Belle

Riunione  referees  Belle2  15  Maggio  2014  

-­‐   Introduzione  

-­‐   A:vità  so=ware  dei  gruppi  ELC-­‐IT  per  Day1  -­‐     

-­‐   R&D  status  per  upgrade  del  forward  calorimeter  

C.  Cecchi  for  the  ECL-­‐IT  group  

15/05/13   1  

Belle

ECL  of  Belle  experiment  is  a  CsI(Tl)  calorimeter.  FWD  is  1152  crystals  +  960  BCKW  of  about  5x5  cm2  x  30  cm  

Belle2  will  use  the  same  calorimeter  for  “Day1”  and  will  upgrade  FWD  and  BCKW  2019  The  upgrade  of  the  calorimeter  is  at  the  moment  FWD  and  BCKW  pure  CsI  crystals  Read  out:    

 Belle2  collaboraZon  proposal  photopentodes    change                  mechanical  structure,  no  redundancy    We  propose  APD  readout  reuse  mechanical  structure      (order  of  1Meuro)  +  redundancy  

For  the  BCKW  no  study  at  the  moment,  no  groups  involved  in  the  effort  

IntroducZon  

15/05/13   2  

Belle

ReconstrucZon  so=ware  Electron  idenZficaZon  (G.  De  Nardo)  Task  force  per  la  definizione  della  strubura  generale  del  sodtware  (PG  +  NA)  

ECL  CalibraZon  Each  crystal  calibraZon  by  Bhabha  and  e+e-­‐  -­‐>  gamma  gamma  Development  of  the  code  is  in  progress.  Some  parts  have  already  been  commibed  and  included  in  the  so=ware  (new  matrix  inversion  compaZble  with  BelleII  code  is  in  place).  

Discussion  on  Number  of  events  needed  for  the  calibraZon  InteracZon  with  other  detectors  (tracking)  Control  plots  +  automaZc  procedure  to  calibrate  regularly  the  detector  Info  to  be  stored  in  the  data  base  +  …….  have  been  discussed  in  presentaZon  at  the  compuZng/so=ware  workshop  by  E.  Manoni  +  other  relevant  people  

DAY1  so=ware  acZviZes  

15/05/13   3  

Belle

15/05/13   4  

Schedule    

R&D  for  choice  of  photodetector  (APD  or  Photopentode)  will  be  discussed  in  the  B2GM  in  June  

Belle

15/05/13   5  

a)  From  0  to  8  b)  From  1  to  8  

a)  672  pure  CsI  +  480  CsI(Tl)  b)  48  CsI(Tl)    +  624  pure  CsI  +  480  CsI(Tl)  c)  48(?)  +  720  pure  CsI  +  384  CsI(Tl)  (exclude  1st  

layer  from  trigger  and  maintain  same  number  of  trigger  cells)    

c)  From  1  to  9  

Replacement  of  the  rings:  complete  or  parZal?  

Theta  ID  

Belle

15/05/13   6  

R&D  acZviZes  in  Italy  LAAPD  

Belle

15/05/13   7  

R&D  LAAPD:  control  of  the  gain  

Belle

15/05/13   8  

R&D  LAAPD:  signal  a=er  amplificaZon  for  the  two  APD’s  and  for  the  sum  

Temperature  of  the  run  19.8  ±  0.2°C  

Belle

15/05/13   9  

R&D  LAAPD:  signal  a=er  shaping  for  the  two  APD’s  and  for  the  sum  

Belle

15/05/13   10  

R&D  LAAPD:  shaper  so=ware  

Belle

15/05/13   11  

R&D  acZviZes  in  Italy  LAAPD  temperature  stability  studies  

Belle

15/05/13   12  

R&D  LAAPD:  calibrazione  del  sensore  di  temperatura  

Belle

15/05/13   13  

R&D  LAAPD:  dipendenza  del  guadagno  dalla  temperatura  

Belle

15/05/13   14  

R&D  LAAPD:  noise  equivalente  in  funzione  della  temperatura  

C)°Temperature (14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

ENE

(MeV

)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3 LAAPD1LAAPD2LAAPD Sum

ENE (SHP) - Temperature Dependency

Belle

15/05/13   15  

R&D  acZviZes  in  Italy  APD  Hamamatsu  (5mmx5mm)  

