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

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

2 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

3 Local monitor old style Laser Panel Diffuser 25 mt, PMMA fiber,  = 1 mm Calorimeter X 24 25 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 12 bit @ 800 MHz Collimator Local monitor A 20%

4 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).

5 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).

6 Setup local monitor “Trieste” Laser Panel Diffuser 25 mt, PMMA fiber,  = 1 mm Calorimeter X 24 25 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 12 bit @ 800 MHz Collimator Local monitor A 20% Laser Distribution PMT 2B Am+NaI 2 CH

7 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?

8 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 3 10 -4 (vedi oltre)0.8 Costo (E)100010000 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

9 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 = 2.7 10 -4 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.

10 Uniformità e stabilità fiber splitter Il rapporto tra le uscite di due fibre ha una distribuzione gaussiana di media = 0.984 e SD = 0.007

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

12 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.

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

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

15 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.

16 Costo local monitor - sfera 1)Laser Picoquant + driver = 14000 (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 = 48000 (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.

17 Costo local monitor - fiber splitting 1)Laser Picoquant + driver = 14000 (Prev. Ts) 2)Source monitor = 3000 (Prev. Ts) 3)Fiber splitter 1 x 50 = 10000 (Prev. Ts) 4)Fibre ottiche quarzo 0.1 mm (50x25 m) = 10000 (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 = 48000 (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.

18 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 2016. Prototipo finale: TB, marzo 2016.

19 Conclusioni Lo schema LM “Trieste” sembra molto promettente: 1)Dimezza il numero di PMT: 24+24+2 = 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.