F&E AN EINEM CSI-RETGEM PHOTODETEKTOR FÜR DIE VHMPID GRUPPE - JACOBUS VAN HOORNE
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F&E an einem CsI-RETGEM
Photodetektor für die VHMPID
Gruppe
Jacobus van Hoorne
ALICE
Gebaut zum Studium von QGP
→Teilchenidentifikation in verschiedenen
Impulsbereichen:
● Drei Detektoren im ALICE central barrel:
● ITS: bis ~600 MeV/c
● TPC: bis ~600 MeV/c (bis hinauf zu 15 - 20 GeV/c)
● TOF: bis ~1.4 GeV/c
● Ein sigle-arm Detektor:
● HMPID: 1 - 5 GeV/c
ALICE
VHMPID Erweiterung der Teilchenidentifikation auf einen Impulsbereich von 10 - 30 GeV/c Warum? → Ergebnisse des RHIC am BNL (Start in 2000): – Anomale (Anti-)Proton - Pion Verhältnisse bei 4 - 10 GeV/c – Pion-Unterdrückung bis 20 GeV/c messbar – Bestimmte Hadronen-Korrelationen – Back-to-back Jet Unterdrückung – Jet-Energie Verslustphänomene
VHMPID
Drei bestimmte physikalische Bereiche sollen durch
VHMPID zusätzlich bzw. besser abgedeckt werden:
– Messung der Jet-Struktur, dabei besonders die Impuls- und
Flavorkorrelation und die hadronische Korrelation
– Analyse von hadronischen Jets unter Verwendung von
geladenen Hadronen
– Schwere Quark Produktion und Korrelation und ihre
Modifikation in SchwerionenkollisionenVHMPID
Layout: fokussierender RICH
Detekor mit:
● Radtiator: Gas (C4F10)
● Photodetektor: zwei Alternativen
● MWPC mit CsI-Photokathode
● CsI Multi-GEM Detektor mit
Fokus auf TGEM
Vorteil: kann auch ohne
Methan betrieben werdenGEM
GEM (Gas Electron Multiplier):
● Entwickelt durch F. Sauli
● Geometrie: dielektrische Lochplatte
mit beiderseits einer Metallschicht
(Dicke: 50 μm; Löcher: 100 μm)
● Jedes Loch arbeitet als ein
Proportionalzähler
● Trennung zwischen Verstärkungsregion und Readout
● Weitere Entwicklungen: TGEM (Thick-GEM), RETGEM
(Resistive Electrode TGEM)Prototyp 5 Layout mit drei RETGEMs
Beam
5mm CaF2 window
Cherenkov light
gap 37mm
drift mesh
10mm drift gap
CsI layer
RETGEM1
3mm
RETGEM2
3 mm
RETGEM3
4.5mm induction region
R/O pads 8x8 mm2
Front end electronics
(Gassiplex + ALICE HMPID R/O + DATE + AMORE)Vorausgehende Tests Prototyp 5
Durchgeführt in folgender Weise:
● Testen und Verbessern der Leistung von TGEMs und
RETGEMs
● Systematische Studie von multi-RETGEM Detektoren
● Gleichzeitige Detektion von UV-Photonen und geladenen
Teilchen unter Verwendung von RETGEMs
Ergebnisse:
● Effizienz des Detektors höher mit einer Kaskade von
GEMs als mit einer einzelnen
● Langzeitstabilität im Hinblick auf Entladungen
● Effizienz bei gleichzeitiger Detektion war sehr gut; Ein
invertiertes Drift-Feld ist effizient im Hinblick auf das
Raether Limit (Amax*No =107- 108).Beam Test Proto5
Beam Test
● Durchgeführt im Juli 2010 bei 6 GeV/c im CERN PS/T10 in
der East Hall mit Ne/CH4 90/10 und später auch mit
Ne/CF4 90/10
● Runs ohne CsI und normalem Drift-Feld zur Untersuchung
der MIP-Detektion
● Runs mit CsI und invertiertem Drift-Feld zur Untersuchung
der gleichzeitigen Detektion von Cherenkov-Photonen und
MIPs. Diese Runs wurden bei verschieden Spannungen
und Winkeln im Bezug zum Beam hergestellt.
● Für jeden Run wurde anfangs eine pedestal-Messung
durchgeführt und eine drei-sigma Schwelle definiertAnalyse 0. Suchen von Zero- and Sparkevents. Sparkevents sind definiert als Events mit mehr als 50 getroffenen Pads 1. Unterteilung der pad-anode in drei bestimmte Bereiche: – MIP-area (MA) – Photonarea (PA) – Elsearea (EA)
Analyses
2. Definition von bestimmten Eventtypen:
– Eventtyp 1: ein Event hat Einträge in MIP- und
Photonarea und vielleicht in der Elsearea
– Eventtyp 2: ein Event hat Einträge in der MIP-area
und vielleicht in der Elsearea
– Eventtyp 3: ein Event hat Einträge in der Photonarea
und vielleicht in der Elsearea
– Eventtyp 4: ein Event hat nur Einträge in der
ElseareaAnalyses
3. Für Eventtyp 1 wurden eine weitere Unterteilung in
Subeventtypen vorgenommen:
– Subeveventtyp 1a: ein Cluster in der MIP-area und
welche in der Photonarea
– Subeveventtyp 1b: zwei Cluster in der MIP-area und
welche in der Photonarea
– Subeveventtyp 1c: drei Cluster in der MIP-area und
welche in der Photonarea
– etc.
4. Mit und ohne diesen Spezifikationen wurden dann einige
charakteristische Verteilungen erstellt und mit einer Monte
Carlo Simulation des HMPID Detektors verglichenMIP Detektion ohne CsI HMPID mit CsI, invertiertes Feld: 180V mit CsI, invertiertes Feld, 200V
Runs mit CsI und invertiertem Drift-
Feld: photons and elseSimulation
Runs mit CsI und invertiertem Drift-
Feld: Stabilität
Die Stabilität des CsI RETGEM-Detektors war sehr gut
über die ganze TestperiodeErgebnisse
Zum Vergleich der Daten mit der Simulation müssen
Korrekturen vorgenommen werden nach
Eeffph(λ) = QE(λ) Aeff εextr(λ,V) εcoll(V)
Mean total Effective number Number of
gas run angle [deg] visible SE gain charge per event of photons per photons per
(ADC) event data * event sim
2155 30 9,17 20,11 2,79 4,35
Ne/CH4
2193 30 27,78 63,04 2,88 5,78
(90/10) 2201 30 37,04 86,98 2,98 5,81
2211 30 6,71 24,22 3,61 3,72
2216 30 11,76 40,85 3,47 4,9
Ne/CF4 2219 30 3,65 11,26 3,08 2,62
(90/10) 2248 30 19,61 50,85 2,59
2254 30 7,75 21,13 2,73
2256 30 8 21,89 2,74
Table 3.1: settings in each run and the main results of the analysis compared to the simulation; the number of photons event increase with gain
(improvement of Eep ); (*) the values shown for the runs with CH4 are calculated with the corrections discussed before; due to the lack of a number
for εextr for the gas mixture with CF4 this was not possible for the corresponding runs.Ergebnisse
● Die Zahl der detektierten Photonen mit Ne/CF4 ist fast zwei
mal so hoch wie mit Ne/CH4
● Die Stabilität im Hinblick sowohl auf Entladungen als auch
auf die QE ist sehr hoch bei Verstärkungen bis zu 105
● Es gibt Hinweise, dass die CsI Schicht sich nicht
verschlechtert in Verbindung mit CF4
● Die Analysen zeigen, dass die effektive QE des CsI-
RETGEMs im Bereich der CsI-MWPC des HMPID liegt
● Mit so einem Prototyp wurde erstmals die gleichzeitige
Detektion von MIPs und Chenenkov Photonen in einem
stabilen Betriebsmodus erreichtSie können auch lesen
