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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
15 janvier 2002 A.Besson, G.Sajot - Réunion D0-IN2P3 2
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
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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.
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L’ATC
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L’ATC
Cables signaux
Hautes Tensions
sources
Échangeur LN2
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• 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
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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
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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
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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
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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
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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
CalibrationCalibrationCalibrationCalibration
Source
2O
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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 %
CalibrationCalibration (2)CalibrationCalibration (2)
Source
Mesuré / Attendu
E (kV/cm)
Abs
orpt
ion
2O
2O
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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
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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
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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.
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Beta: paramBeta: paramètres vs pol.ètres vs pol.
BpolAd
A et B donnés par calibration.A et B donnés
par calibration.
15 janvier 2002 A.Besson, G.Sajot - Réunion D0-IN2P3 17
Beta: paramBeta: paramètre “d” vs pol.ètre “d” vs pol.
BpolAd
A et B donnés par calibration.A et B donnés
par calibration.
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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
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Beta: calibration et N.E.C. Beta: calibration et N.E.C. (déc. 2000)(déc. 2000)
Mesuré / Attendu
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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..
15 janvier 2002 A.Besson, G.Sajot - Réunion D0-IN2P3 21
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.
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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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