A. Baldini: Assisi

21 sett.2004

Stato dell’esperimento MEG e situazione del calorimetro

a LXe

A. Baldini: Assisi

21 sett.2004

INFN & Pisa University A. Baldini, C. Bemporad, F.Cei, S. Giurgola, M.Grassi, F. Morsani, D. Nicolo’, A. Papa, R. Pazzi, F. Raffaelli, F. Sergiampietri, G. Signorelli

ICEPP, University of Tokyo Y. Hisamatsu, T. Iwamoto, T. Mashimo, S. Mihara, T. Mori, H. Natori, H. Nishiguchi, W. Ootani, K. Ozone, R. Sawada, Y. Uchiyama, S. Yamada, S. Yamashita

KEK, Tsukuba T. Haruyama, A. Maki, Y. Makida, A. Yamamoto, K. Yoshimura

Waseda University T. Doke, J. Kikuchi, H. Okada, S. Suzuki, K. Terasawa, M. Yamaguchi

Budker Institute, Novosibirsk L.M. Barkov, A.A. Grebenuk, D.G. Grigoriev, B, Khazin, N.M. Ryskulov

PSI, Villigen J. Egger, P. Kettle, M. Hildebrandt, S. Ritt, M. Schneebeli

INFN & Pavia University A.de Bari, P. Cattaneo, G. Cecchet, G. Nardo’, M. Rossella

INFN & Genova University S. Dussoni, F. Gatti, P. Ottonello, D. Pergolesi, R. Valle

INFN Roma I D. Zanello

INFN & Lecce University S. Spagnolo, C. Chiri, P. Creti, C. Gatto,G. Marsella, G. Palama’, M. Panareo, G. Tassielli

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21 sett.2004

Novita’ di piu’ importanti da maggio

• Fascio:

•Tripletti I and II pronti

• specifiche per il BTS inviate a Novosibirsk

•dimensioni della spot: 1 cm invece di 0.5 simulazioni MC

(Effetto sull’efficienza TC, trigger rate, efficienza delle camere a drift)

• Timing counter: (G. Cecchet)

•test di prototipi nel campo di COBRA

•considerazioni su APD (cercare soluzione con PSI fino a fine anno + eventuale riassegnazione 75 K€ nel 2005)

•gara PMT da 2’’

• Software: scelta della struttura (C. Gatto)

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21 sett.2004

Triplet ITriplet I Wien Filter E^B SeparatorWien Filter E^B Separator Triplet IITriplet II

Triplet ITriplet I Wien Filter E^B SeparatorWien Filter E^B Separator Triplet IITriplet II

Collimator systemCollimator system Beam Transport Solenoid BTSBeam Transport Solenoid BTS Degrader + Collimator systemDegrader + Collimator system Target system + He-Bag SystemTarget system + He-Bag System

Collimator systemCollimator system Beam Transport Solenoid BTSBeam Transport Solenoid BTS Degrader + Collimator systemDegrader + Collimator system Target system + He-Bag SystemTarget system + He-Bag System

Elementi della linea di fascio

Pronti

In fase di disegno

Specifiche inviate a Novosibirsk

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21 sett.2004

Dimensione della spot del fascio: effetto in condizioni pessimistiche

Differenza nell’efficienzaDifferenza nell’efficienza~3%~3%

Trigger rate (I=108 /s)

DC efficiencyNon tenendo conto del fatto che non ci serve una intensita’ elevata (vogliamo un fattore 3 sotto) e quindi il fascio si puo’ collimare

Allargamento spot sul TC

Risolvo peggio l’angolo del positrone

La traiettoria puo’ uscire dalle camere

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21 sett.2004

Calorimetro a Xenon liquido

Costruzione :

• 290 PMT Hamamatsu ordinati

• Testati anche nel campo magnetico di COBRA

• Gara per la costruzione del criostato iniziata

• Disegno della struttura di supporto quasi completo

• Numero di PMT

• Calibrazioni

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21 sett.2004

I=4 A

TB604

ZA1985

ZA1980

Pla

teau

/Pea

k

New 9288 (ZA1980 and ZA1985) compared to TB604 (in Ar gas and LXe)

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21 sett.2004

Disegno finale della base

NEC RD68S

NEC RD82S

I PMT potrebbero dover funzionare a correnti anodiche elevate Aggiunta di diodi zener (comportamento provato a caldo)

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21 sett.2004

Comportamento dei PMT nel c.m. Di COBRA

• Gain, effective QE of 2 PMTs were measured under the magnetic field.

Geometry definition

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Gain&Eff.QE under mag. field of 62G

• Gain can be recovered with higher HV.• Effective QE (measured with LED light) is not recovered even when HV changed.• The magnetic field in the LXe region is well below 40G (20% loss of effective QE at max).

Gain curve Effective QE

No magnetic field62G data

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Struttura di supporto dei PMT

• Basic ideas– PMTs are inserted in slabs (inner,

side, outer) and plates (front) in a clean condition.

– The slabs and plates are assembled into a shape in the cryostat.

– Supporting frames for the slabs and plates will be fixed to the cryostat with screws.

– Some other equipments will be attached on the supporting frames.

• Patch panel

• Temperature sensor

• Level meter

Inner

Outer

Side

Front (up)

Front (low)

840 PMT totali

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Structure of slab/plate

Side Outer

Front

InnerPossible to divide into 6 slabs

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21 sett.2004

B) Energy resolution vs number of PMTsB) Energy resolution vs number of PMTs

Various configurations:Various configurations:

- - 848 PMTs848 PMTs (reference) (reference) - - 768 PMTs768 PMTs (no covers) (no covers) - - 648 PMTs648 PMTs (lower PMT density on covers & sides) (lower PMT density on covers & sides) - - 608 PMTs608 PMTs (no sides) (no sides) - - 528 PMTs528 PMTs (no covers & sides) (no covers & sides)

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ReferenceReference No coversNo covers

No sides & No sides & no coversno covers

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No sidesNo sides

Lower PMT density Lower PMT density on sides and coverson sides and covers

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Energy resolutionEnergy resolutionPRELIMINARE!!!

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21 sett.2004

Situazione PMT

Attualmente

• 290 ZA (Pisa)

• 110 TB + 4 ZA + 230 OLD (Tokyo)

Previsioni

• 40 ZA rimpiazzo OLD (Tokyo)

• 400 ZA nuovi (nuovo finanziamento giapponese)

Totali

• 840 ZA e TB: nessuno spare (110 ZA ?? = 170 K€)

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Calibrazioni

• Spot di sorgenti alfa su filo (risposta in funzione della distanza, assorbimento e calibrazione PMT)

• Generatori di neutroni – Attivazione di Ni con produzione di fotoni

monocromatici da 9 MeV (risposta in energia)

• Photons-from-the-back (52 MeV)

– Studio di fattibilita’ in corso

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5 sources in LP

• 5 sources make a more symmetrical situation (same spacing as PMTs)

• Identification still possible at more than 3 but worse than 3 sources

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Wire presently mounted in “Large Prototype”

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Commercially produced (widely used for the boron therapy, luggage screening, oil well logging, etc.)

D + 2H 3He + n Q = 3.27 MeVD + 3H 4He + n Q = 17.59 MeV • Intensities from 106 n/s to 108 n/s• Typical pulse rate and pulse width 10 Hz and 1 μs • Time separation of direct from delayed reactions• Single pulse mode

Frequent calibration

Moderator:~ 10 cm of the polyethylene • 40% thermalized n• 10% n captured in moderator

γ shield:~ 3 cm of tungsten or ~ 5 cm of lead

USE OF A PULSED NEUTRON GENERATOR

switchable on-off

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Calibration from the back of the calorimeter

LXe

π - μ +

• Liquid hydrogen target permanently mounted close tothe Xenon calorimeter• π -/μ+ switching

Locally: same photocatode coverage as on the front face

NaI

LH2

γ γ

γn

Normal beamBeam for calibration

Interesting possibility?

Possibility of introducingalso other particles (e-,e+ ,π+,μ+ )

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...ancora test per il calorimetro

• Test su neutroni iniziati; da continuare (utilizzo di sfere di Bonner, attivazione di bersagli)

• Nuovo test del calorimetro a Xenon

• nuovo test (settembre-ottobre) per la determinazione della risoluzione temporale (purtroppo senza la elettronica definitiva)

• + fili di calibrazione (punti di sorgenti alfa)

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Xenon Delivery

0

200

400

600

800

1000

2002 2003 2004 2005 2006

Year

Rec

eive

d X

e [l

]

Japan

“pro

mis

ed”

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Schedule

2002 2003 2004 2005

Test MilestoneAssemblyDesign Manufacturing

Large Prototype Beam Test Beam Test

Cryostat Vessel

PMT

Refrigerator

Liq. Purification

AssemblyTest

Engineering runs

Heater replaced

Neutron background measurement

Base circuit design must be finalized

Crane problem

NeutronShield?

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21 sett.2004

2004J F M A M J J A S O N D

Beam Time MEG

Pra

c MEG Gotta

COBRACalibration

(Wed)

Beam

Line

Commiss.

Part 1

Pla

tf.

Drift

Chamber

Proto

type

Timing Counter TestMechan.

Matching

LPTNeutr.

BGPM + Src Inst

Pi- Beam

Test

Liq.

Purif.

Full Calorimeter

Trigger

DAQ

Te

st

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21 sett.2004

2005 2006J F M A M J J A S O N D J F M A

Beam Time Shutdown MEG Gotta? MEG Shutdown

COBRAField

MapBeam

Line

BTS

Test

Commiss.

Part 2

Full Beam

Line Test

Drift

ChamberMounting

Mounting &

Testing

Timing

Counter

BG

Test

BG

TestInst

LPT PMT testing + calibration

Full

Calorimeter

Cryo.

Installation

Crane+

TentAssembly

Studies

(Wed + remote)Test

Trigger

Inst Inst

DAQDC

Electr.

Inst Inst

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LXenon

• PMT(300) (550)500 K€ -100K€

• Criostato 200 K€ (criostato)

200 K€ (supporto + finestre)

Trigger

• Prototipi 40 K€

• Sistema completo 100+330 K€

-130 K€Timing counter

• APD + fibre (interno) (160) 130K€ -30 K€

• PMT (100: esterno) (315) 135K€

-180 K€

• Scintillatore 50 K€

• Calibrazione 100 K€

• Meccanica 50 K€

Splitters

• Sistema completo 115 K€

TOTALE 1770 K€

Assegnato 1155 K€

Risparmio 440 K€

Previsto 2210 K€

Stime di costo aggiornateStime di costo aggiornatePrevisioni Assegnazioni Risparmi

Non previsti:

Software (40K€)

Calibrazioni (90 K€)