперименты CDF и DO на коллайдере TEVATRON в лаборатории FNAL, США, эксперименты ATLAS, CMS, LHCb на коллайдере LFIC в CERN, Швейцария) и ускорителях с фиксированными мишенями (эксперименты СВМ и PANDA на ускорителе FAIR лаборатории GSI в Германии и опыты на будущем высокоинтенсивном протонном ускорителе J-PARC в лаборатории КЕК, Япония).
Все достоинства данного класса приборов хорошо известны, широк спектр их реализаций, позволяющий достаточно быстро решать сложные задачи, выдвигаемые новыми экспериментами. Основным достоинством этих детекторов является улучшение их точностных характеристик с ростом энергии частиц и струй. Современные калориметры обладают как правило высокими быстродействием и сегментацией, что позволяет использовать информацию с них не только для измерения энергии, но и для идентификации частиц и определения их координат, а также формировать высокоселективный триггер на события с интересующей топологией, что важно в экспериментах с высокими загрузками.
Но устойчивая тенденция роста числа каналов съема информации до сотен тысяч, ужесточение противоречивых требований на повышение быстродействия и точности, а также использование их в сильных магнитных полях при высоких радиационных нагрузках из-за постоянного роста энергии и интенсивности ускорителей

2.3 Измерение шумовых характеристик детектора
Электронная калибровка позволяет получить значения шумов в естественных единицах ионизационного сигнала. Поэтому здесь и в дальнейшем результаты измерений приводятся в числе зарядов электрона. Так как отклик усилительного тракта на дельта-функцию имеет длительность 15нс для нулевой емкости детектора и 30нс для Сс|=290пФ, а минимальная ожидаемая длительность ионизационного сигнала - 40нс, то используемая в измерениях шумов длительность стробирующего АЦП сигнала была выбрана 55нс с учетом последующей дисперсии сигнала в транспортном кабеле.
Распределение среднеквадратичных отклонений шумовых спектров для всех 225 каналов калориметров с «грубой» и «тонкой» структурой поглотителя представлены на рис. 9 и рис. 10. Величина шума, вычисленная для Ссг=290пФ, и длины кабеля между детектором и предварительным усилителем 4м при параметрах головного элемента КТ399 с коэффициентом усиления по току (3=100, распределенным сопротивлением базовой области гьь=50м и граничной частотой =1.8ГГц, равна 12ке и указана стрелочкой на рис. 9. Из этого рисунка видно, что распределение ап не является «гауссовским». Это связано с тем, что крайние ячейки в зазоре имеют емкость меньше среднего ее значения, взятого для расчетов, а три средних ячейки имеют большее значение емкости из-за вклада соседних каналов.
Распределение ап для калориметра с «тонкой» структурой поглотителей представлено на рис. 10. Среднее значение распределения равно 14.5ке, что больше расчетного значения 12ке. Это объясняется тем, что в данной конфигурации использовались только три ячейки в каждом зазоре, площадь которых на 10% больше ячейки «грубой» структуры, что связано