Risoluzione temporale[ps]Efficienza[%]

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I MRPC del TOF

I MRPC del TOF nell’esperimento nell’esperimento ALICE

ALICE

L’esperimento ALICE.

Caretteristiche fondamentali del TOF.

Sviluppo dei MRPC (Camere multigap a piani resistivi).

Risultati su fascio e al GIF.

Conclusioni.

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L’esperimento

L’esperimento ALICE (LHC) ALICE (LHC)

Collisioni di ioni di Pb-Pb ad energie del centro di massa nucleone-nucleone di ~5.5 TeV

Prove dell’esistenza del plasma di quark e gluoni (QGP) attraverso :

canali adronici (per esempio aumento della stranezza e soppressione degli stati legati (cc)

canali elettromagnetici (per esempio coppie di leptoni)

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TPCTPC

PHOSPHOS

MuonMuon armarm TOFTOF TRDTRD

HMPID HMPID

PMDPMD

ITSITS

Il Il rivelatore rivelatore ALICE ALICE

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Descrizione

Descrizione dell’apparato dell’apparato

Il sistema del TOF copre una superficie cilindrica (θ[45°,135°]) sull’intero angolo azimutale Φ

L’intera struttura e` composta da 18 settori, rispetto a Φ Ogni settore comprende 5 moduli paralleli alla direzione del fascio

Tre sono i tipi di modulo necessari per ogni settore:

1 centrale con 15 MRPC 2 intermedi con 20 MRPC 2 esterni con 19 MRPC

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Il Il sistema sistema di TOF in ALICE di TOF in ALICE

Il TOF di ALICE identifica k, π, p prodotti nella regione centrale con impulsi da 0.5 a 2.5 GeV/c

Caratteristiche fisiche del rivelatore:

Risoluzione temporale <100ps Alta efficienza >95%

Alta granularità 105 canali in modo da consentire bassa occupancy 15%

Garantire il funzionamento in presenza di rate elevati 50Hz/cm2

Coprire un’area di circa 150m2 Scelta su rivelatori a gas MRPCScelta su rivelatori a gas MRPCScelta su rivelatori a gas MRPC

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Il TOF in ALICE Il TOF in ALICE

TOF

SUPPORTO

moduli esterni moduli intermedi

modulo centrale

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Perchè un MRPC Perchè un MRPC

Per avere elevata efficienza occorre uno spesso strato di gas.

Per migliorare la risoluzione temporale un sottile strato di gas:

Nuova idea: camera multistrati: 1996 A.Zichichi et al NIM a374

piani resistivi

catodo catodo

anodo

anodo

Limiti:

Tensioni molto più alte.

Aumenta l’impronta lasciata dalla carica sul pad di lettura.

HV HV

Nuova idea: camera multistrati

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Perche

Perche ` un MRPC a ` un MRPC a doppio doppio stack? stack?

Piazzola catodo segnale Piano resistivo (catodo)

Piani di vetro

Piano resistivo (anodo) Piazzola anodo segnale 6 gaps

3 gaps

3 gaps

Soluzione:

MRPC a doppio stack

VANTAGGI:

Numero maggiore di gaps Tensione di lavoro bassa Segnale più ampio di un fattore 2

Impronta lasciata dalla carica sul pad più

concentrata

Piazzola catodo segnale Piano resistivo (catodo) Piani di vetro

Piano resistivo (anodo) Piazzola anodo segnale Piano resistivo (catodo) Piani di vetro

Piano resistivo (anodo) Piazzola anodo segnale

-HV

-HV +HV 0

-HV

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MRPC a

MRPC a doppio doppio stack stack

I MRPC progettati per il TOF hanno le segueni caratteristiche:

I MRPC progettati per il TOF hanno le segueni caratteristiche:

Ogni strip è composta da 96 pads disposti su due file di 48 cias

Ogni strip è composta da 96 pads disposti su due file di 48 ciascuna. cuna.

Le dimensioni di ogni pad sono 37x25mm e coprono un’area attiva

Le dimensioni di ogni pad sono 37x25mm e coprono un’area attiva di 1200x74mm.di 1200x74mm.

Come spaziatore tra vetri si usa filo di nylon da 250 Come spaziatore tra vetri si usa filo di nylon da 250µµm.m.

Il gas utilizzato è C

Il gas utilizzato è C22HH22FF44 90%,C90%,C44HH1010 5%, SF5%, SF66 5%.5%.

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MRPC a

MRPC a doppio doppio stack stack

PCB con i pads di lettura

Due metodologie di applicazione catodo/anodo:

• con nastro biadesivo.

• con colla epossidica conduttrice.

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Elettronica

Elettronica

di front-di front-endend

Dal 2000 si è usato nella scheda di

frontend il MAXIM 3760, preamplificatore di transresistenza di uso commerciale e a basso rumore ma non differenziale.

Note Generali: il

segnale viene indotto sulle pads poste oltre l’anodo ed il catodo.

Il segnale viene portato

all’amplificatore tramite cavi twisted. Le pads sono messe a massa sulla box esterna di metallo.

Si è sviluppato un un amplificatore ASIC

personalizzato, a basso consumo, differenziale, che attualmente è in

fase di test.

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Risultati

Risultati del test beam del test beam Ottobre Ottobre 2002 2002

Efficienza

Efficienza e risoluzionee risoluzione temporaletemporale di tuttidi tutti gligli MRPC MRPC con gap di 250

con gap di 250 µµm (17 strips)m (17 strips)

EFFICIENZA=99.6% RISOLUZIONE(t)=62.5ps EFFICIENZA=99.6% RISOLUZIONE(t)=62.5ps

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Risultati

Risultati del test beam del test beam Ottobre Ottobre 2002 2002

Efficienza

Efficienza e e risoluzionerisoluzione temporaletemporale di MRPC con gap di 250 di MRPC con gap di 250 µµm m e e nastronastro biadesivobiadesivo

EFFICIENZA=99.5% RISOLUZIONE(t)=64.3ps EFFICIENZA=99.5% RISOLUZIONE(t)=64.3ps

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Risultati

Risultati del test beam del test beam Ottobre Ottobre 2002 2002

Efficienza

Efficienza e risoluzionee risoluzione temporaletemporale di MRPC con gap di di MRPC con gap di 250 µ250 µm e collam e colla conduttrice conduttrice

EFFICIENZA=99.9% RISOLUZIONE(t)=52.4ps EFFICIENZA=99.9% RISOLUZIONE(t)=52.4ps

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Risultati

Risultati del test beam del test beam Ottobre Ottobre 2002 2002

Ottima uniformita` di prestazione in efficienza e risoluzione temporale

Efficienza ~ 99.9%

Risoluzione

temporale ~ 55 ps Scan in

Scan in tensionetensione susu unauna strip per strip per verificarneverificarne l’uniformitàl’uniformità in in diversidiversi pad.pad.

Il plateau si raggiunge oltre i 12 KV:

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Risultati

Risultati del test beam del test beam Ottobre Ottobre 2002 2002

Scan

Scan orizzontaleorizzontale tratra due pad due pad adiacentiadiacenti

Perdita Perdita di di efficienza efficienza: :

0.7 % 0.7 %

Probabilita Probabilita` di ` di

doppio

doppio hit: hit:

12 %12 %

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TEST al GIF (gamma irradiation TEST al GIF (gamma irradiation

facility) facility)

Due strip a

Due strip a doppiodoppio stack stack sonosono state irradiatestate irradiate

Scopo

Scopo deideitest: misuraretest: misurare variazionivariazioni di prestazionedi prestazione deideiMRPC in MRPC in

funzione

funzione del rate.del rate.

Simulare

Simulare le condizionile condizioni di lavorodi lavoro dell’dell’esperimentoesperimento

RISULTATO

I MRPC

I MRPC hannohanno mostratomostratoun’un’eccellenteeccellente prestazione

prestazione in presenzain presenza di rate elevatidi rate elevati mantenendo

mantenendo unaunaottima efficienzaottima efficienzae e risoluzione

risoluzione temporale.temporale.

RATE PREVISTO PER ALICE:

50Hz/cm2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Strip A effective voltage 11.4 kV Strip B effective voltage 11.4 kV Strip A applied voltage 11.4 kV Strip B applied voltage 11.4 kV Strip A effective voltage 11.4 kV

Strip B effective voltage 11.4 kV Strip A applied voltage 11.4 kV Strip B applied voltage 11.4 kV Flusso equivalente di paticelle cariche [Hz/cm2] 50

55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Risoluzione temporale[ps]Efficienza[%]

ALICE

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Risultati

Risultati del GIF del GIF

Due strip sono state

irradiate al GIF per un totale di 750 giorni

equivalenti di run Pb-Pb a 50 Hz/cm2 (17 anni di

attivita` di ALICE)

(19)

Risultati

Risultati del GIF del GIF

Source on Source on

Source off Source off

Nessun

Nessun aumento aumento

di di corrente corrente

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Risultati

Risultati del GIF del GIF

Tensione di lavoro= 13 kV Nessun effetto di

invecchiamento dopo il primo periodo

(misure eseguite al PS)

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la scelta delle strip a doppio stack soddisfa le caratteristiche richieste per il TOF di

ALICE.

Risoluzione temporale 70 ps . Efficienza 99.6%.

Test al GIF dimostrano che la strip può.

sopportare rate ben oltre I 50Hz/cm

2

.

Non subisce sensibili alterazioni dopo forte irraggiamento.

CONCLUSIONI

CONCLUSIONI

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