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DPG, Heidelberg, 6.3.2007 Universität Karlsruhe 1
Strahlungseffekte bei dem CDF Siliziumdetektor
Jeannine Wagner Universität Karlsruhe
für die CDFKollaboration
DPG 2007, Heidelberg
● CDFSiliziumdetektor● Strahlbezogene Zwischenfälle● Langfristige Strah lungseffekte
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Tevatron Beschleuniger
● 36×36 Teilchenpakete● Kollisionen alle 396 ns
• Rekordluminosität: ~2.9∗1032cm2s1
• Gelieferte Luminosität 2.5 fb1 (2.0 fb1 auf Band)
● Ziel: (58) fb1 in Run II (bis 2009)
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CDFDetektor
Myonkammer
KalorimeterDriftkammer (COT)
1.4 T Solenoidmagnet
Siliziumdetektor
z x
y
p
p
Seit 2002 stabile Datennahmemit dem Siliziumdetektor:● 92% des Detektors in Betrieb● 84% des Detektors gibt Daten mit einer digitalen Fehler rate
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Siliziumdetektoren
SVX+L00 ISL
Siliziumdetektor Run II:● Siliziumstreifendetektor● 78 konzentrische Lagen von
Siliziumsensoren (~6 m2) zwischen r=1.4 cm und r=29 cm
● 722.432 Kanäle, 5644 Chips
SubDetektoren: L00, SVX, ISL
Zweck:● Präzise Spurrekonstruktion● SekundärvertexTrigger
rzAnsicht
xyAnsicht
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TevatronStrahlzwischenfälle
Abort Gaps2619 ns
Beam Dump
Silicon Detector
CDF
Collimator
Secondary Particles
Abort Kicker
Siliziumdetektoren liegen dicht am Strahlrohr besonders gefährdetdurch TevatronStrahlzwischenfälle
Energie des Strahls entspricht der eines Rennautos mit 200km/h (Selbst Sekundärteilchen verusachen erheblichen Schaden)
Am gefährlichsten sind asynchrone Strahlabbrüche:● 17 dieser Zwischenfälle in den letzten 4 Jahren● ~30 Chips (~0.5%) perma nent dadurch beschädigt● Andere Chips erholen sich wieder nach ein paar Wochen Ruhe
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Lebensdauer des SiliziumdetektorsKontinuierliche Bestrahlung – Hauptbedenken:
Vollständige Verarmung des Detektors:● Anstieg der Verarmungspannung Vdep nach Typinversion ● Begrenzung der BiasSpan nung Vb (konstruktionsbedingt)
Signal/RauschVerhältnis:● Erhöhung des Leckstroms und des ChipAusleseRauschens● Abnahme der Effizienz zur Lad ungssammlung
+
–Depletion z one
undepleted z one
Vbw
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Bestimmung der aktuellen Vdep
● Messung der ADCSpek tren von Treffern auf re konstruierten Teilchen spuren● Bestimmung des Maximums der ADCVerteilung für verschiedene Vb (fit: Landau ⊗ Gauß)● Vdep: Ladung = 95% der Amplitude der angepassten SigmoidFunktion
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Vdep Abschätzung der Lebensdauer
Innerste Lage vom SVX
Die innersten Lagenbekommen die grössteMenge an Strahlung ab(~ 300±60 kRad/fb1 r=3cm)L00: Strahlungshart> Innerste Lage von SVX ist am kritischsten
Daten scheinen der optimistischen Vorhersagezu folgen
Siliziumdetektor kann biszum Ende des Run II vollständig verarmt werden
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Modell für Signal und Rauschen
Integrated Luminosity (fb–1)
Sig
nal
(A
DC
Co
un
ts)
0.4 0.8 1.2 1.6020
30
40 Innerste Lagedes SVX
(Gaps: data not yet processed)
4
Integrated Luminosity (fb–1)
0.4 0.8 1.2 1.60N
ois
e (A
DC
Co
un
ts) Innerste Lage
des SVX
2
3
(Gaps: data not yet processed)
Verwende Datensatz aufgezeichnetmit J/ψ→µµ Trigger
Bestimmt aus KalibrationsRuns(ohne Strahl)
Rauschen∝constLSignal∝const−L
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SignalRausch Verhältnis
Integrated Luminosity (fb–1)
Sig
nal
-to
-No
ise
Rat
io
0 2 4 6 80
2
4
6
8
10
12
14
SVT Efficiency
b Tagging
Anpassung mit unseremModell, große Extrapolation bis 8 fb–1
1. Grenze: S/R > 8(SekundärvertexTriggerEffizienz)
2. Grenze: S/R > 63(btagging)
Detektorlebensdauerscheint nicht durch S/RVerhältnis limitiert zusein
SVX
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Zusammenfassung
CDF Siliziumdetektor: Größter zur Zeit operierender Sili ziumdetektor Stabile Datennahme seit 2002 Starker Strahlung ausgesetzt
Beobachtete Entwicklung von Vdep und S/R entsprechen den Abschätzungen
Siliziumdetektor sollte den Studien zu Folge ohne größereEinschränkung der Leistungsfähigkeit bis Ende von Run II betrieben werden können