DPG, Heidelberg, 6.3.2007 Universität Karlsruhe 1

Strahlungseffekte bei dem CDF Siliziumdetektor

Jeannine Wagner Universität Karlsruhe

für die CDFKollaboration

DPG 2007, Heidelberg

● CDFSiliziumdetektor● Strahlbezogene    Zwischenfälle● Langfristige Strah   lungseffekte

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Tevatron Beschleuniger

● 36×36 Teilchenpakete● Kollisionen alle 396 ns

• Rekordluminosität:  ~2.9∗1032cm2s1

•  Gelieferte Luminosität 2.5 fb1 (2.0 fb1 auf Band)

● Ziel: (58) fb1 in Run II (bis 2009) 

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CDFDetektor

Myonkammer

KalorimeterDriftkammer (COT)

1.4 T Solenoidmagnet

Siliziumdetektor

z x

y

p

p

Seit 2002 stabile Datennahmemit dem Siliziumdetektor:● 92% des Detektors in Betrieb● 84% des Detektors gibt Daten           mit einer digitalen Fehler            rate 

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Siliziumdetektoren

SVX+L00 ISL

Siliziumdetektor Run II:● Siliziumstreifendetektor● 78 konzentrische Lagen von 

Siliziumsensoren (~6 m2) zwischen r=1.4 cm und r=29 cm

● 722.432 Kanäle, 5644 Chips

SubDetektoren: L00, SVX, ISL

Zweck:● Präzise Spurrekonstruktion● SekundärvertexTrigger

rzAnsicht

xyAnsicht

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TevatronStrahlzwischenfälle

Abort Gaps2619 ns

Beam Dump

Silicon Detector

CDF

Collimator

Secondary Particles

Abort Kicker

Siliziumdetektoren liegen dicht am Strahlrohr  besonders gefährdetdurch TevatronStrahlzwischenfälle 

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● Andere Chips erholen sich   wieder nach ein paar   Wochen Ruhe

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Lebensdauer des SiliziumdetektorsKontinuierliche Bestrahlung – Hauptbedenken:

Vollständige Verarmung des Detektors:● Anstieg der Verarmungspannung    Vdep nach Typinversion ● Begrenzung der BiasSpan   nung Vb (konstruktionsbedingt)

Signal/RauschVerhältnis:● Erhöhung des Leckstroms und   des ChipAusleseRauschens● Abnahme der Effizienz zur Lad   ungssammlung

+

–Depletion z one

undepleted z one

Vbw

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Bestimmung der aktuellen Vdep

● Messung der ADCSpek  tren von Treffern auf re  konstruierten Teilchen  spuren● Bestimmung des Maximums der ADCVerteilung für verschiedene    Vb  (fit: Landau ⊗ Gauß)● Vdep: Ladung = 95% der Amplitude der angepassten SigmoidFunktion 

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Vdep   Abschätzung der Lebensdauer

Innerste Lage vom SVX

Die innersten Lagenbekommen die grössteMenge an Strahlung ab(~ 300±60 kRad/fb1  r=3cm)L00: Strahlungshart> Innerste Lage von SVX    ist am kritischsten

Daten scheinen der optimistischen Vorhersagezu folgen

Siliziumdetektor kann biszum Ende des Run II vollständig verarmt werden

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Modell für Signal und Rauschen

Integrated Luminosity (fb–1)

Sig

nal

(A

DC

Co

un

ts)

0.4 0.8 1.2 1.6020

30

40 Innerste Lagedes SVX

(Gaps: data not yet processed)

4

Integrated Luminosity (fb–1)

0.4 0.8 1.2 1.60N

ois

e (A

DC

Co

un

ts) Innerste Lage

des SVX

2

3

(Gaps: data not yet processed)

Verwende Datensatz aufgezeichnetmit J/ψ→µµ Trigger

Bestimmt aus KalibrationsRuns(ohne Strahl) 

Rauschen∝constLSignal∝const−L

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SignalRausch Verhältnis

Integrated Luminosity (fb–1)

Sig

nal

-to

-No

ise

Rat

io

0 2 4 6 80

2

4

6

8

10

12

14

SVT Efficiency

b Tagging

Anpassung mit unseremModell, große Extrapolation bis 8 fb–1

1. Grenze: S/R > 8(SekundärvertexTriggerEffizienz)

2. Grenze: S/R > 63(btagging)

Detektorlebensdauerscheint nicht durch S/RVerhältnis limitiert zusein

SVX

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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 größereEinschränkung der Leistungsfähigkeit bis Ende von Run II betrieben werden können