Jeannine Wagner Universität Karlsruhe. DPG 2007, Heidelberg

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1 Strahlungseffekte bei dem CDF Siliziumdetektor Jeannine Wagner für die CDF Kollaboration DPG 2007, Heidelberg CDF Siliziumdetektor Strahlbezogene Zwischenfälle Langfristige Strah lungseffekte 1

2 Tevatron Beschleuniger Rekordluminosität: ~ cm 2s 1 Gelieferte Luminosität 2.5 fb 1 (2.0 fb 1 auf Band) Teilchenpakete Kollisionen alle 396 ns Ziel: (5 8) fb 1 in Run II (bis 2009) 2

3 CDF Detektor CDF: Myonkammer Vielzweckdetektor Größter zur Zeit p Siliziumdetektor betriebener Sili ziumdetektor Seit 2002 stabile Datennahme p mit dem Siliziumdetektor: y z x Driftkammer (COT) 92% des Detektors in Betrieb 84% des Detektors gibt Daten mit einer digitalen Fehler Kalorimeter 1.4 T Solenoidmagnet rate < 1% Effizienz stabil bei 95% 3

4 Siliziumdetektoren xy Ansicht Siliziumdetektor Run II: Siliziumstreifendetektor 7 8 konzentrische Lagen von Siliziumsensoren (~6 m2) zwischen r=1.4 cm und r=29 cm Kanäle, 5644 Chips rz Ansicht Sub Detektoren: L00, SVX, ISL Zweck: Präzise Spurrekonstruktion Sekundärvertex Trigger SVX+L00 ISL 4

5 Tevatron Strahlzwischenfälle Siliziumdetektoren liegen dicht am Strahlrohr besonders gefährdet durch Tevatron Strahlzwischenfälle Energie des Strahls entspricht der eines Rennautos mit 200km/h (Selbst Sekundärteilchen verusachen erheblichen Schaden) Am gefährlichsten sind asynchrone Strahlabbrüche: 17 dieser Zwischenfälle in den letzten 4 Jahren ~30 Chips (~0.5%) perma nent dadurch beschädigt 2619 ns Abort Kicker Andere Chips erholen sich wieder nach ein paar Wochen Ruhe Abort Gaps CDF Secondary Particles Silicon Detector Beam Dump Collimator 5

6 Lebensdauer des Siliziumdetektors Kontinuierliche Bestrahlung Haupt bedenken: Vollständige Verarmung des Detektors: Anstieg der Verarmungspannung Vb + De ple tio n z o ne w un de ple te d z o ne Vdep nach Typinversion Begrenzung der Bias Span nung Vb (konstruktionsbedingt) Signal/Rausch Verhältnis: Erhöhung des Leckstroms und des Chip Auslese Rauschens Abnahme der Effizienz zur Lad ungssammlung 6

7 Bestimmung der aktuellen Vdep Messung der ADC Spek tren von Treffern auf re konstruierten Teilchen spuren Bestimmung des Maximums der ADC Verteilung für verschiedene Vb (fit: Landau Gauß) Vdep: Ladung = 95% der Amplitude der angepassten Sigmoid Funktion 7

8 Vdep Abschätzung der Lebensdauer Die innersten Lagen bekommen die grösste Menge an Strahlung ab Innerste Lage vom SVX (~ 300±60 krad/fb 1 r=3cm) L00: Strahlungshart > Innerste Lage von SVX ist am kritischsten Daten scheinen der opti mistischen Vorhersage zu folgen Siliziumdetektor kann bis zum Ende des Run II voll ständig verarmt werden 8

9 40 Noise (ADC Counts) Signal (ADC Counts) Modell für Signal und Rauschen Innerste Lage des SVX 30 Signal const L 4 des SVX 3 Rauschen const L (Gaps: data not yet processed) (Gaps: data not yet processed) Integrated Luminosity (fb 1) Verwende Datensatz aufgezeichnet mit J/ψ µµ Trigger Innerste Lage Integrated Luminosity (fb 1) Bestimmt aus Kalibrations Runs (ohne Strahl) 9

10 Anpassung mit unserem Modell, große Extrapo lation bis 8 fb 1 1. Grenze: S/R > 8 (Sekundärvertex Trigger Effizienz) 2. Grenze: S/R > 6 3 Signal-to-Noise Ratio Signal Rausch Verhältnis Detektorlebensdauer 2 Verhältnis limitiert zu sein SVT Efficiency 6 (b tagging) scheint nicht durch S/R SVX 14 0 b Tagging Integrated Luminosity (fb 1) 10

11 Zusammenfassung CDF Siliziumdetektor: Größter zur Zeit operierender Sili ziumdetektor Stabile Datennahme seit 2002 Starker Strahlung ausgesetzt Beobachtete Entwicklung von Vdep und S/R entsprechen den Abschätzungen Siliziumdetektor sollte den Studien zu Folge ohne größere Einschränkung der Leistungsfähigkeit bis Ende von Run II betrieben werden können 11