Разработка и экспериментальное обоснование метода мониторирования электромагнитного калориметра проекта BTeV тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

и ф

в э

I Н Б Р1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

На правах рукописи 2006-1

Рязанцев Андрей Викторович

РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА МОНИТОРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАЛОРИМЕТРА ПРОЕКТА ВТеУ

01.04.23 — физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Протвино 2006

М-24

УДК 539.1.07

Работа выполнена в Институте физики высоких энергий (г.Протвино).

Научный руководитель - доктор физико-математических наук А.Н. Васильев.

Официальные оппоненты: кандидат физико-математических наук М.Ф. Рунцо (кафедра "Экспериментальные методы ядерной физики", МИФИ), профессор С.П. Денисов (ОНФ, ИФВЭ).

Ведущая организация - Институт теоретической и экспериментальной физики (г. Москва).

Защита диссертации состоится "_"_ 2006 г.

в_часов на заседании диссертационного совета К 034.02.01

при Институте физики высоких энергий по адресу: 142281, Протвино Московской обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ.

Автореферат разослан "_" _ 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К 034.02.01 Ю.Г.Рябов

© Государственный научный центр Российской Федерации Институт физики высоких энергий, 2006

ЯООбА

Z2 42-.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Кристаллы вольфрамата свинца (PbW04, часто - PWO) стали использоваться для строительства калориметров сравнительно недавно, но, благодаря таким крупным экспериментам, как CMS и ALICE на LHC (ЦЕРН), остановившим на них свой выбор, очень быстро прошли путь от изготовления опытных образцов до массового производства. Подробные исследования радиационной стойкости кристаллов в условиях, максимально приближенных к реальным условиям эксперимента, показали, что световыход кристаллов заметно изменяется при изменении мощности дозы, с которой они облучаются. Более того, все кристаллы в большей или меньшей степени отличаются друг от друга по диапазону этих изменений. Нахождение общих закономерностей их поведения является актуальнейшей задачей, поскольку дает возможность разработать единый алгоритм мониторирования всех каналов калориметра при работе в составе установки, тем самым сохраняя его высокое разрешение.

Целью диссертационной работы является экспериментальное доказательство возможности непрерывного мониторирования с высокой точностью электромагнитного калориметра на кристаллах вольфрамата свинца с фотоэлектронными умножителями, спроекти-

РОС. Е

рованного для работы в условиях высоких радиационных загрузок эксперимента BTeV (Фермилаб, США), разработка метода монито-рирования и мониторной системы калориметра, а также разработка метода измерения радиационной стойкости кристаллов при их массовом производстве.

При выполнении диссертационной работы были получены следующие новые результаты, которые выносятся на защиту:

• Прямыми измерениями подтверждено отсутствие нарушения сцинтилляционного механизма в кристаллах вольфрамата свинца при адронном облучении с мощностями доз до ~ 20 рад/ч.

• Установлена корреляция между относительными изменениями сигналов от светодиода и электронов при облучении кристаллов пионными и электронными пучками высокой интенсивности, что позволило обосновать простой и надежный способ непрерывного мониторирования электромагнитного калориметра с помощью импульсных источников света.

• Разработана мониторная система на светодиодах калориметра BTeV, изготовлен ее прототип, долговременная нестабильность которого составила менее 0.1 % (RMS) за неделю.

• Показано, что относительные изменения световыхода кристаллов при их облучении пионами и гамма-квантами с одинаковыми мощностями (до 60 рад/ч) и профилями дозы близки по значениям, поэтому предварительные измерения радиационной стойкости кристаллов могут проводиться с помощью радиоактивного источника.

• Разработан и экспериментально обоснован метод контроля относительного изменения световыхода кристаллов непосредственно во время их облучения радиоактивным источником гамма-квантов; создан рабочий прототип установки, на котором можно изучать радиационные свойства одновременно пяти кристаллов.

Апробация работы

Основные работы [1,2,3,4,5] опубликованы в журнале "Nuclear Instruments and Methods in Physics Research А". Кроме того, результаты, приведенные в диссертации, опубликованы во внутренних документах сотрудничества BTeV, препринтах ГНЦ ИФВЭ, электронном архиве arxiv.org. Результаты докладывались на международных конференциях "The 8-th International Conference on Advanced Technology and Particle Physics"(6-10 октября 2003 г., Комо, Италия) и "The 9-th Topical Seminar on Innovative Particle and Radiation Detectors"(23-26 мая 2004 г., Сиена, Италия), а также на совещаниях сотрудничества BTeV и CMS и семинарах ОЭФ ГНЦ ИФВЭ.

Апробация диссертации прошла в ГНЦ ИФВЭ 24 августа 2005 г.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем диссертации составляет 103 страницы, в том числе 43 рисунка и 6 таблиц. Список литературы включает в себя 34 наименования.

Содержание работы

Диссертация начинается с формулирования задач, обоснования их актуальности и научной новизны.

В Главе 1 описывается электромагнитный калориметр проекта BTeV и обосновывается необходимость его непрерывного монитори-рования.

Главной задачей проекта BTeV являлось изучение нарушения СР-симметрии в B-распадах. Предлагалось выполнить прецизионные измерения параметров Стандартной Модели, таких как углы смешивания в матрице Кабиббо-Кобаяши-Маскава. Вычисление параметров одновременно для нескольких мод распадов мезонов являлось бы хорошей проверкой Стандартной Модели.

Исходя из физических целей эксперимента, были сформулированы технические требования и предложена конструкция калориметра, в которой в качестве среды для развития электромагнитного ливня и одновременной конверсии его энергии в свет служат кристаллы

вольфрамата свинца, а для регистрации этого света используются фотоэлектронные умножители. Применение ФЭУ в качестве фотоприемника оказывается возможным благодаря тому, что калориметр должен был располагаться в слабом остаточном магнитном поле, экранирование которого не составляло проблемы. Для того, чтобы построить калориметр BTeV, потребовались бы 10500 кристаллов со следующими размерами:

- длина - 220 мм (~25 радиационных длин);

- поперечное сечение входной грани - 27.2x27.2 мм2;

- поперечное сечение со стороны крепления ФЭУ - 28.0x28.0 мм2. Предполагалось, что каждый кристалл должен быть обернут тай-веком для улучшения светосбора на входном окне ФЭУ. Сами фотоумножители должны иметь кварцевые окна диаметром 1 дюйм и приклеиваться к кристаллам радиационно стойким оптическим клеем.

Обоснована возможность калибровки калориметра по месту (in situ) с помощью изолированных электронов, источниками которых являлись бы конверсия фотонов в электрон-позитронные пары в области соударений и полулептонные S-распады. Приведены результаты расчетов, из которых следует, что энергетическая калибровка всех каналов калориметра с заданной точностью 0.2% могла быть выполнена не реже чем один раз в сутки. Однако одной такой калибровки было бы недостаточно, поскольку коэффициенты усиления фотоэлектронных умножителей в калориметре могут заметно меняться по разным причинам в течение дня или даже часа. Световыход кристаллов PbW04 также может меняться при резком изменении потока облучающих частиц, например при новом заполнении Теватрона протонами и антипротонами. Поэтому необходимо непрерывное мониторирование таких быстрых изменений, или интеркалибровка. Ее предполагалось делать при помощи источника импульсов света стабильной интенсивности.

В Главе 2 приведены результаты тестов, доказывающих принципиальную возможность непрерывного мониторирования калориметра в ходе эксперимента с помощью импульсных источников света.

Изучение свойств кристаллов вольфрамата свинца проводилось на экспериментальной установке, содержащей прототип калориметра, которая располагалась на канале 2Б протонного синхротрона У-70 в Протвино. Прототип электромагнитного калориметра собирался в виде матрицы 5x5 кристаллов с фотоэлектронными умножителями для съема информации и был помещен в специальный термоизолированный и светонепроницаемый ящик. Ящик был установлен на подвижной платформе, позволявшей перемещать сборку кристаллов в горизонтальной и вертикальной плоскости, а также вокруг своей вертикальной оси, и устанавливать ее в нужном положении относительно оси пучка с точностью до 0.1 мм.

Для изучения изменения прозрачности кристаллов РЬ"\¥С>4 при их облучении высокоэнергичными частицами и для непрерывного контролирования коэффициентов усиления фотоприемников в данной установке применялась мониторная система на светодиодах [1]. Кроме изучения поведения кристаллов при их облучении, проводилось наблюдение за процессом их длительного естественного восстановления после снятия радиации. Таким образом, экспериментальная установка оставалась включенной на протяжении более чем трех месяцев, что позволило измерить долговременную стабильность данной мониторной системы. По результатам проведенного анализа сделаны следующие заключения:

• используемая в экспериментальной установке мониторная система позволяет проводить^ измерения с точностью выше 1 %;

• главным источником нестабильности мониторной системы в анализируемый период были колебания температуры;

• данное техническое решение может быть применено для создания мониторной системы эксперимента ВТеУ при условии решения проблемы температурной нестабильности.

Прежде чем приступить к разработке мониторной системы калориметра, необходимо было доказать, что изменение световыхода кристаллов происходит только по причине изменения прозрачности, а сцинтилляционный механизм не нарушается. До сих пор прямого экспериментального подтверждения отсутствия нарушения сцинтил-

ляционного механизма при облучении кристаллов адронами в литературе не встречалось. Идею прямой экспериментальной проверки отсутствия нарушения сцинтилляционного механизма предложил при частном общении Ren-Yuan Zhu (CALTECH). Суть предложенного метода заключается в следующем. Сначала узким мюонным пучком измеряется световыход кристалла в нескольких точках по его длине (кристаллы должны быть повернуты своей боковой поверхностью перпендикулярно оси пучка). Затем в одной из точек производится облучение узким пучком пионов высокой интенсивности и снова сканируется световыход от мюонов. Если количество рождаемого света меняется во время облучения, то при повторном сканировании световыхода должна проявиться неоднородность в зоне облучения.

Для реализации этой идеи были использованы пять кристаллов, произведенных в Богородицке, и пять кристаллов, изготовленных Шанхайским Институтом Керамики [2]. Распределение мощности дозы для каждого облученного кристалла было получено программой моделирования GEANT3. Пример поперечного профиля мощности дозы для одного из кристаллов приведен на рис. 1(a), а максимальная мощность дозы, полученная каждым кристаллом, представлена на рис. 1(b).

Чтобы качественно представить ожидаемый эффект, была разработана математическая модель распространения сцинтилляционного света в кристалле и добавлена в программу GEANT3. Предполагалось, что кристалл имеет идеальные оптические свойства. Анизотропия и диффузное отражение не учитывались. Предполагалось также, что распределение цветовых центров, образующихся при радиационном повреждении кристаллов, такое же, как представлено на рис. 1(a) - гауссово распределение с <7=1.3 см. Для наглядности предполагалось, что деградация световыхода пропорциональна поглощенной энергии и в зоне максимума поглощенной дозы составляет 3 %. Результаты моделирования представлены на рис. 2.

Crystals number

Рис. 1. Результаты моделирования программой GEANT3: (а) поперечный профиль мощности дозы в одном из кристаллов во время облучения пионным пучком; (Ь) максимальные мощности доз в кристаллах при пиопном облучении. Квадратами обозначены шанхайские, а треугольниками - богородицкие кристаллы.

Рис. 2. Результаты моделирования программой GEANT3 продольной неоднородности световыхода кристалла. По горизонтальной оси отложены расстояния от точек сцинтилляционных взаимодействий до фотокатода ФЭУ. Сплошная линия показывает световыход кристалла до облучения, а штриховая - после облучения при наличии деградации эмиссии фотонов 3 % в зоне максимума поглощенной дозы. Пунктиром нанесена кривая, полученная при условии отсутствия нарушения сцинтилляционного механизма.

По горизонтальной оси отложены расстояния от точек сцинтил-ляционных взаимодействий до фотокатода ФЭУ. Сплошная линия показывает световыход кристалла до облучения, а штриховая - после облучения, которое привело к снижению сигналов по всей длине кристалла. Зона, в которой была задана деградация световыхода, проявилась в виде дополнительного ослабления сигнала на фоне общего падения. Для сравнения, пунктиром нанесена кривая, полученная при условии отсутствия нарушения сцинтилляционного механизма в зоне облучения.

Для каждого исследуемого кристалла были построены кривые изменения световыхода по его длине до и после облучения пионами. На рис. 3 приведены результаты, полученные для одного из богородицких кристаллов.

480 «О

13

1 440 О

^ <20 400 3X0

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 X С1Л

09 0.89

Е 0.81

2 087 | 08«

3 085

« и.

0.83

Рис. 3. Вверху: результаты измерения световыхода по длине одного из кристаллов до и после облучения пионным пучком, профитированные полиномом 3-й степени. Максимальная интенсивность пучка была на расстоянии 12.6 см от фотокатода ФЭУ. Внизу: относительное изменение световыкода кристалла по его длине после облучения.

тт" Ьеот

1 ... 1 ... 1 ... 1 ... 1 ... 1 ... 1 . . —1—Ь-И .1 ... 1 ... 1 . .

2 4 б 8 10 12 14 16 18 20

На этом рисунке центр зоны облучения обозначен стрелкой, а измеренный до и после облучения световыход в этом месте - треугольниками. Полученные результаты (вверху) были профитированы полиномом 3-й степени, причем экспериментальное значение свето-выхода в зоне облучения при фитировании не учитывалось. Как видно, для данного кристалла дополнительного падения световыхо-, да в зоне облучения не наблюдается, что свидетельствует о том, что при данном уровне поглощенной дозы сцинтилляционный механизм не пострадал. Нижняя картинка на том же рисунке показы> вает относительное изменение световыкода кристалла по его длине после облучения и позволяет численно оценить величину эффекта по отклонению относительного световыхода в зоне облучения от кривой, построенной по другим точкам. Относительное изменение числа испускаемых при сцинтилляции кристалла фотонов характеризует величина rs, которая не зависит от изменения прозрачности кристалла [2]:

rs(x ) -

где через LE(x7T) обозначено число испускаемых фотонов в точке облучения хж, а индексы а и b обозначают, что величина берется, соответственно, после (after) и до (before) облучения.

Значения rs для всех десяти облученных кристаллов приведены на рис. 4. Можно утверждать, что в пределах точности измерений ~ 0.5 % нарушения эмиссии фотонов после пионного облучения не наблюдалось ни в одном из них. Среднее значение величины 1 — rs по десяти кристаллам составило (0.20±0.15) %. Следовательно, изменение световыхода кристаллов можно мониторировать, контролируя изменение прозрачности с помощью источника света с длиной волны в районе максимума их спектра высвечивания, например синего светодиода. При этом важно установить вид зависимости между изменениями сигналов от светодиода и от электронов при облучении кристаллов электронными и пионными пучками высокой интенсивности и определить точность, с которой можно поддерживать изначально (до облучения) рекордное разрешение калориметра, мо-ниторируя изменения сигналов от радиации с помощью световой

мониторной системы. В первом приближении ожидалось, что, поскольку длина пути, которую проходит сцинтилляционный свет, не равна той, что проходит свет от светодиода, изменения сигналов от электрона и светодиода будут происходить по-разному, но при этом пропорционально друг другу [3].

Рис. 4. Относительные изменения эмиссии фотонов сцинтилляций для де-

сяти кристаллов после их облучения пионным пучком, вычисленные в зонах его максимальной интенсивности. Первые пять кристаллов богородицкие, вторые - шанхайские.

Анализ данных, накопленных во время облучения сборки кристаллов пионным пучком с энергией 34 ГэВ и электронным пучком с энергией 23 ГэВ, подтвердил данное предположение и позволил получить коэффициенты пропорциональности для кристаллов от разных производителей. Исследовались 25 кристаллов, расположенных в виде сборки 5x5. Длинная сторона кристаллов была сориентирована вдоль оси пучка. Все исследуемые кристаллы получили за время измерений поглощенную дозу от 0.5 до 1.5 крад.

Периоды облучения пионами чередовались с короткими интервалами, во время которых производились измерения световыхода кристаллов от электронного пучка низкой интенсивности (калибровка). На рис. 5 представлена зависимость между относительными изменениями сигналов от электронов и синего светодиода в одном

■ ■ 1 ■ ■ ■ I ■ * * t ' * ■ I ■ ■ ■ I ■ О 2 4 6 8 10 Crystals number

Relative electron signal

Рис. 5. Зависимость между относительными изменениями сигналов от электронов и синего светодиода в одном из кристаллов сборки при пионном облучении. Точки соответствуют результатам, полученным при калибровках электронным пучком низкой интенсивности. Результаты профитированы линейной функцией с коэффициентом пропорциональности К — 0.59 ± 0.03.

из кристаллов сборки, построенная по результатам обработки калибровочных наборов данных. Точки 1-4 соответствуют периоду, когда данный кристалл облучался, а 5-6 - когда происходило восстановление его оптических показателей после смешения из зоны облучения. Как видно, во время облучения сигналы от светодиода и электрона падали, а во время восстановления - росли. Замечательно, что все относительные изменения сигналов - как падение, так и рост -происходили вдоль одной прямой линии, которой фитировались экспериментальные точки. Прямая проходила через начальную точку 1:

1-у = К(1-х),

где х и у - нормированные сигналы от электрона и светодиода, а К - коэффициент пропорциональности между их относительными изменениями. Как и предполагалось, в ограниченном промежутке

времени хорошо работает линейная аппроксимация данной зависимости со значением К = 0.59 ± 0.03 для выбранного кристалла.

При облучении электронным пучком высокой интенсивности изменение световыхода кристаллов можно отследить по изменению положения электронного пика в процессе набора статистики. Таким образом, отпадает необходимость в калибровке низкоинтенсивным пучком, а сам процесс выглядит как калибровка по месту в реальном калориметре. Высокая интенсивность электронного пучка позволяла вычислять значения световыхода с хорошей статистической точностью в последовательные интервалы времени по 15 минут, что в конечном результате дало плавную картину изменения световыхода.

с 1

.5?

'¡я

а» >

m а> ОС

0.95

0.9

Рис. 6. (а) Поведение электронного сигнала (кружки) и сигнала от синего светодиода (треугольники) в одном из кристаллов сборки во время облучения электронным пучком со средней мощностью дозы 20 рад/ч и (Ь) зависимость между относительными изменениями этих же сигналов, профитированная линейной функцией с коэффициентом пропорциональности К = 0.596 ± 0.002.

