Исследование эмиссии электронов в двухфазном детекторе Алексей Коновалов 24.04.2015 План рассказа 1. История обнаружения и исследования одноэлектронных сигналов 2. Постановка эксперимента, детектор РЭД-1 3. Отбор событий по типу сигнала, на который выработался триггер 4. Оценка фоновых условий и частота регистрации SE 5. Кластеризация однофотоэлектронных сигналов ФЭУ 6. Зависимость скорости счёта SE от времени 7. События с краевой электролюминесценцией 8. Восстановление пространственной картины события 9. Выводы и проблемы История обнаружения и исследования ZEPLIN-II - Наблюдение малых электролюминесцентных сигналов - Световой выход совпадает с измеренным для одиночного электрона - Координаты событий распределены в плоскости XY - Частота регистрации сигналов пропорциональна величине Sc. B. Edwards et al. “Measurement of single electron emission in two-phase detector”, arXiv:0708.0768v1 История обнаружения и исследования ИТЭФ: Наблюдение «спонтанных» SE A. A. Burenkov et al. “Detection of single electron in Xenon-Based Electroluminescent Detectors”, Physics of Atomic Nuclei, 2009, vol. 72, № 4, pp.693-701 ZEPLIN-III - Зависимость скорости счёта SE от общей загрузки детектора - Зависимость скорости счёта SE от времени блокировки после ELm. E. Santos et al. “Single electron emission in two-phase xenon with application to the detection of coherent neutrino-nucleus scattering”, arXiv:1110.3056v1 РЭД - Зависимость скорости счёта SE от напряжённости электрического поля - Зависимость скорости счёта SE от наклона детектора Д.Ю. Акимов и др. “Измерение одноэлектронных шумов в эмиссионном детекторе на жидком ксеноне”, ПТЭ, 2012, № 4, с.7-13 Происхождение одноэлектронных сигналов SE по происхождению фотоионизационные «спонтанные» «отложенная» эмиссия (?) эмиссия с катода (?) E~150кВ/см Эксперимент на установке RED-1 1) Запись ~268 мс после прохождения мюона через детектор в канале высокой чувствительности, ~4.2 мс в канале низкой 2) Наклон детектора Относительно полная временная картина события Относительно полная геометрическая картина Энергетическая картина Проблемы с восстановлением геометрии Что измеряем: te или tc? Отбор событий по триггеру (FWHM>7 мкс, start < 10 мкс) Стандартный μ: 35 Краевая ELm.: 38 Многократное рассеяние: 7 «Битый» μ: 10 «Нечто»: 10 Исследование на наличие крупных энерговыделений Разделение шум/сигнал: Определение амплитудных порогов – меры величины сигнала Исследование на наличие крупных энерговыделений № канал а Среднее значение, каналов АЦП А/с отклонение, каналов АЦП Порог, каналов АЦП Доля событий с амплитудой больше пороговой, % 0 62 58 354 0.13 1 81 82 488 0.16 2 65 58 355 0.07 3 59 43 274 0.04 4 72 65 395 0.05 5 62 51 317 0.03 6 64 49 309 0.08 9 событий без «крупных» энерговыделений (start > 400 мкс) Повторение процедуры нахождения «нижних» амплитудных порогов на этих данных Оценка времени затухания скорости счёта № канала 0 1 2 3 4 5 6 Порог, каналов АЦП 26 36 28 34 27 34 36 misID, % 0.9 1.1 0.7 1.2 0.8 0.8 1.0 Counts/0.5 ms Пример временного распределения spe: Time, s t из промежутка [0.5; 10] мс Наличие нестатистических отклонений бинов (>4.5 σ – 1/147160 событий) 500 бин * 9 событий * 0.5 мс = 2.25 с, 11 отклонений 4.9 ± 1.5 Гц 4.9 Гц * 0.01с (область интереса) = 0.05 вероятность фонового события Кластеризация однофотоэлектронных сигналов Принцип: совпадение spe в рамках временного окна – 2 