15 janvier 2002A.Besson, G.Sajot - Réunion D0-IN2P31 Mesure de pureté de lArgon liquide du calorimètre Argon Test Cell (A.T.C.) –Présentation de la cellule

15 janvier 2002 A.Besson, G.Sajot - Réunion D0-IN2P3 1

Mesure de pureté de l’Argon Mesure de pureté de l’Argon liquide du calorimliquide du calorimètre ètre

Mesure de pureté de l’Argon Mesure de pureté de l’Argon liquide du calorimliquide du calorimètre ètre

• Argon Test Cell (A.T.C.)– Présentation de la cellule – Cryogénie, électronique

• Source • Source • Résultats des mesures

• Perspectives

A. Besson, Y. Carcagno, G. Mondin, G. Sajot


Importance de la mesureImportance de la mesure

• Calorimètre DØ:– Partie active : Argon liquide (LAr)– Partie passive : Ur (EM) / acier (Had)

• Gerbe électromagnétique Ionisation de l’Argon liquide

• Pureté de l’Argon liquide– Toute molécule électronégative ( )

absorbe les e- et donc diminue le signal.

E=10kV/cm, d=2mm (ATLAS LARG-NO-53)• Disposer d’une pureté < 0.5 ppm• Mesurer précisément la pollution.

2O


Principes: 2 sources Principes: 2 sources et et

• ALPHA

5.5 MeV, T = 430 ans

• BETA

3.5 MeV, T = 1 an, 40kBq

Am241

Ru106

• Électrodéposition des sources sur une électrode d’acier inoxydable.• Immersion dans l’Argon liquide (à ~ 85 K)• Ionisation, dérive des charges par un champ électrique E ajustable• distance (gap) entre les électrodes : d = 2.15 mm.• La charge collectée dépend de la pollution p et du champ E.


L’ATC


L’ATC

Cables signaux

Hautes Tensions

sources

Échangeur LN2


• Système du Run I (1990-96)• LAr stocké depuis 5 ans dans

un dewar (~ 80 000 litres)

• Améliorations Run II– Nouvelle source Beta– Électronique (preAmplis, Pulsers, etc.)– Programme d’acquisition en

LabWindows– Ajout d’un pollueur à pour la

calibration– Revue complète du cryostat (détections

de fuites, vérifications des vannes, etc.)

• Calibration du système (2000)

• Mesures de pureté Dewar– Juillet 2000 et octobre 2000.

• Mesures Calo : Décembre 2000

• Dernières mesures : Déc. 2001

Historique de Historique de l’A.T.C.l’A.T.C.

Historique de Historique de l’A.T.C.l’A.T.C.

2O

LAr DEWAR

A. T. C.

Calorimètre


Mesures avec la source AlphaMesures avec la source AlphaMesures avec la source AlphaMesures avec la source Alpha• Particule hautement ionisante Énergie déposée sur ~ 20 m courant constant• Balayage du champ électrique E (~20 valeurs)• Charge collectée = f (E,p)• ~ 40 000 evts / point

• Signal renormalisé :

Source

piedestalpulserpiedestalsignalEQ )(

Piedestal Signal Pulser


Alpha : principe de la mesureAlpha : principe de la mesureAlpha : principe de la mesureAlpha : principe de la mesure

Source

),()()( 0 pEAbsErecombinQEQ

)1(),(),( ),(/ pEded

pEpEAbs

pEpE /),( avec longueur de radiation

recombinaison

• Charge collectée

• Absorption

)1ln(1)( Erecombin )1( bEecEa

(a,b,c = constantes)

avec


Alpha : exemple de mesureAlpha : exemple de mesureAlpha : exemple de mesureAlpha : exemple de mesure• Fit de Abs(E,p) en

fonction de E.• Exemple

– Noir : fit = 0.37 ppm

– Bleu : fit - 0.1 ppm

– Rouge : fit + 0.1ppm

Source

E (kV/cm)

Abs

orpt

ion


Estimation des erreursEstimation des erreursEstimation des erreursEstimation des erreurs

• Principales sources d’erreur :– Statistique ~ 0.5 %

– Haute Tension ~ 2 %

– gap entre les électrodes : d = 2.15 0.05 mm

– Fit ~ 2 - 5 %

Total p/p ~ 5-7 %

• Erreurs systématiques (électronique, non linéarité du gain des préamplis, etc.)

Calibration nécessaire

Source


• Recette– Partir d’un échantillon

d’Argon ultra pur < 0.1 ppm– Polluer d’une quantité connue

d’ . Par exemple 0.5 ppm– Bien mélanger, laisser reposer

une heure.– Mesurer

CalibrationCalibrationCalibrationCalibration

Source

2O


Erreurs sur la pollution :• Quantité d’Argon : 8-10 litres 5 %• Volume d’ : 8.3 cm3 1.5 %• Pression d’ : 1 bar 10 %

Erreur sur la pollution attendue ~ 11 %

CalibrationCalibration (2)CalibrationCalibration (2)

Source

Mesuré / Attendu

E (kV/cm)

Abs

orpt

ion

2O

2O


Alpha: calibration dAlpha: calibration dééc. 2000c. 2000

Mesuré / Attendu

Échantillon Argon

Pollution attendue

Pollution mesurée

(moyenne)

Cylinder 1 < 0.2 0.050.10

Cylinder 2 < 0.2 0.100.10

Argon pollué 0.69 0.12 0.77 0.12

Argon pollué 0.97 0.14 1.01 0.12

Argon pollué 1.11 0.15 1.21 0.12


Erreurs sur la mesure alphaErreurs sur la mesure alphaErreurs sur la mesure alphaErreurs sur la mesure alphaSource

Mesuré (ppm)

Att

endu

(pp

m)

Pollution mesurée Erreur

0.2 ppm 0.10

0.3 ppm 0.10

0.5 ppm 0.11

1.0 ppm 0.12

2.0 ppm 0.16

3.0 ppm 0.21

5.0 ppm 0.33

Fit linéaire donne l’erreur finale


Source BetaSource BetaSource BetaSource BetaSource

• Installation : octobre 2000• Particularités

– Spectre complet.– Particule très peu ionisante

La trace traverse le gap– Utilisation d’un gap trigger diminue le bruit

• Pas d’expression théorique fit empirique

)(2)(),( EbeEgEcdapedestalpulser

pedestalpESignal

Avec a, b, c, d, g paramètres du fit.


Beta: paramBeta: paramètres vs pol.ètres vs pol.

BpolAd

A et B donnés par calibration.A et B donnés

par calibration.


Beta: paramBeta: paramètre “d” vs pol.ètre “d” vs pol.

BpolAd

A et B donnés par calibration.A et B donnés

par calibration.


Beta: calibration et C.C. Beta: calibration et C.C. (déc. 2000)(déc. 2000)

Mesuré / Attendu

Pollution mesurée Erreur

0.2 ppm 0.10

0.3 ppm 0.10

0.5 ppm 0.11

1.0 ppm 0.20

2.0 ppm 0.38

3.0 ppm 0.57

5.0 ppm 0.95


Beta: calibration et N.E.C. Beta: calibration et N.E.C. (déc. 2000)(déc. 2000)

Mesuré / Attendu


Résultats des mesures. Résultats des mesures. (déc. 2000)(déc. 2000)Résultats des mesures. Résultats des mesures. (déc. 2000)(déc. 2000)• Beta

OCTOBRE 2000:

DECEMBRE 2000:

Sources et

• AlphaJUILLET 2000:

OCTOBRE 2000:

DECEMBRE 2000:

ppmDewar 15.037.0

ppmDewar 15.033.0 ppmDewar 15.035.0

Mesures compatibles et stables dans le temps.

ppmCC 15.049.0..

ppmCEN 15.016.0... ppmCEN 15.021.0...

ppmCC 15.038.0..


Résultats des mesures (déc. 2001)Résultats des mesures (déc. 2001)

Pollution en ppm :Pollution en ppm :Pollution en ppm :Pollution en ppm :

Erreur : 0.15 ppmErreur : 0.15 ppm

Central C. exempleCentral C. exempleCentral C. exempleCentral C. exemple

Calorimeter alpha beta average S.E.C. 0.07 0.1 0.09N.E.C. 0.11 0.09 0.1C.C. 0.17 0.14 0.16

Fit noir: 0.07 ppm / C.C.Fit noir: 0.07 ppm / C.C.Fit bleu: 0.4 ppm / calib.Fit bleu: 0.4 ppm / calib.

Fit rouge: 0.7 ppm / calib.

Fit noir: 0.07 ppm / C.C.Fit noir: 0.07 ppm / C.C.Fit bleu: 0.4 ppm / calib.Fit bleu: 0.4 ppm / calib.

Fit rouge: 0.7 ppm / calib.


Conclusion et perspectivesConclusion et perspectivesConclusion et perspectivesConclusion et perspectives• Précision des mesures : 0.15 ppm• Les calorimètres de DØ :

pureté OK pour les 3 calos.• Mesures des 3 calos en décembre 2001:

Stabilité des mesures.

Référence pour les cellules internes.• Sources internes prendront le relais

(Univ. Mainz) en cours de tests.• http://isnwww.in2p3.fr/d0/purete/cryostat.html

• DØ notes 3799 et 3827.




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