Time, hours Relative electron signal

На рис. 6(а) показано поведение сигналов от электрона и светоди-ода при электронном облучении в том же кристалле, что и на рис. 5. Средняя мощность дозы составляла 20 рад/ч. Оба сигнала отнорми-рованы на свои начальные значения. В районе временной отметки 20 ч пучок отсутствовал и кристалл восстанавливался, что выразилось в увеличении сигналов в первый момент после возобновления облучения. Зависимость между относительными изменениями сигналов от светодиода и электронов представлена на рис. 6(Ь). Видно, что как и в случае пионного облучения, эта зависимость хорошо фитируется линейной функцией, но при этом коэффициент пропорциональности К определяется с гораздо лучшей точностью, ±0.3%, и составляет 0.596 ± 0.002.

Corrected electron signal Sigma

Рис. 7. (а) Средние нормированные значения сигналов от электронов в одном из кристаллов за каждые 15 мин электронного облучения в течение 35 часов после коррекции на сигналы от синего светодиода, профитированные распределением Гаусса с а—0.2%. (Ь) Распределение гауссовых сг, вычисленных для 19 кристаллов по примеру (а).

Рис. 7(a) демонстрирует, насколько точно может быть выполнена коррекция энергии в отдельном канале калориметра с помощью стабильного сигнала от светодиода, если известно значение коэффициента пропорциональности К. Скорректированное нормированное

значение энергии для данного канала прототипа представлено в виде гистограммы, профитированной распределением Гаусса с сг—0.2%. На рис. 7(Ь) показано распределение значений гауссовых сг, вычисленных по результатам коррекции энергии в 19 каналах прототипа. Среднее значение этого распределения оказалось равным 0.25 % с ЯМ5=0.07 %.

Главным результатом проведенных измерений стало доказательство наличия корреляции между изменениями сигналов от свето-диода и электронов при облучении кристаллов пионными и электронными пучками высокой интенсивности. Было показано, что на ограниченных интервалах времени зависимости между относительными изменениями этих сигналов корошо описываются линейными функциями. Кроме того, средние значения распределений коэффициентов пропорциональности, вычисленных для группы кристаллов при пионном и электронном облучениях, совпали в пределах ошибок [3].

Глава 3 посвящена описанию конструкции и рабочих характеристик прототипа мониторпой системы калориметра ВТеУ. Объясняется, почему было решено строить мониторную систему с использованием синего и красного светодиодов и обосновывается выбор компонентной базы [4]. Структурная схема прототипа мониторной системы приведена на рис. 8.

В состав устройства входят:

• два генератора импульсов управления светодиодами;

• синий и красный светодиоды;

• диффузный отражатель света;

• световод-смеситель;

• два кремниевых фотодиода;

• жгут волокон-световодов;

• система регулирования и стабилизации температуры;

• корпус из теплоизолирующего материала.

Важным техническим решением является размещение всех компонентов прототипа в теплоизолирующем корпусе, температуру внутри которого можно поддерживать на заданном уровне, поскольку,

как было показано в работе [1], именно изменения внешней температуры являются главным источником нестабильности мониторной системы на светодиодах.

иХХХЛЛЛЛЛЛЛЛХЦЛХХХХХХХЛЛЛ

Теплоизолирующий корпус

Оптические волокне

Рис. 8. Структурная схема прототипа мониторной системы калориметра.

В прототипе использовался световод-смеситель из свинцового стекла размером 38x38x200 мм3, обернутый тайвеком. Указанное поперечное сечение позволяет засвечивать одновременно четыре фотодиода и около 3000 кварцевых оптических волокон диаметром 0.4 мм, собранных в пучок. Для мониторирования всех каналов калориметра предполагалось использовать четыре одинаковых модуля, расположенных по его периметру. Это позволило бы использовать волокна меньшей длины и упростило бы их монтаж в установке. Распределение света по площади выходного окна световода-смесителя приведено на рис. 9. Полная ширина полученного распределения составляет 8 %, что удовлетворяет техническому требованию.

В качестве фотоприемников, мониторирующих стабильность сигналов от светодиодов, использовались кремниевые фотодиоды Наташки 81226-5ВС2. Информация с фотодиодов необходима для повышения точности калибровки калориметра при наборе данных. При испытании прототипа эта информация позволила оценить его долговременную стабильность. Процедура анализа стабильности подробно описана в работе [1].

в 70

400 410 420 430 440 450 460 470 480

Amplitude, mV

Рис. 9. Распределение амплитуд анодных сигналов ФЭУ от светодиода, измеренных осциллографом при сканировании выходного окна световода-смесителя оптическим волокном с шагом 2 мм по горизонтали и вертикали. Волокно освещало фотокатод ФЭУ через кристалл PbWC>4.

Поведение сигналов от синего и красного светодиодов на выходе одного из фотодиодов приведено на рис. 10 в виде временных диаграмм (а) и (Ь), а также в виде их нормализованных проекций на вертикальную ось (с) и (d). Сигналы во втором фотодиоде вели себя подобным образом. За неделю непрерывной работы нестабильность всех сигналов системы (RMS) не превышала 0 05 %, что с большим запасом удовлетворяет техническим требованиям к мониторной системе, диктуемым условиями эксперимента.

В Главе 4 предложено решение проблемы измерения радиационной стойкости каждого кристалла при их массовом производстве с помощью радиоактивного источника гамма-квантов.

,1830

„4440

140 160 Time, hours

140 160 Time, hours

Q.3932E-03

■ ■ ■ 1 ■ ■

099

0 995

1 1.005 1.01 Mean, normalized

0 99

0995

1 1005 1 01 Mean, normalized

Рис. 10. Стабильность сигналов синего ((а) и (с)) и красного ((Ь) и (с!)) светодиодов, измеренная одним из фотодиодов прототипа мони-торной системы за неделю непрерывной работы.

В работе [5] было показано, что облучение пионами и гамма-квантами с одинаковыми мощностями доз дают схожий результат потери световыхода кристаллов. Поэтому был создан прототип установки для измерения радиационной стойкости кристаллов с использованием гамма-источника 137Сэ, на котором был проведен ряд измерений.

Структурная схема прототипа установки (далее по тексту - установки) приведена на рис. 11. В ее состав входят:

• коллимированный источник 137Сэ с активностью 5х1012 Бк;

• сменная кассета для размещения пяти кристаллов;

• пять световодов в виде трубок длиной 10 см с зеркальной внутренней поверхностью;

• пять ФЭУ с делителями;

• мониторная система на светодиодах с оптическими волокнами и фотодиодами;

• система измерения температуры.

Рис. 11. Блок-схема прототипа установки для радиационного контроля качества кристаллов.

Установка позволяет одновременно облучать и измерять световы-ход пяти кристаллов. Мощность дозы облучения зависит от расстояния между источником и кассетой с кристаллами и может доходить до 100 рад/ч. Кроме того, предусмотрено мониторирование изменения прозрачности кристаллов не только синим, но и красным свето-диодами. При этом коэффициенты усиления ФЭУ контролируются отдельным синим светодиодом, свет от которого через оптические волокна попадает непосредственно на фотокатоды.

2005/06/02 16 18

(d) Scintillation signal

Time, hours

(b) Blue LED signal

Time, hours

(c) Red LED signal

Рис. 12. Характерное поведение анодных сигналов ФЭУ при облучении кристалла гамма-источником: (а) - сцинтилляционный сигнал;

(b) - сигнал от синего светодиода, прошедший через кристалл;

(c) - сигнал от красного светодиода, прошедший через кристалл.

Измерения проводились по следующему сценарию. Группа кристаллов, включавшая в себя двенадцать апатитских, два шанхайских и два богородицких кристалла, была предварительно изучена на предмет радиационной стойкости при облучении электронами на пучке в ноябре 2004 года. Кристаллы были разделены на четыре группы, состоящие из трех апатитских и одного не апатитского кристаллов. Средняя мощность дозы при облучении кристаллов составляла около 20 рад/ч, а облучение каждой четверки происходило в течение ~36 часов до состояния "насыщения"в изменении свето-выхода кристаллов.

Измерения с гамма-источником были проведены в апреле 2005 г. после восстановления кристаллов при комнатной температуре. Для удобства было решено облучать по четыре кристалла, сгруппированных, как при измерениях на пучке. Таким образом было произведено четыре цикла облучения. Из-за высокой интенсивности сцинтилляций в кристалле в анодной цепи ФЭУ возникал постоянный ток, изменявшийся вместе со световыходом кристалла. На рис. 12 показано характерное поведение токового сигнала и сигналов от светодиодов при облучении одного из кристаллов. Каждая точка на представленных гистограммах является средним значением в интервале 2 мин.

Для сравнения с результатами, полученными на пучке, для всех кристаллов были вычислены относительные изменения сцинтилля-ционных сигналов через 35 часов после начала облучения. На рис. 13 показана корреляция между величинами относительного падения сигналов от электронов и гамма-квантов, полученная по 16 кристаллам. Как видно, кристаллы сильно отличаются друг от друга по радиационной стойкости, но именно благодаря этому обстоятельству оказалось возможным сделать вывод о правомочности применения токового метода для ее оценки.

20 25 30 35 40 81дпа11088 оп датта, %

Рис. 13. Корреляция между величинами относительного падения сигналов от электронов и гамма-квантов после, соответственно, электронного и гамма облучения кристаллов с одинаковыми мощностями дозы.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации:

• Впервые проведены прямые измерения, доказавшие отсутствие нарушения сцинтилляционного механизма в кристаллах РЬ1МЮ4при их облучении адронами с мощностями доз до ~ 20 рад/ч.

• Было установлено наличие корреляции между изменениями сигналов от светодиода и электронов при облучении кристаллов пионными и электронными пучками высокой интенсивности и показано, что на ограниченных интервалах времени зависимости между относительными изменениями этих сигналов хорошо описываются линейными функциями. При коррекции

сигналов от электронов на сигналы от синего светодиода во время непрерывного облучения прототипа калориметра электронным пучком достигнута средняя точность восстановления энергии 0.25 % для целой группы кристаллов, произведенных в Шанхае и Богородицке, что удовлетворяло техническим требованиям к калориметру BTeV.

По результатам анализа долговременной стабильности мони-торной системы на светодиодах, применявшейся в экспериментальной установке для изучения свойств кристаллов вольфра-мата свинца во время всех измерений на пучке, установлено, что данное схемотехническое решение могло быть применено для создания мониторной системы эксперимента BTeV при условии решения проблемы температурной нестабильности. Предложен вариант секционированной мониторной системы калориметра BTeV на светодиодах с использованием четырех одинаковых модулей генераторов импульсов синего и красного света, каждый из которых обеспечивал бы мониторирование до 3000 ячеек калориметра через жгут оптических волокон-световодов. Разработан и изготовлен на современной компонентной базе прототип модуля мониторной системы. Измеренная нестабильность мониторного сигнала составила 0.05 % RMS за одну неделю непрерывных наблюдений. Полученный результат с большим запасом удовлетворяет требованиям эксперимента.

Сравнительные измерения потерь световыхода кристаллов PbWC>4 при облучении пионами и гамма-квантами с одинаковыми профилями и мощностями доз (до 60 рад/ч), проведенные для шести образцов кристаллов от разных производителей, дали схожий результат. Это наблюдение позволило обосновать возможность предварительной селекции кристаллов по радиационной стойкости с помощью радиоактивного источника. Предложен метод непрерывного измерения относительного изменения световыхода кристаллов непосредственно в процессе их облучения гамма-источником с высокой активностью. Он основан на регистрации постоянного тока с анода ФЭУ, вы-

званного большой интенсивностью сцинтилляций в кристалле при облучении. Данное решение позволяет проводить измерения одновременно нескольких кристаллов, что очень важно, учитывая общее количество кристаллов, которое необходимо протестировать перед сборкой калориметра.

• Проведены сравнительные измерения относительного падения световыхода кристаллов при их облучении электронами и гамма-квантами с одинаковыми мощностями доз, но разными их профилями. Методы измерения также были различными: при облучении электронами использовался обычный метод амплитудного анализа импульсов с анодов ФЭУ, а при облучении гамма-квантами использовался токовый метод. Получена четкая корреляция между результатами двух измерений одних и тех же кристаллов, что доказывает правомочность применения токового метода для оценки радиационной стойкости кристаллов при их облучении гамма-источником.

Список литературы

[1] V.A. Batarin, J. Butler, T.Y. Chen, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, A.S. Konstantinov, V.l. Kravtsov, V.A. Kormilitsin, Y. Kubota, Y.A. Matulenko, V.A. Medvedev, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin, N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov, L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov, V.K. Semenov, K.E. Shestermanov, L.F. Soloviev, S. Stone, A.V. Uzunian, A.N. Vasiliev, A.E. Yakutin, J. Yarba.

LED monitoring system for the BTeV lead tungstate crystal calorimeter prototype. / Nucl. Instrum. and Meth. A534 (2004) 486-495.

[2] V.A. Batarin, J. Butler, T.Y. Chen, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, A.S. Konstantinov, V.l. Kravtsov, V.A. Kormilitsin, Y. Kubota, V.S. Lukanin, Y.A. Matulenko, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin,

N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov, L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov, V.K. Semenov, K.E. Shestermanov, L.F. Soloviev, S. Stone, A.V. Uzunian, A.N. Vasiliev, A.E. Yakutin, J. Yarba.

Study of possible scintillation mechanism damage in PbWC>4 crystals after pion irradiation./ Nucl. Instrum. and Meth. A540 (2005) 131-139.

[3] V.A. Batarin, J. Butler, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, A.S. Konstantinov, V.l. Kravtsov, Y. Kubota, V.S. Lukanin, Y.A. Matulenko, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin, N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov, L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov, V.K. Semenov, K.E. Shestermanov, L.F. Soloviev, S. Stone, A.V. Uzunian, A.N. Vasiliev, A.E. Yakutin, J. Yarba. Correlation of beam electron and LED signal losses under irradiation and long-term recovery of lead tungstate crystals./ Nucl. Instrum. and Meth. A550 (2005) 543-550.

[4] V.A. Batarin, J. Butler, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, V.Y. Khodyrev, A.S. Konstantinov, V.A. Kormilitsin, V.l. Kravtsov, Y. Kubota, V.S. Lukanin, Y.A. Matulenko, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin, N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov, L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov,

V.K. Semenov, K.E. Shestermanov L.F. Soloviev, S. Stone, A.V.

Uzunian, A.N. Vasiliev, A.E. Yakutin, J. Yarba. Design and performance of LED calibration system prototype for the lead tungstate crystal calorimeter./ Nucl. Instrum. and Meth. A556 (2006) 94-99.

[5] V.A. Batarin, J. Butler, T.Y. Chen, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, V.Y. Khodyrev, A.S. Konstantinov, V.I. Kravtsov, Y. Kubota, V.S. Lukanin, Y.A. Matulenko, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin, N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov,

L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov, V.K. Semenov, K.E. Shestermanov, L.F. Soloviev, S. Stone, A.V. Uzunian, A.N. Vasiliev, A.E. Yakutin, J. Yaxba. > -

Comparison of radiation damage in lead tungstate crystals under pion and gamma irradiation./ Nucl. Instrum. and Meth. A530 (2004) 286-292.

Рукопись поступила 16 января 2006 г.

A.B. Рязанцев

Разработка и экспериментальное обоснование метода мониторирования электромагнитного калориметра проекта BTeV.

Оригинал-макет подготовлен с помощью системы Е^Т^цХ.

Редактор Л.Ф. Васильева. Технический редактор И.В. Кожина.

Подписано к печати 18.01.2006. Формат 60 х 84/16. Офсетная печать. Печ.л. 1,66. Уч.-изд.л. 1,35 Тираж 100. Заказ 7. Индекс 3649.

ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий 142281, Протвино Московской обл.

zoo&k

Индекс 3649 |

»-2841

i

i

i

i

г* *

АВТОРЕФЕРАТ 2006-1, И Ф В Э, 2006

Введение

1 Электромагнитный калориметр проекта BTeV

1.1 Научные цели проекта BTeV.

1.2 Основные требования к калориметру.

1.3 Электромагнитный калориметр на кристаллах PbW04. ф 1.4 Калибровка и мониторирование калориметра.

1.4.1 Калибровка калориметра электронами.

1.4.2 Мониторирование световым источником.

4 2 Экспериментальное обоснование возможности непрерывного мониторирования калориметра на кристаллах PbWC>

2.1 Экспериментальная установка для изучения свойств кристаллов вольфрамата свинца

2.1.1 Прототип электромагнитного калориметра.

2.1.2 Мониторная система на светодиодах.

• 2.2 Исследование возможного нарушения сцинтилляционного механизма в кристаллах PbW04 после пионного облучения

2.2.1 Постановка эксперимента и моделирование ожидаемых результатов.

2.2.2 Экспериментальные результаты.

2.3 Установление корреляции между изменениями сигналов от светодиода и электронов при облучении кристаллов пучками частиц высокой интенсивности 2.3.1 Процедура облучения кристаллов пионами и экспериментальные результаты.

2.3.2 Результаты электронного облучения.

3 Прототип мониторной системы калориметра

3.1 Обоснование выбора технического решения и компонентная база

3.2 Устройство прототипа.

3.3 Результаты тестовых испытаний.

3.3.1 Распределение света по площади выходного окна световода-смесителя.

3.3.2 Температурная зависимость системы.

3.3.3 Долговременная стабильность.

3.4 Возможные усовершенствования.

4 Предварительная селекция кристаллов по радиационной стойкости как необходимое условие надёжного мониторирования калориметра

1 4.1 Сравнение радиационной стойкости кристаллов вольфрамата свинца под действием пионного и гамма-излучений

4.1.1 Облучение пионами

4.1.2 Облучение гамма-квантами.

4.2 Прототип установки для тестов кристаллов с источником гамма-излучения.

4.2.1 Технические возможности прототипа.

4.2.2 Результаты исследования кристаллов

BTeV - новый эксперимент в области Б-физики, предлагавшийся для проведения на встречных пучках Теватрона в Фермилабе, США [6]. В состав установки должен был входить электромагнитный калориметр на кристаллах вольфрамата свинца и фотоэлектронных умножителях (ФЭУ), способный работать при высоких радиационных загрузках, сохраняя при этом хорошее разрешение в течение всего срока службы. Интенсивность потока частиц через калориметр не остаётся постоянной во время набора статиститки, что приводит к изменению его характеристик: в кристаллах может меняться световыход в довольно широком диапазоне, а в фотоумножителях - коэффициент усиления. Чтобы сохранять при таких условиях присущее данному типу калориметров рекордное разрешение, необходимо непрерывное монито-рирование этих параметров, при этом к стабильности мониторной системы предъявляются повышенные требования.

Проблема калибровки и мониторирования в каждом конкретном случае решается с учётом конструктивных особенностей детектора и условий эксперимента. Поскольку в состав калориметров всегда входят те или иные фотоприёмники со своей регистрирующей электроникой, возникает необходимость непрерывного контроля стабильности их коэффициентов преобразования. Поэтому, мониторные системы строятся с использованием импульсных источников света, в качестве которых в настоящее время чаще всего используются светодиоды или лазеры, сигналы от которых передаются к ячейкам калориметра.

Мониторные системы с лазерами применяются, как правило, в детек- . торах, состоящих из большого числа каналов, когда мощности светодиодов для передачи импульсов света по оптическим волокнам - световодам не достаточно для обеспечения требуемого энергетического эквивалента выходного сигнала. Такие системы оказываются довольно сложными и дорогостоящими, при этом очень трудно добиться их высокой долговременной стабильности.

Альтернативным решением в подобных случаях, а также когда по какой-либо причине использование оптических волокон невозможно, является мо-ниторирование каждого канала калориметра отдельным светодиодом. Характерно, что при этом практически отсутствует возможность контролировать стабильность яркости световых вспышек, что является серьёзным недостатком. В качестве иллюстрации применения данного технического решения можно привести мониторную систему электромагнитного калориметра эксперимента NOMAD (WA-96), проводившегося в ЦЕРНе [7]. Калориметр был сделан из свинцового стекла, а черенковский свет, возбуждаемый в стёклах электромагнитными ливнями, регистрировался фототетродами. Для мони-торирования в каждом канале использовались по два светодиода, управляемых индивидуальными высокостабильными импульсными источниками тока. В качестве обоснования своего решения авторы приводят выводы о том, что для стабильной работы мониторной системы с оптическими волокнами они должны быть надёжно закреплены на модулях калориметра, что было непросто сделать в их случае, поскольку отдельные модули предварительно тестировались в другом месте и лишь затем перемещались в экспериментальный зал для окончательной сборки детектора. При использовании светодиодов в каждом канале такой проблемы не возникало, но наличие в системе большого количества электронных компонентов со значительным технологическим разбросом параметров создавало дополнительные трудности. Так, приходилось проводить предварительный отбор светодиодов по световыходу. Тем не менее, нестабильность мониторной системы не превышала 1 % за несколько месяцев работы, правда, при использовании линейной поправки на температуру.

Аналогичное техническое решение применено разработчиками мониторной системы для строящегося фотонного спектрометра PHOS эксперимента ALICE на большом адронном коллайдере LHC в ЦЕРНе [8, 13]. Указанный спектрометр состоит из 17280 кристаллов вольфрамата свинца, сигналы с которых регистрируются PIN-фотодиодами большой площади с малошумящи-ми предусилителями. Весь спектрометр должен работать при температуре -25°С, поддерживаемой с точностью (0.3-0.4)°С. Ожидаемые радиационные загрузки в отдельных каналах калориметра невелики, что позволяет, как и в предыдущем случае, разместить светодиоды со своими драйверами непосредственно на входных окнах кристаллов. При испытаниях прототипа такой системы для сборки кристаллов 8x8 было показано, что долговременная нестабильность сигналов от светодиодов, составляла ~ Ю-3 за 100 часов наблюдений. Анализировались сигналы с PIN - фотодиодов, при этом стабильность усилительного тракта мониторировалась инжектированием калиброванного заряда на входы предусилителей. Как и в предыдущем случае, для создания мониторной системы всего спектрометра и обеспечения её надёжного функционирования потребуется выполнить большой объём работы по сборке и настройке электроники.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить точность калибровки калориметра на уровне долей процента в течение длительного срока службы, мониторная система должна обязательно содержать специальную подсистему с фотодетектором, контролирующим работу источников света. В качестве такого фотодетектора часто используются PIN-фотодиоды, стабильность которых не подвергается сомнению, либо, фотоумножители, в свою очередь мониторирующиеся калиброванным источником света, например, сцинтил-лятором, возбуждаемым радиоактивным источником. В последнем случае система заметно усложняется, а качество мониторирования сильно зависит от свойств используемого сцинтиллятора. В установке GRAAL Европейского центра синхротронных исследований (ESFR, Гренобль) использовался калориметр на кристаллах BGO с фотоэлектронными умножителями [9]. Абсолютная калибровка кристаллов производилась фотонами с энергией 1.27 МэВ от радиоактивного источника 22Na. Для контроля стабильности коэффициентов усиления ФЭУ применялась мониторная система на светодиодах.

В данном случае использовался только один драйвер, управлявший матрицей из семи светодиодов, которые освещали входное окно интегрирующей сферы - смесителя света. Сфера имела диаметр 6 дюймов, а её внутренняя поверхность была покрыта спектралоном - отражающим материалом, обеспечивающим диффузное рассеяние света. Применение интегрирующей сферы позволяло обеспечить однородную засветку пучка из 600 волокон, по которым свет распространялся к ячейкам калориметра, обеспечивая энергетический эквивалент амплитуды выходных сигналов ФЭУ равный 1 ГэВ. Стабильность амплитуды световых вспышек на выходном окне сферы мониторировалась с помощью отдельного фотоумножителя, свет к которому подводился по пяти оптическим волокнам - световодам. На фотокатоде этого ФЭУ был установлен калиброванный источником света - сцинтилляционный кристалл Nal(Tl), возбуждаемый радиоактивным источником 137Cs. Мониторная система в целом позволяла контролировать энергетический отклик калориметра в течение всего периода набора данных с точностью около 1 %.

Описание различных мониторных систем можно продолжить, но уже становится понятным, что на данный момент не существует какого-то одного универсального решения, позволяющего добиться желаемой точности калибровки любого детектора. В случае же калориметра на кристаллах вольфрама-та свинца, работающего при высоких радиационных загрузках, саму возможность мониторирования привычным способом необходимо было экспериментально доказать. Кроме того, перед сборкой установки необходимо провести предварительную селекцию кристаллов по их поведению при облучении, чтобы можно было использовать общую схему мониторирования для всех ячеек калориметра.

Актуальность изучаемых задач

Кристаллы вольфрамата свинца (PbW04 , часто - PWO) стали использоваться для строительства калориметров сравнительно недавно, но, благодаря таким крупным экспериментам, как CMS и ALICE на LHC (ЦЕРН), остановившим на них свой выбор, очень быстро прошли путь от изготовления опытных образцов до массового производства [10, 11, 12, 13]. При этом продолжались всесторонние исследования как в области технологии, так и их физических характеристик, одной из которых является радиационная стойкость. Самые первые изучения этого свойства кристаллов велись с помощью радиационных источников гамма-квантов и давали обнадёживающие результаты. Планировавшийся эксперимент BTeV придал новый импульс таким исследованиям, поставив задачу проверить радиационную стойкость кристаллов в условиях, максимально приближенных к реальным условиям эксперимента, т.е. при их облучении высокоинтенсивными и высокоэнергичными смешанными пучками частиц. Результатом таких исследований стал неутешительный вывод о том, что световыход кристаллов заметно изменяется при изменении мощности дозы, с которой они облучаются. Более того, все кристаллы в большей или меньшей степени отличаются друг от друга по диапазону этих изменений. Нахождение общих закономерностей их поведения является актуальнейшей задачей, поскольку даёт возможность разработать единый алгоритм мониторирования всех каналов калориметра при работе в составе установки, тем самым сохраняя его высокое разрешение.

Различные мониторные системы используются в детекторах частиц с давних времён, но разработка новых надёжных и стабильных устройств всегда остаётся актуальной задачей, поскольку быстрое развитие технологий позволяет использовать новые компоненты с улучшенными техническими характеристиками. Соответственно, и технические решения могут быть другими.

Наконец, очень важным представляется решение задачи проверки радиационной стойкости кристаллов при их массовом производстве, поскольку это поможет созданию калориметра с предсказуемым поведением, а значит и с лучшими условиями для калибровки и мониторирования.

Цель работы

Целью данной работы является экспериментальное обоснование возможности непрерывного мониторирования электромагнитного калориметра установки BTeV для сохранения его высокого разрешения на протяжении всего срока службы, разработка стабильной мониторной системы калориметра, а также доказательство того, что радиационные свойства кристаллов PbW04 могут контролироваться при их массовом производстве. Основные пункты программы измерений:

• относительное изменение световыхода по длине кристаллов при поперечном облучении их центральной зоны узким пионным пучком;

• относительные изменения сигналов от электронов и синего светодиода при облучении кристаллов пионами и электронами;

• долговременная стабильность светодиодной системы мониторирования прототипа калориметра во время тестовых сеансов на пучках;

• рабочие параметры прототипа модуля мониторной системы на светоди-одах калориметра BTeV;

• относительные изменения световыхода кристаллов при их облучении пионами и гамма-квантами с одинаковыми мощностями и профилями дозы;

• относительные изменения световыхода кристаллов при их облучении электронами и гамма-квантами с одинаковыми мощностями, но разными профилями дозы.

Научная новизна и практическая ценность работы

Впервые проведены прямые измерения, подтвердившие отсутствие нарушения сцинтилляционного механизма в кристаллах вольфрамата свинца в пределах точности измерений 0.5 % с уровнем достоверности 95 % при их облучении пионными пучками с мощностями доз до ~ 20 рад/ч. Вместе с установленной корреляцией между относительными изменениями сигналов от светодиода и электронов при облучении кристаллов пионными и электронными пучками высокой интенсивности, это позволило обосновать простой и надёжный способ непрерывного мониторирования электромагнитного калориметра с помощью импульсных источников света.

