1 / 64

Instrumentaci ón, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio

Instrumentaci ón, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger. Carla Brenda Bonifazi. Director: Dr. Alberto Etchegoyen Director Asistente: Dr. Sergio Sciutto. Diciembre 2004. Auger. Espectro de Rayos C ó smicos. “Misma ley para todo el espectro”

eli
Download Presentation

Instrumentaci ón, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi Director: Dr. Alberto Etchegoyen Director Asistente: Dr. Sergio Sciutto Diciembre 2004

  2. Auger Espectro de Rayos Cósmicos “Misma ley para todo el espectro” ~ E2,7 Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 2

  3. RODILLA TOBILLO Espectro de Rayos Cósmicos GZK – cut off Auger Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 3

  4. GZK – cut off Los Rayos Cósmicos de alta energía interactúan con la radiación de fondo (caracterizada por su espectro de cuerpo negro de 2,7 K) Degradación de la energía del Rayo Cósmico Energía threshold para un Rayo Cósmico que viaja ~100 Mpc de 6 x 1019 eV Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 4

  5. AGASA Y HiRes AGASA: Area total de 100 km². Formado por 111 centelladores de 2,2 m² con 27 contadores de muones Funcionamiento 1990 a 2002 (exposición total de 670 km² sr año) Reportó 11 eventos de alta energía – 2 x 1020 eV HiRes: Telescopios de Fluorescencia (Fly’s Eyes) Adquisición en modo monocular (600 km² sr año) o estéreo (170 km² sr año) Detección del evento más energético – 3,2 x 1020 eV Actualmente en funcionamiento Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 5

  6. 28 th ICRC Proceedings 3, 381-384, JAPAN (2003) AGASA Y HiRes Discrepancias entre sus resultados: AGASA: No GZK cut-off HiRes: Existencia de GZK cut-off Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 6

  7. Necesidad de un nuevo experimento: OBSERVATORIO PIERRE AUGER Objetivos: Estudio del espectro de Rayos Cósmicos con energía superior a 1018 eV Estudio de la distribución de la dirección de arribo para tales energías Identificación de la composición química del primario Con estos datos será posible discernir sobre: Origen de los Rayos Cósmicos Posibles fuentes de aceleración Distribución en el Universo de las posibles fuentes Campos magnéticos entre las fuentes y la Tierra Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 7

  8. OBSERVATORIO PIERRE AUGER Construcción de dos Observatorios: Hemisferio Sur: Malargüe – Mendoza – Argentina (en construcción) Hemisferio Norte: Utah o Colorado (Junio 2005) Sistema de detección Híbrida: Detectores de Superficie (1600) Detectores de Fluorescencia (24) Área total: 3000 km² cada observatorio Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 8

  9. Observatorio Sur Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 9

  10. Si estuviera en Buenos Aires... Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 10

  11. HOY Coihueco Los Morados Los Leones Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 11

  12. Plano de detección de la lluvia Eje de la lluvia Pixeles Iluminados Telescopio de Fuorescencia Core 1,5km Detectores Čerenkov Detectores de Fluorescencia Mide la emisión de la luz de fluorescencia del nitrógeno atmosférico. Da información del Perfil Longitudinal Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 12

  13. Detector de Fluorescencia Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 13

  14. Plano de detección de la lluvia Eje de la lluvia Pixeles Iluminados Telescopio de Fuorescencia Core 1,5km Detectores Čerenkov Detectores de Fluorescencia Mide la emisión de la luz de fluorescencia del nitrógeno atmosférico. Da información del Perfil Longitudinal Detectores de Superficie Detecta las partículas de la cascada que llegan a la tierra (muones, electrones y fotones). Da información del Perfil Lateral Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 14

  15. Electrónica Antena de Comms Caja de Baterias Antena de GPS PMT Panel Solar Bolsa de Tyvek Tanque de Plástico Agua Pura Detector de Superficie Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 15

  16. Etapas de la Construcción del Observatorio Arreglo de Ingeniería (EA) formado por: 32 detectores de superficie 2 detectores de fluorescencia Pre-producción: 100 detectores de superfice 6 detectores de fluorescencia Producción Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 16

  17. Etapas de la Construcción del Observatorio Arreglo de Ingeniería (EA) formado por: 32 detectores de superficie 2 detectores de fluorescencia Pre-producción: 100 detectores de superfice 6 detectores de fluorescencia Producción Modificaciones Procedimientos Control Validación Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 17

  18. Arreglo de Ingeniería Agua Ultra Pura: Producción y Control de Calidad Calibración de los Detectores de Superficie Validación del funcionamiento del Detector de Superficie Simulación del Detector de Superficie

  19. Agua Ultra Pura • Producción de Agua • Sistema de Pre- tratamiento • Dureza < 2 ppm • Conductividad 1560 S/cm • Sistema de Osmosis Inversa • Resistividad ~ 0,125 MΩ/cm • Bacteria < 50 NMP/ 100 ml • Sistema de Electrodeionización • Resistividad > 15 MΩ/cm • TOC < 10 ppm • Almacenamiento • Tanque con sistema de recirculación con . resinas de intercambio mixto . (Resistividad > 15 MΩ/cm) Transporte de Agua Tanques de transporte con sistema de llenado y vaciado de calidad sanitaria. Resistividad > 9 MΩ/cm Technical Design Report, SD (2004) NIM A523, 50-95 (2004) Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 19

  20. FEBRERO / 00 FEBRERO / 01 ABRIL / 01 Bacterias en los primeros detectores del EA Bacteria Serratia Tiempo de Decaimiento 250 días Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 20

  21. Evolución en la Calidad del Agua Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 21

  22. VEM Calibración de los Detector de Superficie VEM = Vertical Equivalent Muon Señal producida por muones que atraviezan el detector en forma vertical y central Solución Trivial: Utilización de dos centelladores externos como Telescopio de Muones Nueva Idea: Utilización de los muones de fondo a partir de la adquición en coincidencia 3-fold. Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 22

  23. DET #1 DET #2 DET #3 DET #4 Calibración utilizando coincidencia 3-fold TANGO ARRAY NIM A516, 414-424 (2004) NIM A516, 425-435 (2004) Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 23

  24. HUMP e± /  Señal ~ E  Señal ~ Traza Calibración de los Detector de Superficie Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 24

  25. CC Muones Verticales Clipping Corners (CC) Muones Inclinados Calibración de los Detector de Superficie Flujo de muones = cos2 Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 25

  26. Calibración de los Detector de Superficie Flujo de muones = cos2 Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 26

  27. PMT+base FE board ÁNODO FADC DÍNODO ~32 FADC TRIGGER FILTRO FILTRO Electrónica y Sistema de Disparo Calibración Niveles de Disparo LS Threshold (1,75 VEM) TOT Threshold (3,2 VEM) TOT T1 T2 CDAS T4 3TOT Compacto + 4C1Física SOFTWARE Más de 3 detectores con T2 T3 Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 27

  28. 3,2 1,75 0,2 Threshold 1bin en coincidencia 3-fold sobre un cierto umbral 1,75 para el T1 3,2 para el T2 TOT (Time Over Threshold) 13 bins o mas en coincidencia 2-fold sobre un umbral de 0,2 VEM en una ventana de tiempo de 120 bins (3 s) Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 28

  29. PMT+base FE board ÁNODO FADC DÍNODO ~32 FADC TRIGGER FILTRO FILTRO Electrónica y Sistema de Disparo Calibración Niveles de Disparo LS Threshold (1,75 VEM) TOT Threshold (3,2 VEM) TOT T1 T2 CDAS T4 3TOT Compacto + 4C1Física SOFTWARE Más de 3 detectores con T2 T3 Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 29

  30. Método de Calibración Gain Matching:Ajuste de ganancias de los 3 PMTs. Se obtiene la calibración de los detectores. Online Calibration: Estimación de los parámetros del VEMLS para cada fotomultiplicador. Utilizada para el disparo de los detectores (determinación de T1 y T2) 3-fold Histograms:Adquisición de histogramas en coincidencia 3-fold para determinar el valor del VEM EA: Adquisición VEMLS y conversión al VEMH PP: Adquisición VEMH GAP-2002-028 NIM A523, 50-95 (2004) Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 30

  31. Ajuste de Ganancias (GOCALIB) Determinación de la línea de base De Laura se sabe: 2,8 VEMpk en 1-fold es 100 Hz Se selecciona el valor del VEM deseado (50 cuentas de FADC) y se ajusta el voltaje de cada fotomultiplicador para obtener una tasa de contaje de 100 Hz para un umbral de 2,8 veces el valor del VEM deseado más la línea de base Los PMTs quedan ajustados en ganacia y además calibrados con un error < 5% (fluctuaciones entre detectores y fluctuaciones atmosféricas) Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 2

  32. Cuentas PMT 1 PMT 2 PMT 3 ~ 50 cuentas de FADC Cuentas de FADC Ajuste de Ganancias Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 31

  33. Método de Calibración Gain Matching:Ajuste de ganancias de los 3 PMTs. Se obtiene la calibración de los detectores. Online Calibration: Estimación de los parámetros del VEMLS para cada fotomultiplicador. Utilizada para el disparo de los detectores (determinación de T1 y T2) 3-fold Histograms:Adquisición de histogramas en coincidencia 3-fold para determinar el valor del VEM EA: Adquisición VEMLS y conversión al VEMH PP: Adquisición VEMH • . Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 32

  34. Utilización de los eventos que pasan T1 Se determina de la línea de base Se determina el valor del VEMpk pidiendo una tasa de contaje de 70 Hz con un umbral de 2,5 VEMpk Ajuste del VEMpk LS LS LS Calibración en Línea Idea: Determinación del valor del VEMpk a partir del ajuste de la tasa de contaje sin modificación del alto voltaje. LS Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 33

  35. Verificación de la Calibración en línea Se cambió el voltaje de uno de los PMTs y se corrió el algoritmo de Calibración en línea Luego del algoritmo de Calibración en línea Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 34

