Ognuna delle tre parti in cui `e divisa la catena di rivelazione di TileCal ha un sistema di controllo e di calibrazione dedicato (figura 4.4).
Calorimetro Sorgente Particelle Fototubo Laser Elettronica CIS
Figura 4.4:Schema di funzionamento del sistema di calibrazione.
Il primo sistema consiste nel passaggio all’interno del calorimetro di una sor- gente radioattiva, che produce una risposta dell’ottica e dei fototubi e permette di verificare l’intera catena di lettura del calorimetro, equalizzando la risposta delle varie celle. Il secondo coinvolge i soli fototubi, i quali possono essere illuminati tramite un fascio di impulsi laser per controllare la variazione della loro risposta nel tempo. L’ultimo sistema di calibrazione si rivolge alla sola elettronica di let- tura e consiste in una iniezione di carica, che permette di controllare il guadagno. Di seguito esaminiamo in dettaglio i tre sistemi di calibrazione
4.4.1
Calibrazione con l’Utilizzo di Sorgenti Radioattive
TileCal `e stato progettato in modo da permettere ad una sorgente radioattiva mo- bile di spostarsi attraverso lo scintillatore. Ogni mattonella, infatti, possiede due fori lungo l’asse di simmetria. Attraverso uno di questi fori viene inserito un tubo (figura 4.5) in cui la sorgente radioattiva pu`o spostarsi percorrendo l’intero calo- rimetro. Il sistema di trasporto della sorgente `e di tipo idraulico: il tubo viene riempito con acqua distillata messa in moto tramite una pompa. Nell’acqua vie- ne poi posta una capsula dal diametro leggermente inferiore a quello del tubo, contenente la sorgente, in modo che venga spinta dal fluire dell’acqua. Poich´e la quantit`a di flusso lungo la parete laterale della capsula `e trascurabile la velocit`a della sorgente risulta pi`u o meno uguale a quella del liquido, circa 30 m/s.
Gli undici tubi di ogni modulo (uno per ogniTileRaw) sono collegati insieme da giunti in modo da formare un unico circuito che attraversa tutte le mattonelle del calorimetro (figura 4.6). Tutto il sistema pu`o essere controllato da remoto.
La sorgente scelta per la calibrazione `e137Cs, che emette una riga gamma a 0.662 MeV di energia. I fotoni emessi vengono rivelati tipicamente da un solo
PMT
SOURCE PATH
Figura 4.5:Meccanica del sistema di calibrazione con il137Cs [5].
strato di scintillatore in quanto, a causa della bassa energia, essi non riescono ad attraversare il ferro che separa due mattonelle consecutive. Questo permette di osservare la risposta di ogni singolo scintillatore. In figura 4.7 `e riportata una curva tipica ottenuta con questo mezzo di calibrazione.
Come si vede, il segnale raccolto dal fototubo corrisponde ad una corrente di circa 300 nA.
La calibrazione tramite la sorgente radioattiva serve per impostare la tensione di alimentazione dei fototubi in modo da ottenere il guadagno desiderato di 1.2 pC/GeV per cella, equalizzando cos`ı la risposta di tutte le celle del calorimetro. L’equalizzazione delle varie celle `e ottenuta variando la tensione dei vari foto-
Figura 4.6: Percorso del tubo all’interno di un modulo della Sezione Laterale del calorimetro TileCal [5].
0 100 200 300 400 0 2000 4000 6000 8000
Figura 4.7: Curva di risposta all’esposizione alla sorgente radioattiva137Cs. Evidenzia- to dal cerchietto tratteggiato si pu `o notare l’abbassamento anomalo del segnale dovuto probabilmente al cattivo accoppiamento tra lo scintillatore e la relativa fibra ottica [5].
moltiplicatori. Con questo metodo si ottiene una equalizzazione delle celle allo 0.1-0.3% (figura 4.8). Questo sistema `e anche utile per la calibrazione in energia di quei moduli che non saranno esposti a fasci di prova (cfr. 4.5.4).
4.4.2
La Sorgente Laser
Lo scopo principale del sistema laser `e controllare la risposta dei fototubi al va- riare del tempo; ad esempio, permette di controllare la conversione della luce in segnale elettrico in funzione delle variazioni nel guadagno. Il segnale prodotto dagli impulsi laser vengono letti attraverso la medesima elettronica utilizzata per gli eventi di fisica.
La calibrazione utilizza un laser a stato solido YLF2, che produce impulsi lu-
minosi da 15 ns e di lunghezza d’onda 480 nm, molto simili al segnale prodotto dalle fibre WLS. La calibrazione avviene generando un treno di impulsi di inten- sit`a crescente fino a raggiungere il limite superiore dell’intervallo dinamico dei fotomoltiplicatori. La luce `e trasmessa ai fototubi attraverso fibre ottiche chiare. L’intensit`a dei singoli impulsi laser `e misurata tramite un fotodiodo.
Figura 4.8: Equalizzazione delle celle ottenuta attraverso l’utilizzo della sorgente
radioattiva137Cs [10].
4.4.3
L’Iniezione di Carica
Abbiamo visto che, per coprire l’intero intervallo dinamico richiesto dalla fisica ad LHC, da poche centinaia di MeV a circa 1.3 TeV per cella, TileCal utilizza una elettronica di lettura a doppio guadagno.
Il sistema di calibrazione CIS (Charge Injection Sistem) permette di iniettare la carica nelloshaper applicando un segnale di tensione su un condensatore posto al suo ingresso. Due condensatori di capacit`a rispettivamente 100 pF e 5.1 pF permettono di coprire l’ampio intervallo dinamico del sistema con una calibrazio- ne normale e una fine. La registrazione di dati generati dal CIS con entrambi i guadagni permette di intecalibrare alto e basso guadagno.
Le costanti di calibrazione ADC counts/pC sono calcolate con questo sistema per ogni canale e per entrambi i guadagni. I valori di queste costanti sono utilizzate per correggere la risposta di ogni canale.
I dati del test beam mostrano che la variazione fra una presa dati e l’altra di queste costanti in ogni canale `e a livello del per mille e che la variazione canale- canale `e minore del 5% per entrambi i guadagni (figura 4.9).