Published January 1, 2021
| Version v1
Publication
Open
A High-Granularity Timing Detector for the Phase-II upgrade of the ATLAS Calorimeter system: detector concept, description and R&D and beam test results
Description
The particle flux increase (pile-up) at the HL-LHC with luminosities of L = 7.5 × 10 34 cm −2 s −1 will have a significant impact on the reconstruction of the ATLAS detector and on the performance of the trigger. The forward region and the end-cap where the internal tracker has poorer longitudinal track impact parameter resolution, and where the liquid argon calorimeter has coarser granularity, will be significantly affected. A High Granularity Time Detector (HGTD) is proposed to be installed in front of the LAr end-cap calorimeter for the mitigation of the pileup effect, as well as measurement of luminosity. It will have coverage of 2.4 to 4.0 from the pseudo-rapidity range. Two dual-sided silicon sensor layers will provide accurate timing information for minimum-ionizing particles with a resolution better than 30 ps per track (before irradiation), for assigning each particle to the correct vertex. The readout cells are about 1.3 mm × 1.3 mm in size, which leads to a high granular detector with 3 million channels. The technology of low-gain avalanche detectors (LGAD) with sufficient gain was chosen to achieve the required high signal-to-noise ratio. A dedicated ASIC is under development with some prototypes already submitted and evaluated. The requirements and general specifications of the HGTD will be maintained and discussed. R&D campaigns on the LGAD are carried out to study the sensors, the related ASICs and the radiation hardness. Both laboratory and test beam results will be presented.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
سيكون لزيادة تدفق الجسيمات (التراكم) في HL - LHC مع لمعان L = 7.5 × 10 34 سم −2 ثانية −1 تأثير كبير على إعادة بناء كاشف أطلس وعلى أداء المشغل. ستتأثر المنطقة الأمامية والغطاء النهائي حيث يكون للمتعقب الداخلي دقة أقل لمعلمة تأثير المسار الطولي، وحيث يكون لمقياس مسعر الأرجون السائل دقة أكثر خشونة، بشكل كبير. يُقترح تركيب كاشف وقت الحبيبات العالية (HGTD) أمام مسعر الغطاء النهائي LAr للتخفيف من تأثير التصادم، بالإضافة إلى قياس اللمعان. سيكون لديها تغطية من 2.4 إلى 4.0 من نطاق السرعة الزائفة. ستوفر طبقتان من مستشعر السيليكون على الوجهين معلومات توقيت دقيقة للجسيمات ذات الحد الأدنى من التأين بدقة أفضل من 30 نقطة لكل مسار (قبل التشعيع)، لتعيين كل جسيم للقمة الصحيحة. يبلغ حجم خلايا القراءة حوالي 1.3 مم × 1.3 مم، مما يؤدي إلى كاشف حبيبي عالي مع 3 ملايين قناة. تم اختيار تقنية أجهزة الكشف عن الانهيارات الجليدية منخفضة الكسب (LGAD) ذات الكسب الكافي لتحقيق نسبة الإشارة إلى الضوضاء العالية المطلوبة. يجري تطوير ASIC مخصص مع بعض النماذج الأولية التي تم تقديمها وتقييمها بالفعل. سيتم الحفاظ على المتطلبات والمواصفات العامة لـ HGTD ومناقشتها. يتم تنفيذ حملات البحث والتطوير على LGAD لدراسة أجهزة الاستشعار وأجهزة ASIC ذات الصلة وصلابة الإشعاع. سيتم تقديم كل من نتائج المختبر وحزمة الاختبار.Translated Description (French)
L'augmentation du flux de particules (empilement) au niveau du HL-LHC avec des luminosités de L = 7,5 × 10 34 cm −2 s −1 aura un impact significatif sur la reconstruction du détecteur ATLAS et sur les performances du déclencheur. La région avant et le capuchon d'extrémité où le suiveur interne a une résolution des paramètres d'impact de piste longitudinale plus faible, et où le calorimètre à argon liquide a une granularité plus grossière, seront considérablement affectés. Il est proposé d'installer un détecteur de temps à haute granularité (HGTD) devant le calorimètre d'extrémité LAr pour atténuer l'effet d'empilement, ainsi que pour mesurer la luminosité. Il aura une couverture de 2,4 à 4,0 de la plage de pseudo-rapidité. Deux couches de capteur en silicium double face fourniront des informations de synchronisation précises pour les particules à ionisation minimale avec une résolution meilleure que 30 ps par piste (avant irradiation), pour affecter chaque particule au sommet correct. Les cellules de lecture ont une taille d'environ 1,3 mm × 1,3 mm, ce qui conduit à un détecteur granulaire élevé avec 3 millions de canaux. La technologie des détecteurs d'avalanche à faible gain (LGAD) avec un gain suffisant a été choisie pour atteindre le rapport signal sur bruit élevé requis. Un ASIC dédié est en cours de développement avec certains prototypes déjà soumis et évalués. Les exigences et les spécifications générales du HGTD seront maintenues et discutées. Des campagnes de R&D sur le LGAD sont menées pour étudier les capteurs, les ASIC associés et la dureté du rayonnement. Les résultats du laboratoire et du faisceau d'essai seront présentés.Translated Description (Spanish)
El aumento del flujo de partículas (acumulación) en el HL-LHC con luminosidades de L = 7.5 × 10 34 cm −2 s −1 tendrá un impacto significativo en la reconstrucción del detector ATLAS y en el rendimiento del disparador. La región delantera y la tapa final donde el seguidor interno tiene una resolución más pobre del parámetro de impacto longitudinal de la pista, y donde el calorímetro de argón líquido tiene una granularidad más gruesa, se verán significativamente afectadas. Se propone instalar un detector de tiempo de alta granularidad (HGTD) frente al calorímetro de tapa final LAr para la mitigación del efecto de acumulación, así como la medición de la luminosidad. Tendrá una cobertura de 2,4 a 4,0 desde el rango de pseudo-rapidez. Dos capas de sensor de silicio de doble cara proporcionarán información de temporización precisa para partículas de ionización mínima con una resolución mejor que 30 ps por pista (antes de la irradiación), para asignar cada partícula al vértice correcto. Las celdas de lectura tienen un tamaño de aproximadamente 1,3 mm × 1,3 mm, lo que conduce a un detector granular alto con 3 millones de canales. Se eligió la tecnología de detectores de avalanchas de baja ganancia (LGAD) con suficiente ganancia para lograr la alta relación señal/ruido requerida. Se está desarrollando un ASIC dedicado con algunos prototipos ya presentados y evaluados. Se mantendrán y discutirán los requisitos y especificaciones generales del HGTD. Se realizan campañas de I + D sobre el LGAD para estudiar los sensores, los ASIC relacionados y la dureza de la radiación. Se presentarán los resultados del laboratorio y del haz de prueba.Files
epjconf_animma2021_11012.pdf.pdf
Files
(24 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7624dcbc096921e31a1da610e19a546e
|
24 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- كاشف توقيت عالي الدقة لترقية المرحلة الثانية من نظام أطلس المسعر: مفهوم الكاشف والوصف والبحث والتطوير ونتائج اختبار الحزمة
- Translated title (French)
- Un détecteur de synchronisation à haute granularité pour la mise à niveau de phase II du système de calorimètre ATLAS : concept de détecteur, description et résultats des tests de R&D et de faisceau
- Translated title (Spanish)
- Un detector de temporización de alta granularidad para la actualización de fase II del sistema de calorímetro ATLAS: concepto de detector, descripción y resultados de pruebas de I + D y haz
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3215720644
- DOI
- 10.1051/epjconf/202125311012
References
- https://openalex.org/W2024183061
- https://openalex.org/W2325019529
- https://openalex.org/W2731019424
- https://openalex.org/W3100126716
- https://openalex.org/W3106013672
- https://openalex.org/W3161051557
- https://openalex.org/W4287829367