Entwicklung eines integrierten LED-Kalibrationssystems und Studien zur Ortsauflösung für das szintillatorbasierte hadronische CALICE-Kalorimeter / von Sebastian Weber. 2012
Inhalt
- Einleitung
- 1 Teilchenbeschleuniger und -detektoren in der Hochenergiephysik
- 1.1 Das Standardmodell der Teilchenphysik
- 1.2 Higgs-Produktion und Nachweis an e+e--Beschleunigern
- 1.3 Teilchenbeschleuniger der Hochenergiephysik
- 1.4 Detektoren der Hochenergiephysik
- 1.5 Particle-Flow-Konzept
- 1.6 Der International Large Detector (ILD)
- 2 Kalorimeterentwicklung der CALICE-Kollaboration
- 2.1 Halbleiterbasierte Auslese
- 2.1.1 PiN-Dioden
- 2.1.2 Avalanche-Photodioden (APD)
- 2.1.3 Avalanche-Photodioden im Geiger-Modus
- 2.1.4 Siliziumphotomultiplier (SiPM)
- 2.2 Szintillatorkacheln des AHCALs
- 2.3 Physik-Prototyp
- 2.4 Auslesesystem des Physik-Prototypen
- 2.5 Technischer Prototyp des AHCALs
- 3 Aufbau eines Testsystems zur Entwicklung des LED-Kalibrationsystems
- 3.1 µDAQ-Auslesesystem
- 3.1.1 Spannungsversorgung
- 3.1.2 Mikrocontroller
- 3.1.3 Digitale Ansteuerung der HABs
- 3.1.4 Trigger, Pulsgenerator und HOLD-Scan
- 3.1.5 Betrieb mit externem Trigger
- 3.1.6 Pegelkonverter und ADC
- 3.1.7 Firmware
- 3.1.8 Datenübertragung
- 3.2 Analogeigenschaften des µDAQ-Auslesesystems
- 3.3 Positionierungssystem
- 3.4 Messkopf
- 3.5 Klimakammer
- 3.6 MPPC-Modul
- 3.7 Photomultiplier
- 4 Entwicklung des integrierten LED-Kalibrationssystems
- 4.1 Anforderungen an das integrierte LED-Kalibrationssystem
- 4.1.1 Erzeugung geringer Lichtmengen
- 4.1.2 Erzeugung mittlerer bis großer Lichtmengen
- 4.1.3 Unabhängigkeit von der Länge des Triggerpulses
- 4.1.4 Homogenität
- 4.1.5 Wiederholrate und Kalibrationsszenario
- 4.1.6 Platzbedarf auf dem HBU
- 4.1.7 Wärmeentwicklung
- 4.2 Beschreibung des integrierten Kalibrationssystems
- 4.2.1 Die LED-Pulserschaltung
- 4.2.2 Integration der LED-Pulserschaltung in das HBU
- 4.2.3 Testplatinen
- 4.3 Bauteilwahl und Charakterisierung der LED-Pulserschaltung
- 4.3.1 Wahl der LED
- 4.3.2 Widerstand R1 und Ladekapazität CL
- 4.3.3 Widerstand R2
- 4.3.4 Widerstand R3
- 4.3.5 Transistor
- 4.4 Abgleich der Lichtleistung mit CL1 und CL2
- 4.5 Positionsabhängigkeit
- 4.6 Leiterbahneffekte
- 4.7 Wärmeentwicklung
- 4.8 Temperaturabhängigkeit
- 4.9 Ausfallsicherheit
- 4.10 Stromfluss durch die LED
- 4.11 Langzeittest
- 4.12 Sättigung
- 4.12.1 Messung des Sättigungseffekts
- 4.12.2 Simulation des Sättigungseffektes
- 4.12.3 Mathematische Beschreibung des Sättigungseffekts
- 4.13 Konzept zur Messung des optischen Übersprechens und zur Überwachung der erzeugten Lichtmenge
- 4.14 Notched-Fiber Kalibrationssystem
- 4.15 Fazit
- 5 Positionskorrektur des Physik-Prototypen
- 5.1 Konzept der Positionskorrektur
- 5.2 Globale Positionskorrektur
- 5.2.1 Resultate für das AHCAL 2007
- 5.2.2 Resultate für das ECAL für 2007
- 5.2.3 Resultate für das AHCAL 2011
- 5.3 Lagenweise Positionskorrektur
- 5.3.1 Myonen-Selektion
- 5.3.2 Prinzip der lagenweisen Korrektur
- 5.3.3 Lagenweiser Versatz des AHCALs für verschiedene XY-Tischpositionen
- 5.3.4 Lagenweiser Versatz für das gescherte AHCAL
- 5.3.5 Manuelle Messung des Versatzes des AHCALs
- 5.3.6 Lagenweiser Versatz des ECALs
- 5.4 Fazit
- 6 Ortsauflösung des AHCALs für Elektronen
- Zusammenfassung
- Anhang
- A Anhang
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis