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G. Pugliese Bari, 20 May 2005 I rivelatori a Resistive Plate Chambers G. Pugliese per la Collaborazione CMS di Bari.

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1 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 I rivelatori a Resistive Plate Chambers G. Pugliese per la Collaborazione CMS di Bari

2 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Barrel Endcap Barrel: Bari, Napoli, Pavia, Pechino (Cina), Sofia (Bulgaria) Endcap: Bari, CERN, Pechino (Cina), Seoul (Corea), Islamabad (Pakistan) Il gruppo di Bari leader per lintero progetto. Ha curato il trasferimento di tecnologia a Cina, Corea e Pakistan Il gruppo di Bari leader per lintero progetto. Ha curato il trasferimento di tecnologia a Cina, Corea e Pakistan La collaborazione RPC-CMS

3 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Rivelatori a gas: principio di funzionamento Il numero (n T ) di coppie ione-elettrone creato è proporzionale allenergia depositata nel dispositivo ( E): (Wi è lenergia media necessaria per produrre una coppia) Sfruttano la ionizzazione prodotta dal passaggio di una particella carica in una gas. Tipicamente il numero di coppie-ioni/cm nei gas comunemente utilizzati varia da 10 (He) a 100 (Ar).

4 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Processo di moltiplicazione : n = n o e (x-xo) Fattore di moltiplicazione: M = n/n 0 In presenza di un campo elettrico elevato (circa kV/cm) gli elettroni, accelerati verso lanodo possono acquistare energia sufficiente per creare nuove coppie ione-elettrone (valanga) Allaumentare dellintensità di E il processo prosegue con un susseguirsi di valanghe fino alla formazione del così detto streamer. (M= 10 8 ) Processo di moltiplicazione

5 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Elettrodi Piani e Resistivi Durata della scarica Il tempo di ricarica scar << RPC Durante la scarica gli elettrodi si comportano come isolanti e la scarica di estingue Area interessata dalla scarica circa 0.1 cm 2 Risoluzione temporale è limitata dal tempo di deriva degli e- nella zona di basso E Risoluzione temporale ns E uniforme E α1/r scar ns

6 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Il primo RPC Prestazioni: Ottima risoluzione temporale (circa 2 ns) grandi superfici economici rispetto agli scintillatori rate di funzionamento < 50 Hz/cm 2 Prestazioni: Ottima risoluzione temporale (circa 2 ns) grandi superfici economici rispetto agli scintillatori rate di funzionamento < 50 Hz/cm 2 Utilizzati fino ad oggi con successo negli esperimenti: E771, WA92, E831, L3 e ….. ……..BABAR. Utilizzati fino ad oggi con successo negli esperimenti: E771, WA92, E831, L3 e ….. ……..BABAR il primo RPC: elettrodi di bachelite spessore gas 2 mm raccolta del segnale su strisce esterne streamer mode 1982 il primo RPC: elettrodi di bachelite spessore gas 2 mm raccolta del segnale su strisce esterne streamer mode

7 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 LHC 20 collisioni ogni 25 ns circa 10 9 ev /s Prestazioni degli RPC Cluster size < 2 strisce Noise < 10 Hz/cm 2 Efficienza 95% Risoluzione temporale 2.5 ns Prestazioni degli RPC Cluster size < 2 strisce Noise < 10 Hz/cm 2 Efficienza 95% Risoluzione temporale 2.5 ns Riduzione a 10 5 ev/s (1° livello di trigger) Gli RPC in CMS Il rivelatori devono essere in grado di individuare il passaggio del entro pochi ns

8 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Una altra sfida.. Attività di R & D del gruppo di Bari per definire i parametri costruttivi del rivelatore in modo da soddisfare le richieste dellesperimento. Fondo Fotoni Neutroni 10 4 /cm 2 s n/cm 2 s Fondo Fotoni Neutroni 10 4 /cm 2 s n/cm 2 s Rate capability 1 kHz/cm 2 Dose totale accumulata in 10 anni 10 Gy Invecchimento (aging) del rivelatore??? Dose totale accumulata in 10 anni 10 Gy Invecchimento (aging) del rivelatore???

