Многоканальная система сбора временной и амплитудной информации детектора ТО эксперимента Alice (ЦЕРН, LHC) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

КОНДРАТЬЕВА Наталья Викторовна

МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА СБОРА ВРЕМЕННОЙ И АМПЛИТУДНОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЕТЕКТОРА ТО ЭКСПЕРИМЕНТА ALICE (ЦЕРН, LHC).

01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва, 2007

003173114

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском инженерно-физическом институте (государственном университете).

Научный руководитель: В.А. Григорьев, доктор физико-

математических наук, профессор, МИФИ, г. Москва

А.Н. Сытин, доктор физико-математических наук, ГНЦ «ИФВЭ», г. Протвино

А.Н. Мартемьянов, кандидат физико-математических наук, ГНЦ «ИТЭФ», г. Москва

Российский Научный центр «Курчатовский институт» (РНЦ КИ)

Защита состоится « 14 » ноября 2007 г в 15 час._мин.

на заседании диссертационного совета Д212.130.07 в МИФИ по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, д. 31, тел. 324-84-98, 323-92-51

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ. Автореферат разослан « 11» октября 2007 г.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации, по адресу МИФИ.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических_ наук, профессор

_В.В. Дмитренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

По общепринятой в настоящее время гипотезе наша Вселенная была создана более 12 миллиардов лет назад во время так называемого «Big Bang» - «Большого Взрыва» В первые микросекунды после «взрыва» в экстремальных условиях, когда температура и концентрация энергии были чрезмерно высоки, возникла и существовала некоторое время особая форма материи Эта материя состояла из кварков и глюонов, существовавших "свободно" в кварк-глюонной плазме (КГП) на протяжении 10'5с после «Большого Взрыва» КГП - термализованный газ кварков и глюонов, находящихся в состоянии деконфаймента, при котором характерные расстояния их перемещения составляют > 1 фм (это значение есть приблизительный радиус нуклона, в котором при обычных условиях "заперты" кварки)

Поискам кварк-глюонной плазмы было посвящено немало экспериментальных работ в ЦЕРН с конца прошлого века по настоящее время Был получен ряд экспериментальных указаний на возможность ее существования, но решающих данных получено не было Решающее значение в этом плане имеет запуск ускорителя LHC (ЦЕРН, Швейцария)

Запуск ускорителя LHC планируется к середине 2008 года и в настоящее время в ЦЕРН полным ходом идет строительство установки ALICE (A Large Ion Collider Experiment) На данной установке будут проводиться фундаментальные исследования по поиску и изучению гипотетической формы ядерной материи - кварк-глюонной плазмы, которая, в соответствии с современными теоретическими представлениями, должна образовываться при столкновении встречных пучков тяжелых ядер сверхвысоких энергий Установка содержит большое количество детекторов, среди них - стартовый триггерный детектор ТО, имеющий важное значение для работы всей установки ALICE именно ТО запускает всю систему регистрации и последующего анализа любого события

Цель и задачи диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является разработка многоканальной системы сбора временной и амплитудной информации для стартового триггерного детектора ТО на основе магнитостойких фотоумножителей

В соответствии с поставленной целью определены задачи

л J

1 Разработка принципов построения многоканальной системы съема временной и амплитудной информации

2 Расчет временных и амплитудных характеристик детектора методом моделирования Монте-Карло.

3 Проведение экспериментальных исследований характеристик системы сбора и обработки информации

Научная новизна работы.

1 Впервые разработана и реализована оригинальная многоканальная система сбора и обработки временной и амплитудной информации стартового триггерного детектора ТО, имеющая пико-секундное временное разрешение (лучше 50 пс), мёртвое время - менее 25 не, широкий динамический диапазон амплитуд (1:200) и позволяющая осуществлять запись информации в едином временном формате.

2. Впервые предложен и реализован быстрый метод измерения амплитуды путем преобразования амплитуды во временной интервал с помощью двух дискриминаторов - с постоянным порогом и со следящим порогом, позволяющий осуществить преобразование амплитуды во временной интервал за время длительности фронта входного сигнала (не более 2 не)

3 Впервые предложен и реализован метод формирования временной отметки по первому из 12 пришедших на вход устройства отбора входных сигналов от фотоумножителей, позволяющий отобрать первый из пришедших сигналов с точностью 25 пс

4 Проведено моделирование методом Монте-Карло, которое показывает при данных энергиях пучка и принятой геометрии расположения черенковских счетчиков возможность применения метода усреднения временных интервалов, что позволяет получить точность временной отметки события около 20 пс (уменьшить разброс на порядок) - это подтверждено экспериментально.

5 Разработаны оригинальные методы настройки и калибровки детектора, которые были реализованы в эксперименте в ЦЕРН летом 2007 года, что позволило подготовить систему к интеграции непосредственно в установку ALICE

Практическая значимость работы заключается в следующем:

Разработана и реализована методика построения системы сбора временной и амплитудной информации стартового триггерного детектора ТО, который является важной составной частью установки

ALICE Именно он вырабатывает сигнал триггера нижнего уровня, запускающий всю установку Детектор ТО определяет с высокой точностью момент столкновения частиц, задавая тем самым стартовый сигнал для времяпролетной системы идентификации вторичных частиц Стартовый детектор ТО вырабатывает пре-триггерный сигнал, подготавливающий к работе детектор переходного излучения В пределах своего аксептанса детектор ТО определяет уровень множественности вторичных частиц

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах и ежегодных конференциях МИФИ (2004-2007 гг), на совещаниях коллаборации ALICE в 2005,2006 гг, на международной конференции IEEE Nuclear Science Symposium, в Риме, 18-21 октября 2004 г По теме диссертации опубликовано 4 статьи в реферируемых журналах.

Основные положения, выносимые автором на защиту.

1 Принципы построения многоканальной системы сбора временной и амплитудной информации с черенковских счётчиков детектора ТО эксперимента ALICE, отличающейся малым мертвым временем (менее 25 не), высоким временным разрешением (а лучше 50 пс) в широком динамическом диапазоне амплитуд (1 200)

2 Результаты моделирования методом Монте-Карло временных характеристик детектора, обосновавших применимость метода усреднения временных интервалов

3 Методика расчета вероятности выработки триггерных сигналов при выходе из строя отдельных счетчиков детектора как в штатной, так и во внештатных ситуациях

4 Методы разработки, настройки и результаты экспериментальных испытаний оригинальных субнаносекундных модулей электроники модуля логического отбора OR, управляемых линий задержек DCDL-4, усреднителя временных интервалов «Mean Timer» с собственным временным разрешением не хуже 20 пс и их внедрение в эксперимент ALICE в составе детектора ТО

5 Метод измерения малых амплитуд (30 - 150 мВ) с помощью преобразования во временной интервал с использованием дискриминаторов двух разных типов со следящим и с постоянным порогом Результаты испытаний предложенного метода при калибровке от сверхкороткой (длительностью 40 пс) вспышки лазера

5

6. Метод настройки и калибровки детектора ТО и его электронных систем с помощью импульсного лазера. Методику on-line и off-lme амплитудно-временной коррекции данных детектора.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 118 наименований, содержит 115 страниц, в том числе 68 рисунков и 3 таблицы

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко рассматриваются цели и задачи эксперимента ALICE, указана актуальность темы диссертации, её цель, научная и практическая значимость работы и описана последовательность изложения материала

В первой главе рассмотрена общая схема эксперимента ALICE Установка ALICE [1] состоит из большого числа детекторов. Целый ряд детекторов ITS - внутренняя трековая система, состоящая из шести слоев кремниевых детекторов, и ТРС - время-проекционная камера -будут осуществлять восстановление траекторий вторичных частиц В центральной области ALICE идентификация частиц будет осуществляться детектором переходного излучения TRD, времяпролетным детектором TOF с высокой разрешающей способностью, а также детектором кольца череиковского излучения (HMPID) Для регистрации фотонов будет использоваться электромагнитный калориметр (PHOS). Для идентификации заряженных частиц в области псевдобыстрот (-3,4 < У] < 5,1) и выработки триггерного сигнала для других детекторов установка ALICE будет содержать большое количество дополнительных детекторов, расположенных в центральной части эксперимента. Для этого будут использоваться детектор множественности - FMD, триггерный сцинтилляционный детектор V0 и стартовый детектор ТО В более узкой области псевдобыстрот (2,3 < г) < 3,5) для регистрации фотонов будет использоваться детектор множественности - PMD и для регистрации нуклонов в ион - ионных столкновениях - калориметр ZDC

Стартовый детектор ТО [2] предназначен для выработки триггерного сигнала, означающего, что столкновение двух ионов (протонов) произошло в ожидаемом месте, в ожидаемое время и с ожидаемым энерговыделением, и, таким образом, данное событие подлежит

6

регистрации Сигнал временной отметки, снимаемый с детектора ТО (с погрешностью ст « 50 пс) служит также для идентификации продуктов распада методом времени пролета Исходя из функций детектора ТО, требования к его основным физическим характеристикам следующие-позиционное разрешение (по Z - координате вдоль оси пучка) +1,5 см, мертвое время - не более 25 не, скорость счета - 106 1/с Детектор должен работать в магнитном поле до 0,5 Тл

Детектор ТО состоит из двух сборок черенковских счетчиков по 12 счетчиков в каждой сборке (в виде одного концентрического кольца), расположенных по обе стороны (ТО-А расположена на расстоянии 3,5 м, ТО-С - 0,7 м) от номинальной точки столкновения частиц Черенковские счетчики основаны на кварцевых радиаторах (диаметром 20 мм и длиной 20 мм) и магнитостойких фотоумножителях ФЭУ-187 (диаметр 30 мм, длина 45 мм) с сетчатыми динодами Детектор ТО выполняет четыре основных функции-

1 ТО является стартовым детектором, формирующим точную временную отметку (основной физический сигнал «ТО» с точностью временной привязки не более 50 пс с учетом вклада всей последующей электроники) для времяпролетного детектора, осуществляющего идентификацию частиц по методу времени пролета частиц от вершины события до TOF

2 ТО является триггерным детектором нулевого уровня, формирующим сигнал запуска установки ALICE, а также пре-триггерный сигнал для детектора переходного излучения TRD

3 ТО дискриминирует фоновые события, возникающие при взаимодействии ускоренных ионов с остаточным газом внутри вакуумного трубопровода ускорителя

4 Детектор ТО вырабатывает основные триггерные сигналы на одном из трех уровней периферические столкновения (малая множественность) - сигнал Т0Мь (Minimum bias), полуцентральные столкновения (средняя множественность) - сигнал T0semicentrab центральные столкновения (большая множественность) - сигнал Т0сапга1 Сигналы ТОмь, T0semicentrai, T0ccntral уровня множественности события, снимаются с Т0-А и Т0-С сборок детектора независимо и одновременно

Детектор ТО вырабатывает управляющие сигналы для L0 триггера, это T0V - сигнал, определяющий положение вершины события с погрешностью ± 1,5 см (допустимые границы положения вершины события должны задаваться программно в рамках управления всем экспериментом ALICE), Т0А - сигнал, аналогичный T0V, но снимаемый

7

только с детекторов сборки ТО-А, Т0С - сигнал, аналогичный T0V, снимаемый с ТО-С сборки. Особо надо отметить, что все выше перечисленные сигналы с детектора ТО должны выдаваться в реальном времени Как при регистрации вторичных частиц после р-р столкновений, так и после ион - ионных столкновений (Pb-Pb) физический сигнал «ТО» вырабатывается в том случае, когда одновременно возникают сигналы в двух сборках ТО-А и ТО-С.

