close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Заявка на смену ключей ЭЦП iBank2;doc

код для вставкиСкачать
Схема управления
ФЭУ Hamamatsu R11410-20
в эксперименте РЭД 100
Д. Ю. Акимов, А. И. Болоздыня, Ю. В. Ефременко, Т. Д. Крахмалова,
В. А. Каплин, А. В. Кумпан, Ю. А. Меликян, Е. М. Онищенко,
В. В. Сосновцев, А. В. Шакиров
НИЯУ МИФИ
Молодежная конференция ИТЭФ 2014
Детектор РЭД 100
Цель - обнаружение процесса когерентного рассеяния нейтрино
Предсказано Стандартной Моделью
Не наблюдалось на практике
Высокое сечение рассеяния
Малое энерговыделение (≲ 1 кэВ)
 ≈4∙
10−45  2
∙ 
2
[см2 ]
< 
 2
>= 716 ∙
[эВ]

N – число нейтронов в ядрах мишени
A – число нуклонов в ядрах мишени
Е - энергия нейтрино (МэВ)
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
2/11
28.05.2014
Детектор РЭД 100
Способ регистрации: двухфазный эмиссионный детектор
1. Рассеяние нейтрино на ядре в жидком Хе
2. Сцинтилляционная вспышка,
регистрация матрицей ФЭУ PMT1
3. Ионизация атомов ксенона ядром отдачи
4. Вытягивание е- ионизации
в газовую фазу электрическим полем
5. Электролюминесценция,
регистрация матрицей ФЭУ PMT2
Размещение детектора: под АЭС
Ожидаемая частота событий:
~400 кг-1сут.-1
при потоке ν 1013 с-1 см-2
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
3/11
28.05.2014
Проблема засветки ФЭУ
Возникает проблема старения фотокатодов ФЭУ в результате засветки от длинных и
интенсивных сигналов от космических частиц высоких энергий.
При пересечении всей толщины рабочего вещества
космическим мюоном выделяется около 240 МэВ энергии.
Вследствие ионизации образуется порядка 107 электронов
ионизации вдоль трека мюона. В газовой фазе эти электроны
вызывают достаточно интенсивную электролюминесценцию,
которая засвечивает ФЭУ. Плотность приведенного к аноду
заряда на фотокатоде может достигать 10 Кл/см2 в год
Известно, что бищелочные фотокатоды в MCP-PMT
показывают заметное ухудшение своих характеристик при
плотностях заряда, приведенного к аноду, начиная с ~1
Кулон/см2. Это означает, что заметное изменение
характеристик фотокатодов из-за влияния вспышек
электролюминесценции от мюонов можно ожидать менее,
чем через год работы в условиях эксперимента РЭД100, что
является неприемлемым.
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
4/11
28.05.2014
Предложение
Было предложено «выключать» ФЭУ на время вытягивания электронов ионизации с
трека мюона в жидком ксеноне ( ~200 мкс)
Подачей импульса положительного напряжения на фотокатод можно запирать
промежуток «Фотокатод - 1-й динод», тем самым «отключая» ФЭУ, на все время
вытягивания электронов
При этом:
+HV
анод
-Напряжение на аноде и всех динодах
постоянное
2 динод 1 динод
…
ФК
сигнал
-В рабочем режиме на фотокатоде
«земля»
Управление
напряжением
на ФК
Упрощенный вид схемы управляемого делителя
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
5/11
28.05.2014
Предложение
Исследуемые характеристики такого способа отключения ФЭУ:
1. Время восстановления ФЭУ после окончания запирающего импульса.
2. Эффективность подавления засветки, вызванной мюонным сигналом.
Для исследования этих характеристик была разработана электронная схема,
позволяющая управлять потенциалом фотокатода.
Для моделирования засветки, вызванной прохождением мюонов,
использовался светодиод, излучающий в коротковолновой области
оптического спектра
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
6/11
28.05.2014
Схема эксперимента
На схему управления подавался управляющий
сигнал, синхронизированный с импульсом,
питающим светодиод.
При различных временных задержках между
импульсом,
питающим
светодиод,
и
управляющим сигналом
Сигнал от светодиода
измерялась амплитуда
сигнала на выходе ФЭУ.
Потенциал на
фотокатоде
Блок-схема экспериментальной установки
Время
Таким образом определялось время релаксации (время, необходимое, чтобы ФЭУ
вернулся в рабочее состояние после «выключения»)
Также измерялась амплитуда сигнала «в центре» запирающего импульса с целью
проверки возможности эффективного подавления сигнала засветки.
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
7/11
28.05.2014
Схема эксперимента
Было предположено, что наличие взаимной ёмкости первого динода относительно
фотокатода при подаче управляющего сигнала с амплитудой 300 В на фотокатод может
приводить к изменению напряжения между фотокатодом и первым динодом, которое
будет приводить к изменению коэффициента усиления ФЭУ в первый момент времени.
Перераспределения напряжений должны релаксировать к нормальному с течением
времени.
С целью исследования этого эффекта измерения проводились при различных
конфигурациях делителя, а именно:
• При введении стабилизирующей емкости между первым динодом и землей
• При различных сопротивлениях делителя
ФК
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
1-й динод
8/11
R делителя
28.05.2014
Схема эксперимента
Электронная схема-ключ для подачи
запирающего напряжения
Схема делителя ФЭУ Hamamatsu R11410-20
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
9/11
28.05.2014
Результаты эксперимента
По результатам исследования схемы было заключено:
- изменением амплитуды управляющего сигнала удается уменьшить сигнал с фотодиода
на «плато отключения» не менее чем в 300 раз
- наводка от переднего фронта управляющего сигнала на аноде практически отсутствует
- время релаксации ФЭУ не превышает допустимое для эксперимента РЭД 100
Зависимость амплитуды выходного сигнала с ФЭУ от времени
задержки между окончанием запирающего сигнала и сигналом со
светодиода для различных конфигураций делителя ФЭУ
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
10/11
Зависимость относительной амплитуды сигнала с анода
ФЭУ от амплитуды запирающего импульса
28.05.2014
Заключение
Разработана и испытана схема управления работой
ФЭУ Hamamatsu R11410-20 для детектора РЭД 100.
Показано, что:
- Схема формирует импульс напряжения, подаваемый на фотокатод ФЭУ,
достаточный для «запирания» промежутка "фотокатод - 1-й динод“, с целью
эффективного подавления фоновых засветок от сигналов с большим
энерговыделением ФЭУ
- Время релаксации ФЭУ после окончания действия запирающего сигнала,
определяемое переходными процессами в делителе, составляет около 200
мксек при сопротивлении делителя ФЭУ 20 МОм, что является приемлемым
для использования в эксперименте по обнаружению когерентного рассеяния
нейтрино на ядрах ксенона
Схема управления ФЭУ в эксперименте РЭД100
11/11
28.05.2014
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа