Solenoid Mıknatıs

CMS dedektörünün tasarımındaki en önemli noktalardan biri de müon momentum ölçümündeki hassasiyetin yüksek olma gerekliliğidir. Yoğun ve yüksek çözünürlüklü bir müon algılama sistemi elde edilmesi için büyük bir bükme gücüne ihtiyaç vardır ve bu bükme gücü için de yüksek manyetik alana gereksinim duyulmaktadır. Bu nedenle, CMS deneyinde 4T’lık manyetik alan sağlayan solenoid mıknatıs kullanılmaktadır.

Solenoid mıknatıs, dedektör merkezinde gerçekleşen yüksek enerjili çarpışmalarda ortaya çıkan parçacıkların yollarını bükmekte ve bu bükülme sayesinde parçacığın momentumu ölçülebilmektedir. Uygun bir uzunluk/yarıçap oranı, iyi bir momentum çözünürlüğü sağlamak için önemlidir (Pandolfi, F).

Solenoid mıknatıs 12.9 m uzunluk, 5.9 m iç çap ve 220 ton ağırlığındadır. Depoladığı enerji 26×10⁸ J’dir. Şekil 2.12’de bu solenoid mıknatıs gösterilmektedir.

Şekil 2.12. Süper iletken solenoid mıknatıs (CMS HCAL Collaboration, 2008, CMS Note 2008/010).

2.3.2. İç İzleyici Sistem

CMS iç izleyici sistemi, BHÇ’deki çarpışmalarda ortaya çıkan yüklü parçacıkların yörüngelerini hassas ve güvenilir bir şekilde ölçebilmek için iç izleyici etkileşme noktasının çok yakınına yerleştirilmiştir. Manyetik alandan dolayı yörüngelerinde eğrilik oluşan parçacıkların momentumu hesaplanabilir ve bükülme yönüne bakılarak yükleri tespit edilebilir. CMS’deki solenoid mıknatıs, 4T’lik manyetik alan sağlar ve bu alanda iç izleyici sisteminin tüm hacminin üzerine homojen olarak yayılmıştır. İç izleyici sistem 5.8 m uzunluğunda ve 2.5 m çapında olup, | | < 2.5 psüdorapidite aralığını kapsamaktadır (CMS HCAL Collaboration, 2008, CMS Note 2008/010).

CMS’de yüksek iz çözünürlüğünü ve gerekli hassaslığı sağlamak için izleyici olarak silikon piksel ve silikon mikro şerit dedektörleri kullanılmaktadır. Silikon piksel dedektörü etkileşme noktasına yakın olan fıçı bölgesinde 4.4 cm, 7.3 cm ve 10.2 cm yarıçaplarında 3 silindirik katmandan oluşmaktadır. Piksel dedektör sisteminin tümünde 1440 adet dedektör modülü olup yaklaşık olarak 66×10⁶ piksel ve 16000 veri okuma kanalı bulunmaktadır. Silikon mikro şerit dedektör ise, dışa

doğru 1.1 m kadar genişleyen 10 katmanlı silindirik sistemden oluşmaktadır ve farklı kalınlıkta iki kısımdan oluşmuştur. İç kısım 320 µm, dış kısım ise 500 µm kalınlığına sahip olup toplamda 15148 silikon mikro şerit modülden oluşmaktadır. Şekil 2.13’de CMS iç izleyicinin şematik bir görünümü gösterilmektedir.

Şekil 2.13. CMS iç izleyicinin şematik görünümü. Her satır bir dedektör modülünü temsil etmektedir (CMS HCAL Collaboration, 2008, CMS Note 2008/010).

Şekil 2.13’de izleyicinin Dış İzleyici Fıçı (TOB), İç İzleyici Fıçı (TIB), İç Diskler (TID) ve İzleyici Kapağı (TEC) olmak üzere birbirinden bağımsız mekanik yapılardan oluştuğu gösterilmektedir.

