COMPASS RICH-1 UPGRADE › csn1 › riunioni › agenda › 04-04-2005 › dallatorre2.pdf2005/04/04...

COMPASS RICHCOMPASS RICH--1 1 UPGRADEUPGRADES. S. DallaDalla TorreTorre

1.1. IntroduzioneIntroduzione1. storia del progetto2. un richiamo

esercizi ai test beam con MAPMT

2.2. ilil progettoprogetto finalefinale di updi up--grade grade delladella parteparte centralecentrale del RICHdel RICH--11

3.3. le le prestazioniprestazioni previstepreviste

4.4. scalascala temporaletemporale e e costicosti

Roma, 5/4/2005Roma, 5/4/2005

Silvia DALLA TORRESilvia DALLA TORRE 22Roma, 5/4/2005 Roma, 5/4/2005 –– CSN ICSN I

1.1. INTRODUZIONEINTRODUZIONE


A CARATTERIZZAZIONE A CARATTERIZZAZIONE DEL RICHDEL RICH--1 COMPLETATA:1 COMPLETATA:

lo lo strumentostrumento ee’’ capitocapito interamenteinteramente

le sue le sue prestazioniprestazioni sonosono buonebuone fuorifuori dalladalla regioneregione centralecentrale, , limitatelimitate nellanella regioneregione centralecentrale daldal fondofondo fisicofisico e e dalledalle zone zone mortemorte

per un per un saltosalto di di qualitaqualita’’, upgrade , upgrade delladella regioneregione centralecentrale, , cheche noinoivogliamovogliamo fortementefortemente::

questo rivelatore e’ tutto proprieta’ intellettuale INFN, che ha pagato ~95% del suo costo (~3 M€)vogliamo impegnarci a farlo rendere al meglio di tutte le sue potenzialita’

riprendo

riprendo dada AssisiAssisi


BREVE STORIA DEL PROGETTOBREVE STORIA DEL PROGETTO

2000 2000 -- MAPMT MAPMT propostiproposti per per ililRICHRICH--22

20032003--2004 2004 -- prototipaggiprototipaggi e e attivitaattivita’’ test beamtest beam ((Trieste e Trieste e TorinoTorino))

Ott.2004 Ott.2004 –– Apr. 2005 Apr. 2005 -- richiestarichiestafinanziamentofinanziamento EUEU (I3(I3--HP) HP) Apr. 2004 Apr. 2004 -- finanziamentofinanziamento EU EU accordatoaccordato ((essenzialmenteessenzialmente per per manpower)manpower)

2003 2003 -- MAPMT per MAPMT per ll’’upgradeupgrade del del RICHRICH--11, , regioneregione centralecentrale

2004 2004 -- richiestarichiesta finanziamentofinanziamentoallall’’INFNINFN con con costruzionicostruzioni susu 2 2 annianni, , 20052005--0606

fine 2004 fine 2004 -- COMPASS:COMPASS: upgrade upgrade fondamentalefondamentale per per ilil run del 2006run del 2006

DicDic. 2004 . 2004 -- allargamentoallargamento del del gruppogruppo COMPASS RICH MAPMTCOMPASS RICH MAPMTTrieste, Trieste, TorinoTorino + Czech + Czech Group, Group, FreiburgFreiburg, Mainz, Bonn + , Mainz, Bonn + ErlangenErlangen5 FTE 5 FTE 11 FTE11 FTE (+ stud., (+ stud., tecntecn.).)

2004 2004 -- Monaco + Monaco + SaclaySaclay : : elettronicaelettronica + + veloceveloce per per ilil RICHRICH

progettoprogetto globaleglobaleper per ll’’upup--grade grade completocompleto del del RICHRICH--1 per 1 per ilil run del 2006run del 2006

progettoprogetto approvatoapprovatoallall’’unanimitaunanimita’’ nellanella riunioneriunione deideiGroup Leaders di COMPASSGroup Leaders di COMPASSdel 24/2/2005del 24/2/2005

STORIA NOTASTORIA NOTA NUOVI SVILUPPINUOVI SVILUPPI


LL’’ UPUP--GRADE GLOBALEGRADE GLOBALEZONA CENTRALE ZONA CENTRALE (25% (25% delladellasuperficiesuperficie sensibilesensibile)) ::

MAPMT + lenti + read-out digitale velocepiu’ fotonimiglior risoluzionesoglia efficace piu’ bassaadeguati alle alte rateelettronica veloce: eliminazionedel fondo dovuto all’aloneelettronica ~ senza tempo morto

i gruppi INFN sono direttamentecoinvolti in questa parte del progetto assieme a Czech Group, Freiburg, Mainz, Bonn + Erlangen

l’allargamento del gruppo rendepossibile il goal del 2006

PERIFERIA PERIFERIA (75% (75% delladella superficiesuperficiesensibilesensibile)) ::

elettronica basata sugli APV

elettronica ~ senza tempo morto(si ricordi il progetto delle BORA con FPGA potenziate nel 2002)

elettronica piu’ veloce del Gassiplex: riduzione del fondodovuto ad eventi scorrelati

gruppi coinvolti: Monaco + Saclay

ilil progettoprogetto ee’’ descrittodescritto in un in un documentodocumento internointerno COMPASS:COMPASS:PROPOSAL FOR AN UPGRADE OF THE COMPASS RICHPROPOSAL FOR AN UPGRADE OF THE COMPASS RICH--1 DETECTOR1 DETECTOR


UN RICHIAMOUN RICHIAMO


plot: plot: hit multiplicity / event hit multiplicity / event vsvs threshold setting, threshold setting, arbitrary unitsarbitrary units

noise, PM off

~ 90 fC~ 30 fC ~ 270 fC

cross-talkplateauplateau

MAPMT, LENTI e MAD4 @ TEST BEAMMAPMT, LENTI e MAD4 @ TEST BEAM

plot plot cumulativicumulativi: : gligli anellianelli in in linealinea

sisi vedanovedano le le presentazionipresentazioniin CSN I: in CSN I:

23/9/2003 23/9/2003 17/5/2004 17/5/2004 21/9/200421/9/2004

sisi identififcaidentififca chiaramentechiaramente unauna regioneregione completamentecompletamente piattapiatta((nessunanessuna perditaperdita di di fotonifotoni), ), adeguataadeguata per per ilil settaggiosettaggio non non criticocritico delladella sogliasoglia,,frafra lala regioneregione del crossdel cross--talk talk (a (a bassebasse sogliesoglie) e la) e la regioneregione dove dove iniziainiziala la perditaperdita di di fotonifotoni ((visibilevisibile nelnel terzoterzo plot)plot)


2. IL PROGETTO FINALE 2. IL PROGETTO FINALE DI UPDI UP--GRADEGRADE

ZONA CENTRALEZONA CENTRALE


IL PRINCIPIO IL PRINCIPIO

catodocatodo rimpiazzatorimpiazzato dada un un pannellopannello di MAPMT e di MAPMT e lentilenti

rivelatoririvelatori di di fotonifotoni nellanella regioneregione centralecentrale::600 MAPMT 600 MAPMT (HAMAMATSU R7600(HAMAMATSU R7600--M16M16--03)03)

filifili anodicianodici rimossirimossi davantdavantallealle lentilenti: non : non cc’’ee’’ campo Ecampo E

PERCHEPERCHE’’ MAPMTsMAPMTs PER RIVELARE PER RIVELARE FOTONI SINGOLI ?FOTONI SINGOLI ?

importanteimportante numeronumero di di fotonifotoni rivelatirivelati::ampio intervallo di lunghezze d’onda

risoluzionerisoluzione temporaletemporaleintinsecaintinseca < 1 < 1 nsecnsecmemoriamemoria brevebreve del del sistemasistemarivelatorerivelatore + read+ read--outout

adeguatoadeguato ad ad altealte raterate

robustorobusto

adeguato alla nuova generazione di RICH, ma carola nostra scommessa:

ridurre il numero di PMT aumentando il rapporto fra superficie di raccolta e fotocatodo (fattore 7.3)utilizzare anche il range UV

fastfastRICHRICH


I FOTORIVELATORII FOTORIVELATORIMAPMT MAPMT : HAMAMATSU R7600: HAMAMATSU R7600--M16M16--0303

efficienteefficiente rivelazionerivelazionedi di fotonifotoni singolisingoli e e reiezionereiezionedel del rumorerumore e del crosse del cross--talk,talk,accoppiandoaccoppiando ll’’opportunoopportunofrontfront--end:end:dimostratedimostrate al test beam 2004al test beam 2004

PMT PMT nudonudo ((risparmiorisparmio, , compattezzacompattezza))

custodiacustodia, base , base resistivaresistivaopacaopaca allaalla luceluce: validate : validate con i con i prototipiprototipi per i test beamper i test beam

robustezzarobustezza: : dalladalla letteraturaletteratura,,dalldall’’esperienzaesperienza COMPASS per leCOMPASS per lefibrefibre scintillantiscintillanti

MAPMTMAPMT

insolanteinsolante

base base resistivaresistiva


PERCHEPERCHE’’ ““UV EXTENTEDUV EXTENTED””??

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 7000

20

40

60

80

100100

0

f x( )

ifit x( )

740200 x

g , y p y

%]

Fused Silica

Borosilacete glass

Polymer lenses

λλλλλλλ

dSQEdSQE ∫∫ ⋅⋅⋅800

200

800

)()()()(

200 400 200 400 λλ(nm(nm))

visita ingegneri Hamamatsua Trieste (14/3)piu’ fotoni del previstonuovo vetro (sempre borosilicatUV extended,ma migliore): (non inclusi nelle stime attuali)


LA RISOLUZIONELA RISOLUZIONERICHRICH--1, 1, i 2 i 2 principaliprincipali contributicontributi allall’’erroreerrore di di misuramisura vengonovengono dada::

granularitagranularita’’ del del fotorivelatorefotorivelatore,,pixel: 8 x 8 mmpixel: 8 x 8 mm22

cromaticitacromaticita’’,, σσnn = 30 x 10= 30 x 10--66

RICHRICH--1 up1 up--graded :graded :granularitagranularita’’ efficaceefficace del del fotorivelatorefotorivelatore,,

pixel: 12 x 12 mmpixel: 12 x 12 mm22

cromaticitacromaticita’’,, σσnn = 44 x 10= 44 x 10--66

gligli altrialtri contributicontributi sonosono immutatiimmutati σσph,PMTph,PMT = 1.5 x = 1.5 x σσph,CsIph,CsI

scalandoscalando daldal Test Beam,Test Beam, NNPMTPMT = = NNCsICsI x 3.5 x 3.5 risoluzionerisoluzione per per anelloanello in in assenzaassenza di di fondofondo::

σσringPMTringPMT = = σσringring--CsICsI x 0.8

C4F10: (n-1)*10^6

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

0 100 200 300 400 500 600 700 800

lambda (nm)

(n-1

)*10

^6

C4F10CsI rangeMAPMT range

x 0.8

COLLAUDO DELLO SCHERMO COLLAUDO DELLO SCHERMO MAGNETICO @ TS MAGNETICO @ TS

RICHRICH--1: B < 200 G1: B < 200 G

MAPMTMAPMT1 HamamatsuH6568 (R5900-00-M16)

Light sourceLight sourceRed LEDDuration: ~30 ns20 20 -- 50 50 p.ep.e..

