ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ · – Büyük İyon Çarpıştırma Deneyi, LHCb – A Large Hadron Collider Beauty Experiment) geleceği ümit edilmektedir

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

Erkan PINAR CMS’İN HF (İLERİ HADRONİK KALORİMETRE) DETEKTÖRÜNDEKİ FÇT (FOTO ÇOĞALTICI TÜP)’LERİN YÜKSEK VOLTAJ ALTINDAKİ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

FİZİK ANABİLİM DALI

ADANA, 2009


CMS’İN HF (İLERİ HADRONİK KALORİMETRE) DETEKTÖRÜNDEKİ FÇT (FOTO ÇOĞALTICI TÜP)’LERİN YÜKSEK VOLTAJ ALTINDAKİ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Erkan PINAR

YÜKSEK LİSANS TEZİ FİZİK ANABİLİM DALI

Bu tez …../....../2009 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza:…………………... İmza:…………………….…… İmza:……………………………….

Prof.Dr. Eda EŞKUT Prof.Dr. Gülsen ÖNENGÜT Yrd.Doç.Dr. Salim ÇERÇİ DANIŞMAN ÜYE ÜYE

Bu tez Enstitümüz Fizik Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No:

Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Bu Çalışma Ç.Ü. Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: FEF.2008.YL.10 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

I

ÖZ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

CMS’İN HF (İLERİ HADRONİK KALORİMETRE) DETEKTÖRÜNDEKİ FÇT (FOTO ÇOĞALTICI TÜP)’LERİN

YÜKSEK VOLTAJ ALTINDAKİ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Erkan PINAR


FİZİK ANABİLİM DALI

Danışman: Prof. Dr. Eda EŞKUT

Yıl : 2009 Sayfa: 62

Jüri : Prof. Dr. Eda EŞKUT Prof. Dr. Gülsen ÖNENGÜT Yrd. Doç. Dr. Salim ÇERÇİ

CMS-HF’deki FÇT’lerin yüksek voltaj altındaki davranışını incelendik. HF

CERN’deki CMS deneyinin alt detektörlerinden biridir. FÇT’lerin voltaj değerleri

100 V’luk aralıklarla 1100 V’dan 1700 V’a kadar değiştirilmiştir. FÇT kazancı

yüksek yoğunluklu LED kullanılarak izlendi. FÇT’lerin foto katotundan yayılan tekli

elektrondan gelen sinyaller alındı.

Anahtar Kelimeler: CMS, HF, Foto Çoğaltıcı Tüp, Kalorimetre, Kazanç

II

ABSTRACT

MSc THESIS

STUDY OF THE BEHAVIOUR UNDER HIGH VOLTAGE OF THE PMTs (PHOTOMULTIPLIER TUBES) IN CMS-HF

(CMS-HADRONIC FORWARD CALORIMETER) DETECTOR

Erkan PINAR

DEPARTMENT OF PHYSICS INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES

UNIVERSITY OF CUKUROVA

Süpervisor : Prof. Dr. Eda EŞKUT Year : 2009 Pages: 62

Jury : Prof. Dr. Eda EŞKUT Prof. Dr. Gülsen ÖNENGÜT Asist.Prof. Dr. Salim ÇERÇİ

ABSTRACT

We have studied of the behaviour under high voltage of the PMTs in CMS-HF detector. HF is a subdetector of the CMS experiment at CERN. HF PMT high voltage was varied from 1100 to 1700 volts with a steps of 100 V. The PMT gain is monitored using high intensity LED. PMT is fired by a single electron emitted from the photocathode.

KeyWords: CMS, HF, Photomultiplier Tube, Calorimeter, Gain,

III

TEŞEKKÜR

Bu tezin oluşum sürecinde değerli zamanını ayırarak benden düşünce,

deneyim ve desteğini esirgemeyen sevgili hocam Prof. Dr. Eda Eşkut’a, doğrudan ve

dolaylı katkıları için Prof. Dr. Gülsen Önengüt’e, birebir eşlik ederek gösterdiği

çabadan ve destekten dolayı Yrd. Doç. Dr. Salim Çerçi’ye teşekkürlerimi sunarım.