2.3.3. Müon sistemi

CMS kalorimetreleri ve bobinin hemen arkasında bulunan Müon sistemi izleyici ile birlikte müonları tanımlamak ve momentumlarını hassas bir şekilde ölçmek için kurulmuştur. BHÇ’deki çarpışmalarda oluşan yüklü müonlar kalorimetrelerden sonra dedektörün en dış kısmına yerleştirilen müon dedektörlerinde algılanmaktadır ve sadece müon ve nötrinolar bu uzaklığa erişebilmektedir.

Müonların kütlesi elektronlardan yaklaşık olarak 200 kat daha ağırdır ve birçok parçacığın aksine elektriksel etkileşmeye girmezler. Bu yüzden müonlar elektromanyetik duş oluşturmazlar (http://cms.web.cern.ch/news/muon-detectors).

Müonların enerjileri yaklaşık olarak 5 GeV civarındadır ve demir, bakır gibi metallerin her bir milimetresinde yaklaşık olarak 1 MeV enerji kaybettikleri için enerjilerinin çoğunu kaybetmeden kalorimetrelerden geçebilmektedirler. Şekil 2.14’da CMS müon sisteminin dörtte birinin boyuna kesiti gösterilmektedir.

Şekil 2.14. Müon sisteminin dörtte birinin boyuna kesiti (CMS TDR, 2006).

CMS müon sisteminde izleyiciler önemli rol oynadıkları için çalışma prensipleri farklı üç gazlı parçacık dedektörü kullanılmaktadır. Bunlar, merkez fıçı bölgesinde Sürüklenme Tüpleri (DC), kapak bölgesinde Katot Şerit odalar (CSC) ve hem kapak hem de fıçı bölgesinde bulunan Dirençli Paralel Levhalı odalardır (RPC).

DT ve CSC parçacıkların konumlarını tam olarak belirleyip tetiklemeyi sağlamakta RPC ise elde edilen müon verisinin tutulup tutulmayacağına karar vermektedir (http://cms.web.cern.ch/news/muon-detectors).

2.3.4.Elektromanyetik Kalorimetre (EKAL)

BHÇ’deki çarpışmalarda elektronlar, pozitronlar ve fotonlar elektromanyetik etkileşme yaparak enerjilerini kaybetmektedirler. Elektromanyetik kalorimetre (EKAL) kaybolan bu enerjiyi ölçmek için tasarlanmıştır. Yüksek enerjili elektronlar madde ile etkileşip Bremsstrahlung ışıması yaparak yüksek enerjili fotonlar üretmektedir. Oluşan bu fotonlar da atom çekirdeğinin Coulomb alanından etkilenerek tekrar elektron pozitron çiftini oluşturmaktadır. Böylece elektron, pozitron ve fotondan oluşan bir elektromanyetik duş meydana gelmektedir. EKAL kalorimetresinin şematik bir görünümü Şekil 2.15’de gösterilmektedir.

Şekil 2.15. EKAL kalorimetresinin enine bir kesiti (CMS TDR, 2006)

EKAL, 4 T’lık yüksek bir manyetik alan içinde bulunmakta ve bir fıçı (EB), iki kapak (EE) kısmından oluşmaktadır. Fıçı bölümü < 1.48 psüdorapidite aralığındayken kapak kısmı ise = 3.0 psüdorapidite aralığına kadar uzanmaktadır.

EKAL’da aktif materyal olarak yüksek yoğunluklu (8.3 g/cm³), küçük Moliere yarıçaplı (2.2 cm) ve kısa radyasyon uzunluğuna (X₀ = 0.89) sahip Tungstat (PbWO₄) sintilatör kristali kullanılmıştır. EKAL hermitik ve homojen yapıda olup fıçı kısmında 61200 tane, kapak kısmında ise 7324 tane PbWO4 sintilatör kristali kullanılmıştır. Sintilasyon ışığı, fıçıda çığ foto diyot (APD)’lar ve kapak kısmında vakum foto triyot (VPT)’lar ile okunmaktadır (Pandolfi, F).

