shkolageo.ru 1 2 ... 9 10

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»


ФИЗИКО – ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ


КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

НА ТЕМУ:


«Настройка и тестирование триггерной системы ВЕТО на основе композиционного сцинтилляционного детектора для эксперимента ФЛИНТ»


Студент – дипломник А.А. Голубев

(подпись)

Руководитель дипломного

проекта П.А. Полозов

(подпись, оценка)

Рецензент дипломного

проекта В.Н. Карнаухов

(подпись, оценка)

Консультант

по эконом.-орган. части В.И. Мухин

(подпись)

Консультант В.Л.Столин

(подпись)

И.о. зав. кафедрой В.В. Кадилин

(подпись)


МОСКВА 2011 г.

Реферат

Отчет рис.20 (46) таблиц 8 (46)


Ключевые слова: микропиксильный лавинный фотодиод; полупроводниковый детектор; сцинтилляторы; система режекции заряженных частиц.

Цель дипломной работы: монтаж, настройка и тестирование триггерной системы Вето.

В рамках дипломной работы были поставлены следующие задачи:

1). Монтаж системы ВЕТО в штатном варианте, то есть все модули должны быть помещены на свои места и зафиксированы.

2). Подключение всех диодов к предусилителям карт считывания.

3). Сбор системы подачи напряжения питания.


4). Настройка и тестирование тригерной системы ВЕТО. Подбор напряжения питания для каждого детектора и соответствующий ему код, подбор порога дискриминаторов систем электроники с помощью радиоактивного источника. Подготовка системы к проведению эксперимента Флинт.

5). Получение навыка работы в системе ROOT.


Содержание


Содержание 3

Введение 4

Глава 1. 13

Структура и принцип работы микропиксельного лавинного фотодиода 13

Эффективность регистрации фотонов 16

Коэффициент усиления 18

Темновой счет 19

Температурная зависимость 20

Основные достоинства МПЛФД 21

Основные недостатки МПЛФД: 22

Глава 2. 23

Реализация системы питания и программа ее управления. 23

Глава 3. 26

Исследование характеристик детекторов ВЕТО установки ФЛИНТ на пучке протонов с импульсами 2,5 ГэВ/c. 26

Глава 4 34

Принцип работы ВЕТО системы 34

Выводы по работе 39

Список использованных источников 40

Приложение 43



Введение


Данная дипломная работа выполняется в рамках проекта Флинт, направленного на изучение экстремальных состояний ядерного вещества. На выводном канале, ускорительно-накопительного комплекса ИТЭФ-ТВН, проводится калибровка элементов экспериментальной установки, тестирование детекторов, а также эксперименты на установке Флинт.

Установка Флинт предназначена для решения следующих задач [4,21]:

1. Регистрация кумулятивных фотонов и π0 мезонов с большими поперечными импульсами в ядро-ядерных взаимодействиях при энергии несколько ГэВ на нуклон. Кумулятивные частицы - это частицы, образующиеся в ядерных реакциях в кинематической области, запрещенной для свободного нуклон-нуклонного (NN) взаимодействия. Такие частицы могут рождаться в процессах, в которых, по крайней мере, в одном из сталкивающихся ядер во взаимодействии принимает участие локальная многонуклонная флуктуация. Механизм образования кумулятивных частиц сложен в интерпретации и сравнение данных о рождении адронов и фотонов (для которых роль вторичных перерассеяний пренебрежимо мала) может существенно прояснить ситуацию.


2. Поиск и измерение дважды кумулятивных процессов, то есть процессов флуктон-флуктонного взаимодействия. В таких процессах (экспериментально практически неизученных) можно ожидать появления новых явлений и больших барионных плотностей. Наиболее благоприятные фоновые условия для наблюдения дважды кумулятивных процессов ожидаются в области быстрот y~усцм (NN) и больших поперечных импульсов pt (для пионов и фотонов – pt ≥ p0, где po импульс, приходящийся на один нуклон сталкивающихся ядер в их системе покоя).

3. Создание эффективного и быстрого триггера на глубоко кумулятивную частицу для последующего изучения в корреляционных опытах свойств системы вторичных частиц, сопровождающих рождение кумулятивного адрона или фотона с большим pt. В силу локальности процесса (большие pt) и большого числа вовлечённых в процесс барионов (глубоко кумулятивный процесс) в таких реакциях можно ожидать очень больших барионных плотностей (по сравнению со средним АА взаимодействием). Предельный характер кинематики кумулятивных процессов эффективно содействует отбору конфигурации вторичных частиц системы отдачи с малыми относительными импульсами и, следовательно, увеличивает время жизни образовавшейся мультибарионной системы в состоянии с высокой плотностью.



