Design of a decision unit for calibration of a particle detector using a laser system
Creators
- 1. Conservatoire National des Arts et Metiers, CNAM, Chaire de Banque, 2 rue Conte, F-75141 Paris Cedex (France)
Description
The ATLAS detector conceived for particle physics studies will begin its operation on the Large Hadronic Collider (LHC) by 2007. It will be dedicated to search of Higgs boson and studies of the Standard Model and new physics beyond it. The scintillation tile calorimeter is a sub-assembly of the ATLAS detector. The 10,000 readout paths of the calorimeter are constituted of photomultipliers transforming light in electric signals. The reconstruction of the particle tracks and energy disposed into the detector must be accurately determined. Hence every sub-assembly is provided with several calibration systems. The calibration system of the scintillator tile calorimeter makes use of a laser which has its own calibration units providing accurate knowledge of the calorimeter light pulses feeding the photomultipliers. It consists of: - four photodiodes receiving a fraction of the laser beam; - a monochromatic alpha radioactive source passing in front of photodiodes; - a charge injector to test the photodiode preamplifier linearity. To control the laser system an electronic card was designed and built. This is inserted into a VME frame composed of three parts: - the first one is an interface with the soft via the VME bus; - the second one is a pulse shaper for the analog signals coming from photomultipliers and photodiodes; - while, the third one records the laser response time. The electronic signals issued from the analogue inputs are shaped by constant fraction discriminators. Particularly, they have the specific feature of giving response times almost independent of the input signal height. The laser response time is dependent on the height of light pulses. The SLAMA card embodies a function dedicated to this operation with the purpose of optimizing the calibrations in the absence of physical events. Other various functions are also integrated by the card by means of FPGA programmable digital components the following specific circuits: - an interface with the VME bus; - a time digital converter, TDC, ASIC, developed at CERN; - a unit for laser triggering delay control; - a software for autonomous operation. The preliminary tests before complete integration within the system were carried out in the laboratory. These allow confirming the feasibility of laser command and control. They showed also the high card's flexibility due to its possibility of in-situ re-configuration
Availability note (English)
Also available from Service de Documentation, Institut de Physique Nucleaire de Lyon, Universite Claude Bernard, Lyon I, 43 bd du 11 Novembre 1918, F - 69622 Villeurbanne Cedex (FR)Abstract (French)
Le detecteur ATLAS concu pour etudier la physique des particules, sera mis en service a partir de 2007 sur le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). Il sera dedie a la recherche du boson de HIGGS et a des etudes dans le cadre du modele standard ou en dehors. Le calorimetre a tuiles scintillantes est un sous-ensemble du detecteur ATLAS. Les 10000 voies de lecture, composant ce calorimetre, sont constituees de photomultiplicateurs qui transforment la lumiere en signal electrique. La reconstruction du passage des particules et l'energie deposee dans le detecteur doivent etre connues avec precision. Pour cela, chaque sous-ensemble dispose de plusieurs systemes d'etalonnage. Le systeme utilise par le calorimetre a tuiles scintillantes pour calibrer les photomultiplicateurs et l'electronique associee est un laser. Le systeme laser possede son propre systeme de calibration afin de connaitre avec precision l'impulsion lumineuse transmise aux photomultiplicateurs du calorimetre, soit : - quatre photodiodes qui recoivent une fraction du faisceau laser; - une source radioactive, passant devant les photodiodes dont l'energie des particules alpha emises est monoenergetique; - une injection de charge pour connaitre la linearite des preamplificateurs des photodiodes. Pour commander ce systeme laser, le prototype d'une carte electronique SLAMA a ete developpe et realise. Cette carte, qui s'insere dans un chassis VME, se compose de trois parties : la premiere est l'interface avec le logiciel via le bus VME, la deuxieme met en forme les signaux analogiques provenant des photomultiplicateurs et des photodiodes et la troisieme doit prendre en compte le temps de reponse du laser. Les signaux electroniques issus des entrees analogiques sont mis en forme par des discriminateurs a fraction constante. Ils ont pour particularite d'avoir une gigue sur le temps de reponse peu dependante de l'amplitude du signal d'entree. Le temps de reponse du laser est dependant de l'amplitude de l'impulsion lumineuse. La carte SLAMA integre une fonction dediee a ce calcul, pour optimiser les calibrations pendant l'absence d'evenements physiques. Elle est dotee de fonctions diverses realisees a l'aide de composants numeriques programmables FPGA et de circuits specifiques : - une interface avec le bus VME; - un convertisseur temps-numerique TDC, ASIC developpe au CERN; - l'unite de calculs et d'ajustements du retard de declenchement du laser; - une logique de fonctionnement autonome. Les tests preliminaires avant l'integration complete dans le systeme ont ete effectues en laboratoire. Ils permettent de confirmer la faisabilite de la fonction commande et controle du laser. Ils montrent egalement une grande souplesse de la carte, grace a la possibilite de reconfiguration in-situ. (auteur)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Logique de decision destinee a l'etalonnage d'un detecteur en physique des particules par un systeme laser
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 128 p.
- Report number
- INIS-FR--1854
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 54052018
- Subject category
- S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTERS; CALIBRATION; CERN LHC; COMPUTER CODES; DATA PROCESSING; DIGITAL SYSTEMS; HIGGS BOSONS; LASERS; SCINTILLATOR-PHOTODIODE DETECTORS; SHOWER COUNTERS; SIGNAL CONDITIONING; STANDARD MODEL
- Descriptors DEC
- ACCELERATORS; BOSONS; CYCLIC ACCELERATORS; ELECTRONIC EQUIPMENT; ELEMENTARY PARTICLES; EQUIPMENT; FIELD THEORIES; GRAND UNIFIED THEORY; MATHEMATICAL MODELS; MEASURING INSTRUMENTS; PARTICLE MODELS; PROCESSING; QUANTUM FIELD THEORY; RADIATION DETECTORS; SCINTILLATION COUNTERS; STORAGE RINGS; SYNCHROTRONS; UNIFIED GAUGE MODELS
Optional Information
- Notes
- 13 refs., 12 tabs., 75 figs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; This record replaces 34041717