Электромагнитный калориметр детектора MPD для коллайдера NICA в Дубне протестировали на новосибирском коллайдере ВЭПП-4М
- 27.12.2024
В Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) специалисты из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) провели испытание электромагнитного калориметра детектора MPD (многоцелевой детектор) для строящегося в Дубне коллайдера NICA. NICA — это сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжелых ионов, который строится на базе Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ. Испытания калориметра для MPD проводились на тестовом пучке электронов коллайдера ВЭПП-4М. Такой пучок позволяет провести измерения при высоких энергиях, на которых будет работать NICA. Испытания определят важную характеристику калориметра — предел линейности его работы в зависимости от энергии регистрируемых частиц.
Сотрудники ОИЯИ и ИЯФ СО РАН на фоне установки «Тестовый пучок электронов комплекса ВЭПП-4». Фото Е. Койновой.
Физики и инженеры Объединенного института ядерных исследований в сотрудничестве со специалистами Института ядерной физики СО РАН провели испытания электромагнитного калориметра детектора MPD, который скоро начнет работать на коллайдере NICA в городе Дубна. Калориметр используется для измерения полной энергии высокоэнергичных частиц, образующихся в результате столкновения тяжелых ионов в коллайдере NICA.
Настройку и тестирование калориметра специалисты выполняли на установке «Тестовый пучок электронов комплекса ВЭПП-4», которая входит в большой ускорительный комплекс ВЭПП-4. «Наша задача — вывести пучок из ВЭПП-4М. Напрямую это сделать нельзя, поэтому применяется двойная конверсия. В вакуумную камеру ВЭПП-4М помещен проволочный пробник, который вдвигается в гало первичного пучка электронов, что приводит к образованию тормозных гамма-квантов. Гамма-кванты вылетают из вакуумной камеры ВЭПП-4М и попадают в экспериментальный зал нашей установки. Далее на мишени происходит обратная конверсия гамма-квантов в электрон-позитронную пару. Образовавшиеся электроны нужной энергии мы отбираем с помощью спектрометрического магнита. В конечном итоге отобранные электроны нужной энергии попадают на тестируемый прототип детектора», — говорит Виктор Бобровников, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН.
Перед установкой в детектор такого точного и сложного оборудования как калориметр для MPD необходимы подобные проверки, поэтому он проходит множество этапов тестирования. «Перед тем, как сюда приехать, мы собрали наш стенд, проверили, что все работает, и отправились в Новосибирск. Здесь мы повторили те же операции: сначала провели сборку, запуск, проверили собранный стенд в зале установки — потому что не хочется, чтобы что-то пошло не так», — Антон Костылёв, инженер ОИЯИ.
Коллайдер ВЭПП-4М позволяет получать пучок с нужными характеристиками и проводить исследования оборудования в определенных условиях. «Здесь мы должны получить очень важный результат — предел линейности работы нашего калориметра при высоких энергиях», — объясняет Юрий Кречетов, ведущий научный сотрудник ОИЯИ. «Во время работы на таких высоких энергиях есть несколько опасных моментов. Один из них — может не хватить длины рабочего вещества, у нас она ограничена, а второй — фотодетекторы, там есть свои ограничения по количеству света, которые они могут переработать. Когда физики будут изучать результаты, им важно знать, начиная с какой области они должны учитывать этот эффект насыщения».
Общий вид модулей калориметра детектора MPD для тестирования на пучке электронов. Фото В. Бобровникова.
Электромагнитный калориметр детектора MPD состоит из ячеек, так называемых башен. Башня представляет собой параллепипед сечением 40х40 мм2, состоящий из 210 слоев сцинтиллятора толщиной 1.5 мм и 210 слоев свинца толщиной 0.3 мм. Вдоль всей ячейки проходят 16 оптических волокон, для сбора и транспортировки света на ФЭУ. В MPD установят несколько десятков тысяч таких ячеек, которые могут отличаться по габаритам, форме и качеству покрытия. Каждая башня в калориметре должна быть направлена в одну точку, где происходит столкновение двух ионов, поэтому их нужно привести к единому «стандарту». Для этого физикам и нужны предварительные тестирования. «В процессе физического эксперимента будут рождаться элементарные частицы, в том числе пи-мезоны. Пи-мезон распадается на два гамма-кванта, и измеряя гамма-кванты, мы сможем находить коэффициенты со всеми поправками уже в процессе обработки экспериментальных данных», — добавляет Юрий Кречетов. Для испытаний в ИЯФ СО РАН из ОИЯИ было привезено 48 башен калориметра MPD.
Зарегистрированные сигналы с калориметра в процессе проведения эксперимента на тестовом пучке в ИЯФ СО РАН. Фото В. Бобровникова.
ИЯФ СО РАН — одно из немногих мест в России, где можно получить электронный пучок, необходимый для проверки детекторов. «Пучок есть в Троицке (линейный ускоритель частиц в Институте ядерных исследований РАН), мы ездим туда тоже, но там ограничение 300 МэВ, а здесь на порядок больше. Нам очень важно провести тестирование наших детекторов именно при высоких энергиях, — говорит Игорь Тяпкин, ведущий научный сотрудник ОИЯИ, — Специалисты ИЯФ также помогают в проведении магнитных измерений в детекторе MPD. Они часто бывают у нас, а наши сотрудники часто бывают здесь в Новосибирске. Это полезно — приехать и поработать на ускорителе ИЯФ, но это лишь маленькая часть нашего сотрудничества».