Jornadas LIP 2007

FP6
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a
experiência HADES
A. Blanco (1), N.
N Carolino (1), O.
O Cunha (1), R.
R Ferreira Marques (1,2), P.
P Fonte (1,3), J.
J Silva(1), L.
L Lopes
(1), A.
Pereira (1), C. Silva (1), C. C. Sousa (4)
(1) LIP, Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas
(2) D
Departamento
t
t de
d Física
Fí i da
d Universidade
U i
id d de
d Coimbra
C i b
(3) ISEC, Coimbra
(3) ESTG, Leiria
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Luso, 11-12 Janeiro
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Janeiro 11-12, 2008. Luso
Sumario
- O projecto de actualização do ToF de HADES
- Estado do projecto
- Resultados
R lt d preliminares
li i
dos
d últimos
últi
testes,
t t Outubro
O t b 2007
- Estado da produção
- Conclusões
l
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a experiência HADES
Alberto Blanco
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Janeiro 11-12, 2008. Luso
O detector HADES
Detector de tempo
de voo (cintiladores)
Câmaras de fios
Detector de
cascatas
Linha
do
feixe
Rich
Íman
Vista 3D
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a experiência HADES
Vista lateral
Alberto Blanco
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O detector HADES
Detector de tempo
de voo (cintiladores)
Câmaras de fios
Detector de
cascatas
Linha
do
feixe
Rich
Íman
Vista 3D
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a experiência HADES
Detector de tempo de
voo, RPCs
Vista lateral
Alberto Blanco
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O detector HADES
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a experiência HADES
Alberto Blanco
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O detector HADES
8 m2
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Requisitos
q
do detector p
para medida de tempo
p de voo
- Adequada granularidade.
- Resolução temporal < 100 ps σ.
- Resolução espacial < 3 cm2.
- Alta eficiência em toda a área.
- Bom comportamento a taxas de poucas centenas de Hz/cm2.
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Resistive Plate Chambers ((RPCs)) p
para medida de tempos
p
Detector gasoso
-HV
Vidro
Alumínio
Área
sensível
Principais Características
• Resolução temporal ~ 50 ps σ.
• Eficiência 75% 300 μm Gap (MIPs).
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RPCs em HADES: células
4 gaps 00.3
3 mm ⇒ ε > 99%
Eléctrodos mistos, Al e vidro
IIndividualmente
di id l
t isolada
i l d (RF)
minimiza o crosstalk entre células
Al í i
Alumínio
Vid
Vidro
S
Suporte
mecânico
â i
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RPCs em HADES: sextante
187 células/sextante distribuídas em 3 colunas e 2 camadas
1122 células no total
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RPCs em HADES: Electrónica de leitura
t1
t2
Leitura feita nos dois extremos de cada célula
T = (t1 + t2)/2 X = t1 – t2
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RPCs em HADES: Electrónica de leitura
t1
t2
Electrónica
Preamplificador + comparador DaughterBoard (DB)
Alimentação + controlo MotherBoard (MB)
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RPCs em HADES: Electrónica de leitura DB (Responsabilidade USC, Espanha
+ GSI, Alemanha)
Preamplificadores + comparador
BGM1013
MAX9601
4 canais
Saída LVDS, codifica o tempo e a carga
Amplifier Step
Discriminator Step
MAX9601-2ch 500ps
Q Propagation Delay
In
C
BGM1013
Monolithic
(31dB, 2.2GHz)
OPA690 Wideband
O Amplifier
Op.
A lifi
Q/
C
Latch enable/
ToF-Threshold
C
2nd integration
RC=20ns
R
ToT Integrator
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a experiência HADES
R
2k2
Trigger
Out.
BFT92 Wideband
PNP Transistor
Σ4ch.
4 ch. out
PECLLVDS
SN65LVDT100
SAMTEC
16 diff. pins
Alberto Blanco
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RPCs em HADES: Electrónica de leitura DB (Responsabilidade USC, Espanha
+ GSI, Alemanha)
Preamplificadores + comparador
BGM1013
MAX9601
4 canais
Saída LVDS, codifica o tempo e a carga
Amplifier Step
Discriminator Step
MAX9601-2ch 500ps
Q Propagation Delay
In
C
BGM1013
Monolithic
(31dB, 2.2GHz)
OPA690 Wideband
O Amplifier
Op.
A lifi
Q/
C
Latch enable/
ToF-Threshold
C
2nd integration
RC=20ns
R
ToT Integrator
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a experiência HADES
R
2k2
Trigger
Out.
BFT92 Wideband
PNP Transistor
Σ4ch.
4 ch. out
PECLLVDS
SN65LVDT100
SAMTEC
16 diff. pins
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RPCs em HADES: Electrónica de leitura
t1
t2
Electrónica
Preamplificador + comparador DaughterBoard (DB)
Alimentação + controlo MotherBoard (MB)
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RPCs em HADES: Electrónica de leitura MB (Responsabilidade UV, Espanha)
Alimentação + controlo
Distribuição alimentação
C fi
Configuração
ã comparadores
d
(thresholds)
(th h ld )
Controlo tensões, correntes e temperaturas
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RPCs em HADES: Electrónica de leitura MB (Responsabilidade UV, Espanha)
Alimentação + controlo (MB)
Distribuição alimentação
C fi
Configuração
ã comparadores
d
(thresholds)
(th h ld )
Controlo tensões, correntes e temperaturas
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RPCs em HADES: Sistema de aquisição (Responsabilidade GSI, Alemanha)
TRB (Time Readout Board)
128 canais de TDC (HPTDC)
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RPCs em HADES: Sistema de aquisição (Responsabilidade GSI, Alemanha)
TRB (Time Readout Board)
128 canais de TDC (HPTDC)
Capacidade calculo FPGA / DSP
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RPCs em HADES: Sistema de aquisição (Responsabilidade GSI, Alemanha)
TRB (Time Readout Board)
128 canais de TDC (HPTDC)
Capacidade calculo FPGA / DSP
Ethernet + Link óptico (2Gbit/s)
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Estado do p
projecto
j
- R&D e validação
lid ã do
d conceito.
it
Validação do conceito, 2003
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Estado do p
projecto
j
- R&D e validação
lid ã do
d conceito.
it Concluído
C
l íd
- Teste do primeiro protótipo.
Teste do primeiro protótipo, 2005
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Estado do projecto
p j
- R&D e validação
lid ã do
d conceito.
it Concluído
C
l íd
- Teste do primeiro protótipo. Concluído
- Teste do primeiro sextante completo
construído com técnicas industriais.
Teste do primeiro sextante completo,
2007
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Estado do projecto
p j
- R&D e validação
lid ã do
d conceito.
it Concluído
C
l íd
- Teste do primeiro protótipo. Concluído
- Teste do primeiro sextante completo
construído com técnicas industriais. Concluído
- Produção. Em andamento, fim 06/08
- Instalação. Segunda metade 2008
Células na estação de montagem
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Janeiro 11-12, 2008. Luso
- Resultado
esu do p
preliminares
e
es do teste
es e do pprimeiro
e o se
sextante
a e co
completo
p e o construído
co s u do
com técnicas industriais, Outubro (2007).
- Estado da produção
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- Resultado
esu do p
preliminares
e
es do teste
es e do pprimeiro
e o se
sextante
a e co
completo
p e o construído
co s u do
com técnicas industriais, Outubro (2007).
- Estado da produção
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Setup
p
Sextante completo
187 células
374 canais electrónicos
4 TRBs
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Objectivos
j
Validação mecânica
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Objectivos
j
Integração no DAQ e no software da experiência
Monitor On-line
Multiplicidade direita
Multiplicidade
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Resultados: Resolução em tempo
p
Células solapadas
t1
t2
t’1
t’2
Sigma=109
Sigma = 90 psps
Events=4849
Events
4849
Events = 4849
2
Events/
Eveentos
/ 10
010ps
ps
10
Time difção
fference
sig
gma
sqrt(2
2) (ps)
Resoluç
temp
oral/ σ
(p
ps)
200
FL 21 cell
180
160
Diferença tempos
ΔT = (t1+t2)/2 – (t’1+t’2)/2
Left column
Central column
Right column
Left column
Central column
Right column
140
85.1 ps
120
100
1
10
0
10
-1000
-500
0
500
Ti
Time
diff
difference ((ps))
Diferença tempos (ps)
1000
80
60
40
20
0
5
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10
15
20
Cell number
Célula
Alberto Blanco
25
30
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RPCs em HADES: sextante
187 células/sextante distribuídas em 3 colunas e 2 camadas
1122 células no total
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Resultados: Resolução em tempo
p
Células solapadas
t1
t2
t’1
t’2
Sigma=109
Sigma = 90 psps
Events=4849
Events
4849
Events = 4849
2
Events/
Eveentos
/ 10
010ps
ps
10
Time difção
fference
sig
gma
sqrt(2
2) (ps)
Resoluç
temp
oral/ σ
(p
ps)
200
FL 21 cell
180
160
Diferença tempos
ΔT = (t1+t2)/2 – (t’1+t’2)/2
Left column
Central column
Right column
Left column
Central column
Right column
140
85.1 ps
120
100
1
10
0
10
-1000
-500
0
500
Ti
Time
diff
difference ((ps))
Diferença tempos (ps)
1000
80
60
40
20
0
5
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a experiência HADES
10
15
20
Cell number
Célula
Alberto Blanco
25
30
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Resultados: Resolução espacial
p
Diferença de posições
Retial
solução
eespacial
σ (mm)
gitud
dinal spat
resolu
ution
sigm
ma
(mm) (X on HA
A
ΔX = [(t1-t2)/2 – (t’1-t’2)/2] *Vp
donde Vp é a velocidade de propagação
20
Left column
C entral column
R ight column
15
8.1 mm
10
5
0
0
5
10
15
20
C ell
number
Célula
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25
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Resultados: Eficiência
Posiçção vertical (mm
m)
Eficiência > 98 % nas células activas. Posição obtida usando o sistema de tracking
Posição horizontal (mm)
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- Resultado
esu do p
preliminares
e
es do teste
es e do pprimeiro
e o se
sextante
a e co
completo
p e o construído
co s u do
com técnicas industriais, Outubro (2007).
- Estado da produção
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Produção dos detectores: Tarefas
- Produção
P d ã dos
d electrodos,
l t d bli
blindagens
d
e caixas
i
(L
(Leiria,
i i ESTG / USIMECA)
- Acabamento, montagem e testes (LIP-Coimbra)
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Produção: Eléctrodos vidro
Preparação dos 2244 eléctrodos
de vidro (124 tipos)
Corte e arredondamento
d arestas
das
t
Comprimento
arredondado >1,5 km
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Produção: Eléctrodos vidro
Preparação dos 2244 eléctrodos
de vidro (124 tipos)
Corte e arredondamento
d arestas
das
t
Pronto para todos os
Comprimento
sextantes
arredondado >1,5 km
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Produção: Eléctrodos alumínio ((Leiria ESTG / USIMECA))
Preparação dos 3366 eléctrodos
de alumínio (124 tipos)
Verificação de planicidade (> 45 m2)
Cravamento do terminal de
ligação
i
(6732
(6 32 terminais)
i i)
Arredondamento arestas (> 2.2 km)
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a experiência HADES
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Produção: Eléctrodos alumínio (Leiria ESTG / USIMECA)
Preparação dos 3366 eléctrodos
de alumínio (124 tipos)
Verificação de planicidade (> 45 m2)
Pronto para todos os sextantes
Cravamento do terminal de
ligação
i
(6732
(6 32 terminais)
i i)
Arredondamento arestas (> 2.2 km)
Construção de um detector ToF baseado em RPCs para a experiência HADES
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Produção: Isolamento blindagem
g
Instalação de uma fita isoladora especial constituída por três camadas de 50 um kaptom
1122 tubos
Em produção
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Produção: Montagem
g
células
Montagem de 1122 células
Não iniciada
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Produção: Teste qualidade
q
Depois da montagem, todas as células são submetidas a um teste de qualidade: I(V)
Co
orrente (n
nAcm-2)
Pronto
Sistema de controlo da
tensão e medida da
corrente.
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HV (V)
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Produção: Montagem
g
ep
preparação
p
das caixas
Distribuição alta tensão testada a
7kV em condições similares antes da
i
instalação
l ã
Acondicionamento das caixas
Em produção
Em produção
Pronto
Feedthrough sinal, 50 Ω
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Janeiro 11-12, 2008. Luso
Produção: Montagem
g
das células nas caixas
Não iniciada
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Produção: Teste
Tempo médio
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Produção: Teste
Carga médio
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Produção: Teste
Resolução tempo
No corrigida
N
i id contribuição
ib i ã
detector de referencia
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Produção: Teste
Probabilidade streamer
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Conclusões e futuro
- Testado com sucesso o primeiro sextante completo
- Integração mecânica, DAQ e software demonstrada
- Resultados preliminares
- Resolução tempo 85 ps
- Eficiência > 98%
- Produção em massa em andamento. Finalização mediados 2008
- Instalação
ç segunda
g
metade 2008
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