Исследование неоднородности отклика модулей калориметра LCHb и прототипа модулей калориметра CBM Михаил Прокудин, Иван Королько; ИТЭФ

Содержание Мотивация Мотивация Геометрия модулей Геометрия модулей Схема экспериментальной установки Схема экспериментальной установки Процедура измерений Процедура измерений Результаты измерений с электронами и мюонами Результаты измерений с электронами и мюонами сравнение с результатами моделирования сравнение с результатами моделирования Заключение Заключение

Мотивация Технология «шашлык» Технология «шашлык» дешевая дешевая быстрая быстрая триггер триггер рад. стойкость рад. стойкость сегментируемость сегментируемость Разрешение Разрешение a - стохастический член ~8%/sqrt(E) a - стохастический член ~8%/sqrt(E) b - постоянный член b - постоянный член стохастический уменьшение толщины абсорбера увеличение массовой доли сцинтиллятора увеличение радиуса Мольера большее перекрытие ливней уменьшение толщины сцинтиллятора фотостатистика постоянный увеличение толщины сцинтиллятора технология цена пресс-формы ~7k $ моделирование процессов светосбора в пластике 7% RD36 data

Геометрия модулей Размер ячейки 4х4см 2 Размер ячейки 4х4см 2 LHCb LHCb 67 слоев сцинтиллятора толщиной 4мм 67 слоев сцинтиллятора толщиной 4мм 66 слоев свинца толщиной 2мм 66 слоев свинца толщиной 2мм прототип CBM прототип CBM 280 слоев сцинтиллятора толщиной 0.5мм 280 слоев сцинтиллятора толщиной 0.5мм 280 слоев свинца толщиной 0.5мм 280 слоев свинца толщиной 0.5мм

Экспериментальная установка Пучок e, μ Заглушка Калориметр m10.97m2.935 дрейфовые камеры Калориметрическая сборка 8 модулей (12x12cm 2 x1) для измерения утечек энергии измеряемый модуль LED1 LED2 PIN Схема мониторной системы

Мюоны. Процедура энергия только в центральной ячейке энергия только в центральной ячейке 1x1мм 2 квадратики 1x1мм 2 квадратики фит распределением Ландау фит распределением Ландау первый фит оценочный первый фит оценочный второй в пределах второй в пределах f(x start )=0.4*Max f(x start )=0.4*Max f(x end )=0.05*Max f(x end )=0.05*Max

Электроны. Процедура Энергия в 3x3+4 ячейках Энергия в 3x3+4 ячейках утечки в угловые ячейки пренебрежимо малы утечки в угловые ячейки пренебрежимо малы 1x1 мм 2 квадратики 1x1 мм 2 квадратики Итерационная процедура фитирования Итерационная процедура фитирования [-1.2 δ, +2 δ ] [-1.2 δ, +2 δ ]

Моделирование Измеренная неоднородность Измеренная неоднородность Вариация эффективности светосбора Вариация эффективности светосбора создана программа моделирования хода лучей создана программа моделирования хода лучей Вариация толщины сцинтилляционной пластинки Вариация толщины сцинтилляционной пластинки измерена на прямую измерена на прямую Свертка с энерговыделением от частицы Свертка с энерговыделением от частицы учет мертвого вещества учет мертвого вещества Geant3 (Geant4 для проверки результатов) Geant3 (Geant4 для проверки результатов)

Внутренний модуль LHCb ЭлектроныМюоны Масштаб!

Внутренний модуль LHCb. Between fibers Near fibers Between fibers ЭлектроныМюоны Серое – результаты моделирования. Черное – данные.

Прототип модуля CBM CBM. 0.5мм LHCb. 4мм Масштаб!

Прототип модуля CBM Все 3 измерения описываются одним набором параметров Все 3 измерения описываются одним набором параметров качество поверхности сцинтиллятора качество поверхности сцинтиллятора белизна каемки белизна каемки ширина белой каемки ширина белой каемки Серое – результаты моделирования. Черное – данные. Between fibers Near fibers

Внешний модуль LHCb Размер пластинки 12х12см 2 Размер пластинки 12х12см 2 8х8 волокон 8х8 волокон 1.5см между волокнами 1.5см между волокнами Параметры модели совпадают с использованными ранее! Параметры модели совпадают с использованными ранее! Серое – результаты моделирования. Черное – данные. Between fibers Near fibers

Заключение Измерена неоднородность отклика Измерена неоднородность отклика модулей калориметра LHCb модулей калориметра LHCb прототипа модуля калориметра CBM прототипа модуля калориметра CBM толщина пластин сцинтиллятора и свинца 0.5мм толщина пластин сцинтиллятора и свинца 0.5мм Построена процедура моделирования неоднородностей Построена процедура моделирования неоднородностей светосбор светосбор толщина толщина энерговыделение энерговыделение параметры извлечены из сравнения с данными параметры извлечены из сравнения с данными проверены на разных геометриях проверены на разных геометриях

Coordinate determination Modify coefficients Modify coefficients residuals residuals keep mean at 0 keep mean at 0 narrow narrow Cut χ 2

Программа моделирования хода лучей оптика оптика преломление преломление формулы Френеля формулы Френеля отражение отражение зеркальное зеркальное диффузное диффузное затухание затухание в среде в среде на поверхности на поверхности все свойства материалов/поверхнос тей могут быть функцией длины волны все свойства материалов/поверхнос тей могут быть функцией длины волны Геометрия примитивы цилиндр прямоугольный параллелепипед Булевы операции

White paint Edges and edging Edges and edging edging width require fine tuning edging width require fine tuning no mirror reflection or transparency no mirror reflection or transparency scaling coefficient introduced scaling coefficient introduced one of the main parameters one of the main parameters

Procedure 0.5x0.5mm 2 regions 0.5x0.5mm 2 regions Photons generated uniformly Photons generated uniformly also on Z axis also on Z axis isotropic isotropic Transported till photon absorption Transported till photon absorption Reemission in fiber Reemission in fiber isotropic isotropic check angles (transport to PMT) check angles (transport to PMT)

Geant model Geant3 Geant3 Gorynych framework Gorynych framework for ITEP FLINT experiment for ITEP FLINT experiment Tile model with holes and fibers Tile model with holes and fibers same as for ray- tracing same as for ray- tracing 67x4mm scintillator layers 67x4mm scintillator layers 66x2mm layers of lead 66x2mm layers of lead Dead material Dead material steel tape, 0.2mm thick steel tape, 0.2mm thick white paint, 0.15mm at edge of tile white paint, 0.15mm at edge of tile Steel tape, 0.2 mm White paint, 0.15 mm Fiber in each hole