Università degli Studi di Ferrara Design of the interlock system of a test- bench for silicon...

Università degli Studi di Ferrara

“Design of the interlock system of a test-bench for silicon detectors”

Tesi di Laurea Specialistica in Fisica Nucleare e Subnucleare

Relatore:Dr. Paolo Lenisa

Correlatore:Dr. Sergey Michirtytchiants

Laureanda:Greta Guidoboni

Anno Accademico 2008-2009

217 Luglio 2009

IndiceIndice

PERCHÉ polarizzare gli antiprotoni.

COME polarizzare gli antiprotoni.

Setup sperimentale per esperimenti di Spin-filtering.

Sistema di interlock.

Conclusioni

317 Luglio 2009

Accesso a fondamentali osservabili fisiche :

trasversità

fattori di forma del protone

spettroscopia adronica

High Energy Storage Ring

L = 1031cm-2s-1

Perché polarizzare gli antiprotoni?Perché polarizzare gli antiprotoni?

pp

417 Luglio 2009

Motivazioni fisiche: Motivazioni fisiche: trasversitàtrasversità

q h1

=

Quark e protonetrasversalmente

polarizzati

Quark e protoneLongitudinalmente

polarizzati

q

Quark e protonenon polarizzati

q

Al leading-twist order, la STRUTTURA di SPIN del protoneSTRUTTURA di SPIN del protone è descritta da

3 funzioni di distribuzione:

Ben notaNota Poco nota

ElicitàTrasversità

q(x) Δq(x) δq(x)

517 Luglio 2009

Trasversità

q1h

funzione chirale dispari

INVISIBILE in DIS perché interazioni

Elettro-debole e forte conservano la chiralità!

Accoppiata ad un’altra funzione chirale dispari:

Inclusive DIS Semi-inclusive DIS Drell-Yan

h1q(x) × f. di Collins h1

q(x) × h1q(x’)

Xeepp

617 Luglio 2009

Motivazioni fisiche: Motivazioni fisiche: fattori di formafattori di forma

GE distrib. spaziale di carica elettrica

GM distrib. spaziale della

magnetizzazione

FF di SACHS:

Funzioni ANALITICHE di q2 = 4-momento trasferito

q2<0 regione spacelikeFF = funzioni reali

q2>0 regione timelikeFF = funzioni complesse

)(lim)(lim 2222 qFqF TL

q

SL

q

annichilazionescattering

717 Luglio 2009

Regione SPACELIKERegione SPACELIKE

Rosenbluth separation

:

Trasferimento di polarizzazione

Regione TIMELIKERegione TIMELIKE

- PANDA: metodo della Rosenbluth separation misura di e

- PAX: osservabili di correlazione di spin misura di , in maniera indipendente e della fase relativa fra loro

MG

MG EG

EG

test della Rosenbluth separation nella regione timelike

test dei diversi modelli teorici

2 ɣ exchange ?

817 Luglio 2009

Come polarizzare gli antiprotoni Come polarizzare gli antiprotoni

Spin-FlipSpin-Flip

Flip selettivo

Per un campione di particelle di spin ½ con proiezione +(↑) e – (↓)

Favorisce la transizione in un verso rispetto ad un altro

Spin-FilteringSpin-Filtering

Perdita selettiva

Seleziona uno stato più di un altro

917 Luglio 2009

Come polarizzare gli antiprotoni: Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FLIPSPIN-FLIP??

epep

1017 Luglio 2009

Misure di depolarizzazione a COSYMisure di depolarizzazione a COSY

Fascio di protoni e fascio di e- co-

moventi

e-Cooler

Relative velocity of electrons in proton rest frame (c)

210-

3

0

4107

dep

ol (

barn

)

0 110-3

2107

-2107

-4107

D.Oellers et al., Physics Letters B 674 (2009) 269

epep peep

Walcher et al. COSY

no depolarizzazione

(limite superiore = 107 barn)

errore nel calcolo numerico dell’interazione

Come polarizzare gli antiprotoni: Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FLIPSPIN-FLIP??

1117 Luglio 2009

Come polarizzare gli antiprotoni Come polarizzare gli antiprotoni

Spin-FlipSpin-Flip

Flip selettivo

Per un campione di particelle di spin ½ con proiezione +(↑) e – (↓)

Favorisce la transizione in un verso rispetto ad un altro

Spin-FilteringSpin-Filtering

Perdita selettiva

Seleziona uno stato più di un altro

1217 Luglio 2009

Polar. TRASVERSA

Qtot 10 Polar. LONGITUDINALE:

Qtot )( 210

P polarizz. fascioQ polarizz. bersagliok || direzione del fascio

σtot = σ0 + σ1·P·Q + σ2·(P·k)(Q·k)

Come polarizzare gli antiprotoni: Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FILTERING!SPIN-FILTERING!

Fascio di protoniNON POLARIZZATO

Fascio di protoniPOLARIZZATO

Bersaglio polarizzato

1317 Luglio 2009

Prossime misureProssime misure

Esperimenti con PROTONI a COSY (prossimo anno)

Esperimenti con ANTIPROTONI ad AD (Antiproton Decelerator, CERN)

Prima volta!!

F. Rathmann et al., PRL 71, 1379 (1993)

Come polarizzare gli antiprotoni: Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FILTERING!SPIN-FILTERING!

1992 esperimento FILTEX al TSR (Test Storage Ring, Heidelberg)

Spin filtering funziona per protoni

P P

1417 Luglio 2009

Esperimenti di Spin-FilteringEsperimenti di Spin-Filtering Sezione a basso β Bersaglio interno

polarizzato Sistema di rivelazione

Polarimetro di Breit-Rabi (BRP)

Target chamber:Rivelatori + cella di accumulazione

Atomic Beam SourceABS

quadrupoli per sezione a basso β

1517 Luglio 2009

Rivelatori al silicioSTT

Esperimenti di Spin-FilteringEsperimenti di Spin-Filtering

Fascio

Fascio atomico dall’ ABS

Bobina per il campo di guida

Cella di accumulazione:

densità x 1005μm di Teflon

Lunghezza 400 mmSezione 10x10 mm2

Target chamberTarget chamber

zx

y

1617 Luglio 2009

Esperimenti di Spin-FilteringEsperimenti di Spin-Filtering

Sistema di rivelazione Sistema di rivelazione

Sistema completo costituito da 36 Silici

lavorare in vuoto Risoluzione del vertice di

1mm da pochi MeV a decine di MeV identificazione particelle +

misura dell’energia + tracciamento

Struttura a TELESCOPIO: STTSilicon Tracking Telescope

97x97 mm2 , spessore 300 μm

double-sided silicon strip sensor

Kapton per elettronica di front-end

Lato p

Lato n

1717 Luglio 2009

Sistema di InterlockSistema di Interlock

Scopo:• garantire condizioni di sicurezza• evitare errori umani

Installazione:• banco di prova• acceleratori COSY, AD e HESR 2 parti:

STT STT interlock

Safe vacuum Safe

atmosphere

STT_opr

VACUUM VACUUM interlock

Funzioni:• consentire ON/OFF dispositivi o Open/Close valvole

• monitoraggio dello STATO dei dispositivi e dei VALORI di pressione e temperatura

Componente HARDWARE

Componente SOFTWARE

Preparazione:• dispositivi • informazioni = input e output• procedure standard• eventi anomali e reazioni• logica

1817 Luglio 2009

Condizioni di lavoro STT Condizioni di lavoro STT

pressione: in vuoto o in atmosfera

raffreddamento rivelatori: - 20°C in vuoto, 20°C in atmosfera

raffreddamento elettronica in vuoto: 10°C in vuoto, 20°C in atmosfera

Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: STTSTT

1917 Luglio 2009

Strumentazione Strumentazione

Sistema di raffreddamento: termostato integrale (LAUDA)

Sistema di alimentazione: Mpod crate Bias per i rivelatori Bassa tensione per

l’elettronica Bias

Bassa tensione


2017 Luglio 2009

Accensione

Procedura standardProcedura standard

STT OFF

Premere START

Misura T ambiente

Abilitazione LAUDA ON

Subroutine: set e check T

Abilitazione ELETTRONICA ON

Abilitazione BIAS ON

STT ON

No “eventi anomali”

Abilitazione dall’interlock seguita da operazione manuale dell’operatore

guida visiva con LED

1 LAUDA

2 Elettronica

3 Bias


2117 Luglio 2009

STT ON

Premere STOP

Abilitazione ELETTRONICA OFF

Abilitazione LAUDA OFF

STT OFF

Abilitazione BIAS OFF

RISCALDAMENTO rivelatori ed elettronica

Spegnimento

Procedura standardProcedura standard

No “eventi anomali”



1 Bias

2 Elettronica

3 LAUDA


2217 Luglio 2009

Eventi anomaliEventi anomali

Perdita della condizione di “Safe_Vac” o “Safe_Atm”

Broken vacuum

allarme da LAUDA_elettronica

allarme da LAUDA_rivelatori

malfunzionamento dell’ Mpod crate

Perdita della connessione con il sistema di interlock

Power failure

AzioniAzioni

Spegnere i dispositivi Iniziare la procedure di riscaldamento per i rivelatori e

l’elettronica Bloccare qualsiasi operazione fino alla riconnessione con

l’interlock


2317 Luglio 2009

BPS

EPS

LAUDA det

Schema della logicaSchema della logica

struttura a blocchi

stato di un dispositivo =VETO per quello con priorità più bassa

controllo remoto e/o

manuale

SIM SIM (Software Interlock Monitoring)(Software Interlock Monitoring)

monitoraggio

previsione di situazioni

di pericolo e reazione

LAUDA el.


2417 Luglio 2009

Sistema di Interlock: Sistema di Interlock: VacuumVacuum

2517 Luglio 2009

Procedura standardProcedura standard No “eventi anomali”



Accensione

Safe Atmosphere

Premere START

V0 e V2 chiuse, V1 aperta

Abilitazione TurboCube ON

Safe Vacuum

SV aperta

P<10-5mbar Abilitazione IGP ON

Premere il pulsante “SafeVacuum” per

confermare


2617 Luglio 2009

Procedura standardProcedura standard No “eventi anomali”



Spegnimento

Safe Vacuum

Premere STOP

Abilitazione TurboCube OFF

Safe Atmosphere

P=Patm Abilitazione IGP ON

Abilitazione IGP OFF

Procedura di VENTING

Premere il pulsante “Safe Atmosphere”

per confermare


2717 Luglio 2009

LogicaLogica

VACUUM interlockVACUUM interlock

2817 Luglio 2009

Eventi anomaliEventi anomali

Perdita nella camera da vuoto

malfunzionamento dei misuratori di pressione

Broken vacuum

apertura/chiusura di valvole nel momento sbagliato

Perdita della connessione con il sistema di interlock

Power failure

AzioniAzioni

Chiudere la valvola di sicurezza. Bloccare qualsiasi operazione fino a che alla riconnessione con

l’interlock. Avvisare l’operatore con LED o un segnale di allarme.


Sistema di interlock per il banco di prova

Definizione delle procedure standard

Analisi degli eventi anomali e reazioni

implementazione della logica per il VACUUM interlock

completamento della logica per STT interlock

implementazione fisica dell’STT e del VACUUM interlock su una PLC

Sviluppi futuriSviluppi futuri

Lavoro svoltoLavoro svolto

3017 Luglio 2009

In collaborazione conIn collaborazione con

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