tpc óptica lida por fotomultiplicadores

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TPC óptica lida por fotomultiplicadores STG Fetal , FAF Fraga, LMS Margato, MMFR Fraga, RF Marques, AJPL Policarpo Jornadas LIP – 2008/01/12 LIP Coimbra

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TPC óptica lida por fotomultiplicadores. STG Fetal , FAF Fraga, LMS Margato, MMFR Fraga, RF Marques, AJPL Policarpo. LIP Coimbra. Jornadas LIP – 2008/01/12. Sistema experimental – 2D. Matriz de 4 PMTs Detector com triplo GEM; - Janela de entrada de mylar aluminizado - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

TPC óptica lida por fotomultiplicadores

STG Fetal, FAF Fraga, LMS Margato, MMFR Fraga, RF Marques, AJPL Policarpo

Jornadas LIP – 2008/01/12

LIP Coimbra

Page 2: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 2

Sistema experimental – 2D

Matriz de 4 PMTs

Detector com triplo GEM; - Janela de entrada de mylar aluminizado- Espaço de deriva=8 mm

- Mistura gasosa: Ar5%CF4 em fluxo contínuo

Fonte de 55Fe (RX de 5,9 keV) +Colimador - Agulha de seringa:

- Diâmetro interno=0,5 mm

- Comprimento = 27,5 mm

Suporte com ajuste de altura manual

Mesa que se move em X e em Y, controlada pelo software Labview. (1 passo=2,54 um)

Page 3: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 3

Aquisição de dados

Os programas de aquisição e análise de dados foram desenvolvidos em matlab

As posições (x,y) de interacção de cada raio X são calculadas através do algoritmo do centro de gravidade usando os sinais produzidos pelos 4 PMTs

12

3 4x

Y

Osciloscópio

Tektronix TDS7104 PC

Page 4: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 4

Resolução espacialHistogramas das posições X e Y

VGEMs=380 V

VGEMs=380 V

Page 5: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 5

Resolução espacialVariação com o número de fotões

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0.0E+00 5.0E+05 1.0E+06 1.5E+06

# Ph

FW

HM

(m

m)

FWHM_X

FWHM_Y

y = 2E-06e0.0492x

R2 = 0.9944

10

100

1000

320 340 360 380 400VGEMs (V)

So

ma

da

luz

do

s 4

foto

mu

ltip

lica

do

res

(u

.a.)

Page 6: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 6

Varrimento

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16

Reconstructed X (mm)

Reconstr

ucte

d Y

(m

m)

XY_Experimental

XY_Simulation

XX_Experimental

XX_Simulation

YY_Experimental

YY_Simulation

Page 7: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 7

Colimador de 5 furos

Em cada furo foi colocada uma agulha com int=0,5 mm

Page 8: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 8

Resolução espacial

Page 9: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 9

Resolução espacial

|center1x-center2x|=2.3582 mm|center1x-center2x|real=3.00 mmScaling factor =78.6%fwhm1x_correct=0.889 mmfwhm2x_correct=0.859 mm

Page 10: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 10

Resolução espacial

|center1y-center2y|=1.6278 mm|center1y-center2y|real=2 mmScaling factor =81.4%fwhm1y_correct=1.01 mmfwhm2y_correct=0.784 mm

Page 11: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 11

Reconstrução 3D de traços de partículas alfaSistema experimental

Fonte de alfas: 241Am (Energia = 5,5 MeV)

Mistura gasosa: Ar5%CF4

Alcance: 40 mmFotomultiplicadores:

Hamamatsu R1387 de 39 mm de diâmetro

Page 12: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 12

Reconstrução de traços de partículas alfa - Duração

12

3 4x

Y

Page 13: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 13

Projecção do traço no eixo dos ZZ:

Vd(Ar+5%CF4 )=8,8 cm/us

Reconstrução de traços de partículas alfa – Coordenada Z

ProjZ=Vd*t

=90º

Traço

Plano do GEM

Duração máxima

ProjZ máxima

=0º

Traço

Plano do GEM

Duração mínima

ProjZ mínima

Page 14: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 14

Reconstrução de traços de partículas alfa – coordenadas X e Y

Algoritmo de centro de gravidade

L4(n))L3(n)L2(n)(L1(n)

L4(n))(L3(n)-L2(n))(L1(n)Y(n)

L4(n))L3(n)L2(n)(L1(n)

L3(n))(L2(n)-L4(n))(L1(n)X(n)

Page 15: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 15

Reconstrução de traços de partículas alfaAlargamento do feixe de alfas

Colimador: =0,7 mm; L=5 mm

Page 16: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 1616

A precisão na determinação do ângulo teta aumenta para inclinações maiores

Resolução típica para teta=45º de 2º (sigma)

Reconstrução de traços de partículas alfa – Ângulo

L

Vd*t)Sin(

)Sin( *LProjZ

Page 17: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 17

Reconstrução de traços de partículas alfa:2 furos

ProjXY=d*sin() ProjX=d*sin()*cos()

ProjY=d*sin()*sin()

dsin

dsincos

dsinsin

X

Y

d

dsind=2,5 mm

=0,5 mm

Page 18: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 18

Reconstrução de traços de partículas alfa:2 furos

Page 19: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 19

Reconstrução de traços de partículas alfa:2 furos

STG Fetal et al, Nucl. Instr. and Meth. A 581 (2007) 202-205

Page 20: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 20

Reconstrução 3D de traços de raios cósmicosSistema experimental

Cintilador (NaI)

Detector com triplo GEM+

Matriz de 4 PMTs

Cintilador Plástico

Módulo de

coincidências

Osciloscópio

Trigger

141 cm

~4 eventos ‘bons’/horadE/dx=2,67 keV/cm

Page 21: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 21

Reconstrução de traços de raios cósmicos

Teta=30º

Beta=90º

Page 22: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 22

Reconstrução de traços de raios cósmicos

Page 23: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 23

Reconstrução de traços de raios cósmicos

Page 24: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 24

Trabalho em curso

Continuar a análise dos dados adquiridos - optimizar os programas de análise de dados Testar a leitura óptica com outras configurações de PMTs e compará-la com os resultados de simulação

Page 25: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 25

Page 26: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 2626

GEM – Gas Electron Multiplier

140 m

Perfil Topo

5

80

60

50

m)

5

80

60

50

m)

10 cm

10cm

10 cm

10cm

F. Sauli, Nucl.Instr.and Methods A 368 (1997) 531

Page 27: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 27

PMT Hamamatsu R1387

Page 28: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 2828

Detector gasoso com GEMs

GEMRede de deriva

GEM

GEM

GEM

Elemento de recolha

Page 29: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 2929

Detector com GEMs com localização bidimensional

Leitura de carga Leitura de ‘strips’ ortogonais

Leitura individual de cada pixel

Page 30: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 3025 de Setembro de 2007 Café com Física 30

Detector com GEMs com localização bidimensional

CCDs

Matriz de

Fotomultiplicadores

Matriz de fotodíodos

Leitura de luz

Sensor de luz

Page 31: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 31

Resolução espacial

|center1x-center2x|=1.0846 mm|center1x-center2x|real=1.5 mmcompressão=72.3%fwhm1x_correct=0.746 mmfwhm2x_correct=1.297 mm

Page 32: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 32

Resolução espacial

|center1y-center2y|=2.2556 mm

|center1y-center2y|real=3 mm

Scaling factor =75.2%

fwhm1y_correct=1.271 mm

fwhm2y_correct=1.310 mm

Page 33: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 33

Resolução espacial

|center1x-center2x|=1.0923 mm|center1x-center2x|real=1.5 mmScaling factor x=72.8%fwhm1x_correct=0.9297 mmfwhm2x_correct=1.1456 mm |center1y-center2y|=0.734 mm|center1y-center2y|real=1 mmScaling factor y=73.4%fwhm1y_correct=1.354 mmfwhm2y_correct= 0.599 mm

Page 34: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 34

Colimação da fonte de alfas

25mm

17mm

7m

m

5m

m1mm

3mm

11mm

5mm

10mm

M3 7.5mm

d1

Page 35: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 3535

Aquisição de dados com 3x3 fotomultiplicadoresosciloscópio

PMT1

PMT2 Atraso Ch1 Osciloscópio

PMT3 2XAtraso

PMT4

PMT5 Atraso Ch2 Osciloscópio

PMT6

PMT7 Atraso Ch3 Osciloscópio

PMT8

PMT9 Atraso Ch4 Osciloscópio

Page 36: TPC óptica lida por fotomultiplicadores

2008/01/12 Jornadas LIP 36

Aquisição de dados com 3x3 fotomultiplicadores

PMT1 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC0

PMT2 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC1

PMT3 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC2

PMT4 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC3

PMT5 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC4

PMT6 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC5

PMT7 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC6

PMT8 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC7

PMT9 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC8

soma Camac ADC Gate