原型探测器性能测试-Indico课件

MRPC探测器研究进展孙勇杰StateKeyLaboratoryofParticleDetection&ElectronicsCenterofParticlePhysicsandTechnology,USTCMRPC探测器研究进展孙勇杰1OutlineSTARMTDMRPC批量制作与测试BESIII端盖TOF升级的MRPC研制宇宙线测试平台建设高计数率MRPC进展总结和展望10/7/20232OutlineSTARMTDMRPC批量制作与测试10RHIC/STAR--MuonTelescopeDetector

Motivation:di-muonpairsfromQGPthermalradiation,quarkonia,lightvectormesons,resonancesinQGP,andDrell-Yanproductionsinglemuonsfromthesemi-leptonicdecaysofheavyflavorhadronsadvantagesoverelectrons:no

conversion,muchlessDalitzdecaycontribution,lessaffectedbyradiativelossesinthedetectormaterialstriggercapabilityforlowtohighpTJ/

incentralAu+Aucollsionsandexcellentmassresolutionresultsinseparationdifferentupsilonstatese-muoncorrelationtodistinguishheavyflavorproductionfrominitialleptonpairproduction探测器设计：大面积长读出条LMRPCgoodtimingperformance：<100psmoderatespatialresolution:~cmCost-effective10/7/20233RHIC/STAR--MuonTelescopeDeteSTARMTD系统设计方案STARMTD由117个Tray组成，安装在磁体轭铁的外侧，每个Tray中包含一个LMRPC其中18个轭铁上每个安装5个Tray；下面9个轭铁每个安装3个Tray；另有三个无法安装利用轭铁作为吸收体利用MRPC的时间分辨性能压低本底大面积：直径~7m，覆盖~45%@|η|<0.5W.J.Llope,Rice

10/7/20234STARMTD系统设计方案STARMTD由117个TrSTARMRPC设计探测器面积：95cmx58cm有效面积：87cmx52cm读出条：90cmx3.8cmx12气隙：250μmx5117x12=1404strips1404x2=2808channels10/7/20235STARMRPC设计探测器面积：95cmx58cm批量生产批量制作自2011年6月开始。科大负责50个LMRPC模块的制作。已于2012年9月全部完成。10/7/20236批量生产批量制作自2011年6月开始。10/6/20236质量控制建立原材料质量标准，严格控制原材料的质量检验玻璃、pcb板、蜂窝板等关键材料的尺寸、表面光洁度、平整度等制定了批量制作的工艺流程根据LMRPC的特点，对材料清洗、电极制作、气室装配等关键工艺进行了优化建立了宇宙线性能测试系统建立了LMRPC批量制作与测试数据库10/7/20237质量控制建立原材料质量标准，严格控制原材料的质量10/6/2宇宙线性能测试建立了LMRPC的宇宙线测试系统对每个LMRPC的时间分辨、探测效率、小信号比例、噪声计数率等性能指标进行测试。宇宙线性能测试标准：时间分辨：<120ps(>90%channels)探测效率：>90%小信号比例：>80%噪声计数：<2Hz/cm210/7/20238宇宙线性能测试建立了LMRPC的宇宙线测试系统10/6/20宇宙线测试结果10/7/20239宇宙线测试结果10/6/20239MTDstatus@STARForRun12,13traysonthreebacklegsinstalledbySTSG.FullyintegratedintoSTARDataAcquisitionsystemsinceJan.2012.SuccessfullytookMTDtriggeredeventssinceFeb.2012.ByNov.13th2012,63%oftheMTDsystemwasinstalledatSTARforRun2013,electronicscommissioningison-going.Supersededthemilestone(43%)forRun2013.100%installedforRun14!Run12Run1310/7/202310MTDstatus@STARForRun12,1MTDPerformancefromRun12e-muondi-muonB.Huang,BNLCommissionede-muon(coincidenceofsingleMTDhitandBEMCenergydepositionaboveacertainthreshold)anddi-muontriggers,eventdisplayforCu+Aucollisionsshownabove.Determinedtheelectronicsthresholdforthefutureruns,achieve90%efficiencyatthreshold24mVpT(GeV/c)

Efficiency

ChiYang,USTC/BNL10/7/202311MTDPerformancefromRun12e-mMTDPerformancefromRun12BingchuHuang(BNL)positionresolutionbasedoncosmic-raydata:2.6cmalongthestripe1.9cmperpendiculartothestripTimeresolutionbasedoncosmic-raydata:~120ps(total)10/7/202312MTDPerformancefromRun12BinBESIII端盖TOF的升级采用MRPC升级BESIIIE-TOF：本征时间分辨<55ps更小的读出单元预期总时间分辨<80ps1.4GeVfor2σπ/Kseparation!TOF:σT=100psBarrel110psEndcap10/7/202313BESIII端盖TOF的升级采用MRPC升级BESIIIMRPCE-TOF设计方案4mm8.6cm14.1cm2.5cm每端36MRPC模块12根读出条双端读出

36x24x2=1728路读出条：8.6~14.1x2.5cm2双层12气隙结构10/7/202314MRPCE-TOF设计方案4mm8.6cm14.1cm2.原型探测器性能测试2012.7束流测试（BEPC-E3）束流：pion+protonPID：TOFbetweenS1、S2T0：MRPCDAQlogicPionProtonbeam7.2cm5.9cm10/7/202315原型探测器性能测试2012.7束流测试（BEPC-E3）DA刻度方法利用其它两个MRPC的平均时间作为参考时间，对每个MRPC拟合T-TOT关系，进行slewing修正。利用修正后的时间作为参考，进行循环刻度。可以同时得到每个MRPC的时间分辨。在批量制作中，采用此种方法，可以显著提高测试效率。10/7/202316刻度方法利用其它两个MRPC的平均时间作为参考时间，对每个M测试结果测试条件：HV=±7250V读出条：#6束流入射位置：#6中心（*p2：中间MRPC偏离中心3.6cm）时间分辨：Pion(MIP):~50psProton:~30ps（simulation：dE/dx更高，产生更多的原初电离）单位：ps10/7/202317测试结果测试条件：HV=±7250V读出测试结果固定MRPC#1和#3的高压不变改变MRPC#2的高压

±7500V时间分辨性能保持不变。单位：ps10/7/202318测试结果固定MRPC#1和#3的高压不变单位：ps10/6/入射位置的影响beam7.2cm5.9cm3.6cm3.6cmMRPC#2#6中间的MRPC#2沿读出条方向平移3.6cm利用MRPC#1、#3两端测量的时间差，把每个触发区域分成3段。沿读出条的不同位置入射，时间分辨基本不变。10/7/202319入射位置的影响beam7.2cm5.9cm3.6cm3.6宇宙线测试平台建设利用长读出条的MRPC建造高分辨的宇宙线望远镜测试系统，用于新型探测器的研制和性能测试时间分辨：~60ps位置分辨：~cm大面积触发现有的STARMTDLMRPC模块搭建原型平台时间分辨：~70ps，位置分辨：~1cm（沿条）10/7/202320宇宙线测试平台建设利用长读出条的MRPC建造高分辨的宇宙线望高计数率MRPC研究低电阻率玻璃材料研制进展：采用基于硫化物玻璃的配方制备了较大尺寸的样品面积：5x10cm2，厚度：0.5mm电阻率：~1014Ω·cm实现了大面积（50cm2）薄片的切割、打磨、抛光等加工工艺，样品厚度均匀，表面光洁度良好电阻率、烧制工艺等问题有待解决。10/7/202321高计数率MRPC研究低电阻率玻璃材料研制进展：采用基于硫化物总结与展望STARMTD的批量制作和性能测试工作按指标要求提前完成，合格率98%。探测器总装配也将于今年年底提前完成。已安装的探测器运行性能稳定。BESIII端盖TOF升级的MRPC探测器性能达到预期目标，即将开始系统建设。基于MRPC的探测器测试平台建设，即将开始系统测试。高计数率MRPC的材料研究工作，将继续开展。Thankyou！10/7/202322总结与展望STARMTD的批量制作和性能测试工作按指标要求backup10/7/202323backup10/6/202323Theenergylossofproton(simulation)#1#2#3Thesimulationindicatessignificantenergylossonthematerials,especiallyforthelowmomentumprotons.ThemainenergylostoccurredontheMRPCmaterials(notAlbox).TotalLost:~150MeV/cTotalLost:~100MeV/c10/7/202324Theenergylossofproton(simThecontributionfromtheenergylossMeasured:σ=46.5pssimulation:σ=24psThetimeresolutionresultsofbeforeandafterremovingthecontributionfromtheenergyloss.10/7/202325ThecontributionfromtheenerPerformancedependenceondE/dxThel