мкс Для каждого spe проверяется, попадает ли он в кластер: [se_start – (2 мкс – se_duration), se_start] или [se_end, se_end + (2мкс – se_duration)] Если попал – пересчёт характеристик кластера, переход к следующему spe, если нет – создание нового кластера. Характерные времена сокращения скорости счёта SE «В лоб» Если se_counts>2 и se_duration>0.2 мкс, 1 запись в бин Если se_duration>1 мкс и кластер изолирован – ещё 1 запись Если se_duration>1 и кластер не изолирован, а кластер слева (справа) имеет se_counts<2, то +1 к верхней ошибке Альтернативный метод Результаты метода «в лоб» Результат: t = 1.41 ± 0.04 (стат.) мс ….[1.43,1.69] Результаты альтернативного метода Результат: t = 1.28 ± 0.05 (стат.) мс Суть альтернативного метода Разбиваем бин в 0.5 мс на 500 промежутков длительностью 1мкс Считаем, в скольки промежутках нет(!) начала SE P(0) = N(нет)/N(есть) = exp (-λ1), λ1 = - ln[P(0)]. λ500= λ1*500 Это и есть искомая частота регистрации SE Частота spe от времени Результат: t = 1.53 ± 0.02 (стат.) мс Список проблем: 1) Наличие «длинной» компоненты, какое время мы ищем? 2) Есть ли более «короткая» компонента? To be continued… Точечные события и сопровождающая их краевая ELm. «Сопровождающий» сигнал возникает на краю детектора Характеристики «сопровождающих» ELm сигналов Расстояние от «материнского» до «сопровождающего сигнала» в зависимости от временного интервала между ними Ширина «сопровождающего сигнала» в зависимости от временного интервала ratio log(S2/S1) Характеристики «сопровождающих» ELm сигналов S1,phe ratio ratio Time, s Time, s Time, s Список проблем: 1) Наличие «длинной» компоненты, какое время мы ищем? 2) Есть ли более «короткая» компонента? 3) Почему не найдено «сопровождающих» ELm. у ненасыщенных событий? 4) Сколько всё-таки заряда под поверхностью? …И какое из характерных времён мы измеряем? Восстановление пространственной картины μ событий Восстановление пространственной картины: SE Восстановление пространственной картины: SE Distance, arb. units Восстановление пространственной картины: SE Time, s Характеристики зависимости 9100 ± 500 arb.inits/s Типичное расстояние между импульсами 90 % интервалов меньше 300 нс! Восстановление пространственной картины: SE’ Характеристики зависимости 9300 ± 800 arb.inits/s Что с чем сравнивать? Сравниваем скорость, полученную из SE со скоростью, полученной из анализа «сопровождающих» сигналов: 9300 ± 800 (стат.) vs. 6900 ± 100 (стат.) arb. units/s Список проблем: 1) Наличие «длинной» компоненты, какое время мы ищем? 2) Есть ли более «короткая» компонента? 3) Почему не найдено «сопровождающих» ELm. у ненасыщенных событий? 4) Сколько всё-таки заряда под поверхностью? 5) Что за время измерено? 6) В чём причина расхождения «скоростей»? 7) Что случается на краю, почему меняется прозрачность? Что после краевого «сопровождающего» сигнала Список проблем: 1) Наличие «длинной» компоненты, какое время мы ищем? 2) Есть ли более «короткая» компонента? 3) Почему не найдено «сопровождающих» ELm. у ненасыщенных событий? 4) Сколько всё-таки заряда под поверхностью? 5) Что за время измерено? 6) В чём причина расхождения «скоростей»? 7) Согласуется ли полученная картина с тем, что было получено на специально настроенном триггере? Список достижений 1) Найдено какое-то время 2) Прояснена природа «сопровождающих сигналов» 3) Наблюдаются корреляции расстояние-время для SE Спасибо за внимание!