Tez süresince çeşitli yönlerden destek veren ve katkı sunan Cem Salih Ün,

İlyas Tangüler, Aysu Öztürk, Hüseyin Öztürk, Dile Yang ve S. Özgün Şendur’a

ortak çalışma ve paylaşım ortamını bana bir kere daha yaşattıkları için; ayrıca,

Mustafa Fatih Çiçek ve Esra Mete’ye daha önceki süreçlerde sergiledikleri dostluk

ve özveri için teşekkür ederim.

IV

İÇİNDEKİLER SAYFA

ÖZ……………………………………………………………………………………..I

ABSTRACT………………………………………………………………………….II

TEŞEKKÜR…………………………………………………………………………III

İÇİNDEKİLER……………………………………………………………………...IV

ÇİZELGELER DİZİNİ……………………………………………………………..VII

ŞEKİLLER DİZİNİ………………………………………………………………..VIII

SİMGELER VE KISALTMALAR…………………………………………………..X

1. GİRİŞ………...……………………………………………………………………1

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR………………………………………………………...4

2.1. CERN…………………………………………………………………………4

2.2. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (BHÇ)…………………………………………..4

2.3. CMS Deneyi ………………………………………………………………….8

2.3.1. İzleyici Detektör……………………………………………………….9

2.3.2. Elektromanyetik Kalorimetre…………………………………………12

2.3.3. Hadronik Kalorimetre………………………………………………...12

2.3.4. Müon Odacıkları……………………………………………………...15

3. MATERYAL VE METOD…………………………………………………….…16

3.1. HF Kalorimetresi…………………………………………………………….16

3.2. Foto Çoğaltıcı Tüpler (FÇT)………………………………………………...20

V

3.2.1. FÇT Bileşenlerinin Yapısal Özellikleri……………………………….21

3.2.1.1. Foto Katot……………………………………………………22

3.2.1.2. Elektron Yörüngesi…………………………………………..23

3.2.1.3. Elektron Çoğaltıcı (Dinot Bölümü)…...……………………...25

3.2.1.4. Anot………………………………………………………….28

3.2.1.5. Pencere Malzemeleri…………………………………………28

3.2.1.6. Spektral Tepki Özellikleri……………………………………28

3.2.1.6.(1). Işınım Duyarlılığı……………………….....…….28

3.2.1.6.(2). Kuantum Verimliliği……………...……..………29

3.2.1.7. Toplama Verimliliği………………………………………….29

3.2.1.8. Kazanç……………………………………………………….30

3.2.2. FÇT’lerin Özellikleri………………………………………………….33

3.2.2.1. Zaman Karakteristiği…...…………………………………….33

3.2.2.2. Doğrusallık…………………………………………………...33

3.2.2.2.(1). Katot Doğrusallığı………...…………………...…35

3.2.2.2.(2). Anot Doğrusallığı………………...………...…….35

3.2.2.3. Homojenlik…………………………………………………...36

3.2.2.4. Kararlılık……………………………………………………...37

3.2.2.5. Gecikme……………………………………………………....38

3.2.2.6. Karanlık Akım………………………………………………..39

3.2.2.6.(1). Karanlık Akımın Nedenleri…….…………...…....39

VI

3.2.2.7. FÇT’lerde Sinyalin Gürültüye Oranı…………………………42

4. ARAŞTIRMA VE BULGULAR………………………………………………..47

4.1. HF’de Kullanılan FÇT’lerin Kazancı………………………………………..47

4.1.1. HF’de Kullanılan FÇT’lerin Yüksek Voltaj Altında Davranışlarının

Test Edilmesi......…………………………………………….............49

5. SONUÇ VE TARTIŞMA………………………………………….……………..51

5.1. HF FÇT’leri için Yüksek Voltaj Altında Alınan Verilerin Analizleri……....51

KAYNAKLAR..........................................................................................................60

ÖZGEÇMİŞ...............................................................................................................62

VII

ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA

Çizelge 2.1. BHÇ’nin bazı parametreleri...................................................................…..8

Çizelge 4.1. HF’de kullanılan FÇT’lerin Özellikleri......................................................48

VIII

ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA

Şekil 2.1. BHÇ ve deneyleri.....................…………........………………..................6

Şekil 2.2. CMS Detektörü ………......……………….....................................……..9

Şekil 2.3. Silikon Şerit İzleyici Detektör ….............................................................10

Şekil 2.4. Piksel Detektör.........................................................................................11

Şekil 2.5. Silikon İzleyici ………..………...…………...……...………………….11

Şekil 2.6. CMS’nin 4/1 ’ünün boyuna görünümü, HKAL ’in bu çeyrekteki yeri ..14

Şekil 2.7. HKAL’in solenoide göre yeri ...…..………...………..………………...14

Şekil 2.8. Müon Odacıkları......................................................................................15

Şekil 3.1. İki HF modülü ve modüllere yerleştirilen kamalar....………...………...17

Şekil 3.2. HF kalorimetresinin 200 lik bir diliminin enine görünümü..….………...17

Şekil 3.3. HF kamaları içine gömülen fiberlerin uçlarına FÇT ’ler takılmıştır.......19

Şekil 3.4. HF Kalorimetresi .......................................………….…………………19

Şekil 3.5. BHÇ’de HF..................................................………….……….………..20

Şekil 3.6. Bir FÇT’nin yapısı ..................................................………….…...……21

Şekil 3.7. Dairesel Kafes Tipi .............................................................……..……..24

Şekil 3.8. Kutu ve Izgara Tipi ...........………………………...….…………....…..24

Şekil 3.9. Doğrusal Odaklayıcı Tip..........................................................................25

Şekil 3.10. Dinotun ikincil yayılımı...........................................................................26

Şekil 3.11. İkincil yayılım oranı.................................................................................26

Şekil 3.12. Elektron-çoğaltıcı tipleri..........................................................................27

Şekil 3.13. Toplama verimliliği ile foto katot – ilk dinot arasındaki voltaj ilişkisi...30

Şekil 3.14. Kazancın uygulanan voltajla değişmesi...................................................32

Şekil 3.15. Zamana karşı uygulanan voltaj................................................................34

Şekil 3.16. Homojenlik-Dalga Boyu ilişkisi..............................................................36

Şekil 3.17. Karanlık Akım-Uygulanan Voltaj Karakteristiği.....................................40

Şekil 3.18. Sinyalin Gürültüye oranı için örnek.........................................................43

Şekil 4.1. HF Kalorimetresindeki okuma üniteleri..................................................49

Şekil 4.2. HF’in sektör ve bölmeleri........................................................................50

IX

Şekil 5.1. Yeniden yapılandırılan FÇT sinyallerinin 1100 V ’daki Gauss

dağılımları...............................................................................................51

Şekil 5.2. Yeniden yapılandırılan FÇT sinyallerinin 1200 V ’da Gauss

dağılımları...............................................................................................52


dağılımları...............................................................................................53


dağılımları...............................................................................................54

Şekil 5.5. Kazanç eğrisi............................................................................................55

Şekil 5.6. FÇT’lere göre A sabitinin dağılımı.........................................................56

Şekil 5.7. c parametresinin dağılımı........................................................................57

Şekil 5.8. HF(-) için CERN kazanç değerlerinin Iowa kazanç değerlerine oranı....58

X

SİMGELER VE KISALTMALAR

YEF : Yüksek Enerji Fiziği

SM : Standart Model

CERN : Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi

BHÇ : Büyük Hadron Çarpıştırıcısı

ATLAS : Büyük Toroidal Detektör

CMS : Küçük Müon Selonoid

ALICE : Büyük İyon Çarpıştırma Deneyi

LHCb : A Large Hadron Collider Beauty

HF : En İleri Kalorimetre

FÇT : Foto Çoğaltıcı Tüp

TeV : Trilyon elektron volt

GeV : Milyar elektron Volt

MeV : Milyon elektron Volt

SC : Sinkrosiklotron

PS : Proton Sinkrotron

SPS : Süper Proton Sinkrotron

SÜSİ : Süpersimetri

CP : Yük Eşlenikliği – Parite

RF : Radyo Frekansı

EKAL : Elektromanyetik Kalorimetre

ADC : Çığ Foto Diyot

HKAL : Hadronik Kalorimetre

HB : Hadronik Fıçı

HE : Hadronik Kapak

HO : Hadronik Dış Kalorimetre

CASTOR : Centauro ve Acayip Cisim Araştırmaları

ZDC : Sıfır Derece Kalorimetresi

η : Psüdorapidite

PT : Dik Momentum

1. GİRİŞ Erkan PINAR

1

1. GİRİŞ

Yüksek Enerji Fiziği (YEF), maddenin temel yapıtaşlarını ve bu yapı

taşlarının davranışlarını en temel düzeyde kontrol eden kuvvetleri araştıran bir fizik