  36. Rates fluctuation 10 – 30 Hz All Stations Rates ~ 21 Hz Impacto sobre el T2 Tasa de contaje T2 (Hz) Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 35

  37. LS Determinación del VEMq Cada vez que un pulso tiene una amplitud de 1,75 VEMpk se asume que tiene una carga de 1,75 VEMq Se calcula la integral haciendo la suma de los 25 intervalos de tiempo a partir del 250. Este valor se compara con el valor anterior y se suma o resta 1 dependiendo la relación Se divide por 1,75 y se obtiene el valor del VEMq LS LS LS 325 315 1,75 VEMq 305 295 4 8 2 10 0 6 Iteraciones 1,75 Área = 1,75 275 250 Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 36

  38. Método de Calibración Gain Matching:Ajuste de ganancias de los 3 PMTs. Se obtiene la calibración de los detectores. Online Calibration: Estimación de los parámetros del VEMLS para cada fotomultiplicador. Utilizada para el disparo de los detectores (determinación de T1 y T2) 3-fold Histograms:Adquisición de histogramas en coincidencia 3-fold para determinar el valor del VEM EA: Adquisición VEMLS y conversión al VEMH PP: Adquisición VEMH • . • . Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 37

  39. H H VEMpk = 1.04 VEMpk± 0.04 VEMq = 1.04 VEMq± 0.03 LS LS Relación con el Histogramas en Coincidencia 3-fold EA: Adquisición del VEMLS y conversión al VEMH AMPLITUD CARGA PP: Adquisición del VEMH Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 38

  40. Método de Calibración Gain Matching:Ajuste de ganancias de los 3 PMTs. Se obtiene la calibración de los detectores. Online Calibration: Estimación de los parámetros del VEMLS para cada fotomultiplicador. Utilizada para el disparo de los detectores (determinación de T1 y T2) 3-fold Histograms:Adquisición de histogramas en coincidencia 3-fold para determinar el valor del VEM EA: Adquisición VEMLS y conversión al VEMH PP: Adquisición VEMH • . • . • . Relación entre los histogramas 3-fold y el VEM Calibración Absoluta Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 39

  41. PMT 1 PMT 2 PMT 2 PMT 1 SUM SUM PMT 3 PMT 3 Calibración de los Detector de Superficie Valores determinados en LAURA y medidos con Oscilloscopio para EA Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 40

  42. Efectos de la Calibración Efectos de la Temperatura (Electrónica) Fluctuaciones simultáneas en la determinación del VEM . (estimado y real) Forma del Pulso, relacionado con los niveles de disparo T1 y T2 Efectos de la Atmósfera (Algoritmo empleado) Afecta al proceso de calibración en línea y de disparo Correlación entre la relación del VEM estimado y el real con la . presión Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 41

  43. Efectos de la Calibración Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 42

  44. Validación del funcionamiento del Detector de Superficie Estudio de la mayor cantidad posibles de observables que permitan monitorear los detectores de superficie Tiempo de decaimiento del pulso promedio de muones Relación Area/Peak Tasa de contaje de los distintos niveles de disparo T1 y T2 Parámetros de Calibración Etc Osciloscopio Pulso promedio del VEM en el detector LAURA con Osciloscopio Decay Time = 56 ± 2 ns Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 2

  45. Laura determinación del Pulso promedio del VEM a partir de los datos 3-fold Idea: Obtener a partir de cortes el mismo pulso promedio del VEM del histograma 3-fold Histograma de Cargas Ajuste del HUMP con una gaussiana Cortes Utilizados: desde Mean – 1.7 Sigma hasta Mean + 1.0 Sigma Chicago Auger Workshop (2002) Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 44

  46. Laura determinación del Pulso promedio del VEM a partir de los datos 3-fold Tiempo de Decaimiento: Pulso promedio del VEM: 56 ns ± 2 ns Pulso promedio usando cortes: 57 ns ± 2 ns Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 45

  47. Comparación del Pulso promedio medido con Oscilloscopio y con LS (electrónica Auger) Tiempo de muestreo LS = 25 ns Tiempo de Decaimiento: Osciloscopio: 57 ns ± 2 ns Estación Local: 55 ns ± 4 ns Implementación en todo el EA Simulaciones Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 46

  48. 2002 2003 Chigua Neyu Mapu Pehuenche Evolución Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 47

  49. 2002 2003 Evolución Tamara Mapu - Lüfke Carmen Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 48

  50. Simulación del Detector de Superficie Objetivo Principal: Simular la respuesta del detector para la reconstrucción de los rayos cósmicos Primero: Garantizar una buena simulacion del detector Entender el funcionamiento del detector Reproducir los parámetros de la Calibración FAST Forma de pulso re-escaleada proporcionalmente a la carga depositada por la partícula según la longitud de traza que esta recorre DETAILED Consiste en seguir la propagación de los fotones generados por las partículas en el detector AGASIM SAMPLES SDSIM GEANT 4 EASYSIM Instrumentación, Calibración y Simulación de Detectores de Superficie del Observatorio Pierre Auger Carla Brenda Bonifazi – Diciembre 2004 – 49

More Related