Проведённый детальный анализ долговременной стабильности светодиодной системы мониторирования прототипа калориметра позволил определить техническое решение для создания мониторной системы калориметра BTeV с долговременной нестабильностью менее 0.1 % за неделю. Разработанное и изготовленное устройство не является узкопрофильным и может оказаться востребованным во всех случаях, где необходимы стабильные световые сигналы.

Впервые проведены сравнительные измерения относительного изменения световыхода кристаллов при их облучении пионами и гамма-квантами с одинаковыми мощностями и профилями дозы. Проведённый анализ результатов показал, что при ограниченных мощностях дозы эти изменения близки по значениям, а значит предварительные измерения радиационной стойкости кристаллов могут проводиться с помощью гамма-источника. Это очень важный с практической точки зрения вывод, поскольку контролирование данного свойства кристаллов при их массовом производстве с использованием ускорительной техники не представляется возможным.

Измеренные токовым методом непосредственно во время облучения гамма квантами относительные изменения световыхода кристаллов и установленная корреляция с той же величиной, полученной методом амплитудного анализа при электронном облучении с одинаковой мощностью, но другим профилем дозы, позволили найти принципиальное решение контроля радиационной стойкости каждого кристалла при их массовом производстве. На созданной установке можно изучать радиационные свойства одновременно пяти кристаллов, что уже активно используется в работе по улучшению их качества совместно с производителями из Апатитов. При необходимости число одновременно облучаемых кристаллов может быть увеличено.

Богатейший опыт работы с кристаллами PbW04 , накопленный в рамках исследовательской программы по разработке электромагнитного калориметра проекта BTeV, может найти своё применение при создании аналогичных калориметров других экспериментов, например, планирующегося эксперимента PANDA (GSI, Германия) [14].

На защиту выносятся

• Методика и результаты прямого измерения величины изменения свето-выхода кристаллов вольфрамата свинца из-за нарушения сцинтилляци-онного механизма.

• Установление корреляции между относительными изменениями сигналов от светодиода и электронов при облучении кристаллов вольфрамата свинца пионными и электронными пучками высокой интенсивности.

• Методика и результаты анализа долговременной стабильности мониторной системы на светодиодах.

• Конструкция и рабочие характеристики модуля прототипа мониторной системы калориметра на кристаллах вольфрамата свинца и ФЭУ.

• Методика и результаты сравнительного изучения относительных изменений световыхода кристаллов вольфрамата свинца при их облучении пионами и гамма-квантами с одинаковыми мощностями и профилями дозы.

• Поточный метод измерения радиационной стойкости кристаллов вольфрамата свинца при их массовом производстве.

Основные публикации и апробация работы

Основные работы [1,2,3,4, 5] опубликованы в журнале Nuclear Instrument and Methods In Physics Research А. Кроме того, результаты, приведённые в диссертации, опубликованы во внутренних документах сотрудничества BTeV, препринтах ГНЦ ИФВЭ, электронном архиве arxiv.org. Результаты докладывались на международных конференциях "The 8-th International Conference on Advanced Technology and Particle Physics"(6-10 октября 2003 г., Комо, Италия) и "The 9-th Topical Seminar on Innovative Particle and Radiation Detectors"(23-26 мая 2004 г., Сиена, Италия), а также на совещаниях сотрудничества BTeV и CMS и семинарах ОЭФ ГНЦ ИФВЭ.

Апробация диссертации прошла в ГНЦ ИФВЭ 24 августа 2005 г.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения.

4.2.2. Результаты исследования кристаллов

На установке проводились сравнительные исследования кристаллов, произведённых в Богородицке, Шанхае и Апатитах. Главным образом, исследовались апатитские кристаллы, поскольку компания "Северные кристаллы "рассматривалась сотрудничеством BTeV как один из главных производителей кристаллов для калориметра.

Измерения проводились по следующему сценарию. Группа кристаллов, включавшая в себя двенадцать апатитских, два шанхайских и два богоро-дицких кристалла, была предварительно изучена на предмет радиационной стойкости при облучении электронами на пучке в ноябре 2004 года. Кристал

2005/06/02 16.18 1

0.9 0.8 0.7 0.6

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Time, hours a) Scintillation signal 1

0.9 0.8 0.7 0.6

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Time, hours b) Blue LED signal 1

0.9 0.8 0.7 0.6

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Time, hours c) Red LED signal

Рис. 4.9: Характерное поведение анодных сигналов ФЭУ с учётом поправок (см. в тексте) при облучении кристалла гамма-источником: (а) - сцинтилляци-онный сигнал; (Ь) - сигнал от синего светодиода, прошедший через кристалл (с) - сигнал от красного светодиода, прошедший через кристалл. лы были разделены на четыре группы, состоящие из трёх апатитских и одного не апатитского кристаллов. Средняя мощность дозы при облучении кристаллов составляла около 20 рад/ч, а облучение каждой четвёрки происходило в течение ~36 часов до состояния "насыщения"в изменении световыхода кристаллов. По результатам этого сеанса были получены значения относительного падения сигналов от электрона ("импульсный"метод) для каждого из 16-ти кристаллов, которые необходимо было сравнить со значениями относительного падения сигналов от гамма-квантов, измеренными токовым методом при той же мощности дозы, но с другим её продольным и поперечным распределением в кристалле. При наличии корреляции снимались бы все вопросы о применимости токового метода для селекции кристаллов по радиационной стойкости. (Измерения световыхода после гамма-облучения, представленные в разделе 4.1, также проводились токовым методом, однако в том случае радиоактивный источник был коллимирован.)

Измерения с гамма-источником были проведены в апреле 2005 года после восстановления кристаллов при комнатной температуре. Для удобства было решено облучать по четыре кристалла, сгруппированных, как при измерениях на пучке. Таким образом было произведено четыре цикла облучения. Система сбора данных была адаптирована для этих измерений аналогичным образом, как и во время тестов прототипа мониторной системы (см. раздел 3.3). Было задействовано семь каналов АЦП: пять каналов для измерения анодных сигналов ФЭУ и два - для сигналов с фотодиодов. С каждым тактом генератора, один раз в 6 секунд, записывалась следующая информация:

- 20 измерений пьедесталов АЦП (во всех каналах);

- 20 сигналов от синего светодиода, мониторирующего изменение прозрачности кристаллов (присутствовали во всех каналах ФЭУ и в канале соответствующего фотодиода); - 20 сигналов красного светодиода (аналогично предыдущему);

- 20 сигналов синего светодиода, мониторирующего усиление фотоумножителей (аналогично предыдущему);

- показания термодатчиков;

- данные измерения высокого напряжения в каналах питания ФЭУ системой высоковольтного питания LeCroy 1440.

Из-за высокой интенсивности сцинтилляций в кристалле в анодной цепи ФЭУ возникал постоянный ток, изменявшийся вместе со световыходом кристалла. Для того, чтобы его измерить, длительность ворот АЦП (одинаковая для всех каналов) была увеличена до 1 мкс. Таким образом, при измерении пьедестала в канале АЦП, соединённом с ФЭУ, получали его смещённое значение, равное сумме значений собственного пьедестала данного канала АЦП и численного эквивалента анодного тока ФЭУ. Собственный пьедестал АЦП измерялся перед началом каждого цикла облучения при закрытом коллиматоре и затем вычитался при обработке данных из полученного при открытом коллиматоре смещённого пьедестала. В результате оставалось измеренное значение анодного тока.

Сигналы от всех светодиодов на анодах ФЭУ присутствовали на фоне постоянного тока, вызванного сцинтилляционным светом кристалла, и интегрировались в АЦП вместе с ним. При обработке данных чистые сигналы от светодиодов получались обычным образом: из полученной величины вычиталось измеренное значение смещённого пьедестала.

В целом обработка результатов велась также, как и при анализе долговременной стабильности мониторной системы, подробно описанном в разделе 2.1.2. Благодаря тому, что число запусков светодиодов и измерений пьедесталов было увеличено, по сравнению с набором данных на пучке, стало возможным вычислять средние значения интересующих сигналов за более короткие интервалы времени, не теряя статистической точности. На Рис. 4.9 показано характерное поведение токового сигнала и сигналов от светодиодов при облучении одного из кристаллов. Каждая точка на представленных гистограммах является средним значением в интервале 2 мин. Сигналы от всех светодиодов, измеренные ФЭУ, предварительно были скорректированы на показания фотодиодов. Все приведённые кривые получены с учётом поправки на коэффициент усиления ФЭУ, а сцинтилляционный сигнал был дополнительно скорректирован по температуре.

Для сравнения с результатами, полученными на пучке, для всех кристаллов были вычислены относительные изменения сцинтилляционных сигналов через 35 часов после начала облучения. На Рис. 4.10 показана корреляция между величинами относительного падения сигналов от электронов и гамма-квантов, полученная по 16-ти кристаллам. Как видно, кристаллы сильно отличаются друг от друга по радиационной стойкости, но именно благодаря этому обстоятельству оказалось возможным сделать вывод о правомочности применения описанного в данном разделе токового метода для её оценки. с о о 12 о 2 0

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Signal loss on gamma, %

Рис. 4.10: Корреляция между величинами относительного падения сигналов от электронов и гамма-квантов после, соответственно, электронного и гамма облучения кристаллов с одинаковыми мощностями дозы.