Рис. 1. Супермодуль установки ФЛИНТ

Основным элементом установки ФЛИНТ является «супермодуль» (рис.1) , который состоит из 64 калориметрических модулей, расположенных матрицей 8×8 , системы режекции заряженных частиц ВЕТО и светодиодной системы для мониторирования калориметра. Размер супермодуля составляет примерно 1x1x1м3, вес ~1.5Т. В настоящее время изготовлено два супермодуля. Они обладают высокой мобильностью, что даёт возможность использовать установку для разных физических задач. Супермодули можно поставить рядом (рис. 2 вариант а), перекрыв больший диапазон полярных углов. Если же разместить калориметры симметрично относительно пучка (рис.2 вариант б), то можно использовать один из калориметров как триггер на кумулятивную частицу (фотон или πо мезон), а второй для регистрации узкой адронной струи, родившейся в противоположном направлении.


Мобильность супермодуля позволяет:


  • проводить измерения в магнитном зале ускорителя на пучках релятивистских ионов (~ 108 частиц за цикл) не подвергая свинцовые стекла облучению во время протонных сеансов, когда интенсивность пучка составляет 1011 частиц (протонов энергии до 9ГэВ);

  • проводить калибровочные измерения на различных вторичных пучках ИТЭФ.

Каждый счётчик состоит из блока свинцового стекла, оптически связанного с фотоумножителем (ФЭУ), и пассивного делителя. Размер стеклянного блока 100х100х380 мм3 . ФЭУ помещается в цилиндрический магнитный экран из пермаллоя. Полоски из пермаллоя толщиной 0.25 мм, установленные в месте стыковки стеклянного блока и окна ФЭУ, служат для дополнительной магнитной защиты динодной системы фотоумножителя. Плотность стекла 3.6 г/см3, радиационная длина ~ 31 мм. Радиус Мольера составляет 36 мм. Применяется ФЭУ-110 с диаметром рабочей площади 60 мм. Фотокатод – полупрозрачный сурьмяно-натриево-калиево-цезиевый, с областью максимальной чувствительности 420-520 нм. Число каскадов усиления – 12.

Блоки свинцового стекла заворачивались в алюминизированный майлар и чёрную бумагу. На фронтальной поверхности блока оставлялось маленькое окно для пропускания света от подводящего волокна светодиодной системы.



Рис. 2. Варианты расположения калориметров установки ФЛИНТ

На передней тонкой стенке, напротив центров калориметрических модулей, вмонтированы цанги для крепления оптических разъемов системы светодиодного мониторирования. Светодиодная система состоит из блока запуска светодиода, оптической коробки распределения света и пучка 100-микронных волокон, собранных в 64-световодных каналов с оптическим разъемом на конце. К передней панели на кронштейнах крепится система ВЕТО, это система идентификации заряженных частиц, которая специально была разработана для шестидесяти четырех канального калориметра на основе свинцовых стекол, она состоит также из 64 независимых сцинтилляционных детекторов, расположенных напротив центров соответствующих блоков свинцового стекла. Эта система предназначена для режекции заряженных частиц, она позволяет проводить идентификацию заряженных частиц, попадающих в каждый канал калориметра, понижая фоновую составляющую в энергетическом спектре частиц, образуемых в реакции C->Be на ускорителе ИТЭФ.


Отдельный детектор этой системы (Рис. 3) состоит из пластикового сцинтиллятора размером 104х104x5 мм3 . В сцинтилляторе выфрезирована круглая канавка глубиной 2 мм, в которую помещено спектросмещающее оптическое волокно KURARAY Y-11. C одного конца волокна обеспечивается оптический контакт с полупроводниковым фотодиодом.

Рис. 3 Отдельный детектор ВЕТО системы

Поперечные размеры детектора на 4 мм превышают размеры калориметрических модулей. Это сделано для того, чтобы избежать зон с низкой эффективностью регистрации заряженных частиц, попадающих в край блока.

Детекторы помещены по 8 штук в пластиковый держатель. Каждый держатель имеет электронную плату, которая оснащена:


  • схемой распределения питания на каждый детектор (рис. 4);





Рис. 4 Схема распределения питания детектора



Рис. 5 Схема регулировки порогов для дискриминаторов

• схемой дискриминации сигналов с детекторов и выработки цифровых сигналов (рис. 5);

• схемой регулировки порогов для дискриминаторов (рис. 5).

Каждый детектор системы является законченным прибором с соответствующим уникальным номером. Была создана соответствующая карта, которая отвечает за связи детекторов ВЕТО с детекторами калориметра, и осуществляет привязку и логический анализ полученной информации.

Цифровые сигналы системы ВЕТО поступают на схему электронной задержки и записываются в модули VME-электроники одновременно с сигналами калориметрических блоков.


Рис.6. Схема электронной задержки детектора

Цель дипломной работы являлось: монтаж, настройка и тестирование триггерной системы Вето.

В рамках дипломной работы решались следующие задачи:

1). Монтаж системы ВЕТО в штатном варианте, то есть все модули должны быть помещены на свои места и зафиксированы.

2). Подключение всех диодов к предусилителям карт считывания.

3). Сбор системы подачи напряжения питания.

4). Настройка и тестирование тригерной системы ВЕТО. Подбор напряжения питания для каждого детектора и соответствующий ему код, подбор порога дискриминаторов систем электроники с помощью радиоактивного источника. Подготовка системы к проведению эксперимента Флинт.

5). Получение навыка работы в системе ROOT.



следующая страница >>