1 Ageing nelle RPC: lesempio di BaBar. 2 BaBar IFR concept.
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Ageing nelle RPC: l’esempio di BaBarAgeing nelle RPC: l’esempio di BaBar
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BaBar IFR conceptBaBar IFR concept
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Resistive Plate ChamberResistive Plate ChamberBakelite: alta resistivita’, evita la propagazione della scarica grazie a una caduta locale del campo elettricoBakelite: alta resistivita’, evita la propagazione della scarica grazie a una caduta locale del campo elettricoGas: deve assorbire i fotoni UV. Molto isobutano quindi, non potendo per varie ovvie ragioni si usa tetrafluoretano.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 trasparenteGrafite: serve a distribuire la tensione sul tutta la superficie. Resistivita’ abbastanza alta per essere trasparenteStrisce: elettrodi di letturaStrisce: elettrodi di letturaOlio di lino: un pizzico di mistero non guasta. [serve a rendere priva di asperita’ la superficie interna della bakeliteOlio 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)(ricordatevi che il campo e’ di 10000V su 2mm)
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Resistive Plate ChamberResistive Plate ChamberBakelite: alta resistivita’, evita la propagazione della scarica grazie a una caduta locale del campo elettricoBakelite: alta resistivita’, evita la propagazione della scarica grazie a una caduta locale del campo elettricoGas: deve assorbire i fotoni UV. Molto isobutano quindi, non potendo per varie ovvie ragioni si usa tetrafluoretano.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 trasparenteGrafite: serve a distribuire la tensione sul tutta la superficie. Resistivita’ abbastanza alta per essere trasparenteStrisce: elettrodi di letturaStrisce: elettrodi di letturaOlio di lino: un pizzico di mistero non guasta. [serve a rendere priva di asperita’ la superficie interna della bakeliteOlio 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)(ricordatevi che il campo e’ di 10000V su 2mm)
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Due modi di Due modi di funzionamentofunzionamento
Streamer : 200 mV su 50 Ohm, 1nC di carica (un Streamer : 200 mV su 50 Ohm, 1nC di carica (un risparmio non indifferente sull’elettronica che segue)risparmio non indifferente sull’elettronica che segue)
AvalancheAvalancheThe 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 rumorePochissima carica, molto rumoreElettronica delicata.Elettronica delicata.
Alta rate !!!!!Alta rate !!!!!
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GIUGNO ‘99GIUGNO ‘99
99
Il rimedioIl rimedio
Raffreddamento del Raffreddamento del ferro attraverso un ferro attraverso un sistema di sistema di circolazione di acqua circolazione di acqua freddafredda
1010
1111
E con una sola fine possibile: la E con una sola fine possibile: la mortemorte
19991999
20002000
acceseaccese
tuttetutte
% m orti% m orti
1212
1313
Il vero problema: tuttavia all’epoca Il vero problema: tuttavia all’epoca incompresoincompreso
I(I(A)A)I(I(A)A)
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Un interessante problema di fisicaUn interessante problema di fisicaSfortunatamente fuorvianteSfortunatamente fuorviante
bottonibottoni
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Altre simpatiche fotoAltre simpatiche foto
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Da cosa e’ costituito questo olio ? E’ una mistura di trigliceridi, formati da una molecoladi glicerolo e tre molecole di acidi grassi.
Ma vicino alle “stallattiti”…..
1818
Probabilmente dopo la polimerizzazione c’e’ stato una ossidazione dell’olio di LinoE si e’ formato uno strato solido di olio.
L’analisi spettroscopica ha evidenziato la presenza di ftalati che possono inibireLa polimerizzazione.
L’aumento di temperatura ha sciolto una parte di olio, mentre il campo elettricoFacilita la formazione di bolle/stalagmiti che uniscono I due strati del gap.
Per creare questo distastro servono:Per creare questo distastro servono:- Olio non del tutto polimerizzatoOlio non del tutto polimerizzato- Alte temperatureAlte temperature- Campo elettricoCampo elettrico
1919
Il ‘rassicurante’ modelloIl ‘rassicurante’ modello
L’olio di lino sciolto mette in quasi corto circuito I piani della RPC: potenziale abbassatoL’olio di lino sciolto mette in quasi corto circuito I piani della RPC: potenziale abbassato
2020
Questo modello sembra Questo modello sembra buono ma…non spiega buono ma…non spiega
tuttotutto-in primis perche’ le camere continuino in primis perche’ le camere continuino a peggiorare (mica penserete che l’olio sia peggiorare (mica penserete che l’olio sicontinua a sciogliere)continua a sciogliere)
-e poi perche’ le camere continuino a morire-e poi perche’ le camere continuino a morire
E c’e’ un altro problema che non si spiegaE c’e’ un altro problema che non si spiegacol modello descritto.col modello descritto.
Le camere sembrano morire dopo che la Le camere sembrano morire dopo che la corrente (alta !) comincia a diminuire e corrente (alta !) comincia a diminuire e rapidamente si azzera !!!!rapidamente si azzera !!!!