Для обслуживания детектора необходима сложная многоканальная система сбора информации Исходя из требований, предъявляемых к детектору ТО, в течение длительного времени совместно с другими коллегами разрабатывалась, корректировалась и оптимизировалась структура системы сбора временной и амплитудной информации с 24 черенковских счетчиков детектора. Система должна обеспечивать:

1) конечное временное разрешение по всей цепочке модулей не хуже 25-35 пс, возможность выравнивания задержек сигналов в отдельных каналах с погрешностью ± 10 пс, иметь мертвое время менее 25 не;

2) регистрацию событий при каждом акте протон - протонных столкновений,

3) возможность on-line и off-line коррекций временных параметров детектора ТО,

4) независимое получение временной и амплитудной информации с помощью различных методов с целью повышения надежности и достоверности получения результатов

В результате рассмотрения различных вариантов построения системы сбора информации был выбран окончательный вариант На рис 1 приведена упрощённая функциональная схема быстрой front-end электроники стартового детектора ТО, не включающая в себя некоторые дополнительные элементы, служащие для согласования узлов и не имеющие самостоятельного назначения Функциональная схема включает в себя как узлы электроники, относящиеся к формированию сигнала «ТО» и триггерных сигналов, так и узлы электроники, относящиеся к системе сбора данных и системе контроля всей установки ALICE. Система сбора данных и система контроля показаны на рисунке довольно схематично (в левом нижнем углу)

Во второй главе приводится методика и результаты расчёта методом Монте-Карло вероятности выработки триггерных сигналов детектором ТО при регистрации частиц, вероятности выработки триггерных сигналов при различных вариантах отказа отдельных элементов (черенковских счетчиков) Результатами расчета подтверждена

8

C-s.cte

12 PTMs Snoebox ;

43 s

©

V I X

с s о

X

s

er

s p

X ft

чО S 8> u)

■к

H

0

1

s

ta m H n>

я -

о тз ta

H о

, ал totu к

S i TO Trigger!

qtc toctp i i i......i" i

применимость метода усреднения временных интервалов, позволяющего получить временную отметку, не зависящую от положения точки столкновения протонов (ионов).

Моделирование методом Монте-Карло осуществлялось с использованием программного пакета AhRoot, который имитирует взаимодействие как тяжёлых ионов, так и протонов с последующим прохождением образовавшихся после взаимодействия частиц через детекторы экспериментальной установки ALICE, в том числе через детектор ТО.

При проведении расчётов вероятности выработки триггерных сигналов детектором ТО автором решены следующие задачи

1. Проведены расчеты с учетом фонового излучения, возникающего от взаимодействия вторичных частиц с вакуумной трубой ускорителя и влияния сильного магнитного поля. Проведённые методом Монте-Карло расчеты, неоднократно повторялись независимо А Маевской, А Богдановым. Результаты независимых расчетов хорошо согласуются между собой.

2. Исследована возможность улучшения временного разрешения для основного сигнала «ТО» при применении метода усреднения временных интервалов.

3. Рассчитано и проанализировано, как изменится вероятность выработки триггерных сигналов детектором ТО, если хотя бы один из черенковских счетчиков в сборках ТО-С или ТО-А выйдет из строя (если выйдут из строя до 25 % счётчиков)

Для определения вероятности выработки триггерных сигналов детектором ТО необходимо было промоделировать функцию отклика черенковского счетчика Под вероятностью выработки триггерных сигналов понимается вероятность того, что частица не только попадет в детектор, но и создаст в нем сигнал, превышающий некоторый порог При расчетах вероятности выработки триггерных сигналов значение порога бралось из результатов калибровки и составляло 50 фотоэлектронов.

В процессе моделирования проводился расчет вероятности регистрации частиц детектором ТО, возникающих в результате протон -протонных столкновений только дальней сборкой ТО-А, только ближней сборкой ТО-С, двумя сборками одновременно (совпадение) Целью данных исследований являлось определить вероятность выработки триггерных сигналов детектором ТО в протон - протонных взаимодействиях В таблице 1 представлена средняя вероятность выработки триггерных сигналов, т е вероятность, усредненная по всем

10

значениям возможной множественности вторичных частиц.

Таблица 1.

Ближняя к точке столкновения сборка ТО-С Дальняя от точки столкновения сборка ТО-А Совпадение в двух сборках

Вероятность с учётом фона 59% 48% 36%

Из результатов расчёта следует, что вероятность регистрации частиц дальней сборки меньше, чем ближней.

В данных таблицы 1 приведена средняя вероятность регистрации частиц детектором _ ТО, но представляет также ? большой интерес вероятность £ " регистрации частиц при £ | конкретной множественности §. 2. при регистрации частиц двумя я | сборками детектора. На рис. 2 а представлена зависимость вероятности выработки триггерных сигналов детектором ТО от множественности рождённых частиц.

Для решения задачи по расчёту вероятности регистрации частиц детектором ТО, если хотя бы один счётчик выйдет из строя (или в различных комбинациях, например: 2 детектора из ТО-А и 4 - из ТО-С, 3 - из ТО-А и 3 - из ТО-С, 4 - из ТО-А и 2 - из ТО-С и т.д.), были проделаны многочисленные вычисления.

В таблице 2 представлены вероятности для различных комбинаций неработающих черенковских счётчиков.

Таблица 2.

Исключенные детекторы Вероятность при совпадении, [%] Только ТО-А, [%] Только ТО-С, [%]

1 ТО-А+5 ТО-С 29,4 46,5 47,2

2 ТО-А+4 ТО-С 29,4 44,1 49,9

3 ТО-А+3 ТО-С 29,3 41,9 52,7

4 ТО-А+2 ТО-С 28,8 39,2 55,0

5 ТО-А+1 ТО-С 27,4 36,2 56,9

На рис. 3 приведены зависимости вероятности регистрации вторичных частиц детектором ТО от количества отключённых черенковских счётчиков: ромбиками показано падение вероятности для случая, когда будут выходить из строя только счётчики из ближней ТО-С сборки,

11

регистрации частиц детектором ТО от множественности их рождения.

-из ТО-С (ТО-А вся вш) -

-из ТО-А (Ш-С вся вхп )

КОЛ-БО вге/мчемых черенговских счётчиков

Рис 3 Зависимость вероятности регистра частиц детектором ТО от количества отключённых черепковских счетчиков

расчетов, отказах

треугольниками показано падение вероятности для случая, когда будут выходить из строя только счетчики из дальней ТО-А сборки

Из полученных результатов расчета следует, что вероятность регистрации частиц детектором ТО падает быстрее, если из строя выходят счетчики дальней сборки Реально предсказать, какой черенковский счетчик, из какой сборки выйдет из строя, невозможно В ходе

моделирования была отработана методика и программа которая позволяет оперативно вычислить вероятность при ФЭУ, что важно в условиях отсутствия доступа в зону пучка

Исходя из требований, предъявляемых к стартовому детектору [2], основной физический сигнал «ТО» должен выдаваться с точностью временной привязки не хуже 50 пс с учетом вклада всей последующей электроники Если рассматривать в качестве основного физического сигнала «ТО» сигнал с одной из сборок ТО-А или ТО-С, то из-за разброса положения точки столкновения пучков частиц (а = 5,6 см) возникает неопределенность момента срабатывания детекторов в любой из двух сборок, составляющая около 200 пс, и необходимое временное разрешение не будет получено. Поэтому исследовалась возможность улучшения временного разрешения для основного сигнала «ТО» при применении метода усреднения временных интервалов Этот метод применим только в случае релятивистских частиц (когда скорость частиц V = с - скорости света). При моделировании применялся метод усреднения временных интервалов первых пришедших сигналов с ТО-А и ТО-С сборок Код времени прихода сигнала с ТО-А и код времени прихода сигнала с ТО-С складываются, и величина (Т0А + Т0с)/2 в случае, когда скорости частиц равны скорости света, не зависит от положения вершины события при фиксированном расстоянии между дальней и ближней сборками На рис. 4 построен спектр распределения во времени сигнала «ТО», получаемый методом усреднения временных интервалов При моделировании учитывалось наилучшее полученное разрешение черенковского счетчика (около 25 пс)

Из полученных результатов следуют два основных вывода

. Пт» Av«f»g» (ТО-А «nd TP-C) 1

1) Действительно, скорости частиц, пришедших на детекторы первыми, практически равны скорости света, среднеквадратичное отклонение распределения составляет около 30 пс

2) Усреднение временных интервалов практически полностью устраняет зависимость момента появления сигнала «ТО» от координаты точки столкновения «Хвост» распределения, создаваемый более медленными частицами, пренебрежимо мал (менее 1 %).

g 1600— jg мчо[-

ю ,„,5.

О

w iodo"—

О t ВЭ к»,.

Й

4) iS

с? 300^-

О г

« ""

мто м« Ы90 ямо esie М20 изо вмо км ми

Время, [кан] - 25 пс/канал

Рис 4 Разброс сигнала «ТО» по времени, получаемый методом усреднения временных интервалов

В третьей главе приводятся разработанные автором схемотехнические решения субнаносекундных электронных модулей, обоснование выбора этих решений и конкретная реализация Разработанные на основе схемотехнических решений электронные модули в сочетании со стандартными изделиями образуют непрерывную цепь, позволяющую доставить амплитудную и временную информацию до системы сбора и обработки этой информации без заметного ухудшения временного разрешения

При облучении черенковского счетчика релятивистскими частицами было получено предельное разрешение 28 пс Из расчетов следует, что ухудшение разрешения, связанное с каждым модулем во временном канале, должно быть около 10 - 15 пс, с тем, чтобы общий вклад электроники в суммарное временное разрешение не превышал 35 пс

К временным формирователям предъявляются следующие требования динамический диапазон амплитуд сигналов должен составлять 1 200, «гуляние» временной отметки при этом должно быть не более + 30 пс, порог регистрации от 5 мВ При выборе схемных решений формирователей нами были протестированы различные формирователи с постоянным и со следящим порогом После проведенного анализа полученных характеристик было решено использовать формирователь временной отметки со следящим порогом - СГО 454 (Constant Fraction Discriminator) фирмы CANBERRA (типичное «гуляние» временной отметки составляет + 30 пс в диапазоне 30 мВ - 3 В) и формирователь с постоянным порогом -дискриминатор LED V895 (Leading Edge Discriminator), фирмы CAEN Двадцать четыре временных канала детектора ТО должны обеспечивать временное разрешение всей системы около 50 пс в течение всего времени эксперимента (10 лет) Это требует постоянства

Вхо^

задержек сигналов во всех временных каналах с погрешностью ± 10 пс. Неизбежное расхождение задержек в процессе эксплуатации требует их периодической корректировки с помощью управляемых цифровых линий задержек в соответствии с разработанной методикой.

