Calibration et études des performances de l'électronique frontale du calorimètre électromagnétique de l'expérience CMS auprès du collisionneur LHC

par Jan Blaha

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Houmani El Mamouni.

Soutenue en 2008

à Lyon 1 en cotutelle avec Fakulta jaderna a fyzikalne inzenyrska (Praze) .


  • Résumé

    La carte VFE (Very-Front-End) est une partie importante de l’électronique de lecture embarquée du calorimètre électromagnétique de CMS (Compact Muon Solenoid) fait d'environ 76,000 cristaux scintillants durs aux radiations de tungstate de plomb (PbWO4) installé sur le grand Colisionneur de Hadron (LHC) au CERN. Presque 16000 cartes VFE qui mettent en forme, amplifient et numérisent les signaux émis par les détecteurs photoélectriques lors de l’interaction des particules. Puisqu’aucune maintenance des parties embarquées du calorimètre n’est possible durant les dix ans de la vie de l’expérience, un programme extensif de garantie de qualité a été mis en place tout au long du processus de construction. L’application de ce programme à l’électronique de lecture comprend les systèmes de déverminage et de calibration précise des VFE, développées et utilisés avec succès à l’IPN de Lyon. Outre les tests de fonctionnalité, toutes les propriétés électriques de chaque carte ont été mesurées et analysées en détail pour obtenir leur pleine caractérisation et établir une base de données avec tous les paramètres nécessaires à la calibration initiale de l’ensemble du calorimètre. Afin d’évaluer les performances du calorimètre et fournir les constantes de calibration les plus précises, plusieurs supermodules entièrement équipés ont été intensivement étudiés et calibrés pendant les campagnes de tests en faisceau au CERN. Notamment l’étude précise du bruit de l’électronique et la détermination des gains relatifs, nécessaires dans les mesures de haute énergie, ont été effectués pour optimiser le procédé de reconstruction d’amplitude et améliorer ainsi la précision de la mesure d’énergie du calorimètre. La première partie de la thèse comprend la calibration de toutes les cartes VFE, y compris l’optimisation du système de calibration en laboratoire et l’analyse précise des valeurs mesurées afin de fournir les constantes de calibration requises. La deuxième moitié de la thèse concerne l’évaluation et l’optimisation précises de l’électronique de lecture avec des données obtenues dans des conditions réelles. Les résultats obtenus en laboratoire à l’IPN Lyon comme avec le faisceau test au CERN confirment la qualité de la production de cartes et prouvent que les caractéristiques nécessaires au fonctionnement du détecteur de CMS ont été atteintes

  • Titre traduit

    Calibration and performance test of the Very-Front-End electronics for the CMS electromagnetic calorimeter


  • Résumé

    A Very-Front-End (VFE) card is an important part of the on-detector read-out electronics of the CMS (Compact Muon Solenoid) electromagnetic calorimeter that is built of about 76,000 radiation hard scintillating crystals PbWO4 and operates on the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. Almost 16,000 VFE cards which shape, amplify and digitalize incoming signals from photodetectors generated by interacting particles. Since any maintenance of any part of the calorimeter is not possible during the 10-year lifetime of the experiment, the extensive screening program was employed throughout the whole manufacture process. As a part of readout electronics QA program, the systems for burn-in and precise calibration of the VFE boards were developed and successfully used at IPN Lyon. In addition to functionality tests, all relevant electrical properties of each card were measured and analyzed in detail to obtain their full characterization and to build a database with all required parameters which will serve for the initial calibration of the whole calorimeter. In order to evaluate the calorimeter performance and also to deliver the most precise calibration constants, several fully equipped supermodules were extensively studied and calibrated during the test beam campaigns at CERN. As an important part of these tests, accurate studies of the electronics noise and relative gains, which are needed for measurement in high energy range, were carried out to optimize amplitude reconstruction procedure and thus improve the precision of the calorimeter energy determination. The heart of the thesis consists of the calibration of all VFE boards, including optimization of the laboratory calibration system and precise analysis of measured values to delivered desired calibration constants. The second half of the thesis is focused on the accurate evaluation and optimization of the read-out electronics in real data taking conditions. The results obtained in the laboratory at IPN Lyon as well as during test beam at CERN confirm the high quality of the boards production and show that the CMS detector specifications are reached

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Informations

  • Détails : 1 vol. (187 f.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Claude Bernard (Villeurbanne, Rhône). Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T50/210/2008/235bis
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