dalıdır. Kuramlar, her ne kadar parçacıklar ve onların doğa yasalarıyla ilişkileri

konusunda fikir edinmek bakımından öngörülerde bulunsa da bilimsel çalışmaların

doğası gereği bu öngörülerin ispatlanması, çürütülmesi veya eksiklerinin giderilmesi

amacıyla deneysel çalışmaların yapılması gerekir. YEF veya bir başka ismiyle,

parçacık fiziğinde bu amaçla yapılan deneysel çalışmalar, Standart Model (SM)’in

öngörülerini ispatlamanın yanı sıra eksikliklerini de belirlemeye yöneliktir. SM,

gözlemlediğimiz maddeyi oluşturan ve şu ana kadar deneysel olarak ispatlanan temel

parçacıklar ve bu parçacıkların etkileşmesinde önemli olan doğadaki üç temel

kuvveti açıklayan bir kuramdır. Sözü geçen 3 temel kuvvet: Elektromanyetik kuvvet,

zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvettir. Gerçekte doğada kütle çekim

kuvveti ile birlikte dört temel kuvvet vardır. Fakat kütle çekim kuvveti SM içinde

yoktur.

SM’in öngörüleri birçok kez deneysel olarak test edilmiştir. Modelin, atom

altı parçacıkların özellikleri ile aralarındaki etkileşmelerine ait gözlenebilir

nicelikleri büyük hassaslıkta tahmin edebildiği görülmüştür. SM'e göre evren

birbirinin kopyası gibi duran 3 aileden oluşmaktadır. Birinci aile etrafımızda

gördüğümüz maddeyi oluşturur. Her ailede 2 kuark (yükleri 3/1- ,3/2 ee ), 2 lepton

(yükleri - ee 0 ,1 ) ve bunların anti parçacıkları vardır. Burada e elektronu temsil eder.

“ −u yukarı kuark, −d aşağı kuark , −eν elektron nötrinosu” 1. aileyi, “ −c cazibeli

kuark, −s acayip kuark, −µ müon, −µν müon nötrinosu” 2. aileyi ve “ −t üst

kuark, −b güzel kuark, −τ tau, −τν tau nötrinosu” 3. aile’yi oluşturur. 2. ailenin

üyeleri 1. den, 3. aile de 2.den daha ağır olmalarına rağmen aynı temel özelliklere

sahiptir. Bu parçacıkların her biri fermiyon (spin= 2/1 ) olarak bilinir. SM en basit

haliyle bir aile için yazılır ve 3 aileli duruma genişletilir.

(http://tr.wikipedia.org/wiki/Standart_Model). SM’de parçacıklar arasındaki

etkileşmeler spini 1 olan bozonlar tarafından sağlanır. Elektromanyetik etkileşmenin

http://tr.wikipedia.org/wiki/Standart_Model)


2

ara bozonu kütlesiz bir parçacık olan foton, zayıf etkileşmenin kütleli 0 Z,W ±

parçacıkları ve kuvvetli etkileşmenin ise yine kütlesiz olan 8 tane gluondur.

Başarılarına rağmen modelin bir takım kusurları vardır. Bunlardan birkaçı;

• Kuarklar ve leptonlar gerçekten temel parçacıklar mı, yoksa bunlar daha

başka temel parçacıklardan mı oluşur?

• Gözlenen madde sadece birinci ailenin iki kuarkı ) ve( du ve bir

leptondan )( −e oluşmasına rağmen neden fazladan iki aile daha vardır?

Başka aileler de var mı?

• Parçacık kütleleri neden birbirlerinden farklıdır, kütlenin kaynağı nedir?

Model parçacıklara kütle kazandırdığı düşünülen “Higgs” parçacığının varlığı

ile ilgili öngörülerde bulunmaktadır fakat parçacığın kütlesi hakkında kesin

bir öngörü yapamamaktadır. Higgs şu ana kadar yapılan deneylerde de

gözlenemedi.

