«Настройка и тестирование триггерной системы вето на основе композиционного сцинтилляционного детектора для эксперимента флинт»


Глава 4 Принцип работы ВЕТО системы



жүктеу 0.68 Mb.
бет4/7
Дата01.05.2019
өлшемі0.68 Mb.
түріРеферат
1   2   3   4   5   6   7

Глава 4

Принцип работы ВЕТО системы


Заряженная частица, пролетая через материал сцинтиллятора производит возбуждение определенных уровней материала, которое снимается посредством последующего излучения ультрафиолета. Ультрафиолет распространяется во всем теле сцинтиллятора и рождается в основном на пути прохождения частицы, то есть по определенной траектории. Далее свет, распространяясь по сцинтиллятору, попадает к светосмещающему файберу. Этот светосмещающий файбер расположен таким образом, чтобы путь света был одинаковым для всех удаленных частей сцинтиллятора. Благодаря сбору света не геометрическому, а с помощью светосмещающего волокна мы добиваемся равномерности сигналов из разных точек детектора при детектировании заряженных частиц, т.е. амплитуда импульса на выходе детектора не зависит от места прохождения заряженной частицы.

Каждый отельный детектор имеет относительно большой размер по сравнению с фотоприемником, и если бы мы не использовали файбер, то из дальних мест свет бы доходил недостаточный и электронный тракт не смог бы зарегистрировать событие. При прохождении ультрафиолета, который родился от заряженной частицы до файбера, доходя до него, проникает в файбер и затем поглощается в нем специфическим материалом, который поглощая свет с ультрафиолетовой длинной волны, порядка 200 нм переизлучается в более низкий диапазон 300 нм, более оптимальный для детектирования фотодиодом. Далее начинается процесс переизлучения в угол 4π из точки поглощения внутри файбера, свет начинает по нему путешествовать в 2 стороны, одна сторона при этом идет непосредственно к диоду, а с другой стороны он подходит к концу файбера, но там предусмотрительно установлено зеркало, от которого свет отражается и идет в обратном направлении, таким образом мы увеличиваем количество света, которое попадает от одной вспышке на фотодиод. В фотодиоде свет зеленого излучения попадает на кремневую структуру, состоящую порядка из тысячи элементов, каждый из которых работает в Гейгеровском режиме. Количество зарегистрированных детектором фотонов как видно из рисунка составляет порядка 10. Для того чтобы диод функционировал правильно, на него подается напряжение питания, при этом усиление составляет порядка 105 на фотодиод, где он превращает фотоны в электронный сигнал, который затем усиливается и преобразуется для передачи по кабелю длинной порядка одного метра. Таким образом, усиленный, формированный сигнал поступает на плату с дискриминатором и логикой управления. Преобразование сигнала осуществляется на одноуровневом АЦП - дискриминаторе, если мы выставляем определенный порог, то при превышение его, дискриминатор вырабатывает логический сигнал. Логический сигнал по ширине получается равным ширине импульсу, который мы получили от фотодиода, таким образом у нас есть логический сигнал, который в дальнейшим может обрабатываться в цифровых цепях. Для обработки этих сигналов используются схемы на основе микросхем Xilinx программируемой логики, что позволяет менять структуру системы, выбирая схемы совпадений, отдельные каналы, блокируя их и т.п.. Затем сигнал преобразуется от каждого диода в один канал. Так как на одной паллете их 8, то на восьми канальной шине имеем логические сигналы, которые затем передаются в триггеры более высокого уровня. Также на плате где находятся дискриминаторы, существуют специальные микросхемы, которые обеспечивают стабилизацию уровня порога дискриминатора, а также регулировку напряжений питания. Поскольку, все диоды имеют различный коэффициент усиления в зависимости от напряжения, то схема требует настройки. Надо отметить, что вся система является довольно быстрой, гораздо быстрее ФЭУ, в связи с тем, что у фотодиода нет ускорительных промежутков, как в ФЭУ, и поэтому сигнал рождается довольно быстро. Но основная система измерения на основе свинцового стекла калориметра медленная и поэтому цифровой сигнал, который мы образуем для совпадения с сигналом, который мы получаем в калориметре должен задержаться, что осуществляется цифровой линией задержки. Затем этот сигнал поступает в систему считывания калориметра, где на основе карты сработавших счетчиков (8 на одной паллете, всего таких паллет также 8) происходит отбор нужных событий. На основе сигналов с детектора вырабатывается логическая матрица, которая соответствует сработавшим тайлам в данный момент времени. Благодаря задержки она совпадает с основным сигналом от калориметрических модулей, что можно в дальнейшим рассматривать тип детектированной частицы. Если есть положительное решение от тайла в определенной момент времени и сигнал о энерговыделении в стекле калориметра, то такой сигнал мы режектируем. Поскольку, наиболее вероятно, это произошло из-за регистрации электрона, потому что ливень от электронов в стекле будет не отличим от ливня рожденного гамма кванта, но гамма квант в отличие от электрона не даёт сигнала в нашем тайле. Таким образом, мы повышаем чувствительность нашей установки в разы, убирая шумы высокоэнергетичных заряженных частиц.

У нас есть две важных величины необходимых для измерения, это порог дискриминатора и питание диода. Питание диода подбиралось при анализе детекторов на эксперименте в ускорительном зале, то есть сквозь эти тайлы пропускались частицы, протоны импульсом 2,5ГэВ/c и измерялся сигнал, который получался после усилителя фотодиода, как описано выше. Надо заметить что и диод и усилитель - уникальны и принадлежат одному тайлу и имеют один и тот же номер, которые будут изображены впоследствии в таблице. В результате эксперимента был получен результат, изображенный на рис. 20



Рис. 20 Спектр от пучка протонов

Темным помечен педестал, тот заряд который получается на входе детектирующий электроники в отсутствии сигнала, это есть шум. Затем мы видим несколько пиков, каждый пик соответствует одному фотону. Из этого рисунка видно, что пики эквидистантны, следовательно наш усилитель довольно линеен. Таким образом, из этого результата можно установить напряжение порога, но к сожалению этого нельзя реализовать на пучке, в связи с тем что в момент измерения этого рабочее место подвергается сильному облучению, и поэтому было принято другое решение, провести измерения для каждого детектора с усилителем отдельно. После этого, когда детектор был смонтирован, было установлено напряжение питания, которое было табулировано и затем использовалось при измерениях. Определить уровень напряжения дискриминатора в собранной установки можно только с помощью радиоактивного источника.

Обрабатывая данные сеанса на пучке рис.20 была получена эффективность регистрации нашего детектора, которая составила 97%. Само облучение происходило пучком 3,2 ГэВ. На протонах были определены напряжения питания и внесены в таблицы. Затем стало возможным провести эксперимент с радиоактивным источником. Одна из идей состояла в том, чтобы в собранной установке, подавая определенные коды загрузки на микросхемы, определяющий напряжение питания на диодах, промерить эти напряжения и занести зависимости реального напряжения от кода в таблицы. Работа проводится с высоким напряжением, поэтому пришлось применять некоторые схемные решения, которые отображены на рис.4. Для изготовления схемы были использованы стабильные компоненты, но несмотря на это у них есть собственный разброс, и чтобы его компенсировать необходимо промерять каждый источник высоковольтного напряжения.

Работа в реальных условиях состояла в том, чтобы был использован узко коллимированный радиоактивный источник  90Sr за № xp 2836. Детекторы облучались на расстоянии 50мм, при стандартном для каждого диода напряжении питания. Результаты занесены в таблицу.



Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет