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Prototype tests for the ALICE TRD

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Prototype tests for the ALICE TRD. 何なんだ TRD !!!. motivation. ALICE と TRD. 1~100GeV/c での 電子の同定 ALICE の 目標 :2GeV/C 以上で pion rejection power>100. TRD のおおきさ. ALICE の TRD はこの辺にあります. これ. 全体像. TR( 遷移輻射 ) ?. どんな現象?. 物質と粒子の相互作用. 荷電粒子 電離・励起 チェレンコフ放射 制動輻射 遷移輻射. 光子 光電効果 コンプトン散乱 電子対生成.

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Presentation Transcript
alice trd
ALICEとTRD
  • 1~100GeV/cでの電子の同定
  • ALICEの目標:2GeV/C以上でpion rejection power>100
slide4
TRDのおおきさ
  • ALICEのTRDはこの辺にあります

これ

slide6
TR(遷移輻射)?

どんな現象?

slide7
物質と粒子の相互作用
  • 荷電粒子
  • 電離・励起
  • チェレンコフ放射
  • 制動輻射
  • 遷移輻射
  • 光子
  • 光電効果
  • コンプトン散乱
  • 電子対生成
slide8
荷電粒子の相互作用

電離・励起

チェレンコフ放射

遷移輻射

  • 高速荷電粒子が誘電率の異なる境界を通過するとき電磁波を放出する
  • 電気分極の時間変化による放射のコヒーレントな結合
  • 荷電粒子が物質中を通ると、クーロン力により力を物質中の電子に与える
  • そのエネルギーにより電子が離れたり、ほかの軌道に移ったりする
  • 媒質中をそこでの光速より速く粒子が通過すると、電磁波が放射される

制動放射

  • 荷電粒子の速度が変わると、電磁放射線をだす
  • 連続スペクトル
formation zone
Formationzone
  • 干渉性が保持される距離
  • Formationzone程度の厚さのときのみ、よいTR強度が得られる
slide11
総TRエネルギー

強度はγに比例する

γが大きくなるとformationzoneが大きくなるので強度はある大きさで止まってしまう

slide12
角度
  • 角度はθ~1/γでピークをもつ
  • 実際の測定で測るには大きな装置と、高い位置分解能が必要
radiated tr spectrum
RadiatedTR spectrum
  • エネルギーの大部分はX線領域に放出される
  • 境界が多数あるとコヒーレントに結合する
  • γが大きいと高いエネルギーのX-rayのほうが強くなる
slide15
検出器の種類
  • シンチレーション・カウンター(S)
  • チェレンコフ・カウンター(Ch)
  • ドリフトチェンバー(DC)
  • Pb-glass カロリメーター(Pb)
  • 多線式比例計数箱(MWPC)
  • Silicon strip detector

これって何をするの?

slide16
シンチレーション・カウンター
  • 主に時間の測定に用いられる
  • 荷電粒子がシンチレータを通過すると中の物質を励起させ、基底状態に戻るときの可視光を、光電陰極におくる
  • それをPCで増幅して観測する
  • シンチレータの条件
  • 減衰長が長い
  • 最大蛍光量が大きい
  • 時間分解能の原因
  • PCでの伝播時間の揺らぎ
  • シンチレータやライトガイド内での光路長の違い

二つ以上用いてstart-stopを管理する

slide17
チェレンコフ・カウンター
  • 主に粒子の同定に用いられる
  • 物質内での光の伝播速度より速い粒子が通ると発生
  • チェレンコフ光の性質はβ,λ(波長),θ(進行方向との角度)に依る
  • 高い時間分解能
  • 識別方法
  • 閾値を決める(運動量が同じで質量の違うときβが異なるため)
  • 絞りをつける(βが大きくなるとθが大きくなるので、θでの光量を測定する)

Electron triggerに使える

1GeV/cのとき、

γe~2000、γpi~10

光量の分布でも粒子識別は可能

  • 入射方向が一定でない場合は
  • チェレンコフ・リングイメージ検出器(RICH)を使用

Electrontriggerに使える

slide18
ドリフトチェンバー →今回のメイン
  • 主に位置の測定に用いられる
  • PCでは粒子の通過時刻と陽極パルスの立ち上がりはとの時間差⊿tは、一次電離の発生点とアノードワイヤーとの距離に正確な相関がある
  • 粒子の通過時刻と、パルスの立ち上がり時刻がわかれば一次電離の発生点がわかる
  • ドリフト速度が一定なら発生点までの距離は v⊿t
  • 電場の一定に保ちたい→ワイヤーの張り方
pb glass calorimeter
Pb-glass calorimeter