Заключение

В рамках подготовки эксперимента BTeV в Фермилабе при решающем вкладе диссертанта было показано, что электромагнитный калориметр на основе сцинтилляционных кристаллов вольфрамата свинца и фотоумножителей можно непрерывно мониторировать во время набора статистики при помощи стабильной системы на светодиодах, тем самым сохраняя присущее данному типу калориметра высокое энергетическое разрешение. В диссертации описаны проведённые измерения, необходимые для доказательства применимости данного метода мониторирования, и методика анализа полученных результатов. Кроме того, приводится обоснование выбора компонентов мониторной системы калориметра, её устройство и результаты измерения параметров прототипа, разработанного и изготовленного при непосредственном участии диссертанта. Наконец, изложен метод непрерывного измерения относительного изменения световыхода одновременно группы кристаллов в процессе облучения радиоактивным источником, предложенный автором, описана установка, на которой проводились измерения и приведены экспериментальные доказательства возможности предварительной селекции кристаллов по радиационной стойкости. Основные результаты и выводы следующие.

1. Впервые проведены прямые измерения, доказавшие отсутствие нарушения сцинтилляционного механизма в кристаллах PbW04 при их облучении адронами с мощностями доз до ~ 20 рад/ч. Для десяти кристаллов, произведённых в Богородицке и Шанхае, получено, что изменений их световыхода из-за нарушения интенсивности сцинтилляций не наблюдается в пределах ошибки измерений ~ 0.5 % с уровнем достоверности 95 %. Таким образом, изменение световыхода кристаллов происходит практически полностью за счёт изменения их прозрачности, по крайней мере, для указанных мощностей доз облучения. Примерно 90 % всех кристаллов установки BTeV должны были находиться под воздействием радиации с меньшими мощностями доз, а значит изменение их световыхода можно было бы непрерывно мониторировать с помощью источника света с длиной волны в районе максимума их спектра высвечивания.

2. Было установлено наличие корреляции между изменениями сигналов от светодиода и электронов при облучении кристаллов пионными и электронными пучками высокой интенсивности и показано, что на ограниченных интервалах времени зависимости между относительными изменениями этих сигналов корошо описываются линейными функциями. Средние значения распределений коэффициентов пропорциональности, вычисленных для группы кристаллов по наклонам фитирующих прямых при пионном и электронном облучениях, совпали в пределах ошибок. Это позволяет разработать простую процедуру поправок результатов измерения энергии в промежутках между калибровками in situ при работе калориметра в составе установки BTeV. При коррекции сигналов от электронов на сигналы от синего светодиода во время непрерывного облучения прототипа калориметра электронным пучком достигнута средняя точность восстановления энергии 0.25 % для целой группы кристаллов, произведённых в Шанхае и Богородицке, что удовлетворяло техническим требованиям к калориметру BTeV.

3. По результатам анализа долговременной стабильности мониторной системы на светодиодах, применявшейся в экспериментальной установке для изучения свойств кристаллов вольфрамата свинца во время всех измерений на пучке, установлено:

• имеющаяся мониторная система позволяет проводить долговременные измерения с точностью лучше,чем 1 %, при этом суточная нестабильность была на уровне 0.2 % RMS;

• главным источником нестабильности мониторной системы в анализируемый период были колебания температуры;

• данное схемотехническое решение могло быть применено для создания мониторной системы эксперимента BTeV при условии решения проблемы температурной нестабильности.

4. Предложен вариант секционированной мониторной системы калориметра BTeV на светодиодах с использованием четырёх одинаковых модулей генераторов импульсов синего и красного света, каждый из которых обеспечивал бы мониторирование до 3000 ячеек калориметра через жгут оптических волокон-световодов. С помощью синего светодиода предполагалось отслеживать изменение прозрачности кристаллов, а значит и их световыхода. Красный светодиод необходим для мониторирования нестабильности коэффициентов усиления ФЭУ. Разработан и изготовлен на современной компонентной базе прототип модуля мониторной системы. Измеренная однородность засветки жгута волокон составляет 8 % при требовании не хуже 20 %. Для уменьшения влияния внешней температуры на стабильность мониторных сигналов вся система размещена в термоизолированном корпусе с возможностью стабилизации температуры внутри него. При колебании внешней температуры в пределах 2 °С температура в районе светодиодов менялась не более, чем на 0.1 °С. Нестабильность мониторного сигнала для этих условий, измеренная фотодиодом, составила 0.05 % RMS за одну неделю непрерывных наблюдений. Полученный результат с большим запасом удовлетворяет требованиям по стабильности мониторной системы (0.2 %).

5. Проведены сравнительные измерения потерь световыхода кристаллов PbW04 при облучении пионами и гамма-квантами с одинаковыми профилями и мощностями доз (до 60 рад/ч). Для шести испытанных образцов кристаллов, полученных от разных производителей, отношения потерь лежат в диапазоне от 0.8 до 1. На основании этого можно сделать заключение, что облучение пионами и гамма-квантами с одинаковыми мощностями доз дают схожий результат потери световыхода кристаллов. Это наблюдение позволило обосновать возможность предварительной селекции кристаллов по радиационной стойкости с помощью радиоактивного источника.

6. Предложен метод непрерывного измерения относительного изменения световыхода кристаллов непосредственно в процессе их облучения гамма-источником с высокой активностью. Он основан на регистрации постоянного тока с анода ФЭУ, вызванного большой интенсивностью сцинтилляций в кристалле при облучении. Данное решение позволяет проводить измерения одновременно нескольких кристаллов, что очень важно, учитывая общее количество кристаллов, которое необходимо протестировать перед сборкой калориметра.

7. Проведены сравнительные измерения относительного падения световыхода кристаллов при их облучении электронами и гамма-квантами с одинаковыми мощностями доз, но разными их профилями. Методы измерения также были различными: при облучении электронами использовался обычный метод амплитудного анализа импульсов с анодов ФЭУ, а при облучении гамма-квантами использовался токовый метод. Получена чёткая корреляция между результатами двух измерений одних и тех же кристаллов, что доказывает правомочность применения токового метода для оценки радиационной стойкости кристаллов при их облучении гамма-источником.

В заключении автор хотел бы выразить благодарность научному руководителю дфмн А.Н.Васильеву за чёткую постановку задачи, активную поддержку и внимательное руководство. Автор признателен членам сотрудничества BTeV: Фермилабу, Сиракузскому Университету и Университету Миннесоты за предоставленные электронику для системы сбора данных и исследуемые кристаллы PbW04 , а также лично руководителям проекта BTeV Д. Батлеру, Ш. Стоуну и Ю. Куботе за плодотворное сотрудничество, интересные идеи и критические замечания при проведении измерений, обработке результатов и подготовке публикаций. Кроме того, автор благодарен за неоценимую помощь в подготовке измерений, наборе статистики и анализе данных всей группе ИФВЭ в BTeV: В.А. Батарину, Ю.М. Гончаренко, В.Н. Гришину, A.M. Давиденко, А.А. Деревщикову, В.А. Качанову, А.С. Константинову, В.А. Кормилицыну, В.И. Кравцову, B.C. Луканину, Ю.А. Матуленко, Ю.М. Мельнику, А.П. Мещанину, Н.Г. Минаеву, Н.Е. Михалину, Д.А. Морозову, В.В. Мочалову, Л.В. Ногач, В.А. Пикалову, Л.Ф. Соловьеву, А.В. Узуняну, В.Ю. Ходыреву, К.Е. Шестерманову, Ю. Ярбе и А.Е. Якутину, а также коллегам по работе A.M. Горину, В.Г. Лапшину и В.И. Рыкалину за полезные консультации.

V.A. Batarin, J. Butler, T.Y. Chen, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, A.S. Konstantinov, V.I. Kravtsov, V.A. Kormilitsin, Y. Kubota, Y.A. Matulenko, V.A. Medvedev, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin, N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov, L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov, V.K. Semenov, K.E. Shestermanov, L.F. Soloviev, S. Stone, A.V. Uzunian, A.N. Vasiliev, A.E. Yakutin, J. Yarba.

LED monitoring system for the BTeV lead tungstate crystal calorimeter prototype./ Nucl. Instrum. and Meth. A534 (2004) 486-495.

V.A. Batarin, J. Butler, T.Y. Chen, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, V.Y. Khodyrev, A.S. Konstantinov, V.I. Kravtsov, Y. Kubota, V.S. Lukanin, Y.A. Matulenko, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin, N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov, L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov, V.K. Semenov, K.E. Shestermanov, L.F. Soloviev, S. Stone, A.V. Uzunian, A.N. Vasiliev, A.E. Yakutin, J. Yarba.

Comparison of radiation damage in lead tungstate crystals under pion and gamma irradiation./ Nucl. Instrum. and Meth. A530 (2004) 286-292.

V.A. Batarin, J. Butler, T.Y. Chen, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, A.S. Konstantinov, V.I. Kravtsov, V.A. Kormilitsin, Y. Kubota, V.S. Lukanin, Y.A. Matulenko, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin, N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov, L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov, V.K. Semenov, K.E. Shestermanov, L.F. Soloviev, S. Stone, A.V. Uzunian, A.N. Vasiliev,

A.E. Yakutin, J. Yarba.

Study of possible scintillation mechanism damage in PbW04 crystals after pion irradiation./ Nucl. Instrum. and Meth. A540 (2005) 131-139.

V.A. Batarin, J. Butler, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, A.S. Konstantinov, V.I. Kravtsov, Y. Kubota, V.S. Lukanin, Y.A. Matulenko, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin, N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov, L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov, V.K. Semenov, K.E. Shestermanov, L.F. Soloviev, S. Stone, A.V. Uzunian, A.N. Vasiliev, A.E. Yakutin, J. Yarba. Correlation of beam electron and LED signal losses under irradiation and long-term recovery of lead tungstate crystals./ Nucl. Instrum. and Meth. A550 (2005) 543-550.

V.A. Batarin, J. Butler, A.M. Davidenko, A.A. Derevschikov, Y.M. Goncharenko, V.N. Grishin, V.A. Kachanov, V.Y. Khodyrev, A.S. Konstantinov, V.A. Kormilitsin, V.I. Kravtsov, Y. Kubota, V.S. Lukanin, Y.A. Matulenko, Y.M. Melnick, A.P. Meschanin, N.E. Mikhalin, N.G. Minaev, V.V. Mochalov, D.A. Morozov, L.V. Nogach, A.V. Ryazantsev, P.A. Semenov, V.K. Semenov, K.E. Shestermanov, L.F. Soloviev, S. Stone, A.V. Uzunian, A.N. Vasiliev, A.E. Yakutin, J. Yarba.

Design and performance of LED calibration system prototype for the lead tungstate crystal calorimeter/ Nucl. Instrum. and Meth. A556 (2006) 94-99.

A. Kulyavtsev, et al. Proposal for an Experiment to Measure Mixing, CP Violation and Rare Decays in Charm and Beauty Particle Decays at the Fermilab Collider - BTeV, May 2000;

G.Y. Drobychev et al., Update to Proposal for an Experiment to Measure Mixing, CP Violation and Rare Decays in Charm and Beauty Particle

Decays at the Fermilab Collider - BTeV, March 2002. http://www-btev.fnal.gov/cgi-bin/public/DocDB/ShowDocument?docid=316

7. D. Autiero, et al. A high stability light emitting diode system for monitoring lead glass electromagnetic calorimeters./ Nucl. Instrum. and Meth. A372 (1996), 556.

8. Blick A.M., et al. Test of a LED monitoring system for the PHOS spectrometer: IHEP Preprint 99-50.- Protvino, 1999.

9. F. Ghio, et al. The GRAAL high resolution BGO calorimeter and its energy calibration and monitoring system./ Nucl. Instrum. and Meth. A404 (1998), 71-86.

10. 0. Buyanov, et al. Beam studies of EM calorimeter prototype built of PbW04 Crystals: IHEP Preprint 93-144.- Protvino, 1993; Published in Proceedings of Calorimetry in High Energy Physics, 1993, La Biodola, Italy, pp.292-300.

11. O.V. Buyanov, et al. A first electromagnetic calorimeter prototype of PbW04 crystals./ Nucl. Instrum. and Meth. A349 (1994), 62-69.

12. CMS, The Electromagnetic Calorimeter Project Technical Design Report: CERN/LHCC 97-33, CMS TDR 4 (1997).

13. ALICE, Technical Design Report of the Photon Spectrometer (PHOS): CERN/LHCC 99-4, ALICE TDR 2 (1999).

14. http://www.epl.rub.de/~panda/auto/det/home.htm .

15. R.J. Yarema, et al. A fast wide range charge integrator and encoder ASIC for photomultiplier tubes: FERMILAB-PUB-92-311 (1992).

16. The BTeV Detector Technical Design Report, December 2004. http://www-btev.fnal.gov/cgi-bin/public/DocDB/ShowDocument?docid=2115 .

17. E. Auffray. Results on different measurements on Endcap crystals (23682467) made in RC CERN/lab27: CERN, CMS, in: Minutes of the Detector Performance Group meeting on June 11, 2002.

E.Auffray, et al. Comparison of different irradiation procedures for recently optimized russian PbW04 crystals: CERN, CMS NOTE 98/069 (1998).

18. V.A. Batarin, et al. Development of a momentum determined electron beam in the 1-45 GeV range./ Nucl. Instrum. and Meth. A510 (2003), 211-218.

19. V.A. Batarin, et al. Precision measurement of energy and position resolutions of the BTeV electromagnetic calorimeter prototype./ Nucl. Instrum. and Meth. A510 (2003), 248-261.

20. V.A. Batarin, et al. Study of radiation damage in lead tungstate crystals using intense high-energy beams./ Nucl. Instrum. and Meth. A512 (2003), 488-505.

21. G.A. Alexeev, et al. Proc. 5th Int. Conf. on Calorimetry in High Energy Physics, La Biodola, eds. H.A. Gordon and D. Rueger (World Scientific, Singapore, 1994) p. 97; Beam test results of a PbW04 crystal calorimeter prototype./ Nucl. Instr. and Meth. A364 (1995) 307-310.

22. V.A. Kachanov, et al. Light source for energy stabilization of calorimetric detectors based on photodetectors./ Nucl. Instrum. and Meth. A314 (1992), 215-218.

23. http://www.us.kingbright.com .

24. A.A. Annenkov, et al. Lead tungstate scintillation material./ Nucl. Instr. and Meth. A 490 (2002) 30-50.

25. R.Y. Zhu. Radiation damage in scintillating crystals./ Nucl. Instr. and Meth. A 413 (1998) 297-311.

N. Gender. Studies of PbW04 Crystals and Construction and Tests of a Compact Crystal Calorimeter for ZEUS: Dissertation. DESY-thesis-00-024, May 2000.

26. R.Y. Zhu, частная беседа.

27. E. Auffray, et al. Beam tests of lead tungstate crystal matrices and a silicon strip preshower detector for the CMS electromagnetic calorimeter./ Nucl. Instrum. and Meth. A412 (1998), 223-237.

28. http://www.luxeon.com .

29. http://usa.hamamatsu.com .

30. http://www.polymicro.com .

31. Vasken Hagopian. Radiation damage of quartz fibers: CMS CR 1999/002; Nuclear Physics В - Proceedings Supplements, Volume 78, Issues 1-3, August 1999, P. 635-638.

32. http://www.irf.com .

33. A.V. Averin, A.M. Voloschenko, E.P. Kondratenko, et al. The ROZ-6 One-Dimensional Discrete Ordinates Neutrons, Gamma-Rays and Charged Particles Transport Code./

Proc. Int. Topical Meeting on Advaces in Mathematics, Computations and Reactor Physics, Pittsburgh USA, 1991, vol.5.

34. I. Azhgirey, I. Kurochkin, V. Talanov. Development of MARS code package for radiation aspects of electronuclear installations design./ Proceedings of the 15th Conference on Charged Particles Accelerators, Protvino, 22-24 October, 1996, 74.

1. ED monitoring system for the BTeV lead tungstate crystal calorimeter prototype./ Nucl. Instrum. and Meth. A534 (2004) 486-495.

2. Blick A.M., et al. Test of a LED monitoring system for the PHOS spectrometer: IHEP Preprint 99-50.- Protvino, 1999.

3. O.V. Buyanov, et al. A first electromagnetic calorimeter prototype of PbW04 crystals./ Nucl. Instrum. and Meth. A349 (1994), 62-69.

4. CMS, The Electromagnetic Calorimeter Project Technical Design Report: CERN/LHCC 97-33, CMS TDR 4 (1997).

5. ALICE, Technical Design Report of the Photon Spectrometer (PHOS): CERN/LHCC 99-4, ALICE TDR 2 (1999).14. http://www.epl.rub.de/panda/auto/det/_home.htm .

6. R.J. Yarema, et al. A fast wide range charge integrator and encoder ASIC for photomultiplier tubes: FERMILAB-PUB-92-311 (1992).

7. The BTeV Detector Technical Design Report, December 2004. Ф http://www-btev.fna..gov/cgi-bin/pubIic/DocDB/ShowDocument?docid=2115 .95

8. V.A. Batarin, et al. Development of a momentum determined electron beam in the 1-45 GeV range./ Nucl. Instrum. and Meth. A510 (2003), 211-218.

9. V.A. Batarin, et al. Precision measurement of energy and position resolutions of the BTeV electromagnetic calorimeter prototype./ Nucl. Instrum. andMeth. A510 (2003), 248-261.

10. V.A. Batarin, et al. Study of radiation damage in lead tungstate crystals using intense high-energy beams./ Nucl. Instrum. and Meth. A512 (2003), 488-505.

11. V.A. Kachanov, et al. Light source for energy stabilization of calorimetric detectors based on photodetectors./ Nucl. Instrum. and Meth. A314 (1992),215-218.23. http://www.us.kingbright.com .

12. A.A. Annenkov, et al. Lead tungstate scintillation material./ Nucl. Instr. and Meth. A 490 (2002) 30-50.

13. R.Y. Zhu. Radiation damage in scintillating crystals./ Nucl. Instr. and Meth. A 413 (1998) 297-311.N. Gender. Studies of PbW04 Crystals and Construction and Tests of aCompact Crystal Calorimeter for ZEUS: Dissertation. DESY-thesis-00-024,May 2000.96

14. R.Y. Zhu, частная беседа.

15. Vasken Hagopian. Radiation damage of quartz fibers: CMS CR 1999/002; Nuclear Physics В - Proceedings Supplements, Volume 78, Issues 1-3, August1999, P. 635-638.32. http://www.irf.com .