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Description
Per operare alla luminosità istantanea di $1.5 \times 10^{34}\ \mathrm{cm}^{-2}\mathrm{s}^{-1}$ prevista per il Run 5, il calorimetro elettromagnetico dell'esperimento LHCb sarà oggetto di un upgrade, denominato ''PicoCal'', progettato per misurare simultaneamente l’energia e il tempo di arrivo delle particelle, al fine di mitigare gli effetti del pile-up atteso. Le regioni interne adotteranno un design di tipo Spaghetti Calorimeter (SpaCal), costituito da fibre scintillanti immerse in un assorbitore ad alta densità.
Le attività di ricerca e sviluppo sono attualmente focalizzate sulla selezione di tubi fotomoltiplicatori veloci (PMT) in grado di operare in condizioni di elevata dose di radiazione e di sostenere cariche anodiche integrate fino a 1000 C. Questa presentazione illustra un programma di ricerca e sviluppo dedicato allo studio dell’invecchiamento dei fotorivelatori dovuto a esposizione prolungata alla luce e a danni da radiazione.
Sono stati condotti test di invecchiamento su PMT veloci, tra cui i modelli Hamamatsu R9880U-20 e R14755U-100. Le misure, effettuate fino a una carica integrata di circa 1000 C, mostrano una rapida riduzione del guadagno entro i primi 50 C, seguita da un calo più lento e stabile alle cariche successive. Una diminuzione dell’efficienza quantica risulta apprezzabile solo oltre i 200 C.
Una campagna di irraggiamento con protoni presso la facility IRRAD del CERN, che ha incluso anche il modello R7600U-20-M4, ha evidenziato un degrado significativo delle prestazioni fino a una dose di 150 kGy, senza ulteriori peggioramenti osservabili a 300 kGy e con un successivo recupero parziale delle caratteristiche operative.
Infine, sono stati eseguiti test di prestazione, invecchiamento e resistenza alla radiazione su un Large Area Picosecond Photo-Detector (LAPPD) basato su tecnologia a Micro-Channel Plate (MCP), candidato come possibile strato temporale da integrare nei moduli SpaCal. I risultati indicano una perdita di guadagno non critica fino a 300 C/cm$^2$ e una buona tolleranza alla radiazione fino a $5 \times 10^{15}$ neq/cm$^2$, confermandone l’interesse per applicazioni in ambienti ad alta luminosità.