9 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Resistività bachelite più bassa Diminuisce il tempo di ricarica degli elettrodi: Necessità di aumentare la rate capability del rivelatore da 10 Hz /cm 2 1 kHz/cm 2 streamer valanga Riduzione del segnale da 100 pC a 1 pC (diminuisce larea interessata dalla scarica) Elettronica di amplificazione Alta rate Test beam pC 100 pC valanga streamer

10 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Test di aging a Bari La sorgente: Bq di 60 Co Gli RPC Il telescopio consente una ricostruzione del punto di intersezione dei incidenti sugli RPC irraggiati con una risoluzione = 1 cm Il primo test a lungo termine (Marzo 98-99)

11 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Un RPC è considerato efficiente se vi è una striscia accesa entro 3 dal punto di intersezione della traccia ricostruita Non si sono osservate variazioni dellefficienza in funzione del tempo di irraggiamento Risultati Tutte le curve sono state corrette per variazioni di T e P

12 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Test di aging alla GIF (CERN) PeriodoStudio Agosto.98 - Maggio 99Sudi di elettrodi a bassa resistività Febbraio 00 - Maggio 00Studi di nuove miscela gassose Ottobre 00 - Maggio 02 Studio del trattamento superficiale elettrodi Maggio 02 - Giugno 04 Studi di comportamento su lunghi periodi di prototipi in condizioni CMS - like La sorgente: 740 GBq di 137 Cs beam Possibilità di variare il flusso dei muovendo opportuni filtri (a 50 cm da 10 7 a 10 4 /s cm 2 )

13 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Risultati 12 CMS years Tensione di lavoro al 90 % di efficienza in presenza di alto fondo Le prestazioni dei rivelatori irraggiati si sono dimostrate soddisfacenti. Non si sono osservati effetti di danneggiamento del rivelatore. Risoluzione temporale di un RPC irraggiato in presenza di fondo Curve di efficienza di un RPC in diversi condizioni di fondo

14 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Sensibilità degli RPC ai dove: N e numero di elettroni sul gas (e=100% ) N g numero di gamma sulla camera La sensibilità dellRPC è definita come: Cosa succede quando un fotone incide sullRPC…...interagisce prevalentemente nella bachelite Cosa succede quando un fotone incide sullRPC…...interagisce prevalentemente nella bachelite Simulazione degli RPC fatta con il codice di Montecarlo MCNP e GEANT Punti sperimentali

15 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Lidea della doppia Gap.. Front- end HV _ _ Gli RPC di CMS sono in doppia gap: due rivelatori sovrapposti uno sullaltro con gli elettrodi di lettura del segnale posti tra le due gap. Vantaggio… Il segnale indotto è la somma dei segnali prodotti nelle due gap: il rivelatore è efficiente a valori di tensioni più basse.

16 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 CMS Superfice TOT 6000 m canali di elettronica 900 camere CMS Superfice TOT 6000 m canali di elettronica 900 camere Grandi apparati… Resistività bachelite: = 2-5 x cm gas 96.2% C 2 H 2 F % isoC 4 H % SF6 campo elettrico 4.5 k V/mm Resistività bachelite: = 2-5 x cm gas 96.2% C 2 H 2 F % isoC 4 H % SF6 campo elettrico 4.5 k V/mm

17 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 GT HT Bari Pavia Sofia CERN Siti di test camere RB1 in Pavia RB2 & RB4 in Bari RB3 in Sofia (& Bari) Siti di assemblaggio camere 120 RB1 at HT 240 RB2 and RB4 at GT 120 RB3 in Sofia (& Bari) Double gap GT Single gap Produzione Barrel-RPC Iniziata nel

18 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Test delle camere Possibilità di testare 10 camere contemporaneamente Trigger con scintillatori Pressione e Temperatura e umidità del gas sono monitorate. Possibilità di testare 10 camere contemporaneamente Trigger con scintillatori Pressione e Temperatura e umidità del gas sono monitorate. IL 70 % del totale delle camere verranno testate a Bari!!

19 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Sciami cosmici Evento buono bad trigger Display eventi Ricostruzione delle tracce dei che attraversano lintera torre in X (posizione delle strisce accese) ed in Y ( posizione della camera nella torre).

