VI Workshop de Física e Astrofísica de Neutrinos – V Encontro Projeto Neutrinos AngraDesenvolvimento Atual do Sistema de Veto de Múons – UFABC Santo André 26 06 2009

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Desenvolvimento atual do Sistema de

Veto de Múons do Detector Neutrinos Angra

Mário Vaz Gabriel Azzi

Wallace Raposo Luiz Villaseñor

VI Workshop de Física e Astrofísica de NeutrinosV Encontro do Projeto Neutrinos Angra

UFABC 25-26 de junho de 2009

CBPF

2 VI Workshop de Física e Astrofísica de Neutrinos – UFABC – 26/06/09M.Vaz – Desenvolvimento Atual do Sistema de Veto de Múons

R e s u m o

Eletrônica: amplificação

discriminaçãocoincidênciamonitoraçãocomunicaçãofontes de alta tensão

Testes de Cintiladores, Fibras WLS, MAPMT e HVPS

Requisitos para PMT e Cintiladores no Veto de Múons

3 VI Workshop de Física e Astrofísica de Neutrinos – UFABC – 26/06/09M.Vaz – Desenvolvimento Atual do Sistema de Veto de Múons

Detector de Múons com Cintiladores e MAPMT

Veto de Múons para Detector de NeutrinosPlanos de tiras cintiladoras - 160 por 160 cm

Possíveis arranjos das tiras cintiladoras nos planos detectores de múons:TDC= dt + k.3.1010 / (160cm-2.x)

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Sistema de Veto de Múons

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Caixa da MAPMT do Detector de Múons

Detector composto de cintiladores,

fibras WLS, fibras claras, MAPMT Caixa da MAPMT: blindagem óptica

e eletromagnética p/ PMT e circuitos

Moldura para integrar MAPMT, guia defibras ópticas claras e conector elétrico

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Nova câmara para 2 tiras em tandem + M16

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Nova câmara para 2 tiras em tandem + M16

8 VI Workshop de Física e Astrofísica de Neutrinos – UFABC – 26/06/09M.Vaz – Desenvolvimento Atual do Sistema de Veto de Múons

Eletrônica do Sistema de Veto

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O que é necessário para o veto de múons do N.A.?Só detecção de luz no detector de neutrinos usandoganhos diferenciados para o veto?

Qual a resolução necessária ? Detecção de luz em quantos planos com quantas tiras cintiladoras?

E quanto ao fluxo de múons ? Se for baixo usar 1 ou 2 planos com uma MPMT em um terminalda fibra WLS. Senão para resolver o problema de fantasmas usarduas MAPMT nos 2 terminais da fibra WLS + TDC.

Resolução necessária da TDC para resolver um pixel de 5cm :

tTDC= 0,6.3.1010/(2.x+160cm)=> dx= 2,5cm=> dt= 120ps

Questões não respondidas sobre o Detector de Múons

10 VI Workshop de Física e Astrofísica de Neutrinos – UFABC – 26/06/09M.Vaz – Desenvolvimento Atual do Sistema de Veto de Múons

Cintiladores e Fibras “wavelength shift” - WLS

μ

λTira

Plástica Cintiladora

Fibra Plástica Cintiladora WLS D1,2 mm

Múon μ deposita energia E na tira gerando fótons azuis => λ = 450nmEnergia por fóton acima do background térmico : exp[(h/λ) / kT], h e k as constantes de Planck e de Boltzmann

Fótons azuis excitam fibra WLS gerando fótons verdes => λ = 500nmDiferença de energia destes fótons verdes para os azuis : h/450nm - h/500nm = 0.28 eV Resultado: mais fótons verdes na proporção da diferença de energia, umganho óptico que compensa a perda devida à eficiência de captura (5%) dos fótons azuis pela fibra e à relação de áreas do cintilador para a fibra WLS. Sendo kT = 40 eV a 300 oK : Ganho: exp[ 40eV * 0,28 eV] = 73000 Perda: 0,05 x (π 0,06 cm / 1 cm) = 0,094

1cm160cm

5cm

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Cintiladores FNAL comprados, Fibra WLS Kuraray YS11 a comprar,Fibras Claras e conectores ópticos a comprar

Efeito de Dobra na Fibra Clara Kuraray YS-11

Espectro de luz da Fibra WLS Kuraray YS-11

Incidente: azul

Emergente: verde

Geometria e propagação de luz em Fibra Multiclad

12 VI Workshop de Física e Astrofísica de Neutrinos – UFABC – 26/06/09M.Vaz – Desenvolvimento Atual do Sistema de Veto de Múons

Detecção pela MAPMT Hamamatsu H7546A

Eficiência / Sensibilidade de detecçãoRuído da PMT e da fonte de Alta TensãoEstabilidade da PMT e da fonte AT (T e t)Crosstalk óptico e eletrônicoTempos de transição e de repetição

Testes deAvalicação

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Resultados apresentados no último encontro

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PMT Test with Single and Double Photon Electron

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PMT Test - Single Photoelectron Charge Amplification

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PMT Test - Double Photoelectron Charge Amplification

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Novos resultados H7546A 10/10/2008, a 900V

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Novos resultados H7546A a 900V – carga devido a múon

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Discriminar a 15 mV sem precisar amplificar ?

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• Determinou-se as características principais das fontes, que apresentaram baixo ruído, alta estabilidade e regulação, baixo consumo, e um rendimento de cerca de 84%, para carga nominal, adequados a PMTs

Conclusões sobre a fonte

• Projetou-se e construiu-se fontes de alta tensão positivas e negativas na faixa de utilização esperada para os tubos fotomultiplicadores – PMTs do detector Neutrinos Angra.

• As fontes foram usadas por dois anos no CBPF em testes de PMTs que duravam vários dias, sem nenhuma falha, mantendo-se a estabilidade melhor que 0,1%.

• Devemos concluir o monitoramento e controle remotos junto com o grupo de desenvolvimento de

controle.

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Conclusões sobre o detector de múons

• Temos um sistema de testes de PMTs com geração de fótons simples e detecção de múons com cintiladores e fibras ópticas WLS.

• Temos resultados de testes que nos permitem construir a eletrônica de forma simples e eficiente.

• Precisamos de ajuda para decidir como construir essa eletrônica e realizá-la.

• Temos alguns dos componentes para a eletrônica, falta comprar os que faltarem, fazer layout, fabricar, montar, testar, instalar, operar ...

• Idem detector, compramos cintiladores, falta comprar fibra WLS, fibras claras, conectores ópticos, construir partes mecânicas e montar. Mecânica do CBPF limitada.