На основе БИС МС100ЕР195У, которая представляет собой микросхему программируемой задержки, предназначенной в основном для выравнивания фронтов синхронизирующих импульсов и подстройки временных задержек, были реализованы управляемые линии задержки ОСЮЬ-4 (на рис. 5 представлена структурная схема).

Блок управляемых линий

БИС управляемой лшпш задержки МС1ÛOEPJ 95

N3M-ECL транслятор ECL - ГОМ i транслятор £

CMOS-ECL транслятор

БуфераЛ регжгр £--] от

Рис. 5. Структурная схема модуля^правля-емых линий задержек (1 канал).

задержек является

уникальной в своем роде разработкой, среди номенклатуры промышленных изделий подобный модуль отсутствует. Результаты анализа полученных линейности характеристик не

данных показали, что отклонения от превышают ± 12 пс, а вносимый во временное разрешение тракта вклад DCDL-4 не превышает 10 пс. Таким образом, полученные результаты удовлетворяют основным требованиям эксперимента ALICE.

Как показали результаты моделирования, для получения точной временной отметки необходимо выделить первый из пришедших с фотоумножителей сигналов (отобрать первые зарегистрированные частицы). Этот метод был реализован в модуле логического отбора сигналов OR, функциональная схема которого представлена на рис. 6. Модуль OR содержит формирователь Ф1 сигнала «ВОРОТ» от стартового синхросигнала.

Сигналы с временных формирователей CFD1...CFD12 пройдя через линии задержек DCDL-4 поступают на входы 1-12 модуля OR. Если передний фронт сигнала с формирователя попадает в «ВОРОТА» (т.е. неразрывно связан с ожидаемым событием), то на выходе D-триггера появляется сигнал, который проходит на схему отбора «ИЛИ». Длительность сигнала «ВОРОТ» определяется

Рис. 6. Функциональная схема модуля OR

условиями эксперимента ALICE (около 4,5 не).

На рис. 7 представлена характеристика одного из каналов модуля управляемых линий задержек DCDL-4 и зависимость задержки выходного сигнала с модуля OR (верхний график) от установленной задержки на входе. Модуль OR повторяет входную характеристику (выходной сигнал с модуля DCDL-4) в пределах длительности «ВОРОТ». При настройке была проверена главная функция модуля OR

Г J ~T7f

---DC0_-4 wth roodub OR

— DCO.-4 wttiout motiUe 3R

--Ы-1-+-Н—4- f IIUZJ^TZIZEIZIZE -I—-t- 4 -I- f-4 -i-f

О 10C 200 3ffi> 4CC 5M 6(B 7CC 800 MO 1000 Df9:01, 10 пс/канал

выделение первого из 12 к?т пришедших на входы сигналов. |вя>

Основные особенности и I®00 отличия от похожих изделии:

1) модуль работает по передним фронтам сигналов, что обеспечивает временное разрешение, "l3D0 недостижимое при применении

стандартной аппаратуры, _„ код задержки-------------------

г .. Рис. 7. Зависимость задержки выходного

2) модуль имеет мертвое время сигншт с модуля QR от входного сигнала

меньше 25 не.

Для детектора ТО были разработаны два метода измерения амплитуды сигналов с фотоумножителей:

- метод измерение разности моментов срабатывания формирователей со следящим (CFD 454) и с постоянным (LED V895) порогом;

- метод измерения заряда (с помощью преобразователя QTC).

Метод преобразования заряд-время с помощью QTC неоднократно проверен в результате калибровок. К сожалению, модуль QTC имеет время преобразования в полном диапазоне амплитуд 1:100 равное 0 - 125 не (за вычетом пьедестала), что неприемлемо при регистрации протонов с периодом столкновений 25 не. Поэтому при работе на протонах был предложен другой оригинальный метод преобразование амплитуды во время (метод CFD-LED), основанный на разности моментов срабатывания двух быстрых формирователей CFD и LED. Идея быстрого преобразования амплитуды во время (в ограниченном динамическом диапазоне входных амплитуд) с помощью формирователей со следящим порогом и с постоянным порогом заключается в следующем: CFD 454 работает с привязкой по фронту и формирует стартовый сигнал, не зависящий от амплитуды. Время нарастания сигнала с ФЭУ несколько зависит от напряжения и составляет величину около 1,5 не. Поскольку напряжение на ФЭУ в процессе измерения меняться не будет, то и временная отметка тоже не изменится; LED V895 формирует сигнал «стоп», положение которого

15

на временной оси сильно зависит от амплитуды входного сигнала. Разность задержек для сигналов с большой амплитудой и малой (близкой к порогу) относительно начала импульса может достигать длительности фронта входного сигнала, для ФЭУ-187 это 1,5-2 не. Измерение задержки осуществляется относительно момента срабатывания СРО 454.

Для формирователя с постоянным порогом получается, что чем больше амплитуда, тем меньше задержка формирователя. Измеряемый временной диапазон для малых амплитуд около 200 пс, а временное разрешение СРО на порядок лучше, поэтому можно считать, что измерение амплитуды осуществляется с 10 % точностью. Поскольку амплитудная информация нужна для: 1) контроля стабильности фотоумножителей; 2) проведения амплитудно-временной коррекции -выполнение этих задач не требует высокого амплитудного разрешения.

Введение в схему детектора одновременно двух формирователей временной отметки является оригинальным решением, позволяющим задублировать измерение сразу двух основных параметров - измерение временной отметки и измерение амплитуды сигнала с целью повышения надёжности функционирования в течение многолетнего эксперимента. №1 ¡и^

73<И1

" 1 fj 1 соа

ко

О W 1ЭТМ1

§ 1S1W

5 ¡м»

3MIP

: mip

Л1 MIP

.. i м

/ ц -J ч Номер ка! -■"W-Я®"

На рис. 8 приведены спектры для 1, 2 и 3 MIP, (минимально ионизирующих частиц), измеренные методом CFD-LED. Видно хорошее разрешение с шагом в 1 частицу. В области малых амплитуд при | «if регистрации р-р событий метод ^ гм

преобразования CFD-LED даёт p^g Амплитуднью'спектры, прекрасные результаты. полученные методом CFD-LED.

Преимущество метода CFD-LED основанного на разности моментов срабатывания формирователей - быстрота преобразования амплитуды во временной интервал (за время длительности фронта 1,5 -2 не), что важно при регистрации частиц в р-р столкновениях.

В четвёртой главе описывается разработанная автором методика настройки детектора ТО с помощью системы лазерной калибровки, приводятся результаты испытаний собранной системы.

Условия работы детектора ТО в установке ALICE таковы, что настройка и калибровка не являются тривиальными процедурами.

16

Алгоритмы настройки и калибровки электронной системы отрабатывались длительное время в процессе опытной эксплуатации в лаборатории, как по отдельным модулям, так и детектора в целом.

Разработанная процедура настройки детектора ТО состоит из. I. Большого предварительного этапа измерений характеристик отдельных составных частей детектора.

II Настройки как отдельных модулей frond-end электроники, так и системы в целом

Предложенные алгоритмы настройки и калибровки должны быть отработаны и должны чётко исполняться в период работы всего эксперимента (калибровка будет проводиться непрерывно). Процедура настройки детектора будет проводиться несколько раз:

1 В отсутствие магнитного поля необходимо настроить систему и проверить характеристики и соответствие работы всех модулей Процедура настройки подразумевает, что в результате работы будет полностью отлажена вся электроника, выявлены и устранены все недостатки, выравнены все задержки в каналах С помощью лазера будет полностью промоделирована работа детектора, получены основные калибровочные характеристики 1) амплитуды сигналов с фотоумножителей; 2) зависимости задержек и временного разрешения CFD 454 и LED V895 от амплитуды входных сигналов, 3) характеристики QTC преобразователей; 4) построены графики амплитудно-временной коррекции по двум каналам CFD-LED и QTC. Этот этап является основным, в результате его выполнения детектор и все его подсистемы должны быть полностью готовы к работе.

2 После включения магнита с помощью импульсного лазера процедуру настройки детектора необходимо повторить, поскольку при включении магнитного поля амплитуды сигналов с фотоумножителей уменьшатся для каждо1 о ФЭУ индивидуально Для того, чтобы сохранить одинаковыми амплитуды, придется менять напряжение на ФЭУ, что неизбежно приведет к изменению задержек до 0,3 не в каналах

3 На тестовом пучке частиц (в магнитном поле) будет проводиться корректировка задержек в каналах, потому что моменты срабатывания ФЭУ от частиц не соответствуют моментам срабатывания от вспышки лазера, и будут набираться первые калибровочные данные

Подготовка аппаратуры и проведение калибровочных измерений -одна из важных задач эксперимента Процедура калибровки детектора ТО включает в себя I) измерение характеристик отдельных модулей, II) набор данных и получение характеристик системы в целом

Калибровка всех подсистем детектора будет проводиться непрерывно: система лазерной калибровки будет функционировать до появления частиц и когда появятся частицы (лазер будет запускаться в промежутках между циклами ускорителя на время порядка 1 мкс).

Ниже приводятся основные результаты проведения первого этапа настройки в лаборатории, поскольку второй и третий этапы возможно будет провести только после окончательной сборки детектора в экспериментальной зоне ALICE.

После настройки всей системы детектора ТО была получена характеристика усреднителя временных интервалов «Mean Timer», который должен будет выдавать абсолютную временную привязку. Было проверено, что модуль выполняет своё предназначение -усредняет временные интервалы прихода сигналов согласно функции (Т0А + Т0с)/2. Методика измерений проходила следующим образом: на оба входа подавались 2 сигнала, приходящие одновременно, в первом канале время задержки сигнала увеличивалось на 50 пс, 100 пс, и т.д., во втором - уменьшалось на то же самое значение и так до тех пор, пока сигналы перекрывались. Сигналы, поступавшие на оба входа усреднителя временных интервалов, записывались в систему считывания. После обработки записанных данных была получена характеристика - «Mean Timer», представленная на рис. 9 (график, расположенный в центре). На этом же рисунке представлено поведение входных сигналов chl и ch2, снимаемое непосредственно с выходов модуля управляемых линий задержек DCDL-4. По оси х - время в пс, добавляемое в первый канал и вычитаемое из второго; по оси у - время в пс: положительная шкала - изменение J времени прихода сигнала на первый вход jjj модуля «Mean Timer» после увеличения S задержки, отрицательная шкала - g изменение времени прихода сигнала на S второй вход после уменьшения задержки. Э Из приведенной характеристики следует, " что в диапазоне изменения задержек до Щ 800 пс, что соответствует сдвигу вершины §• события 23 см или 4а (<т = 5,6см), с учётом g дифференциальной нелинейности самих 2 линий задержек, изменение положения & сигнала «ТО» не превышает + 20 пс, что полностью удовлетворяет требованиям эксперимента.

Ueo-

-40G -¡

3

— -г*-------Время, пс.

J-4.J

-----4=

Рис. 9. Зависимость задержки прихода входных сигналов chl, ch2

и выходного с «Mean Timer» от установленного времени задержки.

При калибровке С|ТС в ЦЕРН, после настройки всей системы были получены временные спектры, измеренные при засветке фотокатода ФЭУ-187 импульсами с лазера, соответствующими регистрации одной минимально ионизирующей частице (1 М1Р), двум, трём, до 100 М1Р. На рис. 10 (а, б) приведены спектры для 1-10 М1Р (рис. 10а), для 10 - 100 М1Р (на рис. 106). (Подобные характеристики были получены для 12 каналов Т0-А и 12 каналов Т0-С сборки).

I отс 1

I отс Ii

:S 220Q Р гоао 2 laoo

ie

ieoo

у 1400

rj юоо о» воа

700

eoa

500 400 зоо 200 10 О

70 МЕР SOMIP

i«iäi0003Ma40üd зош ьоои / üdü ti ooti :>oo« о

„ „ .................„Асрах каналов

Рис. 10. Зависимость положения максимума спектра от амплитуды входных сигналов для одного канала ОТС преобразователя: а) 1-10 М1Р, б) 10-100 MIP.

Применение QTC позволяет более эффективно проводить измерения в широком диапазоне амплитуд, однако применение этого метода из-за низкого быстродействия возможно только при регистрации ион - ионных столкновений с периодом 125 не.

В результате калибровки детектора ТО в июне 2007 года были получены характеристики (калсдого канала) при применении быстрого метода преобразования CFD-LED. На рис. 11 представлены амплитудные спектры для области малых амплитуд 1- 10 MIP с двенадцати каналов. (Аналогичные характеристики были получены для других 12 каналов Т0-С сборки).

, 14620146401466014630147001472014740

Амплитуды в номерах каналов

Рис. 11. Зависимость положения максимума спектра от амплитуды входных сигналов в диапазоне 1-10 МЕР для 12 каналов. 19

На рис. 11 видно, что в области малых амплитуд с применением метода измерения амплитуды с помощью LED V895 (в сочетании с CFD 454) можно проводить достаточно точные измерения при низком (20 мВ) пороге формирователя (1, 2, 3 MIP различаются хорошо). При больших значениях амплитуд входных сигналов, зависимость задержки времени срабатывания формирователя LED от амплитуды выходит на плато. Метод измерения амплитуд CFD-LED применим в детекторе ТО при регистрации частиц, рождённых в р - р столкновениях.

Одним из методов улучшения временного разрешения системы является применение амплитудно-временной коррекции. Коррекция проводится после эксперимента (в режиме off-line).

в июне 2007 года с помощью лазера измерялись зависимости задержек формирователей CFD 454 и преобразователей QTC от амплитуд сигналов для двенадцати каналов (ТО-А сборки). На основе полученных данных были построены характеристики QTC и CFD для каждого канала. Процедура проведения амплитудно-временной коррекции on-line (аппаратно) была разработана автором, её программная реализация (off-line) проводилась А. Маевской (для каждого канала) и выглядит следующим образом:

1. Строится зависимость задержки выходного сигнала временной отметки с формирователя CFD 454 от амплитуды.

2. Для каждого значения амплитуды определяется среднее значение времени задержки.

3. Строится графически зависимость задержки от амплитуды методом сплайн (аппроксимирующие функции) для средних значений

и записывается в TGraph - функцию Root. —

4. Для каждого среднего значения ZE амплитуды программно определяется At Ч ^ (добавочное значение времени) для | -г И

выравнивания характеристики. Это 4 "£-

значение записывается в базу данных и ° добавляется ко времени, полученному g -Г ;

при калибровке формирователя. %

На рис. 12 представлены: спектр ^ If j

распределения временной отметки с -4 п

формирователя CFD 454, измеренный при автоматическом изменении значений входных амплитуд в большом (1:200) диапазоне - до проведения

и! ЧАГ'ЦЦ—иа ' лд—ни—эя—м

Рис. 12. Временной спектр распределения временной отметки формирователя СРБ 454 во всём динамическом диапазоне входных амплитуд

амплитудно-временной коррекции (верхний) и после (нижний)

После проведения амплитудно-временной коррекции было получено временное разрешение ФЭУ с формирователем 33 пс (на лазерном пучке) во всём динамическом диапазоне входных амплитуд, что вполне удовлетворяет требованиям эксперимента.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

1 Разработана методика построения многоканальной системы сбора временной и амплитудной информации стартового триггерного детектора ТО эксперимента ALICE, на основе которой разработана сама система сбора

2 Разработана методика моделирования временных характеристик детектора и расчёта вероятности выработки триггерных сигналов при выходе из строя отдельных счётчиков детектора.

3. Разработан и создан набор уникальных модулей электроники субнаносекундного диапазона

4 Разработан метод измерения малых амплитуд CFD-LED

5 Разработана и проверена на лазерном пучке методика настройки и калибровки детектора ТО

ПУБЛИКАЦИИ И ССЫЛКИ

Основные результаты, вошедшие в диссертацию, отражены в тезисах докладов на конференциях МИФИ и в статьях

1. М. Bondila, VA Gngonev, FF Guber, VA Kaphn, N.V Kondratieva et al «The ALICE TO Detector», IEEE Trans. Nucl.Sci, Vol.52, № 5, October 2005, page(s) 1705 - 1711

2 Григорьев В A , Каплин В А , Логинов В А., Каравичева Т.Л, Кондратьева Н В , и др «Исследование амплитудных и временных характеристик ФЭУ-187 с сетчатыми динодами» Журнал «Приборы и техника эксперимента», №5, 2006, стр 93 - 98

3. Веселовский А В , Григорьев В А , Кондратьева Н В., Каплин В А , Логинов В А «Модуль цифровых управляемых задержек для детектора ТО эксперимента ALICE» Журнал «Приборы и техника эксперимента», №1, 2007, стр 76-81

4 Григорьев В А , Каплин В А , Кондратьева Н В , Логинов В А «Усреднитель временных интервалов стартового триггерного детектора ТО эксперимента ALICE» Журнал «Приборы и техника эксперимента», №1, 2007, стр. 82 - 85

5. Григорьев В А , Каплин В.А., Кондратьева Н.В , Логинов В А , и др «Формирователь временной отметки с цифровой коррекцией в реальном времени для детектора ТО эксперимента ALICE» (МИФИ

21

2003 «Конференция Научно-образовательного центра фундаментальных исследований материи в экстремальных состояниях», стр 30-31)

6. Григорьев В А , Каплин В А , Логинов В А , Кондратьева Н В «Разработка и изготовление формирователя временной отметки CFD-DC для детектора ТО эксперимента ALICE, CERN» (МИФИ 2004 «II Конференция Научно-образовательного центра фундаментальных исследований материи в экстремальных состояниях», стр 23 - 24)

7 Кондратьева Н В , Каплин В А., Логинов В А , Григорьев В А «Формирователь временной отметки с цифровой коррекцией в реальном времени для детектора ТО (эксперимент ALICE, CERN)». (ВНКСФ - 10 «Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых», 2004, стр 1028 - 1029)

8 Григорьев В А, Каплин В А , Кондратьева Н В , Курепин А Н «Исследование характеристик формирователя временной отметки CFD-DC для детектора ТО (эксперимент ALICE)». (Научная сессия -МИФИ 2005, «III Конференция Научно-образовательного центра фундаментальных исследований материи в экстремальных состояниях», стр 84 - 85)

9 Григорьев В А , Каплин В А , Кондратьева Н В , Курепин А Б, Логинов В А и др «Конструкция стартового триггерного детектора ТО эксперимента ALICE, LHC,CERN)» (Научная сессия -МИФИ 2006, «IV Конференция Научно-образовательного центра фундаментальных исследований материи в экстремальных состояниях», стр 10 - 11)

10 Григорьев В А , Каплин В А , Кондратьева Н В , Логинов В А , Макляев Е Ф «Прототип модуля «OR» - отбора событий для детектора ТО (эксперимент ALICE)» (Научная сессия - МИФИ 2006, «IV Конференция Научно-образовательного центра фундаментальных исследований материи в экстремальных состояниях», стр 12 - 13)

11 Григорьев В А , Логинов В А , Каплин В А , Кондратьева Н В , Веселовский А В «Модуль управляемых линий задержки DCDL-4 для детектора ТО (эксперимент ALICE)» (Научная сессия - МИФИ 2007, «V Конференция Научно-образовательного центра фундаментальных исследований материи в экстремальных состояниях», стр 10 - 12)

12 Григорьев В А, Логинов В А, Каплин В А, Кондратьева Н В «Исследование временных параметров электронных узлов детектора ТО (эксперимент ALICE)» (Научная сессия - МИФИ 2007, «V Конференция Научно-образовательного центра фундаментальных исследований материи в экстремальных состояниях», стр 13 - 15)

Ссылки:

[1] ALICE Collaboration 1995 Technical Proposal CERN/LHCC/95-71

[2] Gngoriev V et al.- 2000 Nuclear Exp. Tech V 43 No.6, p 750

Принято к исполнению 9/10/2007 Исполнено 9/10/2007

Заказ № S6S Тираж 50 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва Варшавское ш, 36 (495) 975-78-56 www autoreferat ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Стартовый триггерыый детектор ТО.

1.1. Общая схема эксперимента ALICE.

1.2. Структура стартового триггерного детектора ТО.

1.3. Функциональная схема электроники стартового детектора.

ГЛАВА 2. Моделирование и анализ основных физических параметров детектора ТО.

2.1. Программные средства моделирования физических процессов.

2.2. Моделирование функции отклика детектора с учётом реальной геометрии.

2.3. Расчёт временных характеристик и вероятности выработки триггерных сигналов детектором ТО.

ГЛАВА 3. Методика разработки, создание и результаты испытаний электроники сбора временной и амплитудной информации детектора ТО.

3.1. Установка для настройки и тестирования электронных узлов детектора ТО.

3.2. Анализ параметров формирователей временной отметки и выбор оптимальной схемы формирования.

3.3. Разработка методики и реализация схемы измерения амплитуд сигналов методом амплитудновременного преобразования.

3.4. Модуль управляемых линий задержек DCDL-4.

3.5. Модуль логического отбора сигналов OR.

3.6. Усреднитель временных интервалов «Mean Timer».

ГЛАВА 4. Методика и результаты настройки электроники и калибровки детектора на импульсном лазерном пучке.

4.1. Лазерная система калибровки.

4.2. Методика настройки стартового детектора ТО.

4.3. Методы и результаты калибровки детектора ТО.

4.4. Методика амплитудно-временной коррекции on-line и off-line.

По общепринятой в настоящее время гипотезе наша Вселенная была создана более 12 миллиардов лет назад во время так называемого «Big Bang» -«Большого Взрыва» [1]. В первые микросекунды после «взрыва» в экстремальных условиях, когда температура и концентрация энергии были чрезмерно высоки, возникла и существовала некоторое время особая форма материи. Эта материя состояла из кварков и глюонов, существовавших "свободно" в кварк-глюонной плазме (КГП) [2] на протяжении 10"5 с после «Большого Взрыва». КГП - термализованный газ кварков и глюонов, находящихся в состоянии деконфаймента, при котором характерные расстояния их перемещения составляли > 1 фм (это значение есть приблизительный радиус нуклона, в котором при обычных условиях «заперты» кварки).

Поискам кварк-глюонной плазмы было посвящено немало экспериментальных работ в ЦЕРН с конца прошлого века по настоящее время [3 - 8]. Был получен ряд экспериментальных указаний на возможность её существования, но решающих данных получено не было. Это связано в первую очередь с тем, что для надёжного обнаружения кварк-глюонной плазмы необходимо наличие целой совокупности признаков [9 - 23].

В 2000 - 2005 годах на ускорителе - коллайдере RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) в Брукхейвенской национальной лаборатории поиску кварк-глюонной плазмы были посвящены четыре эксперимента: STAR, BRAMS, PHENIX и PHOBOS [24 - 27]. Было получено большое количество чрезвычайно интересных экспериментальных результатов, анализ которых не входит в задачу данного обзора. Однако отметим основные выводы, которые можно сделать из полученных результатов.

1. Одним из самых ярких экспериментальных наблюдений на RHIC является обнаруженное в центральных столкновениях ионов золота (Au+Au) подавление выхода адронов с большими поперечными импульсами по сравнению с нуклон-нуклонными взаимодействиями. Этот эффект, получивший название «гашение» струй (jet quenching), связывается с энергетическими потерями партонов в кварк-глюонной плазме, образованной в столкновении.

Струя - направленный поток адронов с большими поперечными импульсами - образуется в результате жёсткого взаимодействия партонов, входящих в состав сталкивающихся ядер. После рассеяния партоны обесцвечиваются в адроны. В случае, если партон проходит на своём пути ядерное вещество, то он, подобно заряженной частице в среде, теряет часть своей энергии.

Если взаимодействие партонов, приводящее к образованию струй, произошло на периферии объёма кварк-глюонной плазмы, то струя, проходящая в ядерной среде большее расстояние, должна подавляться.

Форма ядерной материи, возникающая в центральных столкновениях ионов золота (Au+Au) на коллайдере RHIC, оказалась почти совершенной кварк-глюонной жидкостью, вместо того, чтобы вести себя как газ свободных кварков и глюонов.

2. Распределения образованных в столкновении адронов по азимутальному углу являются очень важной характеристикой, поскольку они отражают коллективные свойства среды, формируемой в соударении. Дело в том, что анизотропия в азимутальном распределении создается за счёт анизотропии градиентов давления в поперечной плоскости в первые моменты после столкновения. В самом деле, если бы столкновение ядер сводилось к независимым столкновениям нуклонов, то не существовало бы и причин для появления такой анизотропии. Наличие анизотропии в азимутальном распределении позволяет сделать аргументированное предположение, что на RHIC формируется партонная материя в состоянии деконфайнмента, схожая по своим свойствам с идеальной (с исключительно малой вязкостью) жидкостью. Такая сильно-взаимодействующая партонная жидкость, получила название "sQGP" (strongly interacting quark-gluon plasma).

3. Материя, образованная на RHTC, характеризуется очень большими плотностями энергии, большим сечением взаимодействия, сильным коллективным движением, что подразумевает раннюю термализацию. Это состояние не описывается в рамках теории обычных цвето-нейтральных адронов, поскольку не существует самосогласованной теории материи, составленной из обычных адронов при измеренных плотностях.

Состояние кварк-глюонной плазмы, по-видимому, на RHIC не достигнуто, и надежды возлагаются на эксперимент ALICE, запуск которого запланирован к середине 2008 г.

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) - один из четырёх крупных экспериментов, которые будут проводиться на строящемся коллайдере LHC (Large Hadron Collider - большой адронный коллайдер) в ЦЕРН [28].

Особенности эксперимента ALICE. Одной из важных задач установки ALICE [29-31] является регистрация частиц при взаимодействии тяжёлых ионов свинца, но предусмотрена и возможность регистрации частиц при столкновениях протонов.

Столкновение тяжёлых ионов на LHC будет производиться при энергии, превосходящей энергию коллайдера RHIC почти на два порядка, что даёт ряд преимуществ по сравнению с предыдущими экспериментами [32]:

- большие плотность энергии и температура образующейся ядерной среды;

- большее время жизни системы в фазе КГП;

- как следствие первых двух пунктов, больший, по сравнению с другими экспериментами, вклад эффектов, связанных с КГП, на фоне эффектов взаимодействия адронов в конечном состоянии;

- выход адронов с поперечными импульсами вплоть до ;?7-~100 ГэВ/с;

- обильный выход частиц, содержащих с, b кварки, возможность исследования плавления Y(1S) состояния.

Экспериментальная программа ALICE весьма многообразна и включает в себя исследование [33]:

• глобальных характеристик столкновений, таких как множественность, поперечная энергия в центральной области быстрот;

• выхода странных частиц;

• образования струй;

• азимутальной анизотропии;

• образования (подавления) выхода кваркониев;

• рождения прямых фотонов и дилептонов;

• физики ультрапериферических столкновений.

Очевидно, особые усилия будут направлены на детальное изучение тех ярких эффектов, которые были обнаружены на SPS и RHIC.

Экспериментальные результаты, которые будут получены на LHC, без сомнения, позволят узнать больше о свойствах кварк-глюонной плазмы, и, подобно данным RHIC, поставят новые задачи перед научным сообществом.

Эксперимент ALICE, на самом деле, - это совокупность большого количества детекторов различного предназначения и различных возможностей. Как любой коллайдерный эксперимент, ALICE - это установка баррелыюго типа, размещённая внутри магнита-соленоида 14 м длиной и 14 м в диаметре с максимальной напряженностью магнитного поля 0,5 Тесла. Внутри магнита расположены детекторы [34 - 46], в частности, для восстановления траекторий и идентификации частиц в центральной области ALICE:

- Inner Tracking System (ITS - внутренняя трековая система) [34,47 - 50],

- Time-Projection Chamber (TPC) - время-проекционная камера [35,51 - 55],

- Transition Radiation Detector (TRD) - детектор переходного излучения

37, 56, 57],

- детектор TOF, основанный на методике идентификации частиц по времени пролета "Time-Of-Flight" [36, 58 - 61],

- High Momentum Particle Identification system (HMPID) - детектор кольца черенковского излучения [38, 62 - 66],

- Photon Spectrometer (PHOS) - электромагнитный калориметр [39, 67- 70].

Для идентификации заряженных частиц в области псевдобыстрот (-3,4 < г] <5,1) и выработки триггерного сигнала для других детекторов эксперимент ALICE будет содержать большое количество следующих детекторов, расположенных в области больших скоростей: детектор множественности -FMD [40], триггерный сцинтилляционный детектор V0 [40, 71] и стартовый тригерный детектор ТО [72 - 74]. Для более узкой области псевдобыстрот (2,3 < г) <3,5) будет использоваться: детектор множественности фотонов - PMD [44, 45] для измерения множественности фотонов и для регистрации нуклонов в ионных столкновениях - ZDC (Zero Degree Calorimeter) [41, 75 - 79] -калориметр, расположенный в области нулевого угла от оси пучка.

Среди большой совокупности детекторов ALICE особую роль играет стартовый триггерный детектор ТО. Этот детектор, несмотря на свои скромные по масштабам ALICE размеры, играет чрезвычайно важную роль.

1. ТО является стартовым детектором, формирующим точную временную отметку (сигнал «ТО») для времяпролётного детектора (TOF), осуществляющего идентификацию частиц по методу времени пролёта частиц (time-of-flight) от вершины события до TOF. Положение сигнала «ТО» на временной оси не должно меняться в зависимости от положения точки столкновения вдоль оси установки ALICE в диапазоне + 15 см.

2. Детектор ТО формирует триггерный сигнал запуска установки ALICE на нулевом уровне, а также пре-триггерный сигнал для детектора переходного излучения в случае, если положение точки столкновения (вершины события) лежит в заданных пределах. ТО одновременно дискриминирует фоновые события, возникающие при взаимодействии ускоренных ионов с остаточным газом внутри вакуумной трубы ускорителя вне области столкновения ионов.

3. ТО измеряет множественность события в ион - ионных столкновениях и вырабатывает один из трёх возможных триггерных сигналов, соответствующих центральным, полуцентральным и периферическим столкновениям.

Настоящая работа посвящена разработке и созданию электронной системы для сбора временной и амплитудной информации стартового триггерного детектора ТО, включая разработку, изготовление модулей быстрой front-end электроники, методику настройки и калибровки модулей, их интеграцию в единую систему, а также разработку и реализацию методики настройки всей системы как единого целого в условиях отсутствия реальных частиц с помощью системы лазерной калибровки.

Актуальность работы. Запуск ускорителя LHC планируется к середине 2008 года и в настоящее время в ЦЕРН полным ходом идёт строительство установки ALICE. На данной установке будут проводиться фундаментальные исследования по поиску и изучению новой формы ядерной материи - кварк-глюонной плазмы, которая, в соответствии с современными теоретическими представлениями, должна образовываться при столкновении встречных пучков тяжёлых ионов сверхвысоких энергий. Детектор ТО имеет важное значение для работы всей установки ALICE. Являясь триггерным детектором, именно ТО запускает всю систему регистрации и последующего анализа любого события.

Основной целью работы является разработка и создание многоканальной системы сбора временной и амплитудной информации для стартового триггерного детектора ТО на основе магнитостойких фотоумножителей, разработка методики её настройки, калибровки и введение в эксплуатацию.

Работа детектора ТО будет протекать в необычайно жёстких условиях, поскольку эксперимент ALICE предполагает исследования не только ион -ионных, но также и протон - протонных столкновений. Количество регистрируемых детектором частиц в одном акте столкновений варьируется от одной релятивистской частицы на один черенковский счётчик в протон -протонных столкновениях и до сотни частиц для центральных Pb-Pb столкновений. Так как в периферических ион - ионных столкновениях число вторичных регистрируемых частиц также мало и сравнимо с числом частиц в протон - протонных столкновениях, был подобран такой режим работы фотоумножителей черенковских счётчиков, который обеспечивает высокое временное разрешение детектора во всем диапазоне загрузок счётчиков.

Столкновение пучков протонов в ускорителе LHC будет происходить с периодом 25 наносекунд, поэтому система сбора первичной информации с фотоумножителей должна осуществлять обработку данных с частотой 40 МГц. Построить такую систему сбора данных из стандартных блоков электроники оказалось невозможным. Трудность задачи состоит в том, что следует обеспечить временное разрешение системы (включая вклад электроники) на уровне не более 50 пс в широком (1:100) динамическом диапазоне амплитуд сигналов, снимаемых с детектора. Дополнительная сложность в том, что мёртвое время любого электронного узла не должно превышать 25 не.

Поэтому создание и внедрение в эксперимент ALICE совершенно новых уникальных электронных блоков, таких, как модуля логического отбора сигналов OR, управляемых линий задержек DCDL-4, усреднителя временных интервалов «Mean Timer», являлось одной из основных задач данной работы. Главной же задачей была разработка оптимальной схемы для съёма и передачи временной и амплитудной информации в условиях жёстких ограничений, накладываемых экспериментом ALICE.

Научная новизна диссертационной работы.

Научная новизна диссертационной работы определена, с одной стороны, новыми физическими задачами и требованиями современных экспериментов, с другой стороны новыми техническими возможностями, в частности, разработанными в ЦЕРН новыми многоканальными ВЦП в микросхемном исполнении. Предложенная многоканальная система для сбора временной и амплитудной информации стартового триггерного детектора на основе черенковских счётчиков (состоящих из кварцевых радиаторов и магнитостой-ких фотоумножителей с сетчатыми динодами) является новой и оригинальной.

Впервые разработана и реализована пикосекундная система сбора и обработки временной и амплитудной информации, имеющая разрешающее время (сигма) лучше 50 пс, мёртвое время - менее 25 не, широкий динамический диапазон амплитуд (1:200) и позволяющая осуществлять запись информации в едином временном формате. Впервые предложен и реализован метод измерения амплитуды путём преобразования амплитуды во временной интервал с помощью двух дискриминаторов - с постоянным порогом и со следящим порогом, позволяющий осуществить преобразование амплитуды во временной интервал на фронте входного сигнала, то есть за время не более двух наносекунд. Впервые предложен и аппаратно реализован метод формирования временной отметки по первому из пришедших на вход устройства отбора 12 входных сигналов от фотоумножителей, позволяющий отобрать первый из пришедших сигналов с точностью 25 пикосекунд.

Проведено моделирование методом Монте-Карло, которое показывает при данных энергиях пучка и принятой геометрии расположения черенковских счётчиков возможность применения метода усреднения временных интервалов, что позволяет получить точность временной отметки события около 20 пс (уменьшить разброс на порядок) - это подтверждено экспериментально. Впервые в коллайдерном эксперименте будет применён метод усреднения временных интервалов, реализованный в модуле «Mean Timer».

Уникальная система сбора и обработки временной и амплитудной информации потребовала разработки оригинальных методов её настройки и калибровки, которые были реализованы в эксперименте в ЦЕРН летом 2007 года, что позволило подготовить систему к интеграции непосредственно в установку ALICE.

Практическая значимость работы. Разработана и реализована методика построения системы сбора временной и амплитудной информации стартового триггерного детектора ТО, который является важной составной частью установки ALICE. Именно он вырабатывает сигнал триггера нулевого уровня, запускающий всю установку. Он определяет с высокой точностью момент столкновения частиц, задавая тем самым стартовый сигнал для одной из систем идентификации вторичных частиц - времяпролётной системы. Кроме того, он вырабатывает пре-триггерный сигнал, подготавливающий к работе детектор переходного излучения. В пределах своего аксептанса он определяет уровень множественности вторичных частиц. Наконец, он вырабатывает основные триггерные сигналы запуска установки в целом, являясь в этом смысле ключевым элементом всего эксперимента ALICE.

Апробация работы. Результаты, полученные в диссертации, неоднократно докладывались и обсуждались на собраниях коллаборации ALICE в ЦЕРН в 2005, 2006 гг, публиковались в препринтах ALICE Internal Note, докладывались на научных сессиях МИФИ в 2004 - 2007 гг, публиковались в трудах научной сессии МИФИ, на международной конференции IEEE в Риме в 2004 г.

Объём и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объём диссертации содержит 115 страниц, включая 68 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 118 наименований.

Основные выводы диссертации.

1. Разработана и реализована методика построения многоканальной системы сбора временной и амплитудной информации с черенковских счётчиков стартового триггерного детектора ТО эксперимента ALICE. Система электроники детектора ТО отличается малым мёртвым временем (менее 25 не), пикосекундным временным разрешением (сигма лучше 50 пс), работает в широком (1:200) динамическом диапазоне амплитуд.

2. Разработана и отлажена методика настройки и калибровки всей многоканальной системы стартового триггерного детектора ТО с помощью лазерной системы калибровки. Выработан окончательный алгоритм настройки детектора ТО при работе на ускорителе.

3. Рассчитана вероятность выработки триггерных сигналов детектором ТО как в штатной, так и во внештатных ситуациях (при выходе из строя до 6 счётчиков детектора). В ходе моделирования была отработана методика и программа расчётов, которая позволяет оперативно вычислить вероятность при отказах фотоумножителей, что важно в условиях отсутствия свободного доступа в экспериментальную зону ALICE.

4. Расчёты временных характеристик детектора ТО методом Монте-Карло подтвердили, что скорости первых пришедших на черенковские детекторы частиц равны скорости света. Таким образом, обоснована применимость метода усреднения временных интервалов. Действительно, усреднение временных интервалов практически полностью устраняет зависимость момента появления основного физического сигнала «ТО» от координаты точки столкновения. «Хвост» распределения, создаваемый более медленными частицами, пренебрежимо мал (менее 1 %).

5. В процессе калибровки уникального модуля - усреднителя временных интервалов «Mean Timer», разработанного при непосредственном участии автора, было установлено, что изменение положения физического сигнала «ТО» не превышает + 20 пс (в пределах 4а, соответствующих сдвигу вершины события 23 см). Полученные характеристики разработанного модуля полностью удовлетворяют требованиям эксперимента.

6. Для обеспечения регистрации только первых пришедших частиц был изготовлен и испытан электронный модуль логического отбора OR, имеющий 12 входов (по числу черенковских счётчиков в каждой сборке). Основные особенности и отличия от похожих изделий: а) модуль работает по передним фронтам сигналов, что обеспечивает временное разрешение, недостижимое при применении стандартной аппаратуры, б) модуль имеет мёртвое время меньше 25 не (работает на частоте до 40 МГц).

7. Разработан и оттестирован блок управляемых по магистрали VME линий задержек DCDL-4. Разработка является уникальной в своем роде, среди номенклатуры промышленных изделий подобный модуль отсутствует. Результаты анализа полученных данных показали, что отклонения от линейности характеристик не превышают ± 12 пс, а вносимый во временное разрешение тракта вклад DCDL-4 не превышает 10 пс. Таким образом, полученные результаты удовлетворяют основным требованиям эксперимента ALICE.

8. Экспериментально обоснован выбор формирователей временной отметки со следящим порогом CFD 454 фирмы CANBERRA и формирователей с постоянным порогом - дискриминатора LED V895.

9. Разработан и опробован метод преобразования амплитуды во временной интервал с помощью двух формирователей CFD 454 и LED V895. Метод позволяет преобразовать амплитуду во временной интервал за рекордно короткое время: не более 1,5-2 не.

10. Изложены методы применения амплитудно-временной коррекции online и off-line. После проведения амплитудно-временной коррекции было получено временное разрешение ФЭУ с формирователем CFD 454, равное 33 пс во всём диапазоне входных амплитуд.

Благодарности.

В заключении хотелось бы поблагодарить людей, без участия которых настоящая работа не была бы выполнена.

Особую и глубокую благодарность хотела бы выразить моему научному руководителю, заведующему кафедрой «Экспериментальных методов ядерной физики» МИФИ, доктору физико-математических наук Григорьеву Владиславу Анатольевичу. Спасибо за помощь в решении возникающих проблем, за понятные и полные ответы на все мои вопросы.

Хотелось бы выразить огромную благодарность старшему преподавателю кафедры «ЭМЯФ» Логинову Виталию Александровичу за массу полезной и интересной информации, за неоценимую помощь в освоении программных комплексов разработки принципиальных схем и топологии печатных плат, за ежедневные и своевременные ответы на все мои вопросы.

Также хотелось бы выразить огромную признательность к. ф.-м. н. Каштану Владимиру Александровичу, который заложил основы моей научной деятельности, за ценные советы, за помощь в работе с приборами и экспериментальными установками.

Хочу выразить признательность всему коллективу кафедры «ЭМЯФ», научившим меня не только теоретическим наукам, но и умению работать самостоятельно. Огромное спасибо всем за дружественную атмосферу и поддержку.

Огромное спасибо и искренняя благодарность преподавателю кафедры «Физики элементарных частиц», к.т.н. Канцерову Вадиму Абдурохмановичу за полезные советы и замечания, сделанные в процессе работы над диссертационной работой, за поддержку и понимание.

Сотрудничество с ЦЕРН позволило оттестировать разработанные блоки электроники, провести неоднократные испытания системы сбора временной и амплитудной информации с детектора ТО и получить первые калибровочные данные.

Большое спасибо за помощь в работе и сотрудничество коллегам из ИЛИ, г. Троицк.

Отдельное спасибо за помощь в освоении программ моделирования в AliRoot структуре А. Богданову и К. Лапидусу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Sekora Michael The Big Bang's Pervasive Plasma: the Quark-Gluon Plasma. 16 MURJ Volume 6, 2002.

2. Cabibbo N and Parisi G 1975 Phys. Lett. В 59 67

3. Results from the CERN-SPS lead ion programme. Antinori F

4. Results on 40 A GeV/c Pb-Pb collisions from the NA57 experiment. EliaD. et al. NA57 Collaboration. Nucl. Phys., A 715 (2003) 514c-7c.

5. System size dependence of strangeness production at 158 GeV/n. Kraus T et al. J. Phys. G 30 (2004) S583-S588

6. Study of the production ofstrange and multi-strange particles in lead-lead interactions at the CERNSPS: the NA57 experiment. Antinori, Federico et al- NA57 Collaboration. Nucl. Phys., A 681 (2001) pp. 165-173.

7. From hadronic to deconfined matter in ultrarelativistic heavy ion experiments. Badala A

8. System size dependence of strangeness production at 158 AGeV. Hohne C. Nucl. Phys. A 715 (2003) pp. 474-477.

9. Study of strangeness enhancement in lead-lead collisions at the CERNSPS. Andersen E et al.- WA97 Collaboration. Geneva: CERN, 2000. mult. p.

10. Emission of single photons, hadrons, and dileptons in Pb+Pb collisions at CERNSPS and quark hadronphase transition. Srivastava D K, Sinha B, Kvasnikova I. Gale C. Nucl. Phys., A 698 (2002) 432-435

11. Intermediate-Mass Dileptons at the CERN-SPS and RHIC. Rapp R. Geneva: CERN, 2000. mult. p.

12. Direct production of low mass dileptons and photons probing nuclear matter at the CERN SPS. Drees, A 1995

13. The jet quenching in high energy nuclear collisions and quark-gluon plasma. Phys. Rev. С 70 (2004) 54904-1-8.

14. Medium Modification of Jet Shapes and Jet Multiplicities. Salgado С A; Wiedemann, Urs Achim. Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 042301/1-4.

15. Jet Tomography in Heavy Ion Collisions. Wiedemann Urs Achim. Geneva: CERN, 21 Feb 2003.-10p.

16. Transverse momentum dependence of charmonium suppression in Pb-Pb collisions at the CERNSPS. Alessandro, В et al.

17. Nucl. Phys., A 749 (2005) 243c-50 с.

18. A new measurement of J/psi suppression in Pb-Pb collisions at 158 Ge Vper nucleon. Alessandro В et al.- NA50 Collaboration. Eur. Phys. J. С 39 (2005) pp. 335-345.

19. Study of the J/psi production and suppression in in-in collisions at the CERN SPS Colla A. J. Phys. G 31 (2005) S317-23

20. Charmonia suppression in nucl.-nuclear interactions at CERNSPS. Arnaldi R et al. Acta Phys. Hung,, Heavy Ion Phys.: 19 (2004) no. 3-4, pp. 337-341.

21. Additional J/psi suppression from high density effects. Gay-Ducati M B; Goncalves V P: Mackedanz L F. Eur. Phys. J., С 34 (2004) pp. 229-236.

22. Results on leptonic probes from NA50. Alessandro В et al.- NA50 Collaboration. Nucl. Phys. A 715 (2003) 243c-251c.

23. Charmonia absorption inp-A collisions at the CERNSPS: results and implications for Pb-Pb interactions. Alessandro B. et al. NA50 Collaboration. Nucl. Phys., A 715 (2003) 679c-82c.

24. Latest results from NA50 on J/psi suppression in Pb-Pb collisions at

25. GeV/c. Beole S. et al. NA50 Collaboration. AIP Conf Proc.: 610 (2002) pp. 561-565.

26. Quark Gluon Plasma and Color Glas condensate at RHIC? The perspective from the BRAHMS experiment. I. Anderse, I. G. Bearden, et al. Nuclear Phys. A 757 (2005) pp. 1-27.

27. Formation of dense partonic matter in relativistic nucleons-nucleons collision at RHIC: experimental evaluation by the PHENIX collaboration. Nuclear Phys. A 757, issues 1-2, pp. 184-283.

28. The PHOBOSperspective on discoveries at RHIC. Nucl. Phys. A 757, p. 28.

29. Experimental and theoretical challenges in the search for the Quark Gluon Plasma: the STAR collaboration critical assessment of the evidence from RHIC collisions. J. Adams, et al.-Nucl. Phys. A 757 (205), p. 102.

30. J. Adams et alPhys. Rev. С 72 (2005), 014904

31. ALICE Technical Proposal CERN/LHCC/95-71, LHCC/P3, 15 December 1995.

32. ALICE Collaboration 1995 Technical Proposal CERN/LHCC/95-71.

33. ALICE Collaboration 1996 Technical Proposal Addendum 1, CERN/LHCC/96-32

34. ALICE Collaboration 1999 Technical Proposal Addendum 2, CERN/LHCC/99-13

35. ALICE Collaboration, ALICE Physics Performance Report, Volume I, Journal of Physics G, Nucl. Part. Phys.,30, (2004), pp. 1517-1763.

36. B. Alessandro et al., J. Phys. G 32 (2006), 1295

37. ALICE Collaboration 1999 Technical Design Report of the Inner Tracking System CERN/LHCC/1999-12

38. ALICE Collaboration 2000 Technical Design Report of the Time-Projection Chamber CERN/LHCC/2000-01

39. ALICE Collaboration 2000 Technical Design Report of the Time-Of-Flight Detector CERN/LHCC/2000-12; Addendum CERN/LHCC/2002-16

40. ALICE Collaboration 2001 Technical Design Report of the Transition-Radiation Detector CERN/LHCC/2001-21

41. ALICE Collaboration 1998 Technical Design Report of the High-Momentum Particle Identification Detector CERN/LHCC/1998-19

42. ALICE Collaboration 1999 Technical Design Report of the Photon Spectrometer CERN/LHCC/1999-04

43. ALICE Collaboration 2004 Technical Design Report of the Forward Detectors CERN/LHCC/2004-025

44. ALICE Collaboration 1999 Technical Design Report of the Zero-Degree Calorimeter CERN/LHCC/1999-05

45. ALICE Collaboration 1999 Technical Design Report of the Forward Muon Spectrometer CERN/LHCC/1999-22

46. ALICE Collaboration 2000 Technical Design Report of the Forward Muon Spectrometer Addendum-1, CERN/LHCC/2000-46

47. ALICE Collaboration 1999 Technical Design Report of the Photon Multiplicity Detector CERN/LHCC/1999-32

48. ALICE Collaboration 2003 Technical Design Report for the Photon Multiplicity Detector Addendum-1, CERN/LHCC 2003-038

49. ALICE Collaboration 2003 Technical Design Report of the Trigger, Data Acquisition, High Level Trigger and Control System CERN/LHCC/2003-062

50. Antinori F et al.-1995 Nucl. Instrum. Methods A 360 91 Antinori F et al-1995 Nucl Phys. A 590 139c

51. Manzari V et al-1995 Nucl Phys. A 661 7161c

52. Faccio F et al- 1998 Proc. 4th Workshop on Electronics for LHC Experiments (Rome, 21-25 September) (Rome: INFN) pp. 105-113

53. Borshchov V et al- 2002 Proc. 8th Workshop on Electronics for LHC Experiments (Colmar, France, 9-13 September 2002) CERN Yellow Report CERN-2002-003

54. ALICE Collaboration ALICE Physics Performance Report, Volumell, section5.

55. Meyer T et al.- 2000 ALICE Internal Note 2000-011 Meyer T et al- 2001 ALICE Internal Note 2001-046

56. Stelzer H et al- 2003 ALICE Internal Note 2003-017

57. Frankenfeld U et al- 2002 ALICE Internal Note 2002-030

58. Musa L ALICE Collaboration] 2003 Nucl Phys. A 715 843c-48c

59. Andronic A et al- 2001 IEEE Trans. Nucl Sci. 48 1259

60. Andronic A et al- 2003 Nucl Instrum. Methods A 498 143

61. Cerron-Zeballos E, Crotty I, Hatzifotiadou D, Lamas-Valverde J, Neupane D, Williams M С S WZichichi A, 1996 Nucl Instrum. Methods A 374 132

62. Akindinov A et al- 2000 Nucl Instrum. Methods A 456 16

63. Akindinov A et al- 2002 Nucl Instrum. Methods A 490 58

64. Basile M 2003 ALICE LHCC Comprehensive Review http://indico.cem.ch/conferenceDisplay.py?confId=a021989

65. Andres Y et al- 2002 EPJDirect С 4 (SI) 25,. http://www.iop.org/EJ/abstract/0954-3899/30/ll/001

66. Piuz F 1996Nucl. Instrum. Methods A 37196 Nappi E 2001 Nucl Instrum. Methods A 47118

67. Di Mauro A 2000 Preprint CERN-EP-2000-58

68. Santiard J С aw/Marent К 2001 ALICE Internal Note 2001-49

69. Witters H, Santiard J С WMartinengo P 2000 ALICE Internal Note 2000-010

70. Bogolyubsky MYu, KharlovYu V and Sadovsky S A 2003 Nucl Instrum. Methods A 502 719

71. Ippolitov M etal.- 2002 Nucl lnstrum. Methods A 486121

72. Blik AMet al-2001 lnstrum. Exp. Tech. 44 339

73. Bogolyubsky MYu et al- 2002 lnstrum. Exp. Tech. 45 327

74. Cheynis В et al-2003 ALICE Internal Note 2003-040

75. Grigoriev V et al.- 2000 Nuclear. Exp. Tech. V. 43 No.6, p. 750

76. Grigoriev V et al.- 2000 ALICE Internal Note 2000-17

77. Grigoriev V et al.- 2001 ALICE Internal Note 2001-38

78. Gorodetzky P et al- 1994 Proc. 4th Int. Conf. on Calorimetry in High Energy Physics (Singapore: World Scientific) p. 433

79. Anzivino G et al-1995 Nucl Phys. Proc. Suppl. В 44 168 Ganel О and Wigmans R1995 Nucl lnstrum. Methods A 365 104

80. Gorodetzky P et al.-1992 Radiation Physics and Chemistry (Oxford: Pergamon Press) p. 253

81. Gorodetzky P et al-1995 Nucl. lnstrum. Methods A 361161

82. Arnaldi R et al-1998 Nucl lnstrum. Methods A 4111

83. Gorodetzky P et al- 1995 Nucl lnstrum. Methods A 361 161

84. Arnaldi R et al-1999 Proc. 8th Int. Conf on Calorimetry in High Energy Physics (Lisbon, Portugal) p. 362;

85. Arnaldi R et al- 2001 Nucl lnstrum. Methods A 456 248

86. А. Каракаш .Диссертационная работа «Разработка регистрирующей системы для детектора ТО эксперимента ALICE (CERN, LHC)» Москва 2006

87. Акиндинов А.В., Григорьев В.А., Каплин В.А. и др. Научная сессия МИФИ-2002. Сборник научных трудов, 4.2, стр. 34-35.

88. Григорьев В.А., Каплин В.А., Логинов В.А. и др. Научная сессия МИФИ-98. Сборник научных трудов ч.З, стр. 28-30.

89. Григорьев В.А., Каплин В.А., А.И. Каракаш, А.И. Климов и др. Научная сессия МИФИ-2002. Сборник научных трудов, стр. 73-75.

90. Bondila М.; Grigoriev V.A.; Kondratieva N.V., Nuclear Science, IEEE Trans, on Volume 52, Issue 5, Oct. 2005 pp. 1705-1711

91. Григорьев B.A., Кондратьева H.B., Каплин В.А. и др. «Исследование амплитудных и временных характеристик ФЭУ-187 с сетчатыми динодами». Журнал «ПТЭ», №5, 2006, стр. 93-98.

92. Alici A., Antonioli P., Mati А., 2004 Radiation tests of key components of the ALICE TOF TDC Readout Module http://lhc-workshop-2004.web.cern.ch/lhc-workshop-2004/3

93. Parallel%20sessions%20A/33-antonioli proceedings.pdf

94. Roukoutakis F., Chapeland S. The ALICE-LHC Online Data Quality Monitoring Framework: Present and Future http://conferences.fnal.gov/cgi-bin/rt2007/download.pl7paper id=CM

95. EXISTO1 &wanted file=CM-EXIST01 .PDF

96. VME USB 2,0 Bridge VI718 http://www.caen.it/nuclear/product.php?mod=Vl 718#

97. Model 454 200 MHz Quad Constant Fraction Discriminator

98. VME- V895 16 Channel Leading Edge Discriminator.

99. Channel Latching Scaler V830 http://www.caen.it/nuclear/ http://www.canberra.com/pdf/Products/NIM pdf/Model454 super spec.pdf

100. Григорьев B.A., Кондратьева H.B., Логинов B.A. и др. «Модуль цифровых управляемых задержек для детектора ТО эксперимента ALICE». Журнал «ПТЭ», №1, 2007, стр. 76-81.

101. Григорьев В.А., Кондратьева Н.В. Логинов В.А. и др. «Усреднитель временных интервалов стартового триггерного детектора ТО эксперимента ALICE». Журнал «ПТЭ», Ml, 2007, стр. 82-85.

102. Grigoriev V.A. etal. -NEC2003, Bulgaria, Varna, Sept. 2003.

103. Karavicheva T. TO DCS ALICE week 07http://alicedcs. web, с em. ch/A liceDCS/Worbhop 18. MarO 7/T0.pdf

104. GEANT Volume 506. Issue 3.1 July 2003, pp. 250-303

105. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

106. Geant4 developments and applications. IEEE Transactions on Nuclear Science 53 No. 1 (2006) 270-278

107. Hristov P. AliRoot Primer.

108. BrunR., Rademakers F., Panacek S. West N. etal. 2006, ROOT Users Guide, CERN, ROOT Web Site http://root.cern.ch/

109. Torbjorn Sjostrand Pythia 5.7 Physics and Manual, CERN-TH.7112/93 Савина M. Pythia 5.7 перевод 1998

110. Physics Analysis Worbtation http://paw.web.cern.ch/paw/

111. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++

112. Григорьев В.А., Каплин В.А., Маевская А.И., Рахманов А.Л. и др. Научная сессия МИФИ-2002. Сборник научных трудов, 4.2, стр. 28-29.

113. Григорьев В.А., Маевская А.И., Рахманов А.Л. и др. Научная сессия МИФИ-2002. Сборник научных трудов, 4.2, стр. 32-33.

114. Григорьев В.А., Маевская А.И., Рахманов А.Л. и др. 2-я научно-техническая конференция «Научно-инновационное сотрудничество», Научная сессия МИФИ-2003, 4.1, стр. 138-139.

115. Григорьев В.А., Кондратьева Н.В., Макляев Е.Ф. и др. «Прототип модуля «OR» отбора событий для детектора ТО (эксперимент ALICE)». Научная сессия - МИФИ 2006, стр. 12-13.

116. Trzaska W.H. on behalf of ТО team. TO Electronics Production Readiness Review, TO PRR, February 10, 2006

117. CAN bus, ELMB Hardware Information http://atlas.web.cem.ch/Atlas/GROUPS/DAOTRIG/DCS/ELMB/

118. Karavicheva T. on behalf oflNR TO team Production Readiness Review Status of ALICE TO, TO PRR, February 10, 2006111. Datasheet for MC100EP195http://www. chipcatalos. com/ONSemi/MC 100EP195.htm

119. Перепрограммируемые в системе ПЛИС CPLD семейства ХС9500 29 января 2001 г. Краткое техническое описание.

120. Cavestro A., Gibin D., Gueglielmi A. el al. Nucl. Instrum. and Methods. 1991. V.305. pp. 448-491.

121. VME V70616 Channel Mean Timer http://www. caen. it/nuclear/Printable/ data sheet.php?mod= V706&famz=vme&fun-time

122. Григорьев B.A., Каплин B.A., Кондратьева H.B. и др. «Формирователь временной отметки с цифровой коррекцией в реальном времени для детектора ТО». Научная сессия МИФИ 2003 стр. 30-31.

123. Григорьев В.А., Каплин В.А., Логинов В.А., Кондратьева Н.В. «Разработка и изготовление формирователя временной отметки CFD-DC для детектора ТО эксперимента ALICE, CERN». Научная сессия МИФИ 2004, стр. 23-24.

124. Кондратьева Н.В., Каплин В.А., Логинов В.А., Григорьев В.А.

125. Формирователь временной отметки с цифровой коррекцией в реальном времени для детектора ТО (эксперимент ALICE, CERN)». ВНКСФ -10 «Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых учёных», 2004, стр. 1028-1029.

126. Григорьев В.А., Каплин В.А., Кондратьева Н.В., Курепин А.Н. «Исследование характеристик формирователя временной отметки CFD-DC для детектора ТО (эксперимент ALICE)». Научная сессия МИФИ 2005, стр. 84-85.

127. Принятые в диссертации обозначения и сокращения.

128. ALICE A Large Ion Collider Experiment - эксперимент на большом адроном коллайдере (ЦЕРН)

129. C- Large Hadron Collider большой адронный коллайдер (ЦЕРН)

130. ЦЕРН- Европейский центр ядерных исследований (CERN)

131. RHIC- Relativistic Heavy Ion Collider коллайдер для столкновения релятивистских тяжёлых ионов (Брукхейвен)

132. КГП- L. TfRQrw гпюгшная птттмяsQGP (strongly interacting quark-gluon plasma) J1. Детекторы

133. ACORDE- ALICE Cosmic Ray Detector массив сцинтилляторов для регистрации космических мюонов

134. FMD- Forward Multiplicity Detector детектор множественности

135. HMPID High Momentum Particle IDentification system - детектор кольца черенковского излучения

136. S- Inner Tracking System внутренняя трековая система

137. MRPC- Multigap Resistive Plate Chamber резистивные многоэлектродные плоскопараллельные пропорциональные камеры

138. PHOS- Photon Spectrometer электромагнитный калориметр

139. PMD- Photon Multiplicity Detector детектор множественности фотонов

140. Т0- стартовый тригерный детектор (черенковский)

141. TOF- детектор, основанный на методике идентификации частиц по времени пролёта "Time-Of-Flight"

142. ТРС- Time-Projection Chamber время - проекционная камера

143. TRD- Transition Radiation Detector детектор переходного излучения

144. V0- сцинтилляционный детектор множественности

145. ZDC- Zero Degree Calorimeter калориметр, расположенный под нулевым углом к оси ионопровода ускорителя1. Системы

146. DAQ- Data Acquisition system система сбора данных

147. DCS- Detector Control System система контроля

148. DDL- Detector Data Link система передачи данных

149. HV- High Voltage высоковольтная электроника1.ser Calibration- система лазерной калибровки1.- Low Voltage низковольтная электроника

150. SRAM-ОЗУ Static Random Access Memory оперативно-запоминающее устройство

151. PDC Programmable Delay Chip - управляемая линия задержки

152. ПЛИС- программируемая логическая интегральная схема

153. Front-cnd L 'ЧПРТСТППНМК'Я ТТРПРТШРГП тгпгш .1. FE-1. Модули электроники

154. ADC- Analog to Digital Convertef. аналого-цифровой преобразователь1. АЦП- r

155. CFD- Constant Fraction Discriminator ^ временной формирователь со1. ФСП- J следящим порогом

156. CFD -DC Constant Fraction Discriminator with Digital Correction - временной формирователь с цифровой коррекцией

157. CPDRM- Clock Pulse Distribution Readout Module распределительный модуль синхросигнала

158. DC- Digital Correction модуль цж эровой коррекции

159. DCDL- Digital Control Delay Line модуль управляемых линий задержки

160. DL- Delay Line линия задержки

161. DRM- Data Readout Module модуль считывания и накопления данных

162. DSP- Digital Signal Processor цифровой процессор

163. FANOUT- аналоговый разветвитель

164. Gate Reference Point Generator модуль-распределитель синхросигнала «ворот»

165. HPTDC- High Performance TDC (Time to Digital Converter) время -цифровой преобразователь высокого разрешения

166. D- Leading Edge Discriminator временной формирователь

167. ФПП- J~ с постоянным порогом1.vel Translator- преобразователь сигналов уровней ECL в сигналы стандарта"NTM

168. Мсап Timer» усреднитель временных интервалов

169. MPD Multiplicity Discriminator - дискриминатор множественности.

170. OR- модуль логического отбора сигналов «ИЛИ»

171. QTC- Charge to Time Converter быстрый преобразователь заряд-время

172. TDC Time to Digital Converter ". время - цифровой1. ВЦП- преобразователь

173. ЗЦП- зарядо цифровой преобразователь

174. TOTU- ТО Trigger Unit логический модуль формирования триггерных сигналов

175. TRM- TDC Readout Module промежуточный блок считывания и переноса информации

176. TVDC ТО Vertex Digital Converter - блок выработки триггерного сигнала T0V

177. Shoe-box предусилитель - разветвитель

178. CANBUS- Controller Area Network специальный тип соединение с компьютером

179. ELMB- Embedded Local Monitor Board локальный модуль контроля

180. NIM- The Nuclear Instrumentation Module standard стандарт для разработки аппаратуры эксперимента

181. VME Virtual Machine Environment - стандарт соединения аппаратуры эксперимента с компьютером

182. ECL- Emitter-Coupled Logic эмиттерно-связная логика (ЭСЛ)

183. DS Low-voltage differential signaling - тип низковольтной логики

184. PECL- Positive Emitter-Coupled Logic положительная эмиттерно-связная логика

185. Background фон (фоновое излучение)1. Clock -(CLK) синхросигнал

186. Gate- синхросигнал «ВОРОТА»1.- Interaction Point точка взаимодействия.

187. MIP- Minimum Ionizing Particle (минимально ионизирующая частица) -однозарядная релятивистская частица

188. ФЭУ- фотоумножитель фото электронный умножитель1. Программные пакеты

189. AliRoot программный пакет для Монте-Карло моделирования

190. GEANT- программный пакет моделирования

191. PVSSII- r (нем.) ProzeB Visualisierungs und Steuerungs System программный продукт, направленный на автоматизацию процесса

192. Pythia генератор событий взаимодействия частиц

193. PAW- Physics Analysis Workstation программный пакет для физического анализа

194. Root- объектно-ориентированная структура для анализа данных