misure di guadagno in una camera MWPC m. avalle - i. bernava - f. brazzi - a. iannone - m. piersanti

misure di guadagno in una camera MWPC m. avalle - i. bernava - f. brazzi - a. iannone - m. piersanti

sommario descrizione apparato sperimentale misure di calibrazione e simulazione con Garfield analisi dati e misure di guadagno

MWPC componenti Fili dorati (anodi) raggio a = 15µm distanza tra i fili s =2mm Piani (catodi) distanza dai fili b =2.5mm i fili sono alimentati con tensioni nel range 2600-2900 V i piani sono a massa

campo elettrico in una MWPC l espressione del campo è: E =2CV π s cosh(2πy/s) + cos(2πx/s) cosh(2πy/s) cos(2πx/s) lontano dai fili il campo è uniforme in prossimità dei fili (x,y << s), il campo ha un andamento del tipo con r distanza radiale dall anodo 1 r

scelta del gas il passaggio della radiazione è rivelato dalla presenza di un gas facilmente ionizzabile tra i piani catodici scelta del gas: alto guadagno basso voltaggio di lavoro buona proporzionalità basso costo Ar/CO2/CF4 i gas nobili sono adatti perché soddisfano la condizione di basso voltaggio di lavoro, dato che richiedono deboli campi elettrici per essere ionizzati ma i gas puri sono facilmente eccitabili e rilasciano fotoni di alta energia capaci a loro volta di ionizzare i gas poliatomici assorbono tali fotoni

moltiplicazione a valanga passaggio della radiazione ionizzazione e formazione coppie elettrone-ione in prossimità dei fili gli elettroni rilasciati (primari) acquistano energia sufficiente per ionizzare nuovamente il gas formazione di nuovi ioni ed elettroni (secondari) IL PROCESSO CONTINUA CON LA FORMAZIONE DI UNA VALANGA

moltiplicazione a valanga v = eeτ m = µe v = velocità di deriva τ = tempo fra due urti µ = mobilità ioni più lenti degli elettroni perché più pesanti e quindi formazione di una goccia con gli elttrone in testa e gli ioni in coda gli elettroni nella valanga si formano con legge esponenziale n = n 0 e αx n 0 = elettroni formati x =0, sorgenti della valanga α = inverso del cammino libero medio (spazio percorso tra due urti) = probabilità d urto GUADAGNO: G = n n 0

esperimento MISURA di GUADAGNO G = Q(V ) Q Q(V ) Q : carica depositata sulle pad : carica corrispondente agli elettroni di ionizzazione primaria APPARATO SPERIMENTALE Trigger: coincidenza tripla tra 2 scintillatori e 1 finger Rate di acquisizione: circa 1 Hz Problema di front-end: possiamo acquisire solo da 1/4 della camera

apparato sperimentale

misure di calibrazione CALIBRAZIONE DEL TRIGGER conteggi 4 fotomoltiplicatori in coincidenza al variare della tensione di alimentazione per valori diversi della tensione di soglia

misure di calibrazione MAPPATURA DELLA SENSIBILITA DEGLI SCINTILLATORI conteggio coincidenza fotomoltiplicatori collegati ad un unico scintillatore e finger posto sopra

misure di calibrazione DISTRIBUZIONE ANGOLARE mappatura sensibilità distribuzione angolare tracce all interno della camera

Garfield SIMULAZIONE PASSAGGIO MUONE ATTRAVERSO LA CAMERA geometria: piani paralleli distanti 5 mm riempiti con una miscela di Ar/CO2/CF4 distribuzione angolare: presa dalle misure della mappatura di sensibilità

Garfield SIMULAZIONE PASSAGGIO MUONE ATTRAVERSO LA CAMERA geometria: piani paralleli distanti 5 mm riempiti con una miscela di Ar/CO2/CF4 distribuzione angolare: presa dalle misure della mappatura di sensibilità energia del muone: 4 GeV energia media dei muoni cosmici che arrivano al livello del mare

Garfield N e = 48.0 Q =7.68 10 18 C

misure di guadagno 10000 acquisizioni per ogni voltaggio (trigger muoni e rumore) finestra temporale di 6 ms programma C integra evento per evento restituendo la distribuzione in frequenza della carica rilasciata e la forma del segnale medio

misure di guadagno 10000 acquisizioni per ogni voltaggio (trigger muoni e rumore) finestra temporale di 6 ms

1 a analisi dati calcolo dell offset di rumore e fit della distr. di rumore con gaussiana taglio della distrib. dei segnali a dx e sx nuovo calcolo del segnale medio con i segnali puliti shift della distr. della differenza dei due offset fit tipo-landau della distr. dei segnali e integrazione per il calcolo della carica media

1 a analisi dati problemi

1 a analisi dati problemi 500 Charge distribution 400 300 Counts 200 100 0-4 -2 0 Mean 2 4 6 8 10 12 14 Charge (pc)

2 a analisi dati riscaliamo le distr. di segnale e rumore dei rispettivi offset

2 a analisi dati riscaliamo le distr. di segnale e rumore dei rispettivi offset sottraiamo bin a bin le due distr. sovrapposte

2 a analisi dati problemi NON SI SOVRAPPONGONO!

2 a analisi dati problemi non si sovrappongono a causa di mancanza di correlazione tra gli offset

2 a analisi dati problemi non si sovrappongono a causa di mancanza di correlazione tra gli offset gli offset non sembrano essere predicibili

3 a analisi dati misure di guadagno integriamo direttamente il segnale medio riscalato del suo offset

misure di guadagno

misure di guadagno

conclusioni nonostante la strumentazione poco adeguata per una misura precisa, abbiamo ottenuto dei valori di guadagno consistenti con quanto atteso

bibliografia

Fine

fit RC a 2900 V 0.0015 0.0014 0.0013 0.0012 0.0011 0.001 0.0009 0.0008 0.0007 0.0006 0 1e+06 2e+06 3e+06 4e+06 5e+06 6e+06

4 a analisi dati offset evento x evento 100 80 60 Counts 40 20 0-10 -9-8 -7-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Charge (pc)

perturbazione del finger