国家重点研发计划 大型强子对撞机（LHC）实验探测器升级 课题2：ATLAS 实验缪子探测器升级 年度进展--BI RPC

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1 国家重点研发计划 大型强子对撞机（LHC）实验探测器升级 课题2：ATLAS 实验缪子探测器升级 年度进展--BI RPC
孙勇杰 中国科学技术大学，近代物理系 核探测与核电子学国家重点实验室

2 outline ATLAS BI RPC升级目标 本年度开展的主要工作 年度工作计划及完成情况 小结 2017年10月31日
LHC探测器升级2017年度总结会

3 LHC：升级计划 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

4 ATLAS Phase-II缪子探测器升级
缪子探测器电子学升级 窄气隙RPC缪子触发探测器 前向缪子探测器（多层GEM） 完成μ 子探测器和一级触发及相关电子学的预研究, 确定方案并启动建造 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

5 现有的ATLAS RPC muon系统 共6层独立的RPC，每层RPC在η和φ两维方 向上测量缪子的位置
OUTER LAYER主要用于High pT触发 MIDDLE LAYER主要用于Low pT触发 在最内层（INNER LAYER）没有RPC探测器 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

6 RPC系统面临的主要问题 寿命问题： 计数率限制 解决方法： L=7×1034cm-2s-1@14TeV
设计指标：积分电荷0.3C/cm2，相当于在100Hz/cm2计数率下工作10年。 到HL-LHC阶段，RPC已经达到工作寿命。 只能运行在低工作电压下，探测效率45%。 计数率限制 在HL-LHC亮度下，RPC计数率将提高约一个量级，达到~300Hz/cm2。 解决方法： 在桶部最内层增加三层RPC 计数率：>300Hz/cm2 提高位置分辨：实现muon tracking 提高时间分辨：bunch crossing识别 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

7 RPC探测器升级目标 针对ATLAS Phase-II阶段升级的对RPC缪子触发探测器更高的计数率能力、时间分辨、位置分辨及抗老化性能的需求，开展RPC 探测器性能研究。 探测效率：>95% 计数率：>1kHz/cm2 时间分辨：<1ns 位置分辨：<1mm 工作寿命：LH-LHC亮度下工作10年 通过对电极材料的改进、室体结构的优化、读出方法的设计、以及工作条件的研究，结合新型的前端电子学和读出电子学，系统提高RPC 的各项关键性能，达到ATLAS Phase II 升级的指标要求； 建立专用的探测器性能测试系统； 完成探测器设计并实现小批量工程样机试制； 建立并完善批量建造的工艺流程、质量控制、性能检测体系，为Phase-II 升级工程建造奠定基础。 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

8 访问Roma二大 郭军、孙勇杰，于2017年5-6月期间，访问罗马二大。
参观了RPC制作公司General Tecnica和罗马二大的实验室，详细了解了大批量RPC制作的主要设备、RPC整体装配过程、探测器和电子学测试过程，及目前开展的主要工作。 商定了购买用于R&D的RPC prototype的设计方案细节，已下单，预计10月底制作完成。 访问期间讨论了phase-II升级阶段急需开展的主要工作： 探测器读出单元的模拟研究和设计 FEE前放芯片/板级测试与集成 读出板批量制作方案与工艺 新型气体成分研究与测试 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

9 参加BIS 7/8 RPC原型建造 科大刘啸天7-8月参加罗马二大RPC装配工作，学习RPC组装的关键技术。 新型FE board
Readout pattern Gas gap 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

10 BIS7/8原型探测器束流测试 原型探测器结构 电子学连接及束流位置 数据获取系统 2017年10月31日
LHC探测器升级2017年度总结会

11 束流测试初步结果 束流位置 Gap 1 Gap 2 Gap 3 探测效率（低压待优化） Cluster size 时间分辨 单层：
489ps 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

12 L1 Barrel Muon trigger monitoring
科大李亨参加了ATLAS桶部muon触发性能监控软件工作 初步完成了RPC触发时间、效率等的监控软件开发 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

13 探测器材料订货 订购RPC气室： 50×50cm，15个 100×50cm，3个 RPC读出pattern： 50×50cm，30个
Milled Copper on PET foil： 1米×20米 完成时间：10月底 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

14 宇宙线测试系统 科大部： 山大部： 上交部： 已订购气体系统、高压插件、低压电源等，结合已有设备，具备宇宙线测试系统的基本构成
数据获取系统：VME bridge V1718、Digitizer V1743（抽样率最高3.2GHz ）、已开发了DAQ软件 高压电源：±15kV高压电源：N1570（正办免税手续，下月到货） 配气系统：MT-300X气体混合仪：三路输入/四路输出、总流量：10-200SCCM，已签采购合同，下月到货 上交部： 已具备高压系统、气体系统、数据获取系统等基本构架。 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

15 年度进展及完成情况 年度 任务 考核指标 完成情况 2016.7-2017.6
窄气隙RPC 材料和设备采购，材料性能测试，RPC 探测器设计 完成RPC 探测器设计和材料性能测试； 基本完成 （材料性能测试待完成） 不同构型RPC 原型探测器的制作和测试，优化RPC 探测器结构，参与TDR撰写 完成40×40cm2 RPC 原型探测器制作，开展性能研究； 即将开展探测器性能研究 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

16 队伍 姓名 单位 职称 分工 赵政国 中科大 正高 课题负责人 孙勇杰 副高 RPC探测器研制 刘衍文 Muon物理需求 郭军 上交大
冯存峰 山大 正高：四人 副高：一人 工程师：二人 技师：三人 博士后：三人 博士生：五人 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

17 下一步计划 完成RPC探测器装配 同步开展探测器性能研究 根据模拟研究，优化探测器设计 研究新型的读出方法、装配工艺、工作条件
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18 经费使用情况 分项 预算数 已到账 累计执行数 执行率 设备费 16.2 ~70% 5.0 材料费 319.7 6.9 测试化验加工费
77.0 13.2 燃料动力费 14.0 差旅费 31.8 2.9 会议费 14.4 国际合作与交流 134.1 61.7 出版文献信息传播 3.2 0.1 劳务费 160.4 8.0 专家咨询费 0.7 其他 86.8 49.8 间接费 137.4 100.0 外拨 240.0 173.0 合计 1240.0 421.0 ~48% 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会

19 Thank you! 小结 本年度工作计划已基本完成！ 完成了探测器的设计和材料订购 宇宙线测试装置基本齐备 开展了探测器模拟研究
参与了BIS7/8性能测试、muon触发性能监控等工作 探测器机理研究、探测器设计、测试和优化、制作工艺和技术方法研究、探测器系统建造中的批量制作和测试、质量检验和质量控制等。。。 Thank you! 2017年10月31日 LHC探测器升级2017年度总结会