• Gerçek yaşantımızda etkilerini yakından hissettiğimiz kütle çekim kuvveti

modele en uyumlu şekilde nasıl girmeli?

• Büyük patlamadan sonraki evrelerde evrendeki madde ve antimadde

miktarının aynı olduğu yani bir madde-antimadde simetrisinin olduğu

düşünülüyor. Fakat içinde yaşadığımız evrenin maddeden oluştuğunu

görüyoruz. Bu durumda antimadde’ye ne oldu?

• Evren üzerindeki kütle çekimi etkisi açıkça görülen 'karanlık madde” 'nin

yapısı nedir ve neden gözlenemiyor?

• Dört ayrı etkileşimin çalışma biçimlerini anlamaya çalışmak yerine, bunlar

tek bir etkileşimin çatısı altında toplanamaz mı?


3

• Modele göre kütlesiz olarak öngörülen nötrinolar yapılan deneylere göre

çok küçükte olsa bir kütleye sahipler. Model bu durum hakkında öngörülerde

bulunamıyor. (http://www.biltek.tubitak.gov.tr/bilgipaket/madde/standartmod

el.html)

olarak sıralanabilir. Bu soruların yanıtlarının CERN (Avrupa Nükleer Araştırma

Merkezi)’de yapılacak olan BHÇ (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) deneylerinden

(ATLAS – A Toroidal LHC ApparatuS – Büyük Toroidal Detektör, CMS – Compact

Muon Solenoid – Küçük Müon Solenoid, ALICE – A Large Ion Collider Experiment

– Büyük İyon Çarpıştırma Deneyi, LHCb – A Large Hadron Collider Beauty

Experiment) geleceği ümit edilmektedir.

Bu tez çalışması CERN deneylerinin ulaştığı son aşamada, CMS deneyinin

alt detektörlerinden biri olan En İleri Kalorimetre (HF)’de kullanılan Foto Çoğaltıcı

Tüp (FÇT)’lerin yüksek voltaj altındaki kazanç ölçümlerini içermektedir. 2006

yılında toplam 864 FÇT, HF(-)’nin okuma kutularına ve sektörlerine yerleştirildikten

sonra 100 V’luk artışla 1100 V’tan 1700 V’a kadar değişen yüksek voltaja tabi

tutulmuştur. Alınan veriler kullanılarak FÇT’lerin kazanç değerleri ölçülmüştür.

Tezin önceki çalışmalar kısmında CERN, BHÇ, CMS deneyi hakkında kısa

bilgiler verilecektir. HF’in yapısı ve FÇT’ler ile ilgili ayrıntılı bilgi materyal metot

kısmında tartışılacaktır. HF’de kullanılan FÇT’lerin kazancı araştırma ve bulgular

kısmında verilmiştir. 864 FÇT için bulunan kazanç değerlerinin ve sonuçların Iowa

Üniversitesi’nde bulunan kazanç ölçümleri ile karşılaştırılması tezin sonuç ve

tartışma bölümünde yer almaktadır.

http://www.biltek.tubitak.gov.tr/bilgipaket/madde/standartmod

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Erkan PINAR

4

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR

2.1. CERN

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN), Dünya’nın en büyük

uluslararası parçacık fiziği hızlandırıcı laboratuarıdır. İsviçre-Fransa ülkelerinin

sınırlarını içine alan CERN’ün ilk hızlandırıcısı 1957 yılında inşa edilen, enerjisi 600

MeV ( Joule1.6x101eV eV,10Volt elektron Milyon -196 == ) olan Sinkrosiklotron

(SC)’dur. Bunu 1959’da hüzme enerjisi 28 GeV olan Proton Sinkrotron(PS)’u

izlemiştir. PS günümüzde diğer hızlandırıcılara parçacık hüzmesi oluşturmak amacı

ile kullanılmaktadır. Protonlar ilk kez 1971’de Kesişen Depolama Halkaları (KDH)

kullanılarak çarpıştırılmıştır. 1976 yılında inşa edilen çevresi 7 km ve enerjisi 450