20 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Max efficienza (valore medio 97.3 %) Risultati su 250 camere Cluster size media 2.1 strisce Noise Medio 1 Hz/cm 2 Corrente media 2 A HV= 9.6 kV

21 G. Pugliese Bari, 20 May Maggio 2005: 1 ruota completata 64 camere istallate 20 Maggio 2005: 1 ruota completata 64 camere istallate Stato installazione … Produzione camere

22 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Futuro… Cosmics challenge Test di uno spicchio di CMS: per la prima volta tutti i rivelatori saranno fatti funzionare insieme. Compito degli RPC: 1.produrre un trigger di settore e fornirlo agli altri rivelatori. 2. Studiare le prestazioni di un intero settore di RPC Cosmics challenge Test di uno spicchio di CMS: per la prima volta tutti i rivelatori saranno fatti funzionare insieme. Compito degli RPC: 1.produrre un trigger di settore e fornirlo agli altri rivelatori. 2. Studiare le prestazioni di un intero settore di RPC RB4 RB3 RB2 RB1 Settore

23 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Futuro… Commissioning Test con i cosmici di tutti i settori uno alla volta 1.Integrazione del sistema 2.Verifica delle prestazioni dellelettronica di trigger finale 3.Acquisizione Dati 4.Calibrazione e determinazione del corretto punto di lavoro 5.Monitoraggio dei parametri di funzionamento Sviluppo di programmi di analisi e monitor Commissioning Test con i cosmici di tutti i settori uno alla volta 1.Integrazione del sistema 2.Verifica delle prestazioni dellelettronica di trigger finale 3.Acquisizione Dati 4.Calibrazione e determinazione del corretto punto di lavoro 5.Monitoraggio dei parametri di funzionamento Sviluppo di programmi di analisi e monitor

24 G. Pugliese Bari, 20 May 2005

25 Spirali nuove spirali usate Tubo di silicone Particolare dei raccordi del gas e tubo di silicone e spirali di rame irraggiati Cosa altro abbiamo imparato…. Negli RPC si produce HF…non si sapeva… La qualità superficie è stata sensibilmente migliorata consentendo di ridurre il rumore della camera. Resistività di lastre di bachelite irraggiate in funzione della dose integrata. Elettronica di FE

26 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Recovery of RPC9 with the moist mixture: maximum efficiency vs time at Source Off and ABS1 ABS1=400 Hz/cm2 ABS 5= 120 Hz/cm2 ABS10= 50 Hz/cm2 Variazione della rate capability di un RPC a causa dellaumento della resistività per alto flusso di gas secco usato. Miscela

27 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Double gaps Cooling system test Gas flow test Gas leakage Kapton-FEB connectivity test HV test: I vs HV < 5 micro A steady for about 1 day I vs time Siti di assemblaggio accepted CH Disassembled and DG replaced Rejected

28 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 SG and DG quality control at GT 1st test: reach an inside overpressure of 20 mbar to spot unglued spacers and test gas tightness. 2nd test: current vs HV. The SG is rejected if I > kV 3th test: current stability at 9.5 kV for 12 hours End SG and DG production in Dec 05 Overview on the full production # 2571 SG produced until 20 May 2005 overall rejection factor 19 % # 872 DG produced until 20 May 2005 overall rejection factor 4.3 %

29 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 large chambers (up to 3 m 2 ) covering an overall surface of 4000 m 2 Central region La tecnologia di costruzione degli RPC è adeguata per assicurare una uniformità di risposta del rivelatore soddisfacente per un grande esperimento come CMS. Uniformità Linefficienza è giustificata dalla sola presenza degli spaziatori (~1 cm2 ) Due RPC doppia gap (2 e 3 mm) di grandi dimensioni (120x130 cm 2 ) sono stati studiati sul fascio di muoni (200 Hz/cm 2 ) H2 del CERN (Luglio-Settembre 1997). Al plateau dellefficienza le disuniformita dimnuiscono sensibilmente

30 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Summury Results Monitor the current stability vs time Chambers are rejected (or put on wait) if: a)I > 10 A for two gap b)I increases with time Chambers are rejected (or put on wait) if: a)I > 10 A for two gap b)I increases with time Chamber current distribution at 9.6 kV

31 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Irraggiamento di un RPC con 252 Cf Sensitivita ~ e neutroni Attività 17 Ci Decadimenti: 97% 3% fissione spontanea Possiamo ora calcolare la rate di segnali di fondo attesi in CMS per i neutroni e fotoni in 10 Hz /cm 2 e0.6 Hz/cm2.rispettivamente.

32 G. Pugliese Bari, 20 May 2005 Costruzione e test camere ISR Gap production Korea Gap production Korea Produzione Camere Pakistan Produzione endcap -RPC


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