Ageing nelle RPC: l’esempio di BaBar

Presentazione sul tema: "Ageing nelle RPC: l’esempio di BaBar"— Transcript della presentazione:

1 Ageing nelle RPC: l’esempio di BaBar

2 BaBar IFR concept

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4 Resistive Plate Chamber
Bakelite: alta resistivita’, evita la propagazione della scarica grazie a una caduta locale del campo elettrico Gas: deve assorbire i fotoni UV. Molto isobutano quindi, non potendo per varie ovvie ragioni si usa tetrafluoretano. Grafite: serve a distribuire la tensione sul tutta la superficie. Resistivita’ abbastanza alta per essere trasparente Strisce: elettrodi di lettura Olio di lino: un pizzico di mistero non guasta. [serve a rendere priva di asperita’ la superficie interna della bakelite (ricordatevi che il campo e’ di 10000V su 2mm)

5 Resistive Plate Chamber
Bakelite: alta resistivita’, evita la propagazione della scarica grazie a una caduta locale del campo elettrico Gas: deve assorbire i fotoni UV. Molto isobutano quindi, non potendo per varie ovvie ragioni si usa tetrafluoretano. Grafite: serve a distribuire la tensione sul tutta la superficie. Resistivita’ abbastanza alta per essere trasparente Strisce: elettrodi di lettura Olio di lino: un pizzico di mistero non guasta. [serve a rendere priva di asperita’ la superficie interna della bakelite (ricordatevi che il campo e’ di 10000V su 2mm)

6 Due modi di funzionamento
Streamer : 200 mV su 50 Ohm, 1nC di carica (un risparmio non indifferente sull’elettronica che segue) Avalanche The vertical scale is 200mV, since amplification is 200, so the equivalent vertical scale is 1mV/div. Time scale is 50ns/div. Gas mix: R134A/Isobutane/SF6 (94/5/1), HV = 10600V. Pochissima carica, molto rumore Elettronica delicata. Alta rate !!!!!

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8 GIUGNO ‘99

9 Il rimedio Raffreddamento del ferro attraverso un sistema di circolazione di acqua fredda

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11 E con una sola fine possibile: la morte
 accese tutte % m orti 1999 2000

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13 Il vero problema: tuttavia all’epoca incompreso
I(mA) I(mA)

14 Un interessante problema di fisica Sfortunatamente fuorviante
bottoni

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16 Altre simpatiche foto

17 Da cosa e’ costituito questo olio
Da cosa e’ costituito questo olio ? E’ una mistura di trigliceridi, formati da una molecola di glicerolo e tre molecole di acidi grassi. Ma vicino alle “stallattiti”…..

18 E si e’ formato uno strato solido di olio.
Probabilmente dopo la polimerizzazione c’e’ stato una ossidazione dell’olio di Lino E si e’ formato uno strato solido di olio. L’analisi spettroscopica ha evidenziato la presenza di ftalati che possono inibire La polimerizzazione. L’aumento di temperatura ha sciolto una parte di olio, mentre il campo elettrico Facilita la formazione di bolle/stalagmiti che uniscono I due strati del gap. Per creare questo distastro servono: Olio non del tutto polimerizzato Alte temperature Campo elettrico

19 Il ‘rassicurante’ modello
L’olio di lino sciolto mette in quasi corto circuito I piani della RPC: potenziale abbassato

20 Questo modello sembra buono ma…non spiega tutto
in primis perche’ le camere continuino a peggiorare (mica penserete che l’olio si continua a sciogliere) -e poi perche’ le camere continuino a morire E c’e’ un altro problema che non si spiega col modello descritto. Le camere sembrano morire dopo che la corrente (alta !) comincia a diminuire e rapidamente si azzera !!!!

21 Il mistero profondo  I (A) Questo non e’ compatibile
col modello a gocce d’olio

22 Succede in quasi tutti i decessi

23 Radiografia di un disastro
Efficiency

24 Decisione: rifare le RPC
Rifacimento di 24 moduli Senza cambiamenti apprezzabili nel processo di produzione (eccetto una oliatura fatta in modo diverso) Installazione in un quarto del Forward Operati in un ambiente a temperatura controllata E monitorati con attenzione

25 Putroppo non funziona…
Ageing osservato anche in condizioni di funzionamento stabili e controllate

26 Un caso interessante

27 Un caso terrificante

28 La morte in diretta

29 R(bakelite) vs Charge

30 Ma anche l’umidita’ vuole essere protagonista
Prego notare che : Atmosfera secca produce incremento di resistivita’ Aria umida riporta la resistivita’ a bassi valori

