VI Workshop de Física e Astrofísica de Neutrinos
V Encontro do Projeto Neutrinos Angra
UFABC 25-26 de junho de 2009
Desenvolvimento atual do Sistema de
Veto de Múons do Detector Neutrinos Angra
Mário Vaz
Gabriel Azzi
Wallace Raposo
Luiz Villaseñor
CBPF
VI Workshop de Física e Astrofísica de Neutrinos – V Encontro Projeto Neutrinos Angra
Desenvolvimento Atual do Sistema de Veto de Múons – UFABC Santo André 26 06 2009
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Resumo
Requisitos para PMT e Cintiladores no Veto de Múons
Testes de Cintiladores, Fibras WLS, MAPMT e HVPS
Eletrônica:
amplificação
discriminação
coincidência
monitoração
comunicação
fontes de alta tensão
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Detector de Múons com Cintiladores e MAPMT
Veto de Múons para Detector de Neutrinos
Planos de tiras cintiladoras - 160 por 160 cm
Possíveis arranjos das tiras cintiladoras
nos planos detectores de múons:
TDC= dt + k.3.1010 / (160cm-2.x)
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Sistema de Veto de Múons
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Caixa da MAPMT do Detector de Múons
Moldura para integrar MAPMT, guia de
fibras ópticas claras e conector elétrico
Detector composto de cintiladores,
fibras WLS, fibras claras, MAPMT
Caixa da MAPMT: blindagem óptica
e eletromagnética p/ PMT e circuitos
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Nova câmara para 2 tiras em tandem + M16
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Nova câmara para 2 tiras em tandem + M16
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Eletrônica do Sistema de Veto
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Questões não respondidas sobre o Detector de Múons
O que é necessário para o veto de múons do N.A.?
Só detecção de luz no detector de neutrinos usando
ganhos diferenciados para o veto?
Qual a resolução necessária ? Detecção de luz em
quantos planos com quantas tiras cintiladoras?
E quanto ao fluxo de múons ?
Se for baixo usar 1 ou 2 planos com uma MPMT em um terminal
da fibra WLS. Senão para resolver o problema de fantasmas usar
duas MAPMT nos 2 terminais da fibra WLS + TDC.
Resolução necessária da TDC para resolver um pixel de 5cm :
tTDC= 0,6.3.1010/(2.x+160cm)=> dx= 2,5cm=> dt= 120ps
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Cintiladores e Fibras “wavelength shift” - WLS
Fibra Plástica
Cintiladora WLS D1,2 mm
160cm
1cm
μ
λ
Tira
Plástica
Cintiladora
5cm
Múon μ deposita energia E na tira gerando fótons azuis => λ = 450nm
Energia por fóton acima do background térmico :
exp[(h/λ) / kT], h e k as constantes de Planck e de Boltzmann
Fótons azuis excitam fibra WLS gerando fótons verdes => λ = 500nm
Diferença de energia destes fótons verdes para os azuis :
h/450nm - h/500nm = 0.28 eV
Resultado: mais fótons verdes na proporção da diferença de energia, um
ganho óptico que compensa a perda devida à eficiência de captura (5%) dos
fótons azuis pela fibra e à relação de áreas do cintilador para a fibra WLS.
Sendo kT = 40 eV a 300 oK :
Ganho: exp[ 40eV * 0,28 eV]
= 73000
Perda: 0,05 x (π 0,06 cm / 1 cm) = 0,094
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Cintiladores FNAL comprados, Fibra WLS Kuraray YS11 a comprar,
Fibras Claras e conectores ópticos a comprar
Geometria e propagação de luz em Fibra Multiclad
Efeito de Dobra na Fibra Clara Kuraray YS-11
Emergente: verde
Incidente: azul
Espectro de luz da Fibra WLS Kuraray YS-11
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Detecção pela MAPMT Hamamatsu H7546A
Testes de
Avalicação
Eficiência / Sensibilidade de detecção
Ruído da PMT e da fonte de Alta Tensão
Estabilidade da PMT e da fonte AT (T e t)
Crosstalk óptico e eletrônico
Tempos de transição e de repetição
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Resultados apresentados no último encontro
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PMT Test with Single and Double Photon Electron
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PMT Test - Single Photoelectron Charge Amplification
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PMT Test - Double Photoelectron Charge Amplification
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Novos resultados H7546A 10/10/2008, a 900V
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Novos resultados H7546A a 900V – carga devido a múon
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Discriminar a 15 mV sem precisar amplificar ?
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Conclusões sobre a fonte
• Projetou-se e construiu-se fontes de alta tensão
positivas e negativas na faixa de utilização esperada
para os tubos fotomultiplicadores – PMTs do detector
Neutrinos Angra.
• As fontes foram usadas por dois anos no CBPF em
testes de PMTs que duravam vários dias, sem nenhuma
falha, mantendo-se a estabilidade melhor que 0,1%.
• Determinou-se as características principais das fontes,
que apresentaram baixo ruído, alta estabilidade e
regulação, baixo consumo, e um rendimento de cerca de
84%, para carga nominal, adequados a PMTs
•
Devemos concluir o monitoramento e controle remotos
junto com o grupo de desenvolvimento de controle.
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Conclusões sobre o detector de múons
• Temos um sistema de testes de PMTs com geração de
fótons simples e detecção de múons com cintiladores
e fibras ópticas WLS.
• Temos resultados de testes que nos permitem
construir a eletrônica de forma simples e eficiente.
• Precisamos de ajuda para decidir como construir essa
eletrônica e realizá-la.
• Temos alguns dos componentes para a eletrônica, falta
comprar os que faltarem, fazer layout, fabricar, montar,
testar, instalar, operar ...
• Idem detector, compramos cintiladores, falta comprar
fibra WLS, fibras claras, conectores ópticos, construir
partes mecânicas e montar. Mecânica do CBPF limitada.
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