Введение к работе
Актуальность проблемы.
По общепринятой в настоящее время гипотезе наша Вселенная была создана более 12 миллиардов лет назад во время так называемого «Big Bang» - «Большого Взрыва» В первые микросекунды после «взрыва» в экстремальных условиях, когда температура и концентрация энергии были чрезмерно высоки, возникла и существовала некоторое время особая форма материи Эта материя состояла из кварков и глюонов, существовавших "свободно" в кварк-глюонной плазме (КГП) на протяжении 10'5с после «Большого Взрыва» КГП - термализованный газ кварков и глюонов, находящихся в состоянии деконфаймента, при котором характерные расстояния их перемещения составляют > 1 фм (это значение есть приблизительный радиус нуклона, в котором при обычных условиях "заперты" кварки)
Поискам кварк-глюонной плазмы было посвящено немало экспериментальных работ в ЦЕРН с конца прошлого века по настоящее время Был получен ряд экспериментальных указаний на возможность ее существования, но решающих данных получено не было Решающее значение в этом плане имеет запуск ускорителя LHC (ЦЕРН, Швейцария)
Запуск ускорителя LHC планируется к середине 2008 года и в настоящее время в ЦЕРН полным ходом идет строительство установки ALICE (A Large Ion Collider Experiment) На данной установке будут проводиться фундаментальные исследования по поиску и изучению гипотетической формы ядерной материи - кварк-глюонной плазмы, которая, в соответствии с современными теоретическими представлениями, должна образовываться при столкновении встречных пучков тяжелых ядер сверхвысоких энергий Установка содержит большое количество детекторов, среди них - стартовый триггерный детектор ТО, имеющий важное значение для работы всей установки ALICE именно ТО запускает всю систему регистрации и последующего анализа любого события
Цель и задачи диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является разработка многоканальной системы сбора временной и амплитудной информации для стартового триггерного детектора ТО на основе магнитостойких фотоумножителей
В соответствии с поставленной целью определены задачи
Разработка принципов построения многоканальной системы съема временной и амплитудной информации
Расчет временных и амплитудных характеристик детектора методом моделирования Монте-Карло.
Проведение экспериментальных исследований характеристик системы сбора и обработки информации
Научная новизна работы.
1 Впервые разработана и реализована оригинальная многоканальная система сбора и обработки временной и амплитудной информации стартового триггерного детектора ТО, имеющая пико-секундное временное разрешение (лучше 50 пс), мёртвое время - менее 25 не, широкий динамический диапазон амплитуд (1:200) и позволяющая осуществлять запись информации в едином временном формате.
2. Впервые предложен и реализован быстрый метод измерения амплитуды путем преобразования амплитуды во временной интервал с помощью двух дискриминаторов - с постоянным порогом и со следящим порогом, позволяющий осуществить преобразование амплитуды во временной интервал за время длительности фронта входного сигнала (не более 2 не)
Впервые предложен и реализован метод формирования временной отметки по первому из 12 пришедших на вход устройства отбора входных сигналов от фотоумножителей, позволяющий отобрать первый из пришедших сигналов с точностью 25 пс
Проведено моделирование методом Монте-Карло, которое показывает при данных энергиях пучка и принятой геометрии расположения черенковских счетчиков возможность применения метода усреднения временных интервалов, что позволяет получить точность временной отметки события около 20 пс (уменьшить разброс на порядок) - это подтверждено экспериментально.
Разработаны оригинальные методы настройки и калибровки детектора, которые бьши реализованы в эксперименте в ЦЕРН летом 2007 года, что позволило подготовить систему к интеграции непосредственно в установку ALICE
Практическая значимость работы заключается в следующем:
Разработана и реализована методика построения системы сбора временной и амплитудной информации стартового триггерного детектора ТО, который является важной составной частью установки
ALICE Именно он вырабатывает сигнал триггера нижнего уровня, запускающий всю установку Детектор ТО определяет с высокой точностью момент столкновения частиц, задавая тем самым стартовый сигнал для времяпролетной системы идентификации вторичных частиц Стартовый детектор ТО вырабатывает пре-триггерный сигнал, подготавливающий к работе детектор переходного излучения В пределах своего аксептанса детектор ТО определяет уровень множественности вторичных частиц
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах и ежегодных конференциях МИФИ (2004-2007 гг), на совещаниях коллаборации ALICE в 2005,2006 гг, на международной конференции IEEE Nuclear Science Symposium, в Риме, 18-21 октября 2004 г По теме диссертации опубликовано 4 статьи в реферируемых журналах.
Основные положения, выносимые автором на защиту.
1 Принципы построения многоканальной системы сбора
временной и амплитудной информации с черенковских счётчиков
детектора ТО эксперимента ALICE, отличающейся малым мертвым
временем (менее 25 не), высоким временным разрешением (а лучше
50 пс) в широком динамическом диапазоне амплитуд (1 200)
2 Результаты моделирования методом Монте-Карло временных
характеристик детектора, обосновавших применимость метода
усреднения временных интервалов
3 Методика расчета вероятности выработки триггерных
сигналов при выходе из строя отдельных счетчиков детектора как в
штатной, так и во внештатных ситуациях
Методы разработки, настройки и результаты экспериментальных испытаний оригинальных субнаносекундных модулей электроники модуля логического отбора OR, управляемых линий задержек DCDL-4, усреднителя временных интервалов «Mean Timer» с собственным временным разрешением не хуже 20 пс и их внедрение в эксперимент ALICE в составе детектора ТО
Метод измерения малых амплитуд (30 - 150 мВ) с помощью преобразования во временной интервал с использованием дискриминаторов двух разных типов со следящим и с постоянным порогом Результаты испытаний предложенного метода при калибровке от сверхкороткой (длительностью 40 пс) вспышки лазера
6. Метод настройки и калибровки детектора ТО и его электронных систем с помощью импульсного лазера. Методику on-line и off-line амплитудно-временной коррекции данных детектора.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 118 наименований, содержит 115 страниц, в том числе 68 рисунков и 3 таблицы