3. MATERYAL VE METOD

3.1. Hadronik Kalorimetre (HKAL)

HKAL manyetik alan içerisinde bulunan son dedektördür. HKAL, EKAL’ın alt dedektörleri ile birlikte hadron jetlerinin, nötrinoların veya egzotik parçacıkların ölçümünde önemli rol oynamaktadır. HKAL’ın mükemmel jet çözünürlüğünün olması, jetlerin yönünü ve kayıp dik enerjiyi (MET) hassas bir şekilde ölçmeye olanak sağlar (CMS TDR, 2006). HKAL, HB (Hadronik fıçı), HE (Hadronik kapak), HF (İleri Hadron), HO (Hadronik dış) olmak üzere 4 alt dedektörden oluşmaktadır.

Şekil 3.1’de HKAL’ın alt dedektörleri gösterilmektedir. HB ve HE, 4T’lık yüksek manyetik alanlı solenoid mıknatısın içine yerleştirilmiş ve EKAL’ın hemen arkasında yer almaktadır.

Şekil 3.1 HKAL ve onun alt dedektörleri olan HB, HE, HF ve HO.

HB radyal olarak EKAL’ın en dış yarıçapı R=1.77 m ile mıknatıs bobinin iç yarıçapı olan R=2.95 m arasına yerleştirilmiştir. Bu kısıtlamadan dolayı HB, geç başlayan hadronik duşları durdurmakta yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle solenoidin dışına HB’yi tamamlayıcı HO yerleştirilmiştir (CMS Collaboration, 2008, JINST 3 S08004). HKAL’de parçacıkların yerini, enerjisini ve varış zamanlarını belirleyebilmek için, soğurucu tabakalar ve sintilatör materyaller kullanılmaktadır.

Sintilatör materyaller, parçacık geçtiği esnada ani bir ışık atımı üretmektedir. Oluşan bu ışık atımı da özel optik fiberler ile foto dedektörlerdeki okuma kutuları (RBX) içinde toplanır ve çoğaltılır. Belirlenen bölgede toplanan ışık miktarı parçacığın enerjisidir.

Şekil 3.2. CMS dedektörünün boyuna kesitinde HB, HE, HF ve HO’nun yerleri (CMS Collaboration, 2008, JINST 3 S08004).

Şekil 3.2’de CMS dedektörünün bir kesitindeki HB, HE, HO ve HF’nin yerleri gösterilmektedir. Kesikli çizgiler sabit η değerleridir. HB psüdorapiditesi

|η|=1.4 değerine kadar HE 1.3 < η < 3.0 psüdorapitide aralığını kapsayarak dedektörün hermitik yapıda olmasını sağlamaktadır. HF ise etkileşme noktasından 11.2 m uzağa ve |η|=3 değerinden büyük bölgelere yerleştirilmiştir. HF’nin psüdorapiditesi aralığının |η|=5’e kadar uzatılmasında radyasyona dayanıklı olmasının da etkisi vardır. HF, dar ve kısa hadronik duşlar için tasarlanmış, ileri enerjitik jetlerin belirlenmesinde önemli bir dedektördür (CMS Collaboration, 2008, JINST 3 S08004).

3.1.1. Hadronik Fıçı Kalorimetresi (HB)

HB −1.3 < η < 1.3 psüdorapitide aralığında bulunan bir örnekleme kalorimetresidir. HB, maksimum duş çözünürlüğüne ulaşabilmesi için HB+ ve HB- olmak üzere iki yarım fıçıdan oluşmuştur.

Şekil 3.3. HB kamasının izometrik görünüşü(CMS HCAL Collaboration, 2006, CMS Note 2006/138).

Bu fıçıların her biri eşit açılı (∆∅ = 20°) 36 özdeş kama ve bu kamalarda hüzme eksenine paralel soğurucu pirinç tabakalardan oluşmaktadır. Her bir kama 4 sektöre ayrılmıştır. Her bir sektör azimutal açısı _{(∆∅ = 5°)} olan 16 kuleden oluşmaktadır. Kamalar kendi aralarında ve aralarındaki boşluk 2 mm’den az olacak şekilde civatalanmıştır. En içteki ve en dıştaki soğurucu tabakalar, yapısal dayanıklılık için paslanmaz çelikten yapılmıştır. HB’deki kamaların numaralandırılması Şekil 3.4’te gösterilmektedir.

