The TC: status. Flavio Gatti UNIVERSITY and INFN of Genoa, Italy

TC status.
Flavio Gatti
UNIVERSITY and INFN
of Genoa, Italy
Flavio Gatti,CSN1, Feb 6th, 06
1
APD Cooled Support
APD F.E. Board
Scintillating Fibers (Phi Counter)
TC Final Design
• A PLASTIC SUPPORT
APD ARRANGES THE
STRUCTURE
SCINTILLATOR BARS AS
REQUESTED
Item to be constructed.
Item prototyped & constr. Meth. under test
Item ready.
• PM
THE BARS ARE GLUED ONTO
THE SUPPORT
• INTERFACE ELEMENTS ARE
GLUED ONTO THE BARS AND
SUPPORT THE
Ladder
Board
FIBRES
& cabling
• FIBRES ARE GLUED AS WELL
• TEMPORARY ALUMINIUM
BEAMS ARE USED TO HANDLE
THE DETECTOR DURING
INSTALLATION
• PTFE SLIDERS WILL ENSURE
A SMOOTH MOTION ALONG THE
RAILS
Main Support
BC404-Scintillator slab
Scintillator Housing
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PM-Scintillator Coupling
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APD
The construction
of the TC is
unconventional
(no screw, no
metals,…) large
use of glues,
epoxies at the
interface of
various plastics
materials.
Tolerances of
about 1mm over
1m must
be achieved.
APD F.E. card
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Water Cooled APD support
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A sample of BC404 bar and the plastics housing
Tested @ BTF (3 feb), 93ps FWHM
-preliminary-
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PM & Discriminator Card
 PM delivered with useful measured parameters
 Selection on gain and Q.E. is needed:
 highest gain-> inner side of COBRA,
 match the Q.E. for both PMs of the bar in order to
meet the 100ps FWHM requirement over the full length.
 Discriminator cards design need for a test
with DRS, but we are preparing for a test with
Digital Oscilloscope in the present run
(27jan/4feb) at BTF. Data under analysis.
delivery 3 months later.
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Production scheme of
Scintilating Fibers
tested:
 Hot forming with and
without jacket. √
 Test for light losses,
i.e., trapping
efficiency. √
 Test of several
diffusing or reflecting
jacket. √
 Coupling to the APD via
EPOTEK H301-2. √
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APD F.E. card:
 Front-end prototype for
APD under test
 Final prototypes
construction will start
soon, by feb.15th
 Final production: 3 weeks
after acceptance.
 Same schedule for patch
panels (concentrator
boards) and mezzanine for
VME-VPC board.
 FPGA CODE (V1.01) ready.
Soon will start the
evaluation process on the
VME Board that will take
1 months
8 Ch APD F.E. Card
Concentrator Card
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Geneal view of the APD electronics and cabling
32x
32x
8x
8x
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N2 bag
N2 bag will be built in
house, after negative results
of production tests performed
in several companies
• We obtained a special
production of 0.25 mm tick EVAL
T foil (the best on the shelf)
in a sandwich of two PE foils
•Construction of mockup with
machined resins
•The foils will be formed on
the mockup and assembled by
thermo-welding or epoxy: these
joints are successfully tested
•Construction will start after
the completion of the first TC
(middle of march)
•
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 Monitor of Partial
pressure of He
inside the N2 Bag:
 Use of low cost He
detectors capable
to work at high
inlet pressure
(already ordered)
 Design of the
whole system is
just started
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Blocks of resins to be used in the mockup
construction
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Calibration Laser
Purposes: MONITORING of
1. timing sync. Of TC bars,
2. timing sync TC-LXe,
3. timing resolution of TC
Requirements:

10 picosecond pulse laser at 532 nm (TC) and 266 nm (LXe)

Repetition rate adjustable in the 100-1000 Hz range.

Sync out with low jitter (<5ps).
Power requirements (-> define the cost)
1. Single bar test: 405nm, 5mW, 100ps laser -> final 10.000
ph/pulse
2. Loss at fiber injection: 10^-4, bar acceptance: 0.01, Q.E.,
overall optical transmission: 0.1 (total about 10^-7) -> 1
W laser.
Results of the investigations: Nd:YVO 1064nm , frequency
converter to 532nm (2HG) for the TC and 266nm (4HG) for the
LXe, 1W average power, ext trig 1/min, intern trig 1001000Hz, at least 1 uJ/pulse, sync out.
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Status of the schedule







