TPC óptica lida por fotomultiplicadores
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TPC óptica lida por fotomultiplicadores
STG Fetal, FAF Fraga, LMS Margato, MMFR Fraga, RF Marques, AJPL Policarpo
Jornadas LIP – 2008/01/12
LIP Coimbra
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2008/01/12 Jornadas LIP 2
Sistema experimental – 2D
Matriz de 4 PMTs
Detector com triplo GEM; - Janela de entrada de mylar aluminizado- Espaço de deriva=8 mm
- Mistura gasosa: Ar5%CF4 em fluxo contínuo
Fonte de 55Fe (RX de 5,9 keV) +Colimador - Agulha de seringa:
- Diâmetro interno=0,5 mm
- Comprimento = 27,5 mm
Suporte com ajuste de altura manual
Mesa que se move em X e em Y, controlada pelo software Labview. (1 passo=2,54 um)
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2008/01/12 Jornadas LIP 3
Aquisição de dados
Os programas de aquisição e análise de dados foram desenvolvidos em matlab
As posições (x,y) de interacção de cada raio X são calculadas através do algoritmo do centro de gravidade usando os sinais produzidos pelos 4 PMTs
12
3 4x
Y
Osciloscópio
Tektronix TDS7104 PC
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2008/01/12 Jornadas LIP 4
Resolução espacialHistogramas das posições X e Y
VGEMs=380 V
VGEMs=380 V
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2008/01/12 Jornadas LIP 5
Resolução espacialVariação com o número de fotões
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0E+00 5.0E+05 1.0E+06 1.5E+06
# Ph
FW
HM
(m
m)
FWHM_X
FWHM_Y
y = 2E-06e0.0492x
R2 = 0.9944
10
100
1000
320 340 360 380 400VGEMs (V)
So
ma
da
luz
do
s 4
foto
mu
ltip
lica
do
res
(u
.a.)
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2008/01/12 Jornadas LIP 6
Varrimento
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Reconstructed X (mm)
Reconstr
ucte
d Y
(m
m)
XY_Experimental
XY_Simulation
XX_Experimental
XX_Simulation
YY_Experimental
YY_Simulation
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2008/01/12 Jornadas LIP 7
Colimador de 5 furos
Em cada furo foi colocada uma agulha com int=0,5 mm
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2008/01/12 Jornadas LIP 8
Resolução espacial
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2008/01/12 Jornadas LIP 9
Resolução espacial
|center1x-center2x|=2.3582 mm|center1x-center2x|real=3.00 mmScaling factor =78.6%fwhm1x_correct=0.889 mmfwhm2x_correct=0.859 mm
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2008/01/12 Jornadas LIP 10
Resolução espacial
|center1y-center2y|=1.6278 mm|center1y-center2y|real=2 mmScaling factor =81.4%fwhm1y_correct=1.01 mmfwhm2y_correct=0.784 mm
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2008/01/12 Jornadas LIP 11
Reconstrução 3D de traços de partículas alfaSistema experimental
Fonte de alfas: 241Am (Energia = 5,5 MeV)
Mistura gasosa: Ar5%CF4
Alcance: 40 mmFotomultiplicadores:
Hamamatsu R1387 de 39 mm de diâmetro
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2008/01/12 Jornadas LIP 12
Reconstrução de traços de partículas alfa - Duração
12
3 4x
Y
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2008/01/12 Jornadas LIP 13
Projecção do traço no eixo dos ZZ:
Vd(Ar+5%CF4 )=8,8 cm/us
Reconstrução de traços de partículas alfa – Coordenada Z
ProjZ=Vd*t
=90º
Traço
Plano do GEM
Duração máxima
ProjZ máxima
=0º
Traço
Plano do GEM
Duração mínima
ProjZ mínima
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2008/01/12 Jornadas LIP 14
Reconstrução de traços de partículas alfa – coordenadas X e Y
Algoritmo de centro de gravidade
L4(n))L3(n)L2(n)(L1(n)
L4(n))(L3(n)-L2(n))(L1(n)Y(n)
L4(n))L3(n)L2(n)(L1(n)
L3(n))(L2(n)-L4(n))(L1(n)X(n)
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2008/01/12 Jornadas LIP 15
Reconstrução de traços de partículas alfaAlargamento do feixe de alfas
Colimador: =0,7 mm; L=5 mm
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2008/01/12 Jornadas LIP 1616
A precisão na determinação do ângulo teta aumenta para inclinações maiores
Resolução típica para teta=45º de 2º (sigma)
Reconstrução de traços de partículas alfa – Ângulo
L
Vd*t)Sin(
)Sin( *LProjZ
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2008/01/12 Jornadas LIP 17
Reconstrução de traços de partículas alfa:2 furos
ProjXY=d*sin() ProjX=d*sin()*cos()
ProjY=d*sin()*sin()
dsin
dsincos
dsinsin
X
Y
d
dsind=2,5 mm
=0,5 mm
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2008/01/12 Jornadas LIP 18
Reconstrução de traços de partículas alfa:2 furos
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2008/01/12 Jornadas LIP 19
Reconstrução de traços de partículas alfa:2 furos
STG Fetal et al, Nucl. Instr. and Meth. A 581 (2007) 202-205
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2008/01/12 Jornadas LIP 20
Reconstrução 3D de traços de raios cósmicosSistema experimental
Cintilador (NaI)
Detector com triplo GEM+
Matriz de 4 PMTs
Cintilador Plástico
Módulo de
coincidências
Osciloscópio
Trigger
141 cm
~4 eventos ‘bons’/horadE/dx=2,67 keV/cm
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2008/01/12 Jornadas LIP 21
Reconstrução de traços de raios cósmicos
Teta=30º
Beta=90º
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2008/01/12 Jornadas LIP 22
Reconstrução de traços de raios cósmicos
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2008/01/12 Jornadas LIP 23
Reconstrução de traços de raios cósmicos
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2008/01/12 Jornadas LIP 24
Trabalho em curso
Continuar a análise dos dados adquiridos - optimizar os programas de análise de dados Testar a leitura óptica com outras configurações de PMTs e compará-la com os resultados de simulação
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2008/01/12 Jornadas LIP 25
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2008/01/12 Jornadas LIP 2626
GEM – Gas Electron Multiplier
140 m
Perfil Topo
5
80
60
50
m)
5
80
60
50
m)
10 cm
10cm
10 cm
10cm
F. Sauli, Nucl.Instr.and Methods A 368 (1997) 531
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2008/01/12 Jornadas LIP 27
PMT Hamamatsu R1387
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2008/01/12 Jornadas LIP 2828
Detector gasoso com GEMs
GEMRede de deriva
GEM
GEM
GEM
Elemento de recolha
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2008/01/12 Jornadas LIP 2929
Detector com GEMs com localização bidimensional
Leitura de carga Leitura de ‘strips’ ortogonais
Leitura individual de cada pixel
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2008/01/12 Jornadas LIP 3025 de Setembro de 2007 Café com Física 30
Detector com GEMs com localização bidimensional
CCDs
Matriz de
Fotomultiplicadores
Matriz de fotodíodos
Leitura de luz
Sensor de luz
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2008/01/12 Jornadas LIP 31
Resolução espacial
|center1x-center2x|=1.0846 mm|center1x-center2x|real=1.5 mmcompressão=72.3%fwhm1x_correct=0.746 mmfwhm2x_correct=1.297 mm
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2008/01/12 Jornadas LIP 32
Resolução espacial
|center1y-center2y|=2.2556 mm
|center1y-center2y|real=3 mm
Scaling factor =75.2%
fwhm1y_correct=1.271 mm
fwhm2y_correct=1.310 mm
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2008/01/12 Jornadas LIP 33
Resolução espacial
|center1x-center2x|=1.0923 mm|center1x-center2x|real=1.5 mmScaling factor x=72.8%fwhm1x_correct=0.9297 mmfwhm2x_correct=1.1456 mm |center1y-center2y|=0.734 mm|center1y-center2y|real=1 mmScaling factor y=73.4%fwhm1y_correct=1.354 mmfwhm2y_correct= 0.599 mm
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2008/01/12 Jornadas LIP 34
Colimação da fonte de alfas
25mm
17mm
7m
m
5m
m1mm
3mm
11mm
5mm
10mm
M3 7.5mm
d1
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2008/01/12 Jornadas LIP 3535
Aquisição de dados com 3x3 fotomultiplicadoresosciloscópio
PMT1
PMT2 Atraso Ch1 Osciloscópio
PMT3 2XAtraso
PMT4
PMT5 Atraso Ch2 Osciloscópio
PMT6
PMT7 Atraso Ch3 Osciloscópio
PMT8
PMT9 Atraso Ch4 Osciloscópio
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2008/01/12 Jornadas LIP 36
Aquisição de dados com 3x3 fotomultiplicadores
PMT1 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC0
PMT2 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC1
PMT3 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC2
PMT4 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC3
PMT5 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC4
PMT6 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC5
PMT7 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC6
PMT8 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC7
PMT9 -------------------------------------------------------- CAMAC ADC8
soma Camac ADC Gate