Belle

15/05/13   16  

R&D  APD:  gain  

Belle

15/05/13   17  

R&D  APD:  noise  e  segnale  all’uscita  del  CSP  

Belle

15/05/13   18  

R&D  APD:  dipendenza  dalla  tensione  di  bias  

Noise  equivalente  è  circa  un  fabore  due  perggiore  rispebo  al  caso  dei  LAAPD  

Belle

15/05/13   19  

R&D  acZviZes  in  Italy  APD  excelitas  

Belle

15/05/13   20  

R&D  excelitas:  spebri  di  ampiezza  due  shaping  diversi  

Belle

15/05/13   21  

R&D  excelitas:  ampiezza  degli  APD  e  noise  equivalente  per  due  APD’s  per  cristallo  

Belle

15/05/13   22  

R&D  excelitas:  test  con  4  APD’s  per  cristallo  

Belle

15/05/13   23  

R&D  excelitas:  ampiezza  APD  e  noise  equivalente  per  double  sampling  e  dopo  lo  shaping  lineare  

Double  sampling  CSP  level  

Linear  shaping  

Belle

15/05/13   24  

R&D  acZviZes  in  Italy  1”  photopentodes  2/cristallo  

Belle

No  Lead  absorber  

With  lead  absorber  

R&D  PP  2”:  comparison  with  and  wo  absorber  

15/05/13   25  

Belle

15/05/13   26  

R&D  PP  1”:  raw  energy,  channel  equalizaZon,  S/N  raZo  

CorrelaZon  of  the  two  channels  a=er  correcZon  

Signal/noise  on  ch1  =  49.  Assuming  a  that  muon  delivers  30  MeV    noise  level  is  about  650  KeV  

Signal  to  noise  raZo  on  ch2  =  76  under  the  same  assumpZon  We  esZate  a  noise  level  of  about  400  KeV  

No  shaping  has  ever  been  applied  to  This  analysis    

Raw  energy  

S/N  

Belle

15/05/13   27  

R&D  PP  1”:  S/N  raZo  channels  combinaZon  

Signal  to  noise  raZo  is  78.  

We  do  not  gain  much  from  channels  combinaZon.  

It  is  maybe  due  to  the  huge    difference  between  the  2  photopentodes    

Belle

15/05/13   28  

R&D  acZviZes  in  Italy  uSOP  (Service  Oriented  Plauorm  for  slow  control)  

Belle

•  Cortex  A8  uP  @  1GHz  •  Linux  OS  (Debian)  •  2  GB  Flash  •  512  MB  RAM  •  Designed  as  a  

possible  general  plaYorm  for  Belle2  slow-­‐controls  

•  Designed  for  easy  manteinability  

•  3U  Eurocard  form  factor  

•  Derived-­‐from  and  compa^ble-­‐with  BeagleBoneBlack  open  source  project  

29  

uSOP:  REV  B  

USB  (device)  

Ethernet  

USB  (host)  uSD  

LEDs  

15/05/13  

Belle

•  Design  of  first  version  (Rev.  B)  completed  •  5  PCBs  produced  and  received  •  Wai^ng  for  components:  – Two  ICs  in  back-­‐order:  16  weeks  delivery  ^me  from  RS,  Digi-­‐Key,  Mouser,  …  

– Looking  for  alterna^ve  suppliers  (brokers,  …)  •  Assembly  completed  possibly  by  end  of  June  (condi^oned  by  component  availability)  

•  Then  tests,  debug,  troubleshoo^ng,  …  30  

uSOP:  Project  Status  of  the  HW  

15/05/13  

Belle

•  Linux  por^ng  is  available  open-­‐source  (Debian)  •  Sohware  for  JTAG  programming  of  Xilinx  FPGA  completed  and  tested  

successfully  •  Sohware  for  ADC  read-­‐out  via  I2C  in  progress  •  Sohware  for  IPMI(*)-­‐like  features  in  progress  

•  Hot  spots:  –  Integra^on  in  EPICS  –  Defini^on  of  high-­‐level  sohware  architecture  :  

•  push  vs.  pull  •  publish/subscribe    •  synch.  vs.  asynch  •  Network  usage  and  role  •  web  or  stand-­‐alone  GUI  

*Intelligent  PlaYorm  Management  Interface  

31  

uSOP:  Project  Status  of  the  SW  

15/05/13  

Belle

•  In  this  revision,  uSOP  does  not  include  peripherals.  Instead,  it  supports  protocols  for  remote  data  acquisi^on  via  field  busses  (I2C,  SPI,  JTAG,  …)  

•  For  temperature  monitoring  in  Belle2,  LTC2499  seems  to  be  a  perfect  candidate:  –  24-­‐bit,  ΣΔ  architecture  –  50/60  Hz  line  noise  filter  –  7.5  Hz  sampling  Rate  –  Direct  Sensor  Digi^zer    –  Direct  Temperature  Measurement  –  I2C  interface  

•  uSOP  can  be  directly  interfaced  with  the  DC1012A-­‐A  board  available  from  Linear  Tecnology  for  performance  evalua^on  

32  

uSOP:  Temperature  monitoring  

15/05/13  

Belle

15/05/13   33  

R&D  acZviZes  in  Italy  Test  di  qualifica  di  colle  grassi  o:ci  +  irraggiamenZ  

Belle

       OpZcal  characterizaZon  of  coupling  materials         Transmibance  (long-­‐trasv)  and  LY  measurements  of  CsI                  

 crystals    

Dry  box    and  Lumen  spectrophotometer    

     R&D  on  wavelength  shi=ers  (CsI  emission  toward  blue  region)       APD  irradiaZon  (gamma,  neutrons)  

25m2  dark  room  with  air  condi^oning  built  for  CMS-­‐ECAL  R&D  

Dry  box  for  LY  meas.  

34  

R&D  CALLIOPE:  acZviZes  for  BelleII  

15/05/13  

Belle

Transmi9ance  curves  normalized  by  the  single-­‐  quartz  support  spectrum  

35  

BC630  grease  

Epo-­‐tek  301   Epo-­‐tek  305  

R&D  CALLIOPE:  materials  before  irradiaZon  

15/05/13  

Belle

36  

     high  radiaZon  hardness            at  lower  and  higher  thickness  

Transmibance  @  315nm  [a.u.]  

Bef.irr.   3.2Gy   13.2Gy  

0.82   0.81   0.80   Transmibance  @  315nm  [a.u.]  

0.80  

0.79  …aAer  the  end  of  irradiaCon…  

     highly  stable  a=er  irradiaZon  

R&D  CALLIOPE:  BC630  a=er  irradiaZon  and  stability  

15/05/13  

Belle

     modified  by  gamma  radiaZon    (up  to  3.2Gy)       influenced  by  the  thickness       very  low  transmibance  (315nm)  

Transmibance  @  315nm  [a.u.]  

Bef.irr.   3.2Gy  

0.34   0.42  

37  

Transmibance  @  315nm  [a.u.]  

0.43  

0.38  …aAer  the  end  of  irradiaCon…  

     the  worst  behaviour  a=er  irradiaZon  

R&D  CALLIOPE:  EPO-­‐TEK  305  a=er  irradiaZon  and  stability  

15/05/13  

Belle

   BC630  grease  seems  to  present  the  best  results:  

-­‐ higher  transmibance  @315  nm  (before  and  aAer  irradiaCon)  

-­‐ higher  gamma  irradiaZon  resistance  and  stability  

-­‐ transmibance  less  dependent  on  the  thickness    viscous,  so=  (not  mechanically  stable  but  handly  and  easy  removable)  

38  

R&D  CALLIOPE:  summary  

15/05/13  

   Epo-­‐tek  305  resin  probably  not  suitable  for  Belle  II  applicaZons:          -­‐  transmibance  @315  nm  too  low  also  for  thin  layer              (parCal    transparency  in  UV  range)          -­‐  unstable  under  gamma  irradiaZon  and  a=er  the  end  of  irr.;          -­‐  damaged  even  at  low  absorbed  doses  

Belle

15/05/13   39  

R&D  acZviZes  in  Italy  Piani  futuri  a  breve  termine  

Belle-­‐  Questa  se:mana  è  in  presa  daZ  1  cristallo  lebo  da  un  lato  con  4  APD  excelitas  dall’altro  con  2  LAAPD  

 Le  performance  misurate  fino  ad  oggi  sono  molto  simili,  questo  confronto    direbo  dovrebbe  aiutare  nella  scelta  per  la  lebura  della  matrice  per  il  TB  

-­‐   Matrice  16  cristalli  a  Mainz  in  Sebembre,  le  parZ  di  lavoro  che  possono  avanzare  indipendentemente  da  quale  APD  sarà  montato  stanno  procedendo  -­‐   Un  amplificatore  diverso  da  quello  uZlizzato  per  i  test  è  stato  svluppato  a  RM3,  la  misura  dei  LAAPD  uZlizzando  questo  preamp  dà  un  noise  equivalente  di  circa  un  fabore  2  peggiore  del  CREMAT    studi  sono  in  corso  per  migliorare  il  disegno  ora  che  abbiamo  una  prima  misura  IL  DISEGNO  DEVE  ESSERE  OTTIMIZZATO  sul  fotorivelatore!  -­‐   Irraggiamento  (gamma  +  neutroni)  da  fare  alla  Casaccia  per  tu:  e  due  I  Zpi  di  APD  (alcuni  sono  in  corso),  +  studi  di  QE  per  diverse  lunghezze  d’onda  di  luce  -­‐   studio  del  gain  dei  LAAPD  in  funzione  della  lunghezza  d’onda  in  corso  a  PG  -­‐   test  di  LAAPD  con  WLS    420nm  dove  QE  è  max  -­‐   Task  force  per  l’upgrade  di  ECL  FWD  sta  scrivendo  il  proposal  dovrebbe  esserci  una  prima  versione  per  il  B2GM  

15/05/13   40  

R&D  ECL  FWD:  futuro  prossimo  

Belle

15/05/13   41  

R&D  ECL  FWD:  test  beam  

Belle

15/05/13   42  

AcquisZ  (fa:  e/o  coperZ)  +  richieste  ECL  -­‐   10  APD  excelitas  ordinaZ  a  LNF  per  test  +  qualificazione  -­‐   10  LAAPD  ordinaZ  per  test  +  qualificazione  -­‐   LED  di  diverse  lunghezza  d’onda  acquistaZ  per  studiare  gain    -­‐   cristalli  per  matrice  -­‐   meccanica  in  costruzione  

-­‐   WLS  per  fare  test  con  LAAPD  -­‐   fotorivelatori  +  FE  da  scegliere  e  acquistare  x  matrice  

-­‐   DAQ  nel  caso  di  scelta  di  excelitas  manca  1  modulo  V1720  

500  euro  PIN  calibra^  per  misure  Quantum  Efficiency  su  APD  irraggia^    500  euro  step  motor  controllato  per  automazione  misure  di  Quantum  Efficiency  su  APD  irraggia^    1000  euro  riparazione  monocromatore  (inventariato  iNFN)  per  misure  di  trasmiranza  su  cristalli  di  grandi  dimensioni    1500  euro  materiale  vario  per  mantenimento  atmosfera  secca  per  CsI  puro  durante  misure,  irraggiamento,  stoccaggio  (bombole,  glove  bags,  raccordi  e  flussometri  gas,  sali  essiccan^  ecc.)    500  euro  lampade  sperrofotometro  per  misure  trasmiranza  su  CsI  

OK  OK  OK  OK  OK  

OK  OK  

NO  

4Keuro  

Belle

                   Belle  2  ECL  FWD  1152  cristalli    5.5x5.5x30  cm^3  =  907.5  cm^3    ≈1000  cm^3/cristallo  Costo  CsI  puro  circa  4.5$/cc    4.5K$/cristallo  Costo  totale  FWD  (CRISTALLI  )    5.2M$  =  3.9Meuro  

APD-­‐UV:  500  euro/pcs  (2xcrystal)  1152  Keuro  

FE:  70  euro/ch    161  Keuro  

PTD:  1152x2/32  ch  144  keuro  (72  moduli)  

uSOP:  1152x2/160  ch    60  keuro  (15  schede)    

TOTALE  ECL  FWD  (con  ipotesi  di  FE  da  noi  proposto  per  la  lebura  degli  APD-­‐UV  slow  control  presentato  alla  collaborazione)  il  tubo  si  integra  con  il  sistema  di  DAQ  esistente  5.4  Meuro  09/05/13   43  

Belle

Proposta  di  3  moduli  (19%  di  ECL  FWD)  compleZ  da  assemblare  in  ECL  +  commissioning  a  KEK  

Costo  di  3  moduli  :  

Cristalli  670    850  Keuro  (ricevuta  offerta    +  dimensione  cristalli)  APD-­‐UV  219  Keuro            FE      31  Keuro  PTD    144  Keuro  uSOP    60  Keuro  

TOT    1304  Keuro        

Proposta  che  sZamo  coordinando  con  le  altre  isZtuzioni  di  ECL  Belle2    

09/05/13   44  

Abenzione:  PTD  e  uSOP  (slow  control)  è  per  l’intero  detector  ECL