name: "ФРОНТ-ЭНД ЭЛЕКТРОНИКА И ФОТОСЕНСОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАЛОРИМЕТРА ЭКСПЕРИМЕНТА MU2E"
keyword_list: Mu2e Электромагнитный калориметр Фронт-энд электроника Фотодетектор для кристаллов BaF2 AlGaN фотокатод
abstract: Актуальность темы заключается в том, что исследуемый в эксперименте Mu2e процесс µ → e конверсии проверяет выводы широкого спектра теоретических моделей Новой физики. Для этого электромагнитный калориметр в детекторе установки должен обладать энергетическим разрешением лучше 10% при энергии 100 МэВ и временным разрешением лучше 500 пс. Цели работы: проанализировать условия работы электромагнитного калориметра Mu2e, реализовать устройства фронт-энд электроники электромагнитного калориметра для первой фазы эксперимента, провести измерение параметров фронт-энд модулей и испытания в условиях повышенной радиационной нагрузки и в вакууме, соответствующим условиям проведения эксперимента Mu2e, а также предложить фотодетектор для электромагнитного калориметра на кристаллах BaF2 для второй фазы эксперимента Mu2e. Полученные результаты, практическая значимость и новизна: для особых условий работы детектора Mu2e и специализированного матричного фотодетектора электромагнитного калориметра из кристаллов чистого CsI разработана схема радиационно-стойкого предусилителя с входным каскадом на биполярных транзисторах, а также схема линейного регулятора, обеспечивающая точность установки напряжения смещения фотодиодов лучше 50 ppm, параметры схемы проверены автором при помощи аналитических расчетов, PSpice моделирования и в лабораторных измерениях, а разработанные на основе этих схем платы фронт-энд электроники рекомендованы коллаборацией для применения в установке электромагнитного калориметра эксперимента Mu2e; проведены успешные испытания работоспособности фронт-энд модулей на воздействие интенсивным ионизирующим излучением, в потоке нейтронов и в вакууме, предложена методика для расчета напряжения пробоя, и проведено экспериментальное исследование значений напряжения пробоя в вакууме в диапазоне давлений до 10-3 торр для реальной системы проводников печатной платы фронт-энд электроники электромагнитного калориметра эксперимента Mu2e; проведено успешное испытание фронт-энд электроники в тестовом сеансе многоканального прототипа Module0 электромагнитного калориметра на электронном пучке, в котором достигнуты требуемые значения временного (менее 500 пс) и энергетического (σE/E < 10% при E ≈ 100 МэВ) разрешений; впервые разработан фотоумножитель с микроканальными пластинами и AlGaN фотокатодом, имеющий длинноволновую границу на уровне 260 нм; впервые исследован канал сцинтилляционного детектора с сцинтилляционным кристаллом BaF2 и экспериментальным фотоумножителем с AlGaN фотокатодом с длинноволновой границей 260 нм, использование которого позволило достичь подавления медленной компоненты излучения BaF2 более чем в 60 раз; с применением предложенной модели описания сигнала сцинтилляционного детектора на основе кристалла BaF2 с фотодетектором с длинноволновой границей чувствительности в районе 260-300 нм проведены вычисления необходимой эффективности подавления медленной компоненты для достижения заданных параметров работы электромагнитного калориметра эксперимента Mu2e.
  СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ
  1. N. Atanov,V. Baranov, J. Budagov et al., “The Mu2e Calorimeter Final Technical Design Report”, arXiv:1802.06341 [physics.ins-det], Feb. 2018.
  2. N.Atanov, V.Baranov, F.Colao et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 812, 104(2016), doi:10.1016/j.nima.2015.12.055. 
  3. N. Atanov,V. Baranov, J. Budagov et al., “Electron beam test of the large area Mu2e calorimeter prototype”, J. Phys.: Conf. Ser. 1162 012027 (2018), doi: 10.1088/1742-6596/1162/1/012027.
  4. N. Atanov, V. Baranov, J. Budagov et al., ”The Mu2e undoped CsI crystal calorimeter”, JINST 13, C02037 (2018), doi: 10.1088/1748-0221/13/02/C02037.
  5. N. Atanov, J. Budagov, F. Cervelli et al.,”The Mu2e crystal calorimeter”, JINST 12, P09017 (2018), doi: 10.1088/1748-0221/12/09/P09017.
  6. N. Atanov, V.Baranov, J.Budagov et al., “Design and status of the Mu2e electromagnetic calorimeter”, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 824, 695(2016), doi: 10.1016/j.nima.2015.09.074
  7. N.V. Atanov, Yu.I. Davydov, V.V. Glagolev et al., “A Photomultiplier with an AlGaN Photocathode and Microchannel Plates for BaF2 Scintillator Detectors in Particle Physics”, Trans. on Nucl. Sc., 2020, vol.67, no.7, pp. 1760-1764, Jul. 2020, doi: 10.1109/TNS.2020.2998433.
  8. N. Atanov, S. Bini, G. Corradi, S. Ceravolo, R. Donghia, “Paschen curve for a PCB trace in low vacuum”, arXiv:2010.06570 [physics.ins-det], Oct. 2020.
  9. N. Atanov, V. Baranov, C. Bloise et al., “Construction status of the Mu2e crystal calorimeter”, Journ. Inst., vol.15, no.9, C09035, Sept. 2020, DOI: 10.1088/1748-0221/15/09/C09035.
  ОППОНЕНТЫ
  Куденко Ю.Г., профессор, доктор физико-математических наук, специальность 01.04.16 - Физика атомного ядра и элементарных частиц.
  Семенов П.А., кандидат физико-математических наук, специальность 01.04.23 - Физика высоких энергий.
chairman_dissertation_council.name: Николай
chairman_dissertation_council.surname: Русакович
chairman_dissertation_council.patronymic: Артемьевич
chairman_dissertation_council.position: Главный научный сотрудник
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Старший научный сотрудник
chairman_dissertation_council.wos_research_id: -
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6506330438
chairman_dissertation_council.rinc_id: 27195
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Григорий
organization_supervisor.surname: Трубников
organization_supervisor.patronymic: Владимирович
organization_supervisor.position: Директор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 29.05.81
rubrics.name: Методика и техника эксперимента в физике элементарных частиц
oecds.code: 02.02.IQ
oecds.name: ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC
oecds.code: 01.03.UP
oecds.name: PHYSICS, PARTICLES & FIELDS
speciality_codes.name: Приборы и методы экспериментальной физики
speciality_codes.code: 01.04.01
supervisors.fio: Глаголев В.В.
supervisors.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Физика атомного ядра и элементарных частиц
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Куденко Ю.Г.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Физика атомного ядра и элементарных частиц
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Семенов П.А.
opponents.scientific_degree: Кандидат физико-математических наук
opponents.speciality_code: Физика высоких энергий
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ОИЯИ
protection_organization.name: ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
protection_organization.ogrn: 1035002200221
protection_organization.supervisor_name: ГРИГОРИЙ
protection_organization.supervisor_surname: ТРУБНИКОВ
protection_organization.supervisor_patronymic: ВЛАДИМИРОВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Другие хозяйствующие субъекты
protection_organization.okopf: Межправительственные международные организации
author_organization.short_name: ОИЯИ
author_organization.name: ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
author_organization.ogrn: 1035002200221
author_organization.supervisor_name: ГРИГОРИЙ
author_organization.supervisor_surname: ТРУБНИКОВ
author_organization.supervisor_patronymic: ВЛАДИМИРОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Другие хозяйствующие субъекты
author_organization.okopf: Межправительственные международные организации