Pulse Generator

Digital Oscilloscope

Nano-ammeter

Last Dynode

Anode #10Lab. Lab. HelmholtzHelmholtz magnet magnet

Up to ~400 Gauss at 10 ABore: 24 cmφ, 26 cm long


COLLAUDO PRODUZIONECOLLAUDO PRODUZIONE

test test sistematicosistematico deidei 600 MAPMT600 MAPMT

laboratorio equipaggiato (luce blu, lampada a deuterio) @ Erlangenesperienza , ospitalita’

checks:visual inspection (dinode grid aligned)uniformity testgain

time estimate : ~ 1 h / MAPMT 10 weeks, 2 persons


IL TELESCOPIO DI LENTIIL TELESCOPIO DI LENTIcritericriteri di di ottimizzazioneottimizzazione

limitatalimitata deformazionedeformazionedelldell’’immagineimmagine risoluzionerisoluzionedel RICH (del RICH (tenendotenendo contocontoancheanche delladella cromaticitacromaticita’’))accettanzaaccettanza angolareangolaredel del telescopiotelescopiovincolivincoli meccanicimeccaniciparametriparametricostruttivicostruttivi ((costicosti !!!)!!!)

spherical s.spherical s.

planar s.planar s.

asphericalaspherical s.s.

centre edgecentre edge

spot

siz

e,

spot

siz

e, rm

srm

s(m

m)

(mm

)

0.

1

.

2

.

0.

1

.

2

.

AXIS TILT: 5 AXIS TILT: 5 ºº

ANGULAR ANGULAR ACCEPTANCE:ACCEPTANCE:

±± 9.5 9.5 ºº 220 nm220 nm

chromchrom..300 nm300 nm

400 nm400 nm600 nm600 nm


VALUTAZIONE DELLE VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI DISEGNOPRESTAZIONI DI DISEGNO

CON FOTONI DA MONTE CARLOCON FOTONI DA MONTE CARLOMonte Carlo performance results

0.86

0.93 0.91 0.89

0.5410.595

0.6220.651

0.500.550.600.650.700.750.800.850.900.95

A B C D

design

FOMfp

FINAL DESIGNFINAL DESIGNSURFACES:SURFACES:2 SPHERICAL, 2 SPHERICAL, 1 1 ASPHERICALASPHERICAL,,1 PLANAR 1 PLANAR angang. acc. . acc. ±± 9.5 deg.9.5 deg.

FINAL DESIGNFINAL DESIGNSURFACES:SURFACES:2 SPHERICAL, 2 SPHERICAL, 22 ASPHERICALASPHERICAL,,

angang. acc. . acc. ±± 9.5 deg.9.5 deg.

SURFACES:SURFACES:all SPHERICAL, all SPHERICAL,


SURFACES:SURFACES:3 SPHERICAL, 3 SPHERICAL, 1 ASPHERICAL1 ASPHERICAL


13 12 p

fFOMf

=−

ffpp = = frazionefrazione di di fotoelettronifotoelettroni nelnel pixel pixel giustogiustof = f = frazionefrazione fotoelettronifotoelettroni trasportatitrasportati daldal telescopiotelescopio ((tipictipic. > 80%). > 80%)FOM FOM –– proporzionaleproporzionale allaalla risoluzionerisoluzione in in θθChCh


OTTIMIZZAZIONE DELLOTTIMIZZAZIONE DELL’’ORIENTAZIONE ORIENTAZIONE DEL TELESCOPIO 1/2DEL TELESCOPIO 1/2


OTTIMIZZAZIONE DELLOTTIMIZZAZIONE DELL’’ORIENTAZIONE ORIENTAZIONE DEL TELESCOPIO 2/2DEL TELESCOPIO 2/2

FINAL DESIGNFINAL DESIGNSURFACES:SURFACES:2 SPHERICAL, 2 SPHERICAL, 1 1 ASPHERICALASPHERICAL,,1 PLANAR 1 PLANAR angang. acc. . acc. ±± 9.5 deg.9.5 deg.


Surface 1 nominal Tolerance ∆RMS[um] ∆CENY[um] ∆CENX[um]

radius 54.9375 0.5mm 3.3 4.00E-07 0

surface irreg. 10fringes 0.08 3.00E-09 0

thickness 20.8127 0.1mm 0.3 1 0

tilt 0.02° 0.6 2.1 2.1

decenter 0.1mm 3.1 11 11

index 0.001 0.5 1.4 0

Surface 2

radius infinity 50fringes 0.2 3.00E-06 0

surface irreg. 10fr 0.08 2.00E-07 0

spacing 75.805 0.1mm 0.6 1.1 0

tilt 5° 0.02° 0.6 2.7 2.7

decenter 0.1mm 0 0 0

Surface 3

radius 20.6958 0.06mm 13 2.8 0

asph. coeff -6.13885E-05 5e-7m-3 13 2.3 0

thickness 19.4202 0.08mm 9.3 0.3 0

tilt 0.02° 0.04 6 6

decenter 0.05mm 4 29 29

index 0.0009 9.3 2.4 0

Surface 4

radius -24.96372 0.06mm 8.6 2.4 0

surface irreg. 10fringes 0.4 0.2 0

spacing 26.835 0.1mm 10 1.2 0

tilt 0.02° 0.5 5.7 5.6

decenter 0.05mm 2.7 32 32

RMS RMS spot spot size size changechange

Vertical Vertical image image displacdisplacement ement ((CENYCENY))

HorizoHorizontal ntal image image displacdisplacement ement ((CENXCENX))

RMSRMS((µµm)m)

CENXCENX((µµm)m)

CENYCENY((µµm)m)

LENTI, TOLLERANZE LENTI, TOLLERANZE 11 22 33 44deviazionideviazioni

((µµm)m)


LENTI, COLLAUDO E POSA IN OPERALENTI, COLLAUDO E POSA IN OPERA

from tolerances calculationsfrom tolerances calculationsmain problems main problems –– decentramentdecentrament and tiltand tilt

Hartmann methodHartmann method

FeaturesFeatures•• Low CostLow Cost•• Easy to UseEasy to Use•• RealReal--Time Measurement and DisplayTime Measurement and Display•• Intuitive DisplaysIntuitive Displays•• Inspect Optical Components ConvenientlyInspect Optical Components Conveniently

Flexible Display OptionsFlexible Display Options•• Broad Wavelength CapabilityBroad Wavelength Capability•• Model Options Model Options in Zemax in Zemax for UV, VIS Primary Wavelengthfor UV, VIS Primary Wavelength

A simple version of this method A simple version of this method is not time consuming is not time consuming DEVICE CONSTRUCTION STARTEDDEVICE CONSTRUCTION STARTED(~ 2 months)(~ 2 months)


LA MECCANICA 1/2LA MECCANICA 1/2meccanicameccanica compatibilecompatibile con con ilil setset--up up attualeattualeorientazioneorientazione delladella lentelente di campo di campo ottimizzataottimizzata ((ingressoingresso del del telescopiotelescopio) ) ZonaZona mortamorta minimizzataminimizzata frafra PMT e PMT e CsICsI


LA MECCANICA 2/2LA MECCANICA 2/2facciafaccia dd’’ingressoingresso, , orientataorientataortogonalmenteortogonalmenteallaalla direzionedirezione media media deidei fotonifotoni entrantientranti


LL’’ELETTRONICA DI LETTURAELETTRONICA DI LETTURA

ARCHITETTURA

scheda DAC

MAPMT

F1−TDC

al CATCH

partitori

schede MAD4−mod

F1 F1

• uso dei MAD4 modificati

• soglia indipendente per ogni canale

• accettano rate maggiori

• read-out con F1, in modo TDC

• standard TDC/LATCH di COMPASS

strategiastrategia::

1.1. INFN INFN –– solo solo ilil FEFE

2.2. FriburgoFriburgo -- parteparte logicalogica(F1, (F1, ……) ) ~ 12.5 ~ 12.5 kk€€/ch/ch

3.3. MAD4 standard MAD4 standard nelnel2006, 2006, senzasenza onereonerefinanziariofinanziario per per ll’’INFNINFN~ 4 ~ 4 kk€€/ch/ch

4.4. CC--MAD (MAD MAD (MAD modificatimodificati daldal 2007) 2007) ~ 80 k~ 80 k€€

5.5. 2007: 2007: nuovenuove FE board FE board con Ccon C--MADMAD ~ 4 ~ 4 kk€€/ch/ch


I COMPONENTI DEL SISTEMA I COMPONENTI DEL SISTEMA DI READDI READ--OUT OUT

(PROTOTIPI TEST BEAM)(PROTOTIPI TEST BEAM)al CATCH

F1 F1


F1 : TDC F1 : TDC vsvs LATCH MODELATCH MODE

500

400

300

200

100

hit rate [kHz]

xy

> 500 kHz

• 500 kHz border between latch / TDC mode readout:

Proiezione delle rate per i MAPMT

• Latch moderate limit: 2 MHz

• TDC moderate limit: 6 MHz

1500

1000

500

0

hit rate [kHz]

xy

• 4 times more photons, 2 times larger pad size:

Proiezione delle rate per i MAPMT


CC--MADMAD

MOTIVATIONS

Thresholds regulated on a channel by channel basisGain more suited to PMT signalsModularity (8 channels/chip)Technology (from 0.8mm BiCMOS to 0.35mm CMOS)Improved Hit Rate (up to at least 4 MHz)

Technology : AMS CMOS 0.35 µm 2P4MChip size : 3.2 x 3.2 mm2

Package : CQFP 120

IC arrived 10 March ‘05


ll’’interrogativointerrogativo: : la la gocciagoccia di di collacolla ee’’ sufficientesufficiente a a

garantiregarantire ilil mantenimentomantenimento delladella tensionetensionemeccanicameccanica del del filofilo ??

LE LE ““MEZZEMEZZE”” CsICsI--MWPC 1/2MWPC 1/2

la la misuramisura delladellatensionetensione del del filofilo

ilil setset--upupciclicicli con con tensionetensionemeccanicameccanica variabilevariabile

la la rispostarisposta: : nessunnessun problemaproblema

usandousando collacolla adeguataadeguata((giagia’’ discussodiscusso))


LE LE ““MEZZEMEZZE”” CsICsI--MWPC 2/2MWPC 2/2modifichemodifiche::••filifili anodicianodici di di lunghezzalunghezza metameta’’••pannellopannello di di lentilenti cheche rimpiazzarimpiazza un un fotocatodofotocatodo

camera PD camera PD modificatamodificata al GIFal GIFcamera camera validatavalidata::

stabile stabile finofino a a 2000 V,2000 V,(a (a parteparte un un settoresettorelateralelaterale, , isolatoisolato););forseforse ancheanche oltreoltre……condizionicondizioni lavorolavoro@ GIF @ GIF moltomolto instabiliinstabili((metanometano, power failure, power failure))

in in passatopassato, per , per confrontoconfronto::2 sole PD 2 sole PD stabilistabilia V > 1950 Va V > 1950 V


3. LE PRESTAZIONI3. LE PRESTAZIONI

CONSIDERAZIONI SULLA CONSIDERAZIONI SULLA RISOLUZIONERISOLUZIONE

NumeroNumero di di fotonifotoni rivelatirivelati::((daldal test beam 2004) : test beam 2004) : NNCsICsI x 3.5 x 3.5 (a (a saturazionesaturazione, per , per anellianelli con con pienapienaaccettanzaaccettanza: 45: 45--50 50 fotonifotoni / ring)/ ring)

IMPORTANTE:IMPORTANTE:maggior numero fotoni maggior eff. pattern recognition !maggior numero fotoni maggior PID power per p vicino alla soglia Cerenkov

risoluzionerisoluzione angolareangolare per per fotonefotone singolosingolo : : σσphph--CsICsI x 1.5 (pad size e x 1.5 (pad size e cromaticitacromaticita’’))risoluzionerisoluzione per per anelloanello in in assenzaassenza di di fondofondo ((contributicontributi dada N e N e σ) σ) : :

σσringring--CsICsI x 0.8 x 0.8 ππ/K sep at 2.5 /K sep at 2.5 σσ almenoalmeno finofino a 50 a 50 GeV/cGeV/c

memoriamemoria ((rivelatorerivelatore + read+ read--out) : ~ 2 nsout) : ~ 2 ns ; ; CsICsI: ~2.5 : ~2.5 µµssrate rate rumorerumore: occupancy: occupancy < 1%< 1%

STUDI STUDI MC MC ASSUMENDO QUESTI PARAMETRIASSUMENDO QUESTI PARAMETRI


STUDI DI MONTECARLO STUDI DI MONTECARLO 1/21/2

minimum bias

0

2

4

6

8

10

0 20 40 60 80 100

particle polar angle (mrad)

FOM

ratio

FOM ratioFOM ratio, average

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

0 50 100


effic

ienc

y

CsIMAPMT

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

0 20 40 60 80 100


FOM

CsIMAPMTCSI, averagePMT, average

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

0 50 100


purit

y CsIMAPMT

campionecampione: minimum bias: minimum bias ((PythiaPythia) K con p > ) K con p > sogliasogliaCerenkovCerenkov

anellianelli CerenkovCerenkovneinei catodicatodi centralicentrali

1.91.9


STUDI DI MONTECARLO STUDI DI MONTECARLO 2/22/2

campionecampione: D0, D0: D0, D0 (AROMA) K con p > (AROMA) K con p > sogliasogliaCerenkovCerenkov

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

0 50 100 150


FOM

CsIMAPMTCsI, averageMAPMT, averageDo (D0bar), DATA

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

0 50 100 150


FOM

CsIMAPMTCsI, averageMAPMT, average

D0D0D0D0

D0-bar

0123456789

10

0 50 100


FOM

rat

ioFOM ratioFOM ratio, average

D0

0123456789

10

0 50 100


FOM

rat

io

FOM ratioFOM ratio, average

1.61.61.61.6


PROGETTO E STATO, PROGETTO E STATO, CONCLUSIONICONCLUSIONI

goal in goal in settembresettembre 2004: 2004: progettoprogettofinalizzatofinalizzato per per maggiomaggio 20052005

ee’’ statostato finalizzatofinalizzato allaallametameta’’ di di marzomarzo 2005 !2005 !


4. manpower, 4. manpower, scalascala temporaletemporalee budgete budget


SCHEDULESCHEDULE

= milestone di = milestone di CollaborazioneCollaborazione

ITEM 04 / IV 05 / I 05 / II 05 / III 05 / IV 06 / I WHO ?

R-O - FE, design & proto TO R-O - FE, constraction TOR-O - F1, design & proto FRR-O - F1, construction FR

anode planes, test TSanode planes, constr. TSanode planes, GIF + mounting TS+CZ+FR

MAPMTs, purch. + delivery TSMAPMTs, QC - prep. ERMAPMTs, QC - checks ER+CZ

TS test set-up, design & constr. TSTS test set-up, use available to all

lenses, design CZ + MZlenses, production CZlenses, QC - preparation MZ+CZlenses, QC - checks MZ+CZ

mech. studies TSmech. final drawing TSmech. production FR+MZ

mag. Shielding, checks FR ?

ASSEMBLY allC

OM

PASS approval

CO

MPA

SS approval

INFN

approvalIN

FN approval

Start dismount Start dismount PDsPDs if if milestones satisfiedmilestones satisfied

matched !matched !


BUDGET TOTALEBUDGET TOTALEcomponent n. pc.s unit. Cost tot. cost price source Institute notes

(k€) (k€)

modified anode planes 4 7 28 offer INFN requested now

MAPMTs 600splitted in 40 1 40 HAMAMATSU offer various PMT already available

410 1 410 HAMAMATSU offer INFN requested now150 1 50 HAMAMATSU offer Freiburg financement available

30 HAMAMATSU offer Mainz financement available50 HAMAMATSU offer Bonn-Erlangen financement available20 HAMAMATSU offer Prague financement available

field lenses 600 0.12 72 preliminary offer INFN requested nowconcentrator lenses 600 0.09 54 preliminary offer INFN requested nowlens glueing (25 d) 12 our estimate INFN requested now

HV power s. main frame 2splitted in 1 9.7 9.7 offers INFN main frame available

1 9.7 9.7 offers INFN requested nowHV power s. units 13splitted in 1 5.6 5.6 offers INFN unit available

12 5 60 offers INFN requested nowHV cables 8 CERN store INFN requested now

resistive dividers 600 17.2 offers INFN requested now

panels 4 13.2 52.8 offer INFN requested nowsoft iron (2 t) 10 material quotation INFN requested nowPMT block 15 preliminary estimates INFN requested nowothers 5

CMAD production 80 preliminary estimates INFN requested 2006FE cards 1200 40 see Daniele INFN requested 2006FE boards 2006 1200splitted in 20 see Daniele COMPASS available

20 see Daniele EU money availableFE LV 4 see Daniele INFN requested 2006F1 boards 150 120 Freiburg request being processedcooling 7 CERN prices INFN requested nowconsumables 10 INFN requested now

TOTAL 1260


FINANZIAMENTI FINANZIAMENTI DISPONIBILIDISPONIBILI

component n. pc.s unit. Cost tot. cost price source Institute notes(k€) (k€)

MAPMTs 40 1 40 HAMAMATSU offer various PMT already availableMAPMTs 150 1 50 HAMAMATSU offer Freiburg financement availableMAPMTs 30 HAMAMATSU offer Mainz financement availableMAPMTs 50 HAMAMATSU offer Bonn-Erlangen financement availableMAPMTs 20 HAMAMATSU offer Prague financement availableMAPMTs 50 1 50 HAMAMATSU offer EU money financement available

modified anode planes 7 4 28 offerte coll. COMPASS financement availablepanels 4 13.2 52.8 offer INFN Freiburg workshop

HV power s. main frame 1 9.7 9.7 INFN main frame availableHV power s. units 1 5.6 5.6 INFN unit availableFE boards 2006 20 see Daniele COMPASS availableFE boards 2007 20 see Daniele EU money availableF1 boards 150 120 Freiburg request being processed

TOTAL 496.1


RICHIESTE ALLRICHIESTE ALL’’ INFN 2005INFN 2005


MAPMTs 410 1 150 INFN requested now, 210 kE in 2006

field lenses 600 0.12 72 preliminary offer INFN requested nowconcentrator lenses 600 0.09 54 preliminary offer INFN requested nowlens glueing (25 d) 12

HV main Frame 1 9.7 0 offers INFN anticipo Collaborazione, 9.7 kE in 2006HV power s. units 12 5 0 offers INFN anticipo Collaborazione, 60 kE in 2006HV cables 8 magazzino CERN INFN requested now

resistive dividers 600 17.2 offers INFN requested now

soft iron (2 t) 10 material quotation INFN requested nowPMT block 15 preliminary estimates INFN requested nowothers 5 INFN requested now

cooling 7 CERN prices INFN requested nowconsumables TS 10 INFN sblocco sj

TOTAL 360.2


RICHIESTE ALLRICHIESTE ALL’’ INFN 2006INFN 2006


MAPMTs 410 1 210 INFN 200 kE in 2005HV power s. units 12 5 69.7 offers INFN

CMAD production 80 preliminary estimates INFN requested 2006FE cards 1200 40 see Daniele INFN requested 2006FE LV 4 see Daniele INFN requested 2006

TOTAL 403.7


BACKBACK--UPUP

RICHRICH--1 UPGRADE1 UPGRADES. S. DallaDalla TorreTorre

1.1. IntroduzioneIntroduzione1. storia del progetto2. un richiamo

esercizi ai test beam con MAPMT

2.2. ilil progettoprogetto finalefinale di updi up--grade grade delladella parteparte centralecentrale del del RICHRICH--11

3.3. le le prestazioniprestazioni previstepreviste

4.4. le le attivitaattivita’’ di di laboratoriolaboratorio per per ll’’upup--gradegrade

5.5. manpower, manpower, scalascala temporaletemporale e e costicosti

Roma, 21/3/2005Roma, 21/3/2005

LA CARATTERIZZAZIONE LA CARATTERIZZAZIONE DEL RICHDEL RICH--1 (in 1 (in pillolepillole) )

<<NNph,ph,ββ=1=1 >/ ring = 14 >/ ring = 14 ( = 10 per ( = 10 per θθpartpart< 30 < 30 mradmrad))

σσphph = 1.1 = 1.1 mradmrad everywhereeverywhere

σσringring = 0.45 = 0.45 mradmrad (per (per θθpartpart> 30 > 30 mradmrad &&NNphph/N/Nph,ph,ββ=1=1 > 0.80)> 0.80)

non non scalascala con con NNphph : : fondofondo !!

efficienzaefficienza PID > 90%PID > 90% ((per per θθpartpart> 30 > 30 mradmrad eep > pp > p<5ph>/ring<5ph>/ring ;;70% per 70% per θθpartpart< 30 < 30 mradmrad))

purezzapurezza, , dipendedipende daldal campionecampione; un ; un esempioesempio rilevanterilevante ::

KK±± dada DD0 0 && DD0 0 concontagli canonici COMPASSθpart> 25 mradp>10.5 GeV/c

purezza = 72 %•• risolverisolve ππ/K /K nellanella regioneregione 1010--40 40

GeV/cGeV/c a a livellilivelli di di 2.5 2.5 σσ________________________________________________________________NB: NB: prestazioniprestazioni inferioriinferiori a a piccolipiccoli angoliangoli

(background e zone (background e zone mortemorte))

75% K75% K±±

caratterizzazionecaratterizzazione completatacompletata

sisi vedanovedano le le presentazionipresentazioni in CSN I:in CSN I:17/5/200417/5/200421/9/200421/9/2004


2002 : Seff(*)= 151 (8)2003: Seff = 674 (17)

(*) Seff =S/(1+B/S)

un un esempioesempio notevolenotevole::∆∆G/G G/G dada segnalesegnale di open charmdi open charm

DD00 & D& D00 senzasenza microvertexmicrovertexdetectordetector

ilil RICHRICH--1 1 nellanella FISICA di COMPASSFISICA di COMPASS

20022002 2003 (2004)2003 (2004)SSeffeff//dayday * 4.9 * 4.9

Preliminary Preliminary


RICHRICH--1 REGIONE CENTRALE 1 REGIONE CENTRALE

0.4

0.6

0.8

1

102

103

104

screens-pipe-holescreens-REDpipe-NOholeNOscreens-pipe-holescreens-NOpipe-holeNOscreens-NOpipe-holeNoscreens-NOpipe-Noholesolid-mirror-wall

Distance from Beam (mm)Distance from Beam (mm)

Effi

cien

cy M

onit

orEf

fici

ency

Mon

itor

efficienzaefficienza PID PID dada MonteCarloMonteCarlogeometricogeometrico(beam halo off)(beam halo off)

2 2 effettieffetti combinaticombinati: : -- alone del alone del fasciofascio-- zone zone mortemorte centralicentrali

tuttetutte le zone le zone mortemorte

solo le zone solo le zone mortemortedeidei fotorivelatorifotorivelatori

fotonifotoni generatigeneratidalldall’’alonealone del del fasciofascio

plot plot cumulativicumulativi di di immaginiimmagini di di eventieventi


STRATO ANTIRIFLETTENTE ?STRATO ANTIRIFLETTENTE ?

NORMAL INCIDENCENORMAL INCIDENCE

10 DEGREES10 DEGREES

AR ON QUARTZ (2 PAIRS SiO2AR ON QUARTZ (2 PAIRS SiO2--HfO2)HfO2)

How many more How many more photons ? ~ 7%photons ? ~ 7%

reference:reference:Hafnium Oxide,Hafnium Oxide,Technical Publication,Technical Publication,http://www.cerac.com/pubs/proddata/hfo2.htmhttp://www.cerac.com/pubs/proddata/hfo2.htm


““SINGLE PHOTONSINGLE PHOTON””PERFORMANCESPERFORMANCES

θθhithit ((mradmrad))

θθringring ((m

radm

rad))

all particlesall particles

selecting particles according to polar selecting particles according to polar angle and producing angle and producing θθringring slices slices

information on:information on:•• resolutionresolution•• number of detected photons number of detected photons •• backgroundbackground

exampleexample

NUMBER OF PHOTONS NUMBER OF PHOTONS

n. of n. of ph.sph.s

background background

rings with < 5 rings with < 5 ph.sph.snot reconstructednot reconstructed

fit above 36 fit above 36 mradmrad

adding up regions 3adding up regions 3--66

ΘΘparticleparticle<30 <30 mradmrad

3030--60 60 mradmrad

120120--150 150 mradmrad 150150--180 180 mradmrad

9090--120 120 mradmrad6060--90 90 mradmrad


RICHRICH--1 RESOLUTION1 RESOLUTION

σσ measured from measured from reconstructed ringsreconstructed rings

σσR

ING

RIN

G(( m

rad

mra

d ))

COMPARISON OF COMPARISON OF RING RESOLUTIONRING RESOLUTIONDIRECTLY DIRECTLY MEASURED MEASURED (reconstructed (reconstructed rings) AND rings) AND CALCULATEDCALCULATED FROM SINGLE FROM SINGLE PHOTON RESOLUTION:PHOTON RESOLUTION:FULL DETECTOR UNDERSTANDINGFULL DETECTOR UNDERSTANDING

single photon resolutionsingle photon resolution

σσph

oto n

phot

o n(( m

rad

mra

d ))

p (p (GeV/cGeV/c))ring resolutionring resolution

σσ calculated from single calculated from single photon resolutionphoton resolution

ΘΘparticleparticle ((mradmrad))

2.5 2.5 σ πσ π/K/Ksep. up to 40 sep. up to 40 GeV/cGeV/c


PID with COMPASS RICHPID with COMPASS RICH--11

momentum (GeV/c)

θC

h (mrad)

0 10 20 30 40 50 60

0

10

20

30

40

50

60 K pπ

(x30)(x150)

π, µπ, µ

KK

pp

θθparticleparticle> 25 > 25 mradmrad

p (p (GeV/cGeV/c) > ) > ppthrthr(K(K) + 2 ) + 2 GeV/cGeV/c

PID EFFICIENCYPID EFFICIENCY

ππ±± from from KKss decaysdecays

p> p> thrthr. (= on average . (= on average 0 0 photons ) photons ) p> p> thrthr. + 0.5 . + 0.5 GeV/cGeV/c (=on av. (=on av. 55 detdet. . ph.sph.s) ) p> p> thrthr. + 1.2 . + 1.2 GeV/cGeV/c (=on av.(=on av.88 detdet. . ph.sph.s) ) p> p> thrthr. + 2 . + 2 GeV/cGeV/c (=in m. (=in m. 1010 detdet. . ph.sph.s))

00--30 30 mradmrad

 = = 12.4 12.4 GeV/cGeV/c

 = = 9.3 9.3 GeV/cGeV/c

 = = 7.1GeV/c7.1GeV/c

 = = 5.8 5.8 GeV/cGeV/c

 = = 4.9 4.9 GeV/cGeV/c

 = = 4.3 4.3 GeV/cGeV/c



120120--150 150 mradmrad 150150--180 180 mradmrad

9090--120 120 mradmrad

MOMENTUM SPECTRA IN MOMENTUM SPECTRA IN θθparticleparticle BINSBINS

0. 90. 180. 0. 90. 180. ΘΘparticleparticle(mrad(mrad))

EFFI

CIE

NC

YEF

FIC

IEN

CY

0.

0.5

0.

0.5

1.

1.


KK±± from from ΦΦ decaydecay(sample purity: (sample purity: 84%84% ))

p> p> thrthr. + 2. . + 2. GeV/cGeV/c(= on av. (= on av. 55 detdet. . ph.sph.s))

EFFICIENCY, learning curveEFFICIENCY, learning curve

ππ±± dada decadimentidecadimenti KKss(sample purity: (sample purity: 94%94% ))

p> p> thrthr. + 0.5 . + 0.5 GeV/cGeV/c(= on av. (= on av. 55 detdet. . ph.sph.s))

software software upgrade upgrade


EFFI

CIE

NC

YEF

FIC

IEN

CY

0.

0.5

0.

0.5

1.

1.


EFFI

CIE

NC

YEF

FIC

IEN

CY

0.

0.5

0.

0.5

1.

1.

PD PD stabilitystability

gasgasquality quality


ADC fixed to FE cardADC fixed to FE card

Half PD : FE cards

ADC card


Complete systemComplete system

Full APV readout on the RICH Detector :

APV APV vsvs GASSIPLEX, test in GASSIPLEX, test in fasciofascioanalisianalisi P. P. SchiavonSchiavon

n. n. fotonifotoni/ring/ring

risoluzionerisoluzioneper per fotonefotone singolosingolo

fondofondo/ring/ring

APVAPVGASSIPLEXGASSIPLEX

APVAPV GASSIGASSI

GASSIGASSIGASSIGASSI

compatibilecompatibile con con •• Time gate : Time gate : FW = 375 nsFW = 375 ns

• for signals with AMP>12 ADC chan.time resolution<30 ns (50% of hits)

distribuzionedistribuzione deidei ““centricentri”” deglidegli anellianelli

LATCH LATCH vsvs TDCTDCLatch mode TDC mode

4 x 8 =32 channels / F1 chip

5 ns time resolution

8 channels / F1 chip

128 ps time resolution

OR TDC

PatternUnit

Data

PMT

Strobe time30 ns

minimal time cut aroundRICH signals in offline analysis ≈ 2 ns (5 sigma, only limited by PMT time resolution < 400 ps)

minimal strobe time = 30 ns= minimal time cut around RICH

signals in offline analysis


Hartmann plate

CCD

Testing


ABOUT MANPOWERABOUT MANPOWERInstitute person FTE NOTES

CZ (*) D. Kramer 1M. Sulc 0.5others 0.5

ER (*) A. Teufel 0.5

FR (*) Ch. Schill 1others 0.5technician 0.5workshops mech / electr

MZ (*) A. Mutter 0.5postdoc 1workshop mech

TO(*) M. Chiosso 1others 0.5technician 1el. Engeneers 2 MAD4 mod

TS(*) S. Dalla Torre 1F. Tessarotto 1M. Apollonio 1postdoc 1technicians 2.5workshops mech / electr

(*) - students, not included in this table

physicists FTE :physicists FTE :

TS + TO TS + TO enlarged groupenlarged group5 5 1111


MAPMT, MAPMT, aspettiaspetti commercialicommerciali

Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan

CERN purchasing end of m.delivery 50 50 50

INFN purchasing end of m.delivery 50 100 100 100 60

600 PMT needed600 PMT needed40 disponibili150 gruppi tedeschi + Praga410 INFN

offertaofferta indicativaindicativa novembrenovembre 2004: 2004: 134 000 134 000 ¥¥ / MAPMT, / MAPMT, selctedselcted

offertaofferta per 150 (per 150 (acquistoacquisto daldal CERN) CERN) disponibiledisponibile per PMT per PMT selezionatiselezionati: :

134 000 ¥ / PMT ( ~1000 € / PMT) come anticipato !

CERN iterno tendering !iter amministrativo, finito ~30/3

PMT selezionati:

anode sensitivity: min 70 A/lm (default: 70A/lm)

gain: min 1 x 106 (default: 0

dark current: max 2 nA/channel (defaultuniformity between anode max 1:3 (default: 1:5)QE min at 250 nm: 5% (default: - )


CONTACTS WITH LENS PRODUCERSCONTACTS WITH LENS PRODUCERS

TECNOTTICA CONSONNI (TECNOTTICA CONSONNI (LeccoLecco))offer for preliminary design receivediteration ongoing

S.I.L.O. (S.I.L.O. (FirenzeFirenze))final design with preliminary tolerances sent (*)feasiblemeeting on 22/3/05

SchottSchott--GuinchardGuinchard ((YverdonYverdon))final design with preliminary tolerances sent (*)feasibleoffer promised

(*) since yesterday, final tolerances (*) since yesterday, final tolerances availableavailable

Contacts startedContacts started

SESO (Aix-en-Provence)feasible

SAGEM (Paris)feasable

LINOS Photonics GmbH (Munich)feasible

ALPHALAS GmbH (Göttingen)not aspherical surfaces

DOCTER GmbH (Schlez)not aspherical surfaces

EKSPLA (Vilnius)not aspherical surfaces

Optical Surfaces Limited (Surrey)feasiblemanual polishing ?


1.1. LE ATTIVITALE ATTIVITA’’ DI DI LABORATORIOLABORATORIO


IL SISTEMA DI TEST A IL SISTEMA DI TEST A SETTEMBRE 2004SETTEMBRE 2004

DD22

HVHV

triggertrigger

finestrafinestraCaFCaF22

lentelenteCaFCaF22

filtrifiltrineutrineutri

PMPMUVUV

PMPM UVUV

monitoraggiomonitoraggio luceluce

MAPMTMAPMT

movimmovim. . x, y x, y

monitoraggiomonitoraggio luceluce,,ancheanche triggertrigger

fibrafibraotticaottica


IL SISTEMA DI TEST OGGIIL SISTEMA DI TEST OGGIschemaschema

flash flash lamplamp filtersfilters

pinhole pinhole diaphragm diaphragm

convexconvex--plane plane lenslens

biconvexbiconvexlenslens

diaphragm diaphragm

I.B. I.B. BerlmanBerlman, , O.J. O.J. SteingraberSteingraberand M.J. Benson, and M.J. Benson, Rev. Sc. Rev. Sc. InstrInstr., ., 39 (1988) 5439 (1988) 54


IL SISTEMA DI TEST OGGIIL SISTEMA DI TEST OGGIfotofoto

flash flash lamplamp


LAB ACTIVITY IN TRIESTELAB ACTIVITY IN TRIESTE

studying the flash lampstudying the flash lamp starting with starting with HelmholtzHelmholtz coilscoils

Voltage (y component)

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Voltage (V)

Fiel

d (m

T)

Y ALIGNMENT

0,00

2000,00

4000,00

6000,00

8000,00

10000,00

12000,00

14000,00

-0,30 -0,20 -0,10 0,00 0,10 0,20 0,30

y position (mm)

Cou

nts

Y POSITION

aligning the test aligning the test system opticssystem optics

200 200 µµmm


Pixel sizePixel sizeFOM factor vs pixel size (mm)

11.11.21.31.41.51.61.71.81.9

5 10 15 20

FOM factor vs pixelsize (mm)

pixel size (mm) vs cost (kE)

02468

10121416

0 1000 2000 3000

pixel size (mm) vs cost(kE)

n. of MAPMTs vs cost (kE)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 1000 2000 3000

n. of MAPMTs vs cost(kE)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

multiplicative factor of present FOM

cost

(kEu

ro)

Series1

COMPASS RICH-1 UPGRADE › csn1 › riunioni › agenda › 04-04-2005 › dallatorre2.pdf2005/04/04...

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