GeV olan Süper Proton Sinkrotron(SPS)’u CERN’de hala protonları hızlandırmak

için kullanılmaktadır. 100 GeV ’lik kütle merkezi enerjisine sahip olan elektron ve

pozitronu bir birine zıt yönde hızlandıran Büyük Elektron Pozitron Çarpıştırıcısı

(BEP) 1989 – 2000 yılı arasında çalışmıştır. Bugün Dünya’nın en büyük parçacık

hızlandırıcısı kütle merkezi enerjisi 7 TeV olan iki protonu birbirlerine zıt yönde

hızlandırarak kafa kafaya çarpıştırması hedeflenen Büyük Hadron Çarpıştırıcısı

(BHÇ)’dir (http://public.web.cern.ch/public/en/About/History-en.html).

2.2. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (BHÇ)

SM şu kadar defalarca test edilmiş olsa da TeV (Terra elektron volt = 1012

eV) enerji ölçeğine kadar geçerli olan efektif bir kuram olarak değerlendirilmektedir.

TeV ’den daha düşük enerjiler için yeterli deneysel kanıtlara sahip iken yüksek

enerjilerde yetersizdir. TeV ölçeğinde çalışacak olan BHÇ, kütle kazanımından

sorumlu olan Higgs parçacığının ve süpersimetrik (SÜSİ) parçacıkların varlığı

hakkında öne sürülen kuramsal öngörülerin kanıtlanmasında önemlidir.

Yerin yaklaşık olarak 100m altında bulunan BHÇ eski BEP tünelinde süper

iletken teknolojisi kullanılarak protonları ışık hızına yaklaşan hızlarda kafa kafaya

gelecek biçimde hızlandıracaktır. BHÇ deneylerinin evrenin ilk oluşumu ile ilgili

http://public.web.cern.ch/public/en/About/History-en.html)


5

birçok soruya yanıt vermesi beklenmektedir. BHÇ’in temel hedeflerinden biri Higgs

mekanizmasının sorumlu olduğu elektrozayıf simetri kırınımını açıklamaktır. Zayıf

ve elektromanyetik etkileşmelerin, düşük enerji değerlerinde birbirlerinden

farklılıklar göstermelerine rağmen enerji arttıkça benzer özellikler göstermeye

başlaması simetri kırılması olarak bilinir. Kütle farkından kaynaklanan bu durum

fizikçilerin kütlenin kaynağını sorgulamasına neden olmuştur. Kuramsal olarak

öngörülen ve kütle kazanımından sorumlu olduğu düşünülen Higgs parçacığının

deneysel kanıtı SM’in yetersizliklerinden birini kapatabilecektir (CERN/BHÇC

2006-001 CMS TDR).

BHÇ’de, aynı cins parçacıklar arasında gerçekleşen çarpışmaları elde etmek

için, zıt yönlü iki hüzme kanalı gerekmektedir. Bu iki kanal ve onların süper iletken

dipol mıknatısları düşük sıcaklıklı bir yapının içine yerleştirilmiştir. Dipoller 9.1

K ’de çalışacak ve yaklaşık olarak 8 tesla şiddetinde bir magnetik alan

oluşturacaktır. Manyetik alandaki artış, 8–16 MV/m voltajlı 400 MHz ’lik süper

iletim radyo frekans boşluğu ile sağlanmaktadır (Akgün, 2003). BHÇ’nin dört

çarpışma noktasına karşılık gelen dört deney vardır: Bunlardan CMS (CMS –

Compact Muon Solenoid, Küçük Müon Solenoidi) ve ATLAS (A Toroidal LHC

ApparatuS – Toroidal BHÇ Detektörü) fiziğin çok geniş bir spektrumuyla örtüşecek

şekilde tasarlanan çok amaçlı detektörlerdir. ALICE (A Large Ion Collider

Experiment – Büyük İyon Çarpışma Deneyi) ve LHCb ise daha özel amaçlı

deneylerdir. Dört deneyin detektörleri ilginç fizik konularını yakalayabilmek için

teknolojiyi zorlamaktadır. Her deneyin fiziksel amacı farklıdır. CMS ve ATLAS

özellikle elektro-zayıf simetri kırınımının ve kütlenin kaynağını keşfetmek, SM

ötesindeki yeni fiziği araştırmak üzere tasarlanmıştır. ALICE çok yüksek enerji

yoğunluklarında ortaya çıkması beklenen kuark-gluon plazmasının yapısını

araştırmayı hedeflemektedir. LHCb deneyi ise B mezon sektöründe CP (yük

eşlenikliği-parite) kırınım etkilerine bakacaktır. BHÇ ve deneyleri şematik olarak

Şekil 2.1’de verilmiştir.


6

Şekil 2.1. BHÇ ve deneyleri. http://cph-theory.persiangig.com/13-Accelerators.jpg

Hadron çarpıştırıcıları, yeni enerji bölgelerine erişebilecek biçimde

tasarlanmıştır. Enerji 1 TeV civarında ve ışıklılık yeterince büyükse, kütle merkezi

bileşenleri keşfedilebilir (CMS TDR, 2006). Işıklılık, paketçikli yapıda olduğu

düşünülen parçacık demetlerinin kafa kafaya çarpıştırıldığı durum dikkate alınarak

tanımlanabilir. Karşıdan gelen bir parçacığın silindir bir paketle karşılaştığı

düşünüldüğünde bu parçacığın paketçikte gördüğü toplam tesir kesiti etkileşme

oranı,

AN etkσ

(2.1)

http://cph-theory.persiangig.com/13-Accelerators.jpg


7

etkσ ile orantılıdır. A , silindirin parçacığın hareket yönüne dik kesit alanıdır.

Etkileşme tesir kesiti etkσ ile etkileşme oranı arasındaki orantı katsayısı olan ışıklılık

fA

NRLetk

2

==σ

(2.2)

ifadesi ile tanımlanır (Yavaş, 2008).

BHÇ’de protonun enerjisi her turda 0,5 MeV ’lik artma ile itme oluşturan

radyo frekans (RF) boşlukları olan 1232 dipol mıknatıs tarafından oluşturacaktır.

Yukarıdaki ışıklılık ifadesi BHÇ için geçerli olan parametreler dikkate alındığında

aşağıdaki gibi tanımlanabilir.

FNfkL *n

2PB

4 βπεγ

= (2.3)

Burada γ Lorentz faktörü, f devir frekansı, Bk demet sayısı, pN demet

başına ortalama proton sayısı, nε bir saniyede yayınlanan dikine ışın miktarı

(tasarlanan değer mµ75.3 ), *β etkileşme noktasındaki (EN) betatron fonksiyonu ve

F geçiş açısından kaynaklanan azalma faktörüdür. Her bir proton demetinin enerjisi

7 TeV ’dur. Tasarlanan ışıklılık ile (1034 cm2 s-1) saniyede bir milyar proton-proton

etkileşmesi oluşacaktır.

BHÇ’deki demet yapısı enjeksiyon ve boşalma (dump) sistemi tarafından

belirlenir. Demetler 25 ns aralıklarla birbirleri içinden geçecektir. BHÇ’nin bazı

parametreleri Çizelge 2.1’de verilmiştir.

Parçacıkların karşılıklı çarpışma yapmadan önceki pilot süreçleri boyunca,

demet yoğunluğunun p/demet 1010 ’den p/demet 104 10× ’e artırılması ve *β ’in

18m’den 2m ye düşürülmesi planlanmaktadır. BHÇ çalışmaya başladıktan sonra bir

aylık pilot fizik süreci boyunca, toplam ışıklılığın 1pb10 − olması beklenmektedir

(CMS TDR, 2006).


8

Çizelge 2.1. BHÇ’nin bazı parametreleri (CMS TDR, 2006).

pp Ağır İyon

Nükleon Başına Enerji E 7 2.76 TeV

7 TeV’de Dipol Alanı B 8.33 8.33 T

Işıklılık* L 1034 1027 cm-2 s-1

Demet Aralığı 25 100 ns

Demet Sayısı Bk 2808 592

Demet Başına Parçacık Sayısı pN 1.15x1011 7x107

Çarpışmalar

EN’de β hacmi β* 0.55 0.5 m

EN’de RMS Hüzme Yarıçapı σ* 16.7 15.9 μm

Işıklılık Süresi ГL 15 6 hr

Çarpışma Sayısı cn ≈20 -

BHÇ’de sadece protonlar değil ağır iyon çarpışmaları fazında Pb-Pb

etkileşmeleri de gerçekleşecek ve evrenin ilk evrelerinde var olduğu düşünülen

kuark-gluon plazmasının yapısı araştırılacaktır.

2.3. CMS DENEYİ

CMS deneyinin fizik araştırma spektrumu çok geniştir. Higgs

parçacığı/parçacıkları’nın deneysel olarak test edilmesi, SÜSİ parçacıklarının keşfi,

karanlık enerji ve karanlık madde problemleri, madde-antimadde asimetrisi CMS

deneyinde araştırılacak olan başlıca fizik konularıdır. CMS içten dışa doğru

sırasıyla, İç İzleyici, Elektromanyetik Kalorimetre, Hadronik Kalorimetre,

Süperiletken Halka ve en dışta Geri Döndürücü Halkalar ile birbirinden ayrılan

Müon Odacıklarından oluşan silindirik bir detektördür. Uzunluğu m 6.21 , çapı

m 15 , ağırlığı ton12500 olan CMS 4 T ’lık bir manyetik alana sahip olacaktır.

CMS detektörünün bir kesiti Şekil 2.2’de gösterilmiştir.


9

Şekil 2.2. CMS Detektörü. (Dobrzynski, 2007).

2.3.1. İzleyici Dedektör

5.25.2 <<− η rapidite aralığında bulunan İzleyici detektörün amacı

CMS’in tam ortasında bulunan etkileşme noktasına zıt yönlerde gelen parçacıkların

momentumlarını ölçerek bu parçacıkların izlerini belirlemek ve parçacıkların

etkileşme köşelerini bulmaktır. İzleme için kullanılan hacim m 6 uzunluğunda m 2.1

yarıçapında olan bir silindirdir. Tüm hacim etkileşim bölgesinin yakınında bulunan

yaklaşık 40 M silikon piksel ve 2m 102 ’lik silikon şerit sensörle doldurulmuştur.

Silikon detektörlerindeki radyasyon hasarlarını azaltmak için tüm izleyici hacim kuru


10

atmosferde C 10 0 ’lik sıcaklıkta korunacaktır. Stereo bilgisi, küçük açılarla arka

arkaya dizilen mikro şerit detektörler tarafından sağlanır. Silikon Şerit İzleyici (SST)

Şekil 2.3’de görüldüğü gibi Dış İzleyici Fıçı (TOB), İç İzleyici Fıçı (TIB), İç Diskler

(TID) ve İzleyici Kapağı (TEC) olmak üzere birbirinden bağımsız mekanik

yapılardan oluşur. SST, farklı kalınlığa sahip iki detektörden oluşmuştur: iç

bölge m 320 mm) 600(r µ< ve dış bölge m. 500 µ Toplam 16000 silikon modül

yerleştirilmiştir. Piksel detektör Şekil 2.4’de Silikon İzleyici ise Şekil 2.5’de

gösterilmiştir (Dobrzynski, 2007).

Şekil 2.3. Silikon Şerit İzleyici Detektör (Dobrzynski, 2007).


11

Şekil 2.4. Piksel Detektör (Dobrzynski, 2007).

Şekil 2.5. Silikon İzleyici (Dobrzynski, 2007).


12

2.3.2. Elektromanyetik Kalorimetre

Elektromanyetik Kalorimetre ( EKAL ), CMS deneyindeki ilk kalorimetre

katmanıdır. EKAL fıçı ve kapak bölümlerinin bir birleşimidir. Fıçı bölümü

48.1<η aralığını, kapak bölümü ise 3<η rapidite aralığını kapsar. Elektromanyetik

etkileşen parçacıklara (elektron, pozitron ve foton) karşı duyarlı olan EKAL bu

parçacıkların detektörde bıraktıkları enerjiyi tam olarak ölçebilecek biçimde

tasarlanmıştır ve Higgs parçacığının varlanmasında çok etkili olması beklenmektedir.

4T gibi çok yüksek bir manyetik alandan dolayı aktif ortam olarak hızlı sintilasyon

ışığı üreten kurşun tungstat kristalleri )(PbWO 4 ve okuma ünitesi olarak Çığ Foto

Diyot (APDs)’lerden yapılmıