научная статья по теме ВРЕМЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ 6-ЗАЗОРНОЙ РЕЗИСТИВНОЙ ПЛОСКОЙ КАМЕРЫ СО СТРИПОВЫМ СЪЕМОМ ИНФОРМАЦИИ Физика

Текст научной статьи на тему «ВРЕМЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ 6-ЗАЗОРНОЙ РЕЗИСТИВНОЙ ПЛОСКОЙ КАМЕРЫ СО СТРИПОВЫМ СЪЕМОМ ИНФОРМАЦИИ»

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2010, № 2, с. 20-24

TЕХНИКА ЯДЕРНОГО ^^^^^^^^^^^^^^ ЭКСПЕРИМЕНТА

УДК 539.1.074.22

ВРЕМЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ 6-ЗАЗОРНОЙ РЕЗИСТИВНОЙ ПЛОСКОЙ КАМЕРЫ СО СТРИПОВЫМ СЪЕМОМ ИНФОРМАЦИИ

© 2010 г. В. В. Аммосов, О. П. Гаврищук*, В. А. Гапиенко, В. Г. Заец, Н. А. Кузьмин*, Ю. М. Свиридов, А. А. Семак, С. Я. Сычков*, Е. А. Усенко*, А. И. Юкаев*

ГНЦ РФ "Институт физики высоких энергий" Россия, 142281, Протвино Московской обл., ул. Победы, 1 *Объединенный институт ядерных исследований, Лаборатория физики высоких энергий Россия, 141980, Дубна Московской обл., ул. Жолио-Кюри, 6 Поступила в редакцию 09.07.2009 г.

Стеклянная 6-зазорная резистивная плоская камера со стриповым съемом информации была испытана на пучке ускорителя У-70 Института физики высоких энергий. Получено временное разрешение ~45 пс при эффективности более 98%. Координатное разрешение вдоль стрипа составило ~1 см.

ВВЕДЕНИЕ

Впервые использование многозазорных рези-стивных плоских камер (МРПК) в качестве детектора с высоким временным разрешением для времяпролетных систем было предложено группой ALICE [1]. В результате многолетней работы этой группы был создан времяпролетный детектор (в.п.д.) для эксперимента ALICE [2] на основе 10-зазорных резистивных плоских камер с падо-вым (3.5 х 2.5 см) съемом информации. В методических работах группы ALICE удалось достичь временного разрешения на уровне 50 пс. Такое высокое временное разрешение в МРПК получалось как за счет использования узкого (0.25 мм) зазора с высокой напряженностью электрического поля, так и за счет суммирования сигналов с многих зазоров. Работы группы ALICE послужили отправной точкой для многочисленных разработок в.п.д. с высокой гранулярностью и большой площадью.

Первой времяпролетной системой на основе МРПК, отработавшей в уже завершенном эксперименте HARP [3], был в.п.д., в котором использовались 4-зазорные МРПК. Для регистрации сигналов использовались большие пады 24 х 10 см, состоящие из восьми стрипов размером 3 х 10 см, информация с которых суммировалась электронным образом. Временное разрешение этого в.п.д. составило 160 пс. В настоящее время создаются или уже применяются системы идентификации заряженных частиц методом измерения времени пролета с помощью МРПК в экспериментах HADES [4], FOPI [5], STAR [6].

Целью данной работы является исследование временного разрешения для 6-зазорной стеклянной МРПК со стриповым съемом информации. Такая камера могла бы быть использована при со-

здании в.п.д. в новых проектируемых экспериментах PANDA [7], MPD [8], SPIN [9]. Применение стрипов для системы считывания позволяет значительно уменьшить число каналов "накамер-ной" электроники и также количество вносимого в установку вещества. Определение среднего времени по сигналам с двух концов стрипа делает временную отметку независимой от места прохождения частицы.

Впервые использование стрипов для МРПК было предложено в работах [10, 11]: в [10] были использованы широкие (25 мм), а в [11] — узкие (2.54 и 3.44 мм) стрипы. Уже когда нами были получены результаты, приводимые в данной статье, одновременно появились публикации [12, 13], где описаны данные по использованию 25-мм стрипов в стеклянных 10- и 6-зазорной МРПК.

1. ДЕТЕКТОР

Схема тестируемого нами детектора в разрезе представлена на рис. 1. Стеклянная камера состоит из двух одинаковых половинок относительно сигнальных электродов: по три газовых зазора с каждой стороны от плоскости сигнальных электродов. Для создания МРПК использовались имеющиеся в распоряжении стеклянные пластинки толщиной 0.85 мм с объемным сопротивлением 2 • 1012 Ом • см. Зазор между стеклянными пластинами поддерживается изолятором — обычной рыболовной леской 00.3 мм. Высокое напряжение прикладывается к стеклянным стопкам через графитовое покрытие (~1 МОм/Ш), нанесенное на стекло. В качестве изолятора между высоковольтным электродом и катодом используется майларовая пленка толщиной 0.2 мм. Сигнальный электрод состоял из восьми стрипов длиной 30 см и шириной 25 мм каждый (рис. 2). Импе-

ВРЕМЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ 6-ЗАЗОРНОИ РЕЗИСТИВНОИ ПЛОСКОЙ КАМЕРЫ

21

Графитовое покрытие

Катод

Майлар 0.2 мм

кВ

Стекло 0.85 мм Сигнальный стрип

Майлар 0.05 мм

Леска 00.3 мм

Рис. 1. Схематический разрез тестируемой камеры.

данс стриповой линии был измерен и равен 20 Ом. Камера помещается в герметичный алюминиевый контейнер, через который пропускается газовая смесь. В качестве рабочей смеси используется тетрафторэтан С2Б4И2 с добавлением 5% изо-бутана С2И4 и 2%8Е6. Толщина детектора составляет ~8.5% Х/Х0.

2. АППАРАТУРА И УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

Стеклянная МРПК была испытана в тестовой зоне канала 6 ускорителя ИФВЭ на пучке, состоявшем в основном из адронов с импульсом в несколько ГэВ/с. Для мониторирования пучка и получения временной привязки использовались четыре сцинтилляционных счетчика на основе фотоумножителя ФЭУ-87. На рис. 3 показана схема расположения счетчиков и МРПК в тестовой зоне. Пучковые счетчики и имели сцин-тилляторы размером 1 х 1 х 1 см, что позволяло иметь "пятно" пучка в плоскости камеры размером 1 х 1 см. Два временных счетчика Т12 и Т34 со-

стояли из сцинтилляторов размером 1 х 1 х 5 см, каждый из которых просматривался с обоих концов двумя ф.э.у. Сигналы с временных ф.э.у. формировались с помощью дискриминаторов со следящим порогом. Триггерный сигнал вырабатывался при совпадении сигналов со всех счетчиков:

• ^2 ' Т1 ' Т2 ' Т3 ' Т4.

В качестве усилителя для МРПК использовался усилитель ЯРС БЕЕ1 [14], разработанный в эксперименте БОРЕ полоса — 1 ГГц, усиление — до 100, входной импеданс — 50 Ом; имеются аналоговый и цифровой выходы, время нарастания по аналоговому выходу ~350 пс. Сигнал со стри-пов передавался на усилитель 50-омным коаксиальным кабелем длиной 1 м. Аналоговый и сформированный сигналы с обоих концов стрипа, а также сигналы с временных ф.э.у. передавались из тестовой зоны по 25-метровым коаксиальным кабелям в домик экспериментатора для оцифровки модулями КАМАК — преобразователями: время-цифровым ЕеСгоу 2228А (ВЦП) с временным разрешением 47 пс/канал и зарядово-цифровым ЕеСгоу 2249А (ЗЦП).

ров (приведены в виде горизонтальных линий).

