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Mesure de pureté de l’Argon Mesure de pureté de l’Argon liquide du calorimliquide du calorimètre DØètre DØ

Mesure de pureté de l’Argon Mesure de pureté de l’Argon liquide du calorimliquide du calorimètre DØètre DØ

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

– Cryogénie, électronique

• Source – Mesures

– Calibrations et erreurs

• Source • Résultats et conclusion

Pureté de l’Argon liquide A. Besson, Y. Carcagno, G. Mondin, G. Sajot

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Importance de la mesureImportance de la mesure• Calorimètre DØ à échantillonnage

– 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.

L’ATC

E=10kV/cm, d=2mm (ATLAS LARG-NO-53)

• Disposer d’une pureté < 0.5 ppm• Mesurer précisément la pollution.

2O

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Principes : 2 sources et Principes : 2 sources et

• ALPHA

5.5 MeV, T = 10 ans

• BETA

3.5 MeV, T = 1 an, 40kBq

L’ATC

Am241

Ru106

• Électrodéposition des sources sur une électrode de cuivre• 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.

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• Système utilisé au 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– Juillet 2000 et octobre 2000.

Histoire de l’A.T.C.

Histoire de l’A.T.C.

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LAr DEWAR

A. T. C.

Calorimètre

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L’ATC

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L’ATC

Cables signaux

Hautes Tensions

sources

Échangeur LN2

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Mesures 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

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Alpha : principe de la mesureAlpha : principe de la mesureSource

),()()( 0 pEAbsErecombinQEQ

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

pEpEAbs

pEpE /),( avec longueur de radiation

recombinaison

• Charge collectée

• Absorption

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

(a,b,c = constantes)

avec

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Alpha : 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

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Estimation 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

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• 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

CalibrationCalibration

Source

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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 %

Calibration (2)Calibration (2)

Source

Mesuré / Attendu

E (kV/cm)

Abs

orpt

ion

2O

2O

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Erreurs sur la mesure alphaErreurs sur la mesure alpha

Source

Mesuré (ppm)

Att

endu

(pp

m)

Pollution mesuré 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

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Source 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

bEeEcpapEQ )(),( Avec = 0.193 et a,b,c,p paramètres du fit.

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Beta : Calibration et erreursBeta : Calibration et erreurs

Source

E (kV/cm)

Sig

nal

Pollution mesuré 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

Calibration en cours

Mesuré / Attendu

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Résultats des mesures.Résultats des mesures.• Beta

OCTOBRE 2000

Source et

• AlphaJUILLET 2000

OCTOBRE 2000

ppmp 15.037.0

ppmp 15.033.0 ppmp 15.035.0

Mesures compatibles et stables dans le temps.

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ConclusionConclusion

• Précision des mesures : 0.15 ppm

• L’Argon liquide du Dewar pourra être utilisé au Run II.

• Le calorimètre de DØ en cours de remplissage.

• Prochaine série de mesures dans une semaine.

Pureté de l’Argon liquide