2007/9/22 第 62回 日本物理学会 ATLAS前後方μ粒子トリガー検出器 地上動作試験の最終報告 高橋 悠太 (名古屋大学大学院 理学研究科) 戸本誠, 杉本拓也, 奥村恭幸, 佐々木修A，安芳次A，池野正弘A, 坂本宏B，川本辰男B，石野雅也B，野本裕史B，久保田隆至B , 蔵重久弥C，門坂拓哉C，丹羽正C, 長谷川庸司D，福永力E，菅谷頼仁F , 他ATLAS 日本TGC エレキグループ 名大理，KEKA, 東大素セB, 神戸大自然C, 信州大理D, 首都大理 E, 阪大理F
発表内容 1. Introduction p Motivation p TGC electronics 2. 地上動作試験 p p 試験項目 テストパルス試験 宇宙線試験 結果 3. まとめ 2007/9/22 第 62回 日本物理学会
2007/9/22 Motivation 第 62回 日本物理学会 u TGCの役割 Pt > 6 Ge. V/c のμ粒子を含むEventを選別、Trigger信号を発行 TGC(Thin Gap Chamber) 1. 1<η<2. 4 7 Te. V 陽子 22 m 40 MHz collision 44 m 22 m TGC 1 station ATLAS検出器 u TGCに要求されるperformance 検出効率99%以上 検出器の反応時間<25 ns(衝突間隔) 検出効率99%を保証するために、人為的ミス (配線ミス、エレクトロニクスの不具合など) によるDead channelを排除する必要あり！ 2/3 coin. 3/4 coin. μ IP TGC 1 TGC 2 TGC 3 計7層でcoincidence処理 アクセス容易な地上で、動作試験手法を確立し、問題点の発見・修復を行う
2007/9/22 TGC electronics 第 62回 日本物理学会 TGC electronics: (1)トリガー回路：粒子通過後2. 5μsの間にトリガー判定(Pt>6 Ge. V/c) (2)読出し回路：トリガーされたデータの読出し TGC 1 TGC 3 SLB 荷電粒子 ASD PP Buffer 読出し データ保持(~3. 5μs) コインシデンス TGC 2 TTC LHCクロック(40 MHz) エレキハット 100 m ASD(Amplifier Shaper Discriminator) アナログ デジタル SLB(SLave Board) ASIC ①トリガー発行までbufferにデータ保 持 PP(Patch Panel) ASIC LHCクロック(40 MHz)に同期 PSボード TTC(Trigger&Timing Control) トリガー配布
2007/9/22 試験手法 第 62回 日本物理学会 ASDテストパルス試験、宇宙線試験の手法を確立 u ケーブルコネクション ①HV線 ②ASD PSボード間のケーブル u エレクトロニクスの動作確認 ③読出し回路 ④トリガー回路 u Chamberの動作確認 ⑤HV, ガス, 欠けチャンネル 1/12セクター ASDテストパルス試験 ②、③の試験 宇宙線試験 ①、④、⑤の試験 Station T 2 T 5 T 6 T 8 T 9 Total TGC 1 TGC 2 TGC 3 36 k 34 k 17 k 17 k 50 k 53 k 51 k C-side T 7 Strip A-side Chamber 境界 Wire TGC 1 TGC 2 TGC 3 36 k 34 k 17 k 17 k 50 k 53 k 51 k 220 k 99 k 320 k strip Wire All(A+C) u 読出しチャンネル全て(約32万)を試験。試験単位は 1/12セクター。
2007/9/22 ASDテストパルス試験 第 62回 日本物理学会 u ASDテストパルス試験セットアップ TGC 1 SLB TGC 2 TGC 3 ASD 読出し Buffer PP データ保持(~3. 5μs) TTC コインシデンス テストパルストリガー LHCクロック(40 MHz) 約100 Hzで トリガー発行 u 試験項目 ① ASD PSボード間のケーブル接続 ② 読出し回路の動作 # of event 16チャンネル (ASD 1つ分) Wire channel 正常な時 (欠けチャンネルなし) Wire channel 1 chの欠損チャンネルあり Wire channel ASD PSボード間の ケーブル接続ミス
2007/9/22 宇宙線試験 第 62回 日本物理学会 u 宇宙線試験セットアップ(TGC 3の場合) 宇宙線 SLB TGC 3 ASD Buffer PP HV 読出し データ保持(~3. 5μs) コインシデンス TTC LHCクロック(40 MHz) 宇宙線セルフトリガー u 試験項目 ① HV線の接続 ② Chamber( HV、ガス、欠けチャンネル)の動作確認 ③トリガー回路の動作 uコインシデンス手法 ①コインシデンスあり 欠けチャンネルの発見・修正 ②コインシデンスなし(1層だけHV on/off) HVケーブル線の誤接続の発見・修正
宇宙線で得られるプロファイル(1) strip T 5 T 6 T 7 T 9 T 8 Wire u正常なプロファイル Wire T 6 T 5 T 7 T 8 T 9 Wire ch Strip 第 62回 日本物理学会 正常なprofileの特徴 Chamber境界 T 2 2007/9/22 ①欠けチャンネルなし HV印加 OK 配線 OK 読出し回路 OK ②妥当なhit rate(~20 Hz) で、データが取得できて いる ガスリーク なし trigger回路 OK Chamber境界 T 5 T 6 T 7 T 8 T 9 • 使用ガス CO 2 • コインシデンスあり • 両レイヤーHV 2800 V on Strip ch • Trigger rate 20 Hz
宇宙線で得られるプロファイル(2) 2007/9/22 第 62回 日本物理学会 # of event コインシデンスあり, HV 2800 V 欠けチャンネル発見 Wire ch # of event コインシデンスなし, 1層目だけHV 2800 V TGC 3, 1層目 HV 2800 V 正しいprofile Wire ch TGC 3, 2層目, HV off Chamber単位でswap HV線のswap発見！ Coincidenceあり 欠けチャンネル Coincidenceなし(一層のみHV on/off) ch Wire ケーブル線の誤接続を発見可能
宇宙線で得られるプロファイル(3) Wire : TGC 3, コインシデンスあり T 5 宇宙線のhit rateに比べ、 factor 100倍以上のhit rate 不安定なグランド 湿度 等が理由と考えられる。 T 6 T 7 T 8 T 9 拡大 宇宙線のhit rate (~20 Hz) グランド強化、日時を変えて試験 それでも変化しなければ、Chamberを交換。外したものは再テストし、原因特定
2007/9/22 結果 第 62回 日本物理学会 u日本が宇宙線試験を担当したTGC 3に関して、発見した故障個所と対処法 HV線のswap Chamber交換 PSボード交換 A side, TGC 3 4/242 2/242枚 7/198枚 C-side, TGC 3 4/242枚 17/198枚 修正後、再テスト 交換後、再テスト 8/484 6/484 24/396 対処 ALL u欠損チャンネル Station 欠損channel A side TGC 1 TGC 2 TGC 3 4 /50 k /53 k 11 /51 k C-side TGC 1 TGC 2 TGC 3 5 /50 k 3 /53 k 10/51 k ALL 33/320 k 全て修復( 6608 channel=6%相当) • 全てのElectronicsは正常に動作 • Dead channelを、 33 / 320 k (ch) ～ に抑えた。 0. 01%
2007/9/22 まとめ 第 62回 日本物理学会 TGC全領域において、検出効率99%を達成したい！ 人為的ミス( 配線ミス、エレクトロニクスの不具合) などによるdead channelを排除する必要あり！ アクセス容易な地上にて、動作試験を行う テストパルス、宇宙線試験の手法を確立： ① 配線(HV線、ASD PSボード間) ② エレクトロニクスの動作確認 ③ チェンバーの動作確認 ・ 6%のdead channelを修復(TGC 3) ・欠損チャンネル 33 ch(0. 01%) 地上動作試験により、TGCのチャンネル実稼働率99. 99%を達成した 無事、地下実験ホールにinstallできた 検出効率99%を達成可能！
2007/9/22 第 62回 日本物理学会 Back up
Short review of TGC u 2007/9/22 第 62回 日本物理学会 TGCの満たすべきperformance u 検出効率 > 99% u Signalに対する反応時間 < 25 nsec u 放射線環境下(~1 k. Hz/cm 2)での安定動作 u TGCの構造 u u u MWPCと類似 Anode 50μmタングステンワイヤー Cathode carbonグラファイト(1 MΩ/□) Wire, cathodeによる2次元読み出し Wire間隔 1. 8 mm, wire-cathode間隔 1. 4 mm u 動作モード u u Gas : CO 2 + n-C 5 H 12 (55: 45) Limited proportional mode (限定的比例領域) High Voltage : +2. 9 k. V Gas Gain : ~106
Installation行程 2007/9/22 第 62回 日本物理学会 >>地下実験ホールへのインストール行程 ① TGCの制作(KEK, Israel)、組み立て(テクニシャン) 1つ前の発表 ② 地上におけるTGC動作試験(日本、イスラエル) 本発表の主題 ③ 地下実験ホールへの運送、インストール(テクニシャン) ④ 地下実験ホールでの動作試験(日本の研究者) 後続の発表 ※全作業は、1/12セクター単位で行う 6 5 3 2 14 1/12セクター 22 m
Trigger rate vs. Vth 2007/9/22 第 62回 日本物理学会 Vth~100 m. V is good for measuring !
Twistケーブル 2007/9/22 第 62回 日本物理学会 外に出にくい 影響を受けにくい 出展: wikipedia
2007/9/22 第 62回 日本物理学会 • Installation era has been finished. • Integration era is now going on!
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