Local monitor A.Anastasi, C. Ferrari, A. Fioretti, C. Gabbanini, G. Venanzoni 21 settembre 2015

Riflessioni sul local monitor Nell’incontro precedente era stato proposto un local monitor assoluto, in cui i 24 segnali provenienti dai diffusori venivano riportati sul tavolo ottico mediante fibre ottiche ed acquisiti con 24 PMT equipaggiati ognuno con una sorgente di Am. Lo schema proposto aveva sollevato i dubbi dei referees

Local monitor old style Laser Panel Diffuser 25 mt, PMMA fiber,  = 1 mm Calorimeter X mt quartz fiber  = 0.4 mm PMT 1 Filter wheel Bundle 54+3 fibers, 1 mt, PMMA,  = 1 mm PMT 1 Fiber coupling Optical table with flow box Local monitor B X 24 Am+NaI PMT 2 Bundle 3 fibers, 1 mt, PMMA,  = 1 mm X 6 (4) 3 CH X 6 X 24 25% Smart board 1 CH X 24 Board Interface to WFD  TCA MHz Collimator Local monitor A 20%

Upgrade local monitor Dopo attenta e approfondita riflessione condividiamo il parere dei referees. Il sistema proposto ha le seguenti controindicazioni: 1)Numero eccessivo di PMT (96, con la duplicazione); 2)Numero eccessivo di sorgenti Am (24) e relativo costo; 3)Pannello ingombrante da installare a causa delle lunghe fibre da riportare sul tavolo ottico; 4)Pannello difficilmente sostituibile in caso di malfunzionamento, per lo stesso motivo di cui al 3).

Local monitor stile “Trieste” Proponiamo una soluzione alternativa che sembra risolvere tutte le questioni esposte: Si intende produrre un impulso ottico noto da inviare ai PMT del local monitor A (LM-A, nei pressi del calorimetro), per calibrarne il guadagno, e distribuito mediante un punto di distribuzione e 24 fibre ottiche. Sostanzialmente una replica del sistema di calibrazione, ma con fan-out inferiore e quindi più semplice e stabile. Ai PMT locali (LM-A) arrivano due segnali (temporalmente separati): uno dal bundle del diffusore ed uno assoluto. Il valore assoluto del segnale di calibrazione viene garantito dal LM-B (source monitor + 2 PMT con Am).

Setup local monitor “Trieste” Laser Panel Diffuser 25 mt, PMMA fiber,  = 1 mm Calorimeter X mt quartz fiber  = 0.4 mm PMT 1B Filter wheel Bundle 54+3 fibers, 1 mt, PMMA,  = 1 mm PMT 1A Fiber coupling Optical table with flow box Local monitor B Am+NaI PMT 2A Bundle 3 fibers, 1 mt, PMMA,  = 1 mm X 6 (4) 3 CH X 6 X 24 25% Board Interface to WFD 3 CH Board Interface to WFD  TCA MHz Collimator Local monitor A 20% Laser Distribution PMT 2B Am+NaI 2 CH

Local monitor “Trieste” Si ripropongono le opzioni vagliate per il sistema di calibrazione: Sorgente impulso: Laser Picoquant (750 pJ/impulso) Punto di distribuzione: deve realizzare lo splitting in 24 (o 48) parti uguali con stabilità ed uniformità. Sfera integratrice o fiber splitting? Distribuzione con fibre ottiche: Quarzo o PMMA?

Punto di distribuzione Sfera integratrice o fiber splitting? Il fiber splitter offre il vantaggio di un impulso di forma inalterata. Tuttavia, costa molto di più, l’utilizzo è un po’ più complesso e limita le possibili soluzioni per il LM-B. CaratteristicheSfera integratriceFiber splitter Trasmissione (vedi oltre)0.8 Costo (E) UniformitàOttima (0.5%)Buona (5%) StabilitàOttimaOttima (0.7%) CollimazioneEstremamente facileServe collimatore Forma impulsoAllargata (coda)Ottimale Local monitor BVarie potenze disponibili alle porte o alle fibre (PD, PMT, power meter) Solo PMT all’uscita di una delle fibre

Trasmissione sfera integratrice E’ stato misurato il coefficiente di trasmissione della sfera da 2”, raccogliendo il segnale con un bundle di fibre ottiche di PMMA, diametro 1 mm, lunghezza 3 mt: Si è ottenuto T = L’energia all’uscita della sfera risulta di 0.2 pJ/impulso Questo impulso risulta molto intenso, è pertanto possibile utilizzare le fibre in PMMA di 20 mt. L’energia all’uscita delle fibre risulta di 0.08 pJ/impulso Questo impulso è pari a quello che si raccoglie dal diffusore con 4 fibre, quindi più che sufficiente per calibrare un PMT.

Uniformità e stabilità fiber splitter Il rapporto tra le uscite di due fibre ha una distribuzione gaussiana di media = e SD = 0.007

Mappa di uniformità per una sfera integratrice (LabSphere, mod. US-060-SF)

Coefficiente termico della trasmissione Laser Beam splitter 90:10 Filter Wheel T = 100% Energia al 90% (900 pJ/impulso) e rate 9 Hz Collimatore David Hertzog ci assicura che la stanza del ring è termostatata entro 1 °C. Box termostatato Fibra ottica E’ stato misurato l’effetto della temperatura sul coefficiente di trasmissione delle fibre di quarzo e PMMA.

Coefficiente termico della trasmissione ottica PMMA  Trasmissione ~ 0.06 %/°C

Coefficiente termico della trasmissione ottica QUARZO  Trasmissione ~ 0.07 %/°C

Coefficiente termico della trasmissione David Hertzog ci assicura che la stanza del ring è termostatata entro 1 °C. Speriamo sia vero. Le misure mostrano una stablità migliore del 0.1%/°C, come limite inferiore. In ogni caso bisogna inserire vari sensori di temperature nelle canale delle fibre ottiche ed utilizzare lo slow control per il monitoraggio. Se le canale sono a tenuta d’aria, è possibile intervenire successivamente con un flusso di aria per controllare la T delle fibre.

Costo local monitor - sfera 1)Laser Picoquant + driver = (Prev. Ts) 2)Source monitor = 3000 (Prev. Ts) 3)Sfera integratrice = 1000 (Prev. Ts) 4)Bundle fibre ottiche PMMA (50 x 25 mt) = 2500 (Ts) 5)LM-B assoluto (2 PMT + 2 Am) = 4000 (Prev. Ts) 6)48 PMT locali = 0 7)Meccanica e ottica = 1500 (Prev. Ts) 8)Elettronica = 2000 x 24 = (Prev. Na) TOTALE = 26 (Ts) + 48 (Na) = 74 kEuro Il preventivo si basa sull’assunzione di utilizzare i PMT degli americani. I PMT saranno testati a Frascati entro l’anno.

Costo local monitor - fiber splitting 1)Laser Picoquant + driver = (Prev. Ts) 2)Source monitor = 3000 (Prev. Ts) 3)Fiber splitter 1 x 50 = (Prev. Ts) 4)Fibre ottiche quarzo 0.1 mm (50x25 m) = (Ts) 5)LM-B assoluto (2 PMT + 2 Am) = 4000 (Prev. Ts) 6)48 PMT locali = 0 7)Meccanica e ottica = 2000 (Prev. Ts) 8)Elettronica = 2000 x 24 = (Prev. Na) TOTALE = 43 (Ts) + 48 (Na) = 91 kEuro Il preventivo si basa sull’assunzione di utilizzare i PMT degli americani. I PMT saranno testati a Frascati entro l’anno.

Tempistica Scelta definitiva del sistema: incontro a Fiume in ottobre. Definizione delle opzioni tecniche (sfera/splitter, elettronica, fibre, controllo temperatura): fine 2015 Scheda elettronica: febbraio Prototipo finale: TB, marzo 2016.

Conclusioni Lo schema LM “Trieste” sembra molto promettente: 1)Dimezza il numero di PMT: = 50; 2)Abbatte il numero di sorgenti AM: 1 source monitor + 2 PMT assoluti LM-B. Totale = 3 sorgenti Am; 3)Semplifica le operazioni di installazione e sostituzione. Controindicazioni: 1)bisogna disegnare adattare la scheda elettronica; 2) per ottenere il valore della costante di calibrazione bisogna combinare i dati dei LM-A e -B, raccolti dal WFD del calorimetro e dal WFD del tavolo ottico.