Stato dell’esperimento MEG
e situazione del
calorimetro a LXe
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
INFN & Genova University S. Dussoni, F. Gatti, P. Ottonello, D. Pergolesi, R.
Valle
INFN & Lecce University S. Spagnolo, C. Chiri, P. Creti, C. Gatto,G. Marsella, G.
Palama’, M. Panareo, G. Tassielli
INFN & Pavia University A.de Bari, P. Cattaneo, G. Cecchet, G. Nardo’, M.
Rossella
INFN & Pisa University A. Baldini, C. Bemporad, F.Cei, S. Giurgola, M.Grassi,
F. Morsani, D. Nicolo’, A. Papa, R. Pazzi, F. Raffaelli, F. Sergiampietri, G.
Signorelli
INFN Roma I D. Zanello
ICEPP, University of Tokyo Y. Hisamatsu, T. Iwamoto, T. Mashimo, S. Mihara,
T. Mori, H. Natori, H. Nishiguchi, W. Ootani, K. Ozone, R. Sawada, Y.
Uchiyama, S. Yamada, S. Yamashita
KEK, Tsukuba T. Haruyama, A. Maki, Y. Makida, A. Yamamoto, K. Yoshimura
Waseda University T. Doke, J. Kikuchi, H. Okada, S. Suzuki, K. Terasawa, M.
Yamaguchi
PSI, Villigen J. Egger, P. Kettle, M. Hildebrandt, S. Ritt, M. Schneebeli
Budker Institute, Novosibirsk L.M. Barkov, A.A. Grebenuk, D.G. Grigoriev, B,
Khazin, N.M. Ryskulov
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Novita’ di piu’ importanti da maggio
• Fascio:
•Tripletti I and II pronti
• specifiche per il BTS inviate a Novosibirsk
•dimensioni della spot: 1 cm invece di 0.5  simulazioni MC
(Effetto sull’efficienza TC, trigger rate, efficienza delle camere a
drift)
• Timing counter: (G. Cecchet)
•test di prototipi nel campo di COBRA
•considerazioni su APD (cercare soluzione con PSI fino a fine
anno + eventuale riassegnazione 75 K€ nel 2005)
•gara PMT da 2’’
• Software: scelta della struttura (C. Gatto)
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Elementi della linea di fascio
Pronti
Specifiche
inviate a
Novosibirsk
In fase di
disegno
 Triplet I
 Wien Filter E^B Separator
 Triplet II
Collimator system
 Beam Transport Solenoid BTS
 Degrader + Collimator system
 Target system + He-Bag System
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Dimensione della spot del fascio:
effetto in condizioni pessimistiche
Differenza nell’efficienza~3%
Risolvo peggio
l’angolo del
positrone
Allargamento spot sul TC
Trigger rate
(I=108 m/s)
DC efficiency
La traiettoria puo’ uscire
dalle camere
Non tenendo conto del
fatto che non ci serve
una intensita’ elevata
(vogliamo un fattore 3
sotto) e quindi il fascio
si puo’ collimare
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Calorimetro a Xenon liquido
Costruzione :
• 290 PMT Hamamatsu ordinati
• Testati anche nel campo magnetico di COBRA
• Gara per la costruzione del criostato iniziata
• Disegno della struttura di supporto quasi completo
• Numero di PMT
• Calibrazioni
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Plateau/Peak
New 9288 (ZA1980 and ZA1985)
compared to TB604 (in Ar gas and LXe)
I=4 mA
TB604
ZA1980
ZA1985
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Disegno finale della base
I PMT potrebbero dover funzionare a correnti anodiche elevate
Aggiunta di diodi zener (comportamento provato a caldo)
NEC RD68S
NEC RD82S
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
•
Comportamento dei PMT nel c.m. Di
COBRA
Gain, effective QE of 2 PMTs were measured
under the magnetic field.
Geometry definition
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Gain&Eff.QE under mag. field of 62G
Gain curve
Effective QE
No magnetic field
62G data
•
•
•
Gain can be recovered with higher HV.
Effective QE (measured with LED light) is not recovered even when HV changed.
The magnetic field in the LXe region is well below 40G (20% loss of effective QE at max).
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Struttura di supporto dei PMT
•
Basic ideas
– PMTs are inserted in slabs (inner,
side, outer) and plates (front) in a
clean condition.
– The slabs and plates are assembled
into a shape in the cryostat.
– Supporting frames for the slabs and
plates will be fixed to the cryostat
with screws.
– Some other equipments will be
attached on the supporting frames.
840 PMT totali
Front (up)
Inner
Side
• Patch panel
• Temperature sensor
• Level meter
Front (low)
Outer
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Structure of slab/plate
Side
Outer
Front
Possible to divide into 6 slabs
Inner
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
B) Energy resolution vs number of PMTs
Various configurations:
- 848 PMTs (reference)
- 768 PMTs (no covers)
- 648 PMTs (lower PMT density on covers & sides)
- 608 PMTs (no sides)
- 528 PMTs (no covers & sides)
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
No sides &
no covers
Reference
No covers
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
No sides
Lower PMT density
on sides and covers
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Energy resolution
PRELIMINARE!!!
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21 sett.2004
Situazione PMT
Attualmente
• 290 ZA (Pisa)
• 110 TB + 4 ZA + 230 OLD (Tokyo)
Previsioni
• 40 ZA rimpiazzo OLD (Tokyo)
• 400 ZA nuovi (nuovo finanziamento
giapponese)
Totali
• 840 ZA e TB: nessuno spare
(110 ZA ?? = 170 K€)
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Calibrazioni
• Spot di sorgenti alfa su filo (risposta in
funzione della distanza, assorbimento e
calibrazione PMT)
• Generatori di neutroni
– Attivazione di Ni con produzione di fotoni
monocromatici da 9 MeV (risposta in energia)
• Photons-from-the-back (52 MeV)
– Studio di fattibilita’ in corso
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
5 sources in LP
• 5 sources make a more symmetrical situation (same spacing as
PMTs)
• Identification still possible at more than 3 but worse than 3
sources
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Wire presently mounted in “Large Prototype”
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Frequent calibration
USE OF A PULSED NEUTRON GENERATOR
Commercially produced
(widely used for the boron therapy,
luggage screening, oil well logging, etc.)
switchable on-off
3He + n Q = 3.27 MeV
D + 2H
4He + n Q = 17.59 MeV
D + 3H
• Intensities from 106 n/s to 108 n/s
• Typical pulse rate and pulse width 10 Hz and 1 μs
• Time separation of direct from delayed reactions
• Single pulse mode
Moderator:~ 10 cm of the polyethylene • 40% thermalized n
• 10% n captured in moderator
γ shield:~ 3 cm of
tungsten or ~ 5 cm of lead
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Calibration from the back of the calorimeter
Beam for calibration
π
γ
NaI
-
Normal beam
μ
+
Interesting possibility?
• Liquid hydrogen target
permanently mounted close to
the Xenon calorimeter
γ
n LH γ
2
• π -/μ+ switching
LXe
Possibility of introducing
also other particles (e-,e+ ,
π+,μ+ )
Locally: same photocatode
coverage as on the front face
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
...ancora test per il calorimetro
• Test su neutroni iniziati; da continuare (utilizzo di
sfere di Bonner, attivazione di bersagli)
• Nuovo test del calorimetro a Xenon
• nuovo test (settembre-ottobre) per la
determinazione della risoluzione temporale
(purtroppo senza la elettronica definitiva)
• + fili di calibrazione (punti di sorgenti alfa)
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Xenon Delivery
Received Xe [l]
1000
800
600
400
Japan
200
0
2002
2003
2004
Year
2005
2006
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
Schedule
2002
2003
2004
2005
Crane problem
Large Prototype
Beam Test
Beam Test
Engineering runs
Cryostat Vessel
PMT
Test
Assembly
Refrigerator
Liq. Purification
Neutron background measurement
Base circuit design must be finalized
Heater replaced
Neutron
Shield?
Design
Manufacturing
Assembly
Test
Milestone
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
2004
J
F
M
A
M
J
A
MEG
MEG
N
Gotta
Commiss.
Part 1
Proto
type
Mechan.
Matching
Test
Neutr.
BG
PM +
Src Inst
Pi- Beam
Test
Liq.
Purif.
Full Calorimeter
Trigger
Test
DAQ
D
Platf.
Beam
Line
Drift
Chamber
LPT
O
Calibration
(Wed)
COBRA
Timing Counter
S
Prac
Beam Time
J
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004
2005
J
Beam Time
F
M
A
M
Shutdown
J
J
MEG
2006
A
S
O
Gotta?
N
D
M
Field
Map
Beam
Line
Drift
Chamber
Timing
Counter
Mounting
LPT
PMT testing + calibration
BTS
Test
Commiss.
Part 2
Full Beam
Line Test
Mounting &
Testing
BG
Test
Cryo.
Installation
Crane+
Tent
Inst
Studies
(Wed + remote)
Assembly
Test
Inst
Inst
DC
Electr.
BG
Test
Inst
Trigger
DAQ
F
Shutdown
MEG
COBRA
Full
Calorimeter
J
Inst
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21 sett.2004
A
Stime di costo aggiornate
Previsioni
Assegnazioni Risparmi
LXenon
• PMT(300)
(550)500 K€ -100K€
• Criostato
200 K€ (criostato)
200 K€ (supporto +
finestre)
Timing counter
Trigger
• Prototipi
40 K€
• Sistema completo
100+330 K€
-130 K€
Splitters
• Sistema completo
115 K€
• APD + fibre (interno)
(160) 130K€
-30 K€
• PMT (100: esterno)
(315) 135K€
TOTALE
1770 K€
-180 K€
Assegnato
1155 K€
• Scintillatore
50 K€
Risparmio
440 K€
• Calibrazione
100 K€
• Meccanica
50 K€
Previsto
Non previsti:
Software (40K€)
Calibrazioni (90 K€)
2210 K€
A. Baldini: Assisi
21 sett.2004