Mesure de pureté de l’Argon liquide du calorimètre

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1 Mesure de pureté de l’Argon liquide du calorimètre
A. Besson, G. Bosson, Y. Carcagno, P. Martin, G. Mondin, G. Sajot Mesure de pureté de l’Argon liquide du calorimètre Argon Test Cell (A.T.C.) Présentation de la cellule Cryogénie, électronique Source  Mesures Calibrations et erreurs Source  Résultats et conclusion D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

2 Importance de la mesure
Calorimètre DØ: Partie active : Argon liquide (LAr) Partie passive : Ur (EM) / acier (Had) Gerbe électromagnétique  Ionisation de l’Argon liquide Pureté de l’Argon liquide Toute molécule électronégative ( ) absorbe les e- et donc diminue le signal. Disposer d’une pureté < 0.5 ppm Mesurer précisément la pollution. E=10kV/cm, d=2mm (ATLAS LARG-NO-53) D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

3 Principes: 2 sources  et 
ALPHA 5.5 MeV, T = 430 ans BETA 3.5 MeV, T = 1 an, 40kBq Électrodéposition des sources sur une électrode d’acier inoxydable. Immersion dans l’Argon liquide (à ~ 85 K) Ionisation, dérive des charges par un champ électrique E ajustable distance (gap) entre les électrodes : d = 2.15 mm. La charge collectée dépend de la pollution p et du champ E. D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

4 L’ATC D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

5 Échangeur LN2 Cables signaux sources Hautes Tensions
L’ATC Échangeur LN2 Cables signaux sources Hautes Tensions D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

6 Histoire de l’A.T.C. Système utilisé au Run I (1990-96)
LAr stocké depuis 5 ans dans un dewar (~ litres) Améliorations Run II Nouvelle source Beta Électronique (preAmplis, Pulsers, etc.) Programme d’acquisition en LabWindows Ajout d’un pollueur à pour la calibration Revue complète du cryostat (détections de fuites, vérifications des vannes, etc.) Calibration du système (2000) Mesures de pureté Dewar Juillet 2000 et octobre 2000. Mesures Calo : Décembre 2000 Histoire de l’A.T.C. Calorimètre A. T. C. LAr DEWAR D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

7 Mesures avec la source Alpha
Particule  hautement ionisante  Énergie déposée sur ~ 20 m  courant constant Balayage du champ électrique E (~20 valeurs) Charge collectée = f (E,p) ~ evts / point Signal renormalisé : Piedestal Signal Pulser D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

8 Alpha : principe de la mesure
Source  Alpha : principe de la mesure Charge collectée recombinaison avec (a,b,c = constantes) Absorption avec longueur de radiation D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

9 Alpha : exemple de mesure
Source  Alpha : exemple de mesure Fit de Abs(E,p) en fonction de E. Exemple Noir : fit = 0.37 ppm Bleu : fit ppm Rouge : fit + 0.1ppm Absorption E (kV/cm) D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

10 Estimation des erreurs
Source  Estimation des erreurs Principales sources d’erreur : Statistique ~ 0.5 % Haute Tension ~ 2 % gap entre les électrodes : d = 2.15  0.05 mm Fit ~ % Total p/p ~ 5-7 % Erreurs systématiques (électronique, non linéarité du gain des préamplis, etc.)  Calibration nécessaire D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

11 Source  Calibration Recette Partir d’un échantillon d’Argon ultra pur < 0.1 ppm Polluer d’une quantité connue d’ Par exemple 0.5 ppm Bien mélanger, laisser reposer une heure. Mesurer D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

12 Calibration (2) Erreur sur la pollution attendue ~ 11 %
Source  Calibration (2) Erreurs sur la pollution : Quantité d’Argon : 8-10 litres  5 % Volume d’ : 8.3 cm  1.5 % Pression d’ : 1 bar  10 % Erreur sur la pollution attendue ~ 11 % Absorption Mesuré / Attendu E (kV/cm) D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

13 Alpha: calibration déc. 2000
Échantillon Argon Pollution attendue Pollution mesurée (moyenne) Cylinder 1 < 0.2 0.050.10 Cylinder 2 0.100.10 Argon pollué 0.69  0.12 0.77  0.12 0.97  0.14 1.01  0.12 1.11  0.15 1.21  0.12 Mesuré / Attendu D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

14 Erreurs sur la mesure alpha
Source  Fit linéaire donne l’erreur finale Pollution mesurée Erreur 0.2 ppm  0.10 0.3 ppm 0.5 ppm  0.11 1.0 ppm  0.12 2.0 ppm  0.16 3.0 ppm  0.21 5.0 ppm  0.33 Attendu (ppm) Mesuré (ppm) D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

15 Avec a, b, c, d, g paramètres du fit.
Source  Source Beta Installation : octobre 2000 Particularités Spectre complet. Particule très peu ionisante  La trace traverse le gap Utilisation d’un gap trigger  diminue le bruit Pas d’expression théorique  fit empirique Avec a, b, c, d, g paramètres du fit. D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

16 Beta: paramètres vs pol.
A et B donnés par calibration. D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

17 Beta: calibration et C.C.
Pollution mesurée Erreur 0.2 ppm  0.10 0.3 ppm 0.5 ppm  0.11 1.0 ppm  0.20 2.0 ppm  0.38 3.0 ppm  0.57 5.0 ppm  0.95 Mesuré / Attendu D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

18 Beta: calibration et N.E.C.
Mesuré / Attendu D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

19 Mesures compatibles et stables dans le temps.
Sources  et  Résultats des mesures. Beta OCTOBRE 2000: DECEMBRE 2000: Alpha JUILLET 2000: OCTOBRE 2000: DECEMBRE 2000: Mesures compatibles et stables dans le temps. D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson

20 Conclusion Précision des mesures :  0.15 ppm
Pureté de l’Argon liquide Conclusion Précision des mesures :  0.15 ppm L’Argon liquide du Dewar pourra être utilisé au Run II. Les calorimètres de DØ remplis  pureté OK pour C.C. et N.E.C. Sources internes  prendront le relais (Univ. Mainz)  en cours de tests. Web: DØ note 3799 D0-France, Marseille, janvier 2001 Auguste Besson