31 Noise vs Temperature 21 gradi 31 gradi

32 Autopsie

33 Analisi di una RPC Bad #2

34 Regione bad 1 Bad #2 Il contatore non e’ danneggiato ne
meccanicamente ne elettricamente Il gas secco ha fatto aumentare paurosamente La resistivita’ della grafite. Cura: gas umido

35 Regione 2 Bad #2 Ecco una chiave. La grafite evapora nelle zone ad alta Corrente. Cura: nessuna

36 REGIONE BUONA Bad #2 Stava per morire. Improvvisamente. Cura: nessuna
Paradossalmente la regione migliore e’ quella che non Funziona.

37 e i difetti sono da evitare

38 tutti , ma proprio tutti

39 intanto si costruiva il futuro
Forward scelto perche’ accessibile anche in assenza di una comprensione completa del problema Unica scelta per poter porre rimedio a breve Termine Cmq una buona meta’ dell’angolo solido E l’aggiunta dell’ottone cura un altro problema

40 La chiave che apre quasi tutte le porte: QC/QA

41 Qualita’ meccanica (2)

42 Le sorprese non finiscono mai
Random trigger No beam Cosa rende Up e Down Asimmetrici ? Problema: il gas e’in serie. Entra nel modulo di sotto e esce in quello di sopra.

43 Il problema del Fluoro !!!!!

44 Topologie e trucchi

45 In media funziona (l’inversione)

46 Nei layer interni il fondo e’ concentrato vicino alla Beam Pipe
Sono tanti Hz/cm2

47 Nei layer esterni il fascio illumina a giorno

48 controprova Only the chambers marked NEW are ‘new’. The others
belongs to the original production and do not show any improvement

49 Talvolta la bruta forza

50 Sono anche doppi layer

51 Torniamo ai layer interni
La perdita di efficienza a piccoli raggi (alta rate) sembra inevitabile (sebbene non danneggi il contatore)

52 Intelligenza, questa volta: trasformazione in Avalanche

53 Dark current Layer #1 beam cosmic ∆I ~ 5A Avalanche chamber
Fact of 5 less Layer #2 Streamer chamber ∆I ~ 20A

54 Piu’ semplice di quanto temuto

55 Avalanche vs Streamer Lower current , less current, less voltage drop , higher efficiency: as simple as Ohm

56 La spiegazione (del barrel)
La temperatura creo’ le stalattiti, le stalagmiti, i depositi di olio sulle cornici L’olio evidentemente non era polimerizzato La conseguenza fu un incremento brutale della corrente Ohmica e delle scariche (correnti di 200 A !!!!) La carica che e’ fluita in alcune regioni critiche ha fatto diminuire l’efficienza (legge di Ohm) quando e’ andata bene (ma con un peggioramento costante (aumento della resistivita’ della bakelite colla carica). Quando e’ andata male (e prima o poi si passa la soglia) ha fatto evaporare la grafite e provocato la morte del contatore

57 La spiegazione (del Forward 2 versione)
Il gas fatto fluire era secco e lento La bakelite e’ aumentata di resistenza L’effetto e’ stato compensato aumentando la tensione I difetti locali hanno innescato hot spot virulenti Il fluoro intanto lavorava e creava i beam tree mangiandosi l’olio di lino, facendo aumentare il numero delle scariche locali ed eventualmente facendo superare localmente al contatore la soglia di evaporazione della grafite Inefficienze locali quindi ma non morte del contatore

58 I Comandamenti I Peccati
L’unico modo di operare che dovrebbe essere permesso e’ l’Avalanche I contatori devono essere delle unita’ di gas individuali Il gas non dovrebbe contenere Fluoro Tuttavia se uno sa bene quello che fa puo’ sopravvivere per il tempo dell’esperimento violandi qualcuna delle regole BaBar viola tutte e tre le regole ma i contatori sono costruiti come gioielli e quindi sopportano la violenza in modo stoico (eccetto Ohm !) I Peccati

59 I problemi di ageing a BELLE

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61 I(mA)

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64 La presenza di acqua insieme al fluoro ha innescato la reazione
Cosa e’ successo ? La presenza di acqua insieme al fluoro ha innescato la reazione H20 + F  HF Anodo (FREON) Catodo (FREON) Anodo (Senza FREON) Anodo ( FREON) Vetro

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67 Anode ok Catodo ok

68 La soluzione e’ quindi quella di aprire le camere e pulire I vetri dagli accumuli di Fluoro
In alternativa si puo’ anche far flussare HN3