Caracterizacin de dos Modelos de Fotomultiplicadores y Estudio mediante Simulacin Monte Carlo de var

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• Caracterización de dos Modelos de
  Fotomultiplicadores y Estudio mediante Simulación
  Monte Carlo de varios Sistemas de Calibración
  basados en Optical Beacons

Juan de Dios Zornoza Gómez IFIC
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Contenido

• Introducción
• Caracterización de fotomultiplicadores
• Simulación del Optical Beacon
• Conclusiones

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Introducción

• Motivaciones científicas
• Principio de detección
• Fondo físico
• El detector ANTARES
• Prestaciones del detector

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Motivaciones científicas

• Los neutrinos sólo interaccionan débilmente (al
  contrario que los rayos cósmicos o los fotones),
  de manera que son un instrumento único para
  explorar el Universo a altas energías.

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Principio de detección
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Fondo físico
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El detector ANTARES
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Prestaciones del detector
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Caracterización de fotomultiplicadores

• Requisitos para ANTARES
• Modelos estudiados
• Montaje experimental
• Espectro de un fotoelectrón
• Resultados experimentales
• - Ganancia
• - Amplitud
• - Amplitud Ganancia
• - Cociente pico/valle
• - Resolución energética
• - TTS
• - Corriente oscura
• - Afterpulses

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Requisitos para ANTARES
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Modelos estudiados
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Montaje experimental

• El láser es disparado por el generador de
  pulsos.
• La digitalización se realiza mediante los
  módulos NIM y CAMAC y el osciloscopio.
• Los datos se almacenan en el PC.
• La conexión entre el osciloscopio, los módulos
  CAMAC y el PC se realiza via GPIB.

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Montaje experimental
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Espectro de un fotoelectrón
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Espectro de un fotoelectrón
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Ganancia
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Amplitud
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Amplitud - Ganancia
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Cociente pico/valle
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Resolución energética
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TTS
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TTS
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Corriente oscura
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Corriente oscura
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Afterpulses
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Afterpulses
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Afterpulses
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Simulación delOptical Beacon

• Calibración temporal
• Fuentes y configuraciones propuestas
• Programas de simulación
• Modelos de agua
• Análisis
• Resultados de la simulación
• Single LEDs
• LED beacons
• Laser beacon

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Calibración temporal

• Para garantizar una correcta reconstrucción de
  la traza de los muones, es imprescindible
  controlar los retrasos en la propagación de la
  señal y sus fluctuaciones.

• Tres sistemas de calibración complementarios
• Calibración del reloj interno del Módulo de
  Control Local.
• Se envía un pulso óptico desde la estación en
  tierra hasta cada LCM y se miden los retrasos
  relativos.
• Calibración del tiempo de tránsito del
  fotomultiplicador.
• Mediante un LED situado en el OM, se
  monitorizará el tiempo de tránsito del PMT.
• Calibración de los retrasos relativos con
  fuentes de luz externas (Optical Beacons).
• Usando intensas fuentes de luz externas (OBs)
  se integrarán todos los retrasos en la
  propagación de la señal.

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Fuentes y configuraciones propuestas
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Programas de simulación

• GEN generación de fotones y almacenamiento de
  la información sobre posición, dirección y tiempo
  de llegada a esferas de distintos radios. Tanto
  la absorción como la dispersión de los fotones
  están simulados.
• HIT la información de GEN se convierte en
  probabilidades de fotoelectrones y distribuciones
  de tiempo de llegada para cada bin en que se
  dividen las esferas.

• KM3MC cálculo del número de fotoelectrones y su
  tiempo de llegada a cada PM para cada flash de
  luz.

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Modelos de agua

• Parámetros relevantes

?abs(?)
?scat(?)

• Otro parámetro útil es

• Dos tipos de centros de dispersión
• - fluctuaciones de densidad.
• - partículas suspendidas.

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Análisis
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Single LEDs
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Single LEDs
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Single LEDs
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Single LEDs
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LED beacons
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LED beacons
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Laser beacon

• La luz que sale del láser pasa por un difusor
  lambertiano y luego se refracta en el cilindro de
  vidrio.

• Las distribuciones que se obtienen al
  reconstruir los tiempos son más anchas que en los
  casos anteriores, debido al efecto de la
  dispersión.

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Laser beacon

• Para las mejores orientaciones, el nivel de un
  fotoelectrón se alcanza a los 250 m.
• El número de fotones dispersos es un orden de
  magnitud mayor que el de los directos.

• Sólo la parte inferior del detector recibe
  suficiente luz.
• Hay una gran disparidad en la cantidad de luz
  que reciben distintas partes del detector.

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Comparación
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Conclusiones

• Espectros bien reproducidos con buenos valores
  de ?2/?.
• Todos los PMTs llegan a ganancias de 5107. El
  voltaje nominal (G 5107) es menor para el
  modelo de Photonis (1600 V - 1750 V) que para el
  de Hamamatsu (1750 V- 2000 V).
• La amplitud al voltaje nominal supera los 60 mV
  en el caso de Photonis. Los PMTs de Hamamatsu no
  llegan a los 40 mV, aunque alcanzan los 50 mV a
  voltajes algo mayores que el nominal.
• La relación entre la amplitud y la ganancia es
  la misma para todos los PMTs del mismo modelo.
• El pico/valle está entre 3 y 4 para todos los
  PMTs salvo para uno de los de Photonis.
• La resolución energética es aproximadamente un
  30 para los PMTs de Photonis y un 35 para los
  de Hamamatsu.
• Ambos PMTs cumplen las especificaciones para el
  TTS (lt 3 ns). El valor obtenido para los PMTs de
  Photonis es 2 ns y para los de Hamamatsu, 2.6
  ns.
• La corriente oscura es menor para los PMTs de
  Photonis (4 kHz) que para los de Hamamatsu (5-10
  kHz).
• La tasa de prepulsos es baja para todos los
  fotomultiplicadores (sólo uno de ellos supera el
  2). La tasa de delayed pulses es un 5 en todos
  los PMTs. Los afterpulses 1 y 2 son
  aproximadamente un 2 y un 18, respectivamente,
  es decir, dos veces el valor requerido.

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Conclusiones

• La configuración de los Single LEDs proporciona
  un excelente nivel de redundancia. El tiempo se
  construye con una precisión mejor de ?0.2 ns.
• Los LED beacons también proporcionan una buena
  redundancia. Sólo algunos PMTs de las líneas
  externas y en los pisos inferiores podrían tener
  problemas para ser calibrados.
• El láser en la línea de instrumentación es un
  útil sistema de calibración complementario, ya
  que puede iluminar los pisos inferiores. La
  absorción es un problema importante que impide
  que se pueda calibrar el detector globalmente con
  este sistema.
• El error sistemático debido a incertidumbres en
  el modelo de agua es, para el caso estudiado,
  0.3 ns para T050 y 0.5 ns para T0100 a 80 m.
• Una incertidumbre del 10 en la anchura de la
  fuente da un error sistemático de 0.2 ns en T050
  a 80 m y apenas afecta a T0100.

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(No Transcript)