Crystal(NaI,Pb-glass)

サンドウィッチカロリメーター

EMCALの一種→高エネルギーγ線のエネルギー測定

シャワーによって生じた電子、陽電子による蛍光またはチェレンコフ光を観測

  • エネルギー分解能◎
  • 取り扱い難、高価

シャワーを作る物質(鉛、タングステン等)+シャワー電子の測定器 を重ねたもの

  • 信号が早い
  • 位置精度が悪い
slide20
多線式比例計数箱(MWPC)
  • 主に位置の測定に用いる
  • PCがたくさんあるイメージで、電離が起きた近くのワイヤーにパルスが現れる
silicon strip detector
Silicon strip detector
  • 位置の測定に用いる
  • 素粒子がシリコン検出器内を通り抜けると、電子とホールができ、電子はプラス、ホールはマイナスの電極へ集められ、ストリップ上に電気信号が発生する
  • 信号が検知された両面それぞれのストリップの位置から位置を決定する
drift chamber
Drift chamber

まずはdetector

slide23
大体の構造
  • Xe/CO2はTRの吸収がよい
  • 大きさは0.5×0.6㎡
  • Anode:W-Au20μm
  • Cathode:Cu-Be 75μm
  • Entrance : aluminized kapton 25μm

6mm

5mm

30mm

  • TRによるシグナルと電子によるシグナルはほぼ重なる

48mm

slide24

電子雪崩

γ

ガス
  • TRの吸収がなるべく良いもの→Xe
  • クエンチャー

紫外線の不安定性を取り除く→CO2

source tests
Source tests
  • Anode,Cathode電圧や、gasgain, エネルギー分解能を決めるため、まずはわかっているものでテストをする
  • 55Feからの軟X線(5,9keV)
beam tests 1 setup
Beam tests(1)→setup
  • S1,S2→beam trigger
  • Ch→electron trigger(取りこぼしあり)
  • Ch & Pb→測定結果から適当なものを選ぶのにつかう
beam tests 2
Beam tests(2)
  • Chでの光量とPbでの光量には正の相関がある、
  • 閾値を決めて粒子識別をする
  • 結局一番よさそうな状態は
  • 90% Xe+10% CH4
  • Ud=-4.0kV, Ua=1.6kV
  • Gas gain ~ 8000
  • 酸素は10ppm以下に保つ
slide28
読み出し
  • Cathodepadの読み出しは20MHz
  • (Drift velocityは1.5*10^-3mm/ns)
  • Drift timeは2μs以上
  • よって7.5mm以上の精度で読み出せる
radiator
Radiator

なにを選ぼうかなぁ

slide30
テストの仕方
  • Drift time vs PH
  • FADCが使われる
  • それを全てのpadについて平均を取る

テストビーム

slide31
解釈

TR

Amplification region

Drift region

Ion tail

Electron attachment

radiator1
テストしたradiatorの種類
  • 大きく分けてfoil, fiber,foamを使った
  • Radiatorの厚さは3-10cm
radiator2
Radiatorの違い
  • Drift regionを4分割
  • <PH>e/<PH>piが大きいほうが識別しやすい
  • Fiberは使える(軽い)
  • (密度は小さいほうがよい)
  • Form1,form3は使えそう
alice
Aliceでは結局・・・
  • TR
  • ALICEでの形・大きさ
  • 圧力に対する強度(変形しないように)

などなど考慮した結果

  • Fiberとfoamのサンドイッチ型がよい
distribution simulation
Distribution(simulation)

エネルギー分布

大きなクラスターの位置

  • TRによってエネルギー分布はelectronのほうが大きいほうにシフトしている
  • TRがentrance window付近で多い

(pionはほぼ一様)

chamber
Chamberの数
  • たくさんチェンバーがあったほうがelectronの分布が見やすい
  • ALICEでは6層です
pion rejection factor1
Pion rejection factor

Pion rejection factorを決める3つの方法

  • TMQ→平均値を使う
  • L-Q→可能性を使う
  • L-QX→L-Qとlargest clusterの位置をつかう
l q l qx
L-Q,L-QX
  • Likelihoodが90%のときのcountの比をpionrejection factorとする
efficiency
Efficiency
  • Pionrejection factorを決める値
  • L-QXが一番よい(左:90右:150)
  • 2GeV/cまではエネルギーが上がるごとに良くなっている(さらに上がるとだんだん悪くなっていくようです)
slide41

おしまい

ありがとうございました

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