Şekil 3.4. HB kamalarının numaraları (CMS Collaboration, 2008, JINST 3 S08004, 2008).

HB’nin C26000 (pirinç kartuş) olarak bilinen pirinç soğurucu tabakasının

%70’i bakır(Cu) %30’u çinko (Zn) olup yoğunluğu 8.83 g/cm³’tür. 90^o’de toplam soğurucu kalınlığı 5.82 nükleer etkileşme uzunluğuna (λ1) sahiptir. HB kalorimetresinin etkin kalınlığı polar açı ile artmaktadır ve = 1.3’deki değeri 10.6 λ ’dir. Soğurucunun radyasyon uzunluğu = 1.49 cm ve etkileşme uzunluğu λ₁=16.42 cm’dir (CMS Note 2006/138). Soğurucunun ön plakasında 40 mm kalınlığında çelik plaka, onun arkasında 8 tane 50.5 mm kalınlığında pirinç plaka daha sonra 6 tane 56.5 mm kalınlığında pirinç ve en sonda da 75 mm kalınlığında çelik plakalar bulunmaktadır (Breskin A. ve Voss R, 2009).

HKAL’da aktif materyal olarak ≈7×10⁴ adet sintilatör döşeme kullanılmaktadır. Fiziksel elemanların sayısını sınırlandırmak için azimutal kısımları ve derinlikleri belirli döşemeler tek bir sintilatör biriminde gruplanarak tablalar oluşturmuştur. Şekil 3.5’de bir sintilatör tablası gösterilmektedir.

Şekil 3.5. Sintilatör tablası, WLS fiberleri, temiz fiberler ve radyoaktik kaynak borusu görülmektedir (CMS HCAL Collaboration, 2006, CMS Note 2006/138).

HB’de birinci çelik levha içinde 9 mm kalınlığında sintilatörler (Bicron BC408), pirinç levhalar arasında 3.7 mm kalınlığında (Kuraray SCSN81), son levha içinde 9 mm kalınlığında sintilatörler seçilmiştir. Bu sintilatörlerin seçilmesinin nedeni, bunların radyasyona karşı dayanıklı ve uzun süre kararlılığını koruyabiliyor olmasıdır. Işık bütün tablalardan 0.94 mm çaplı yeşil dalga boyu kaydırıcı (WLS) fiberler ile toplanmaktadır. Dalga boyu kaydırıcı fiberler, sintilatör plaklara taşınan ışıktaki optik zayıflamayı azaltmak için temiz fiberlere ayrılmaktadırlar ve foto sensörlerden birkaç metre uzağa yerleştirilmişlerdir (CMS NOTE, 2006/138).

3.1.2. Hadronik Uç Kapak Kalorimetresi (HE)

HE yüksek manyetik alan içinde bulunup HB’nin her iki ucunu kapatmaktadır. HE dedektörü, HB gibi bir örnekleme kalorimetresidir. Soğurucu kısmı 4T’lık solenoid mıknatısın sonuna eklendiğinden manyetik alandan etkilenmeyen malzemeden yapılmıştır. Aynı zamanda hadronik duşları içermesi için maksimum etkileşim uzunluğuna sahiptir. Soğurucunun etkileşme uzunluğu 16.4 cm, radyasyon uzunluğu 1.5 cm olup yoğunluğu da 8.83 g/cm³’tür. HE, 1.3 < η < 3.0 psüdorapitide aralığında bulunup son durum parçacıklarının %34’ünün bulunduğu bir bölgededir. Kapak bölgelerine yerleştirilen HE dedektörü, HE+ ve HE- olmak

üzere iki modülden oluşmaktadır. Şekil 3.6’da HE’nin müon uç kapak boyunduruğuna yerleştirilmesi gösterilmektedir.

Şekil 3.6. Uç kapağı demir boyunduruk üzerine yerleştirilen HE kalorimetresi (CMS HCAL Collaboration, 2008, CMS Note 2008/010).

HE’de her biri eşit açılı (∆∅ = 20°) olan 18’er adet kama bulunmaktadır ve kamalar da eşit açıyla bölünmüş _{(∆∅ = 5°)} olan 4 kısıma ayrılmıştır. HE ve HB arasında belirli bir geçiş bölgesi veya çatlak olarak bilinen bir boşluk bulunmaktadır.

HE’de soğurucu yapı tasarlanırken, HB ile HE arasındaki bu çatlağın en aza indirgenmesine dikkat edilmiştir. Bu nedenle HE’deki pirinç soğurucular bu boşlukları en aza indirebilmek için özel olarak tasarlanmıştır. Boşluklar izdüşümsel olmadığından boşluk yönündeki jetlerin enerjileri ölçülebilmektedir. Fakat bu bölgedeki parçacık jetlerinin enerji çözünürlüğü manyetik alan etkileri ve parton parçalanması ile sınırlandırılmaktadır. HE’deki pirinç plakalar 79 mm kalınlığındadır ve pirinç plakalar arasına sintilatörlerin yerleştirilebilmesi için birbirleri arasında 9 mm’lik boşluklar bulunmaktadır. Elektromanyetik kristaller ile HKAL’ın toplam etkileşme uzunluğu 10λ₁ civarındadır (CMS NOTE, 2006). Şekil 3.7’de HE soğurucuların mekaniksel yapısı gösterilmektedir.

Şekil 3.7. HE soğurucularının mekaniksel yapısı (CMS HCAL Collaboration, 2008, CMS Note 2008/010).

HE’nin dış katmanları, fotoçoğaltıcılar ve ön uç elektronikler için kesilmiştir.

Materyaldeki bu azalmayı gidermek için fazladan bir katman HE’deki 16. kuleye eklenmiş ve en dış katman yapısal destek için 10 cm kalınlığında paslanmaz çelik plakaya sabitlenmiştir. Soğurucu yerleştirildikten sonra optik elementler boşluk içine, sonrada soğurucuya monte edilmiştir (CMS HCAL Collaboration, 2008, CMS Note 2008/010). HE’de sintilasyon ışığı, sintilatörün dış sınır kenarına yakın yerleştirilmiş WLS fiberler aracılığıyla toplanmaktadır. Bu tasarımın amacı ölü bölgeyi en aza indirmek ve ışığı 0.94 mm’lik fiberler ile kolayca foto detektörlere yönlendirebilmektir. Bu sintilatörlerin sıfırıncı katmanı için ikizkenar biçiminde ve 4 mm kalınlığındaki Bicron SCSN81 veya 9 mm kalınlığındaki Bicron BC408, 1-17 katmanları için de 3.7 mm kalınlığındaki SCSN81 sintilatörleri kullanılmıştır.

Fiberlerin ucu elmas kesiciler tarafından şekillendirilip ışığın toplanmasının artırılması için bir uçları alüminyum ile kaplanmış, diğer uçlarına da özel yapım optik bağlayıcı içine yapıştırılmış temiz fiberler eklenmiştir.

HE’de toplam 20916 adet döşeme ve 1368 adet tabla bulunmaktadır. Şekil 3.8’de bu tablalardan biri gösterilmektedir. HE tablaları çok dayanıklı, güvenilir ve sert bir yapıya sahiptir. Tablalar soğurucular içindeki boşluklara yerleştirilip vidalar ile sabitlenmiştir. Tablaların kalite kontrolü UV nitrojen lazer ile HE’deki sintilatörler uyarılarak yapılmaktadır.

Şekil 3.8. HE kalorimetresinin ışıldayıcı tablası (CMS HCAL Collaboration, 2008, CMS Note 2008/010).

UV kaynak ile üretilen ışığın yüklü bir parçacığın oluşturduğu sinyale benzemesinden dolayı sintilatörlerden elektroniklere kadar olan bütün optik yol UV kaynak ile kontrol edilebilmektedir. Bu kontrol ile HE’de radyasyon hasarından kaynaklanan sinyaldeki azalmalar belirlenebilmektedir. Okuma kutuları (RBX) kalorimetrenin arka kısmına yerleştirilmiştir. RBX’lerin içinde foto dedektörler ve ön yüz elektronikler bulunmaktadır. Foto dedektör olarak manyetik alandan az etkilenmelerinden ve geniş dinamik aralıkları olmasından dolayı Hibrit Foto Diyotlar (HFD) kullanılmaktadır. Paslanmaz çelik tüp içerisinde hareket eden radyoaktif kaynak zamana bağlı kalibrasyon sabitlerini çalışmak için kullanılır ve böylece daha ileri kalibrasyon ve görüntüleme elde edilir. Şekil 3.9 etkileşim noktasından bakıldığında HE kamalarının numaralandırma düzenini göstermektedir.

Şekil 3.9. Etkileşim noktasından bakıldığında HE kamalarının numaralandırma düzenini, +x yönü de LHC halkasının merkezini göstermektedir(CMS HCAL Collaboration, 2008, CMS Note 2008/010).

3.1.3. Hadronik Dış Kalorimetresi (HO)

Merkezi psüdorapidite bölgesinde bulunan elektromanyetik fıçı (EB) ve hadronik fıçı (HB) birlikte 4T’lık manyetik alan sağlayan solenoid mıknatıs içinde yeterli kalınlığa sahip değildir. Bu yüzden bileşik durdurma gücü hadron duşlarını algılamakta yetersiz kalmaktadır. Müon sisteminde hadronik duşları durdurabilmek ve kayıp dik enerjiyi (MET) daha hassas ölçebilmek için solenoid mıknatısın dışına psüdorapitide aralığı | | < 1.3’e kadar uzatılmış hadronik dış kalorimetre (HO) denilen bir kuyruk yakalayıcısı eklenmiştir. HO, 1.4 sin⁄ etkileşim uzaklığında olup ek bir soğurucuya karşılık gelmektedir. Başlangıç duşlarını tanımlamak ve HB’nin ötesindeki duş enerjisini ölçmek için kullanılmaktadır. HO alt kalorimetresi ilk müon odası katmanının önüne yerleştirilmiş ve -2, -1, 0, 1, 2 olmak üzere beş halkaya bölünmüştür. Bu numaralandırma z-ekseni yönünde artmaktadır ve beş halkanın z-eksenindeki konumları sırasıyla -5.342 m, -2.686 m, 0, 2.686 m, 5.342

m’dir. HB, η=0’da minumum soğurucu derinliğine sahiptir. Bu yüzden merkezi halka iki katmanlı HO sintilatöründen oluşmuştur. Bu sintilatörlerin her iki katmanında da radyal uzaklığı 3.82 m ve 4.07 m olan 19.5 mm kalınlığında demir plakalar bulunmaktadır. Diğer halkalar, 4.07 m radyal uzaklıkta tek bir HO katmanına sahiptir. HB ve HE’nin sınır bölgesi haricinde kalorimetre sisteminin toplam derinliği en az 11.8 λI’dir. Şekil 3.10 HO katmanları gösterilmektedir.

Şekil 3.10 CMS dedektörünün boyuna ve enine kesitindeki HO katmanları (CMS Collaboration, 2008, JINST 3 S08004).

Her bir katman 12 özdeş ϕ sektörüne ayrılmıştır. Bu sektörler, müon sisteminde olduğu gibi 75 mm kalınlığındaki paslanmaz çelik kirişler ile ayrılmıştır.

HO’nun katmanları radyal doğrultuda 40 mm’ye ayrılmış dedektör tabakası için 16 mm, geriye kalan kısım da alüminyum petek destek yapısı için kullanılmaktadır. HO kalorimetresinde halka ±1 ve ±2 için birer adet, 0. halka içinde 2 adet sintilatör döşemelerinden oluşan halkalar mevcuttur. Döşemelerden gelen sintilasyon ışığı 0.94 mm çapındaki çok katlı Y11 Kuraray WLS fiberler tarafından toplanıp, ucuna yerleştirilen Kuraray temiz fiberler tarafından foto detektörlere taşınmaktadır.

HO’nun kurulumunu kolaylaştırmak amacıyla, sintilatör döşemeler tabla denilen tek bir birim içine paketlenir. HO tablasının şematik yapısı Şekil 3.11’de gösterilmektedir.

Şekil 3.11. HO tablasının şematik görünümü. (CMS Collaboration, 2008, JINST 3 S08004).

Tablalardan gelen optik fiberler okuma elektroniklerine oradan da kodu çözmek içinde foto dedektörlerin bulunduğu kutuya gönderilir. Her bir tabla genişliği 5^o olan bir ϕ dilimine karşılık gelip, z yönünde (η doğrultusunda) bir tabla bir müon halkasının tüm aralığını kapsamaktadır (CMS Collaboration, 2008, JINST 3 S08004).

3.1.4. İleri Hadronik Kalorimetre (HF)

HF, etkileşme noktasının her iki tarafından 11.2 m uzaklıkta ve 3 ≤ |η| ≤ 5 psüdorapidite aralığında bulunmaktadır. HF± olmak üzere iki modülden oluşmaktadır. Bu modüllerin her biri ∆∅ = 20° ′lik 18 kamadan, her kama da 24

kuleden ve 10°’lik eşit açıyla bölünmüş iki kısımdan oluşmaktadır (CMS NOTE, 2006/44).

HF çok dar ve kısa hadronik duşlar için tasarlanmıştır jetlerin, MET’in ölçümünde önemli rol oynamaktadır. Yoğun bir parçacık akışına maruz kaldığından HF’in yapımında radyasyona dayanıklı malzemeler kullanılmıştır. Aktif malzeme olarak çelik soğurucular ve bunların içine yerleştirilmiş kuvars fiberler, okuma sinyalleri için de Foto Çoğaltıcı Tüpler (FÇT) kullanılmıştır. Kullanılan fiberler parçacıkların yön bilgisini sağlamada yardımcı olan ve FÇT’ler ile tespit edilen Çerenkov ışımasına neden olur. HF’de uzun ve kısa olmak üzere 2 farklı fiber kullanılmaktadır. Uzun fiberler HF’nin elektromanyetik kısımda yer alır ve hem elektromanyetik hem de kuvvetli etkileşen parçacıklara duyarlıdırlar kısa fiberler ise hadronik kısmında yer alıp sadece kuvvetli etkileşen parçacıklara duyarlıdır. Bu sayede kuvvetli ve elektromanyetik etkileşme birbirinden ayırt edilebilmektedir.

Şekil 3.12’de HF kalorimetresi gösterilmektedir.

Şekil 3.12. İleri Hadronik kalorimetre (http://cds.cern.ch/record/1431489/files/HFLo wering4.jpg?subformat=icon-1440).

3.2. Ön Uç okuma Elektronikleri ve Veri Toplama

HKAL’ın ön uç elektronikleri 40 MHz’lik hüzme etkileşiminden gelen sinyalleri sayısallaştırıp okuma kartlarına göndermektedir. Sintilatörlerden gelen ışık WLS fiberler ile temiz fiberlere ve optik kablolar aracılığıyla foto detektörlere, sonrasında ise ön uç elektroniklere iletilmektedir. Fiberler aracılığıyla alınan optik sinyaller önce RBX’in içine yerleştirilen foto detektörlere iletilmektedir. HB, HE ve HO’da foto dedektör olarak Hibrit Foto Diyotlar (HFD) kullanılırken, manyetik alanın daha az yoğun olduğu HF’de foto dedektör olarak FTÇ’ler kullanılmaktadır.

