Rsultats des tests en faisceau 2003

1
Résultats des tests en faisceau 2003

• R. Brunelière
• IPN Lyon

2
Plan

• Dispositif expérimental
• Reconstruction de lénergie
• Reconstruction dune impulsion
• Traitement du bruit
• Performances obtenues avec SM1
• Reconstruction du point dimpact
• Méthodes
• Résultats
• Autres résultats
• Système de refroidissement
• Comportement sous irradiation
• Intercalibration

3
Dispositif expérimental en 2003

• Tests de deux modules SM0/SM1 avec 100/50 canaux
  (anciennes/nouvelles cartes VFE)
• architectures électronique et mécanique finales
• systèmes finals de refroidissement et de
  monitorage laser.

4
Traitement des signaux

• Le signal de chaque canal est enregistré après
  numérisation selon 14 échantillons.

Parmi ces 14 échantillons

• 2 à 3 échantillons sont pris avant le début de
  limpulsion ?étude du piédestal

amplitude

• 11 à 12 échantillons sont enregistrés durant
  limpulsion ?extraction de lamplitude du signal

piédestal
5
Estimation de lamplitude

• Lamplitude est estimée par une méthode des
  moindres carrés

Fonction décrivant limpulsion F(t)
Amplitude
Matrice de Covariance
Valeurs des échantillons
Piédestal
Dépendance linéaire des valeurs attendues avec
les paramètres (A, P) ? solution simple exprimée
par une matrice de poids
amplitude
piédestal
6
Information en temps
CMS électronique synchronisée
avec les croisements du LHC
Tests en faisceau phase aléatoire de 0 a 25
ns entre larrivée de lélectron et le
déclenchement de lacquisition
Précision de Tmax CMS jitter lt 1 ns
Tests en faisceau lt 1 ns (bins de 1 ns)
7
Forme théorique de limpulsion F(t)
La forme attendue est obtenue à partir de
limpulsion moyenne
? Description expérimentale du signal à partir de
son profil.
?
? Description analytique du signal
Ajustement
Tpeak
Tmax
Note les paramètres (Tpeak, ?) sont similaires
entre cristaux description universelle de
limpulsion à partir des paramètres moyens.
8
Traitement du piédestal

• 2 possibilités
• ?estimation à partir des  runs piédestaux 
• ?estimation lors de lajustement

Ajustement du piédestal ?(E)/E 0.89 ? 0.03
À partir des  runs piédestaux  ?(E)/E 1.42 ?
0.05
Cf lestimation lors de lajustement est
uniquement possible lorsquil ny a pas de
changement de gain (E lt 140 GeV).
9
Les corrélations entre canaux

• Étude des corrélations entre canaux à partir des
   runs piédestaux .

Bruit basse fréquence possibilité de
soustraire la variation lente à partir de
?(E)/E 1.01 ? 0.04 Après soustraction
?(E)/E 1.42 ? 0.05 Avant soustraction
Lensemble des canaux sont corrélés entre eux
denviron ? ? 0.13
10
Les corrélations entre échantillons

• Calcul de la matrice de corrélation entre
  échantillons c(ti , tj)

Bruit total / canal ? 1.5 ADC (1 ADC ? 35 MeV)

• Bruit basse fréquence
• T gt 14?25 ns
• ? ? 0.3

M. Déjardin

• Bruit haute fréquence
• T ? 25 ns

Important destimer le piédestal lors de
lajustement
11
Estimation du bruit

• A partir des  runs piédestaux 

Somme des amplitudes sur 9 canaux
Somme des amplitudes sur 25 canaux
G. Dewhirst R. Brunelière
Bruit / canal ? 43 MeV
Bruit / canal ? 45 MeV
Sans traitement du bruit 78 MeV
Sans traitement du bruit 114 MeV
Très faible corrélation entre canaux si piédestal
estimé lors de lajustement
12
La résolution en énergie

• Résolution en énergie obtenue sur le cristal 1517
  à partir dune fenêtre de 4x4 mm2 autour du
  maximum.

5?5 canaux
3?3 canaux
G. Dewhirst R. Brunelière
Corrélation entre termes stochastique et constant
? -0.93
En rouge sans traitement du bruit
13
Reconstruction du point dimpact
? Un système dhodoscopes détermine la
trajectoire de chaque électron le point
dimpact sur le cristal
370 mm
2500 mm
1100 mm
Résolution obtenue
?(x) ?(y) 145 ?m
Possibilité de comparer la position reconstruite
à partir du calorimètre avec la position attendue
14
Méthodes de calcul du point dimpact
Idée générale dépôt dénergie maximal lié à
limpact de lélectron
Ivo van Vulpen
82 dans le cristal central
Somme pondérée par lénergie
? 2 méthodes pour calculer les poids
ou
15
Résultats
16
3 autres résultats importants
? Études de stabilité de la température satisfont
les contraintes CMS ?T lt 0.2 C
? Études dirradiations montrent une universalité
du coefficient ? entre cristaux (de types
différents)
? Mesures en laboratoires permettent
dintercalibrer les cristaux avec une précision
de 4
17
Conclusion

• Principaux résultats des tests en faisceau de
  2003
• Les nouvelles cartes  Very Front End  (MGPA)
  satisfont le niveau de bruit requis par CMS (lt 50
  MeV/canal).
• Point dimpact reconstruit avec une précision ?X
  ?Y lt 1 mm (E gt 35 GeV)
• Les systèmes de refroidissement et de monitorage
  laser satisfont les performances attendues dans
  CMS
• Une  intercalibration  au niveau de 4.1 est
  possible uniquement grâce aux données
  enregistrées en laboratoire.
• Prochains tests
• Tests dirradiation dun mélange de cristaux
  russes/chinois des bouchons juin
• Test complet dun supermodule de conception
  finale octobre-novembre

18
Backup
19
Système de refroidissement

• Puissance dissipée ? 2.5 W/canal (cristal)
• Contraintes
• ?T ? ? 0.05 C sur 3 périodes de  calibration 
• ?T ? ? 0.2 C à lintérieur dun supermodule

Cartes VFE sur les barres de refroidissement
?Tubes de refroidissement thermiquement couplés
avec du gap pad aux composants électroniques.
20
Système de monitorage laser

• Monitorage continuel de la transmission des
  cristaux afin de suivre les dommages et
  réparations successives durant les cycles LHC.
• Doit être capable de maintenir les coefficients
  dintercalibration lt 0.4 durant deux mois.

Linéarité absolue, étude de lélectronique de
lecture des PN
Diodes PN utilisées pour suivre les variation
dintensité du laser
2 systèmes Laser 440/495 nm (bleu/vert) 700/800
nm (rouge/infrarouge)
21
Photo-détecteurs

• Tonneau, Avalanche PhotoDiodes développées par
  Hamamatsu
• Détecteurs silicium insensibles au champ
  magnétique de CMS
• Bon recouvrement avec le spectre démission du
  PbWO4 (Q.E80) et un gain interne compensant le
  faible taux de lumière (M50 for V380V)
• dM/dT -2.4 /0C
• 1/M dM/dV 3/V
• All APD screened for radiation hardness
• Bouchons, Vacuum PhotoTriodes
• Supporte mieux les radiations que les APD
• Gain plus faible, Gain 8-10 efficacité
  quantique Q.E. 20

2 APDs per crystal 50 mm2 active area
p photon conversion
22
Campagnes de tests

• 2002 100 canaux avec lancienne électronique,
  des systèmes de refroidissement et de monitorage
  laser préliminaires, mais une structure mécanique
  finale
• Électronique bruyante ? difficile dextraire la
  résolution en énergie
• Mais des études approfondies
• de la stabilité de la température,
• du système de monitorage du laser (études
  dirradiation)
• 2003 deux modules SM0/SM1 avec 100/50 canaux
  (anciennes/nouvelles cartes VFE) avec une
  architecture finale pour lélectronique, le
  système de refroidissement et le système de
  monitorage laser.
• 2004 1 supermodule
• Tests finals et étalonnage complet dun
  supermodule fin septembre
• Tests en irradiation dun mélange de cristaux
  russes/chinois des bouchons juin

23
Stabilité de la température

• Contraintes CMS
• ?T lt 0.2 ºC
• En 2002 2003 des capteurs étaient placés sur
• lécran thermique devant les cristaux
• la grille séparant les cristaux de lélectronique
  
• les capsules (APD)

24
Stabilité du système de monitorage laser
Stabilité du monitorage au niveau de 0.1 en
normalisant le signal avec les diodes PN
25
Comportement sous irradiation
pente a 1.55
a
a

• Utilisation du même coefficient ? pour tous
  les cristaux possible !
• Universalité de ?

• Mêmes pentes entre 2002 et 2003 (? types de
  cristaux)
• Mêmes pentes entre des irradiations avec des
  électrons ou des pions

26
Pré-étalonnage au laboratoire
Nous ne serons pas capable de pré-étalonner tous
les SM en faisceau Une première
 intercalibration  peut être obtenue à partir
des taux de lumière mesurés au laboratoire (LY
corrigé des APD et de lélectronique) Vérifié par
comparaison des résultats au labo et en faisceau
PRELIMINARY
PRELIMINARY
Intercalibration du laboratoire 4.1