2121
Il mistero profondoIl mistero profondo
I (I (A)A)
Questo non e’ compatibileQuesto non e’ compatibilecol modello a gocce d’olio col modello a gocce d’olio
2222
Succede in quasi tutti i Succede in quasi tutti i decessidecessi
2323
Radiografia di un disastroRadiografia di un disastro
EfficiencyEfficiency
2424
Rifacimento di 24 moduli Rifacimento di 24 moduli Senza cambiamenti apprezzabili nel processo di Senza cambiamenti apprezzabili nel processo di
produzione (eccetto una oliatura fatta in modo produzione (eccetto una oliatura fatta in modo diverso)diverso)
Installazione in un quarto del ForwardInstallazione in un quarto del Forward
Operati in un ambiente a temperatura controllata Operati in un ambiente a temperatura controllata E monitorati con attenzioneE monitorati con attenzione
Decisione: rifare le RPCDecisione: rifare le RPC
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Putroppo non funziona…Putroppo non funziona…
Ageing osservato anche inAgeing osservato anche incondizioni di funzionamentocondizioni di funzionamentostabili e controllatestabili e controllate
2626
Un caso interessanteUn caso interessante
2727
Un caso terrificanteUn caso terrificante
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La morte in direttaLa morte in diretta
2929
R(bakelite) vs ChargeR(bakelite) vs Charge
3030
Ma anche l’umidita’ vuole Ma anche l’umidita’ vuole essere protagonistaessere protagonista
Prego notare che :Prego notare che :a)a) Atmosfera secca produce incremento di resistivita’Atmosfera secca produce incremento di resistivita’b)b) Aria umida riporta la resistivita’ a bassi valoriAria umida riporta la resistivita’ a bassi valori
3131
Noise vs TemperatureNoise vs Temperature
21 gradi21 gradi31 gradi31 gradi
3232
AutopsieAutopsie
3333
Bad #2Bad #2
Analisi di una RPCAnalisi di una RPC
3434
Bad #2Bad #2
Il contatore non e’ danneggiato neIl contatore non e’ danneggiato nemeccanicamente ne elettricamentemeccanicamente ne elettricamente
Il gas secco ha fatto aumentare paurosamenteIl gas secco ha fatto aumentare paurosamenteLa resistivita’ della grafite. La resistivita’ della grafite.
Cura: gas umidoCura: gas umido
Regione bad 1Regione bad 1
3535
Bad #2Bad #2
Ecco una chiave. Ecco una chiave. La grafite evaporaLa grafite evapora nelle zone ad alta nelle zone ad altaCorrente.Corrente.
Cura: nessunaCura: nessuna
Regione 2Regione 2
3636
REGIONE BUONAREGIONE BUONABad #2Bad #2
Stava per morire. Improvvisamente.Stava per morire. Improvvisamente.
Cura: nessunaCura: nessuna
Paradossalmente la regione migliore e’ quella che non Paradossalmente la regione migliore e’ quella che non Funziona.Funziona.
3737
e i difetti sono da evitaree i difetti sono da evitare
3838
tutti , ma proprio tuttitutti , ma proprio tutti
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intanto si costruiva il intanto si costruiva il futurofuturo
Forward scelto Forward scelto perche’ accessibileperche’ accessibileanche in assenzaanche in assenzadi una comprensionedi una comprensionecompleta del problemacompleta del problema
Unica scelta per poterUnica scelta per poterporre rimedio a breveporre rimedio a breveTermineTermine
Cmq una buona meta’Cmq una buona meta’dell’angolo solidodell’angolo solido
E l’aggiunta dell’ottoneE l’aggiunta dell’ottonecura un altro problemacura un altro problema
4040
La chiave che apre quasi tutte le La chiave che apre quasi tutte le porte:porte:QC/QAQC/QA
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Qualita’ meccanica (2)Qualita’ meccanica (2)
4242
Le sorprese non finiscono Le sorprese non finiscono maimai
Random triggerRandom triggerNo beamNo beam
Cosa rende Cosa rende Up e Down Up e Down Asimmetrici ?Asimmetrici ?
Problema: il gas e’in serie. Entra nel modulo di sotto e esce in quello di sopra.Problema: il gas e’in serie. Entra nel modulo di sotto e esce in quello di sopra.
4343
Il problema del Fluoro !!!!!Il problema del Fluoro !!!!!
4444
Topologie e trucchiTopologie e trucchi
4545
In media funziona In media funziona (l’inversione)(l’inversione)
4646
Sono tanti Hz/cm2Sono tanti Hz/cm2
Nei layer interni il fondo e’ concentratoNei layer interni il fondo e’ concentratovicino alla Beam Pipevicino alla Beam Pipe
4747
Nei layer esterni il fascio Nei layer esterni il fascio illumina a giornoillumina a giorno
4848
controprovacontroprova
7000 V6700 V
Only the chambersmarked NEW are‘new’. The others belongs to the original productionand do not show any improvement
4949
Talvolta la bruta forzaTalvolta la bruta forza
5050
Sono anche doppi layerSono anche doppi layer
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Torniamo ai layer interniTorniamo ai layer interni
La perdita di efficienza a piccoli raggi (alta rate) sembra inevitabile (sebbene non danneggi il contatore)La perdita di efficienza a piccoli raggi (alta rate) sembra inevitabile (sebbene non danneggi il contatore)
5252
Intelligenza, questa volta: Intelligenza, questa volta: trasformazione in trasformazione in
AvalancheAvalanche
5353
Dark currentDark current
Layer #1
Layer #2
∆I ~ 5A
∆I ~ 3.5A
∆I ~ 20AStreamer chamber
Avalanche chamber
Fact of 5 less
cosmic
beam
5454
Piu’ semplice di quanto Piu’ semplice di quanto temutotemuto
5555
Avalanche vs StreamerAvalanche vs Streamer
Lower current , less current, less voltage drop , higher efficiency: as simple as OhmLower current , less current, less voltage drop , higher efficiency: as simple as Ohm
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La spiegazione (del barrel)La spiegazione (del barrel)
La temperatura creo’ le stalattiti, le stalagmiti, i La temperatura creo’ le stalattiti, le stalagmiti, i depositi di olio sulle cornicidepositi di olio sulle cornici
L’olio evidentemente non era polimerizzato L’olio evidentemente non era polimerizzato La conseguenza fu un incremento brutale della La conseguenza fu un incremento brutale della
corrente Ohmica e delle scariche (correnti di 200 corrente Ohmica e delle scariche (correnti di 200 A !!!!)A !!!!)
La carica che e’ fluita in alcune regioni critiche ha fatto La carica che e’ fluita in alcune regioni critiche ha fatto diminuire l’efficienza (legge di Ohm) quando e’ andata diminuire l’efficienza (legge di Ohm) quando e’ andata bene (ma con un peggioramento costante (aumento bene (ma con un peggioramento costante (aumento della resistivita’ della bakelite colla carica).della resistivita’ della bakelite colla carica).
Quando e’ andata male (e prima o poi si passa la Quando e’ andata male (e prima o poi si passa la soglia) ha fatto evaporare la grafite e provocato la soglia) ha fatto evaporare la grafite e provocato la morte del contatoremorte del contatore
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La spiegazione (del Forward 2 La spiegazione (del Forward 2 versione)versione)
Il gas fatto fluire era secco e lentoIl gas fatto fluire era secco e lento La bakelite e’ aumentata di resistenzaLa bakelite e’ aumentata di resistenza L’effetto e’ stato compensato aumentando la tensione L’effetto e’ stato compensato aumentando la tensione I difetti locali hanno innescato hot spot virulentiI difetti locali hanno innescato hot spot virulenti Il fluoro intanto lavorava e creava i beam tree Il fluoro intanto lavorava e creava i beam tree
mangiandosi l’olio di lino, facendo aumentare il mangiandosi l’olio di lino, facendo aumentare il numero delle scariche locali ed eventualmente numero delle scariche locali ed eventualmente facendo superare localmente al contatore la soglia di facendo superare localmente al contatore la soglia di evaporazione della grafiteevaporazione della grafite
Inefficienze locali quindi ma non morte del contatoreInefficienze locali quindi ma non morte del contatore
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I ComandamentiI Comandamenti
L’unico modo di operare che dovrebbe essere L’unico modo di operare che dovrebbe essere permesso e’ l’Avalanchepermesso e’ l’Avalanche
I contatori devono essere delle unita’ di gas individualiI contatori devono essere delle unita’ di gas individuali Il gas non dovrebbe contenere Fluoro Il gas non dovrebbe contenere Fluoro
Tuttavia se uno sa bene quello che fa puo’ Tuttavia se uno sa bene quello che fa puo’ sopravvivere per il tempo dell’esperimento violandi sopravvivere per il tempo dell’esperimento violandi qualcuna delle regolequalcuna delle regole
BaBar viola tutte e tre le regole ma i contatori sono BaBar viola tutte e tre le regole ma i contatori sono costruiti come gioielli e quindi sopportano la violenza costruiti come gioielli e quindi sopportano la violenza in modo stoico (eccetto Ohm !) in modo stoico (eccetto Ohm !)
I PeccatiI Peccati
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I problemi di ageing a BELLEI problemi di ageing a BELLE
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I(I(A)A)
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Cosa e’ successo ?Cosa e’ successo ?
La presenza di acqua insieme al fluoro ha innescato la reazioneLa presenza di acqua insieme al fluoro ha innescato la reazione
HH220 + F 0 + F HF HF
Anodo (FREON)Anodo (FREON) Catodo (FREON)Catodo (FREON)
Anodo (Senza FREON)Anodo (Senza FREON)Anodo ( FREON)Anodo ( FREON)
VetroVetro
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Anode Anode okok
Catodo okCatodo ok
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La soluzione e’ quindi quella di aprire le camere e pulire I vetri dagli accumuli di FluoroLa soluzione e’ quindi quella di aprire le camere e pulire I vetri dagli accumuli di Fluoro
In alternativa si puo’ anche far flussare HN3In alternativa si puo’ anche far flussare HN3