HFD veya FÇT’den gelen analog sinyaller, analog-digital dönüştürücü (ADC) kartlar ve yük toplama ve şifreleme (QIE) kartları yardımıyla sayısal sinyale dönüştürülerek fiber optiklerle ön uç elektroniklerdeki hadronik tetikleme (HTR) kartına iletilir.

HTR kartı farklı türdeki verileri işleyip diğer sistemlere iletmektedir (CMS Collaboration, 2011, CMS UG-TP-1). HKAL’ın veri toplama elektroniklerinin gelen görünümü Şekil 3.13’de gösterilmektedir.

Şekil 3.13. HKAL’deki ön uç elektronikler ve veri toplama sisteminin genel görünümü (CMS Collaboration, 2008, JINST 3 S08004).

HPD’lerde toplanan veri QIE’de sayısallaştırılır ve CCA’ya (Özel Toplu Devre Kontrol Kartı ) aktarılır, hemen sonrasında da GOL (Gigabit Optik Link) optik fiberler ile dedektörden uzaklaştırılır. Veri, veri toplama kartı (DCC) ile CMS veri akış sistemine gönderilir ve HTR (Yüksek Tetikleme Okuyucusu) birinci tetiklemeyi oluşturmuş olur (CMS HCAL Collaboration, 2006, CMS Note 2006/138).

3.2.1 Hibrit Foto Diyotlar (HFD)

HKAL’ın alt kalorimetreleri olan HB, HE ve HO’da foto dedektör olarak HFD’ler kullanılmaktadır. HFD’ler optik sinyali elektrik sinyaline dönüştüren foto detektörlerdir ve parçacık enerjilerinin geniş bir aralığı için ilk sinyallere cevap vermektedirler. Maliyetleri düşüktür, manyetik alandan fazla etkilenmezler ve ayrıca radyasyona dayanıklıdırlar.

Şekil 3.14. HFD’lar özel vakum tüp içine yerleştirilmiş foto katot ve PIN diyottan oluşmuştur (Cushman P.B. ve Heering., 2002).

HFD’ler Şekil 3.14’te gösterilmektedir. HB ve HE’deki HFD’lerde çok sorun yaşanmamasına rağmen HO’da kullanılan HFD’lerde istenilen performans sağlanamamıştır. Bu sorunlar HO’daki yüksek manyetik alandan kaynaklanmaktadır.

Manyetik alanda, kalorimetrenin dış halkaları ±1 ve ±2’de bulunan HFD’lerde gürültü baskın olduğundan gerçek sinyal sayısı azalmıştır. Bu bölgede manyetik alan

0.2 T - 0.3 T aralığında bulunmaktadır. Bu durum kalorimetrenin jet ve müon fiziği çalışmaları için veri alınımını kötü bir şekilde etkilemektedir (CMS Collaboration, 2011, CMS UG-TP-1). Bu problemi çözmek için kalorimetredeki tüm HFD’lerın yerine Silikon Foto Çoğaltıcı’lar (SiFÇ) yerleştirilmesine karar verilmiştir.

3.2.2 Foto Çoğaltıcı Tüp (FÇT)

FÇT’ler son derece yüksek hassasiyet ve hızlı tepki veren çok yönlü bir cihazlardır. HF’de manyetik alan daha zayıf olduğu için foto dedektör olarak FÇT’ler kullanılmaktadır. FÇT’ler genellikle bir cam tüp içerisinde bulunan bir giriş penceresi, bir foto katot, bir elektron çoğaltıcı ve bir anottan oluşmaktadır

FÇT’ler son derece yüksek hassasiyet ve hızlı tepki veren çok yönlü bir cihazlardır. HF’de manyetik alan daha zayıf olduğu için foto dedektör olarak FÇT’ler kullanılmaktadır. FÇT’ler genellikle bir cam tüp içerisinde bulunan bir giriş penceresi, bir foto katot, bir elektron çoğaltıcı ve bir anottan oluşmaktadır