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

В качестве опорного времени, относительно которого рассматривался отклик МРПК, бралось усредненное по всем временным счетчикам время Т0 = (Т1 + Т2 + Т3 + Т4) /4. Погрешность определенного таким образом опорного времени была оценена из сравнения среднего времени Т12 = (Т1 + Т2) /2 и среднего времени Т34 = (Т3 + Т4) /2. На рис. 4 приведено распределение по разности (Т12 - Т34). При аппроксимации этого распределения функцией Гаусса ширина распределения получается равной ~104 пс. Из ширины распределения (Т12 - Т34) легко найти, что опорное время Т0 измерялось нами с точностью ±52 пс.

При усилении сигнала усилителем с постоянным порогом время срабатывания зависит от амплитуды сигнала на входе усилителя. Типичная для нашего случая зависимость "время—заряд"

22

АММОСОВ и др.

Рис. 3. Схема расположения экспериментального оборудования в тестовой зоне.

для сигналов с МРПК представлена на рис. 5а. Распределение сигналов с МРПК по заряду приведено на рис. 5б. Времена, измеренные с каждого из концов стрипа, поправлялись с учетом этой корреляции "время—заряд".

На концы одного стрипа приходят сигналы одинаковой амплитуды, поэтому определение времени отклика камеры ТМРПК как полусуммы

времен: ТМРПК = (ТМРПК1 + ТМРПК2)/2, где ТМРПК1 и

ТМРПК2 — временные отсчеты, полученные с двух концов стрипа, не дает улучшения временного разрешения. Однако использование информации с двух концов стрипа позволяет убрать погреш-

ность, связанную с различным временем прохождения сигнала по стрипу при изменении координаты срабатывания камеры вдоль стрипа.

На рис. 6 приведены распределения времени отклика МРПК относительно опорного времени (ТМРПК — Т0) до коррекции на зависимость "время—заряд" и после коррекции. Выполнив квадратичное вычитание ошибки в определении опорного времени, оцениваем временное разрешение МРПК равным 44 пс. Данные, приведенные на этом рисунке, получены при напряжении на МРПК 9 кВ.

Число событий 7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

-600 -400 -200 0

200 400 600 Время, пс

Рис. 4. Распределение событий по разности времен (Т12 - Т34), измеряемых двумя временными счетчиками. Кривая — результат аппроксимации распределения гауссовой функцией. Наилучшая аппроксимация достигается при параметре ширины 104 пс.

Отсчеты ВЦП 60

50

40

Число событий 500 400 300 200 100

(а)

0

200

400 600 Отсчеты ЗЦП

800

1000

Рис. 5. а — зависимость среднего значения времени от заряда; б — распределение сигналов с МРПК по заряду.

ВРЕМЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ 6-ЗАЗОРНОЙ РЕЗИСТИВНОЙ ПЛОСКОЙ КАМЕРЫ

23

Число событий 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

8000 6000 4000 2000

0

-600 -400 -200 0 200 Время, пс

400 600

Разрешение, пс 100

80

60

40

(а)

_|_I_I_I_I_I_I_1_

Эффективность, % 100

90

80

(б)

Рис. 6. Распределение событий по разности между временным откликом МРПК Тмрик и опорным временем То: а — до коррекции на зависимость "время-заряд", б - после коррекции. Ширина распределения, полученная при аппроксимации гауссовой функцией, составляет 81 пс (а) и 68 пс (б).

Камера считалась неэффективной в двух случаях: либо когда хотя бы с одного конца стрипа не было сигнала, либо когда в распределении по разности (ТМРИК - Т0) отклик МРПК оказывался за пределами трех значений ширины этого распределения. Зависимости временного разрешения МРПК и ее эффективности от прикладываемого к камере высокого напряжения приведены на рис. 7. Видно, что камера имеет широкое плато по эффективности на уровне более 98%, а лучшее временное разрешение достигается при напряжении на МРПК 9 кВ.

Данные, приведенные на рис. 7, были получены для случая, когда пучок проходил через центр стрипа. Однако не было замечено изменений ни в эффективности, ни в разрешении, если камера устанавливалась так, чтобы пучок проходил через стрип ближе к его концу. В качестве примера на рис. 8 приведены распределения разности (ТМРИК -

— Т0) при пр

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»