Final Test of TCs @ BTF:
 -> Jan 27/Feb 3 (components), March 27/April 3, (TC#1), June 1/12
(TC#2)
Delivery at PSI: -> TC#1 may, 5th ; TC#2, Jun 24th.
PM:
 Selection by February, 15th.
 ladder socket ready
 final production of Discr./splitter, 3 months after test with DRS.
APD electronics:
 prototypes ready for Jan,15th.
 Validation test:20 days- Final production: March 15th
 FPGA SW (first Vers.) Jan,15th, Final version after TC test: May,
15th.
TC bag:
 design ready, material ready.
 delivery,april 26th.
Laser:
 Design ready.
 50 fibers, low time jtter (10 um), and fiber-injector already
ordered.
 Delivery: after 3 months from the order (->may, 29th)
He Monitor system (->may, 29th)
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Genova, 18 gennaio 2006
Ai referee dell’Esperimento MEG:
Oggetto: richiesta di sblocco di SJ per acquisto del laser di
sincronizzazione degli elementi del TC e tra i TC e rivelatore a
LXe.
Cari Referee,
come avevamo discusso nell’anno passato e’ necessario acquisire un laser
pulsato e sufficientemente potente per :
 la sincronizzazione relativa delle barre di scintillatore e
monitoraggio
 la misura e monitoraggio della risoluzione temporale di ogni barra
 la sincronizzazione relativa tra Timning Counter e LXe e monitoraggio
Le caratteristiche richieste sono state ulteriormente approfondite e
definite:
1. la potenza deve essere sufficientemente alta per inviare un numero di
fotoni adeguato ( 104 fotoni per PM) attraverso le fibre ottiche,
compensando le perdite di accoppiamento laser-fibre-barra-pm;
2. la larghezza dell’impulso deve essere piccola rispetto alla
risoluzione temporale del sistema, in modo da non mascherare
dipendente i possibili effetti di degradamento prodotti dal
rivelatore;
3. operare alla lunghezza d’onda del visibile ( 532nm) per il TC e a
lunghezze d’onda dell’ UV (266nm) nel LXe.
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L’analisi degli accoppiamenti ottici e’ la seguente:
 la stima sulla efficienza di trasmissione del fascio
all’ingresso della fibra (SMF28e : dispersione di 18 ps/nm Km
e apertura numerica di 0.14), che ha un diametro del core di
10 um e diametro esterno di 250 um, e’ circa 1x10-4
(includendo le perdite pieno-vuoto dell’impacchettamento del
bundle, le perdite di matching tra i diametri del fascio e
del bundle e le perdite di accettanza per allineamento) ;

usando un diffusore e un ingresso perpendicolare alla barra,
l’efficienza di intrappolamento nella barra e’ 1x10-2 circa;

la perdita complessiva di trasmissione in tutte le interfacce
ottiche e le perdite per divergenza del fascio producono un
fattore di raccolta finale pari a 0.1 circa;

Considerando che e’ necessario illuminare circa 50 fibre, e’
necessario disporre di 50 nJ/impulso. Sul mercato e’
disponibile una classe di laser con potenza media intorno a 1
W e una energia per impulso dell’ordine di 1-100 uJ,
secondo il rep. rate a cui operano
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Ho riformulato le richieste e sono arrivate le seguenti
risposte, di seguito allegate, che si sintetizzano
cosi’:
Università di PV: laser 1 W, 5-10ps, rep. Rate < 1KHz,
100uJ @532nm, 25uJ@266nm, costo (IVA inclusa) 88.000,oo
Euro.
HighQlaser: laser piconova, 1W, 8ps, rep. rate <50KHz o
>500KHz, 400 uJ@532nm, 100uJ@266, costo (IVA inclusa)
135.300,oo Euro.
Lumera: Rapid laser 2W, 12 ps, rep.rate <10KHz, 20 uJ @
532nm (non e’ indicata l’opzione a 266), costo (IVA
inclusa) 162.000,oo Euro ( la ditta mi rimanda
all’offerta gia’ fatta il 13.09.05 e gia’ trasmessa per
la riunione di settembre della CSNI )
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In seguito a chiarimenti su alcuni punti quali:
1. l‘affidabilita’ confrontata ai quella dei sistemi commerciali;
2. la adeguatezza dell’apparato a essere trasportato e ad operare in
condizioni simili a quelle industriali;
3. la rispondenza alla normativa sulla sicurezza;
4. la manutenzione;
ritengo che la proposta dell’Uni. PV sia complessivamente migliore.

Ritengo infatti che le risposte ottenute ai punti succitati siano
piu’ che soddisfacenti. In particolare:
 il gruppo ha una notevole esperienza accademica e realizzativa, e
inoltre utilizza componentistica commerciale parimenti a quanto
fanno altre ditte;
 l’apparto e costruito con criteri “industrial grade”;
 pur non avendo la marchiatura CE complessiva per lo strumento, in
realtà lo e’ ogni suo suo componente e si configurerebbe come
prototipo di laboratorio; sara’ provvisto di una copertura
metallica standard “industrial grade”;
 gli interventi ordinari saranno eseguiti da noi su loro
istruzione; quelli straordinari saranno eseguiti a PV o al PSI dal
gruppo dei laseristi.
Pertanto chiedo lo sblocco del SJ di 80.000 Euro con una integrazione
di 8.000 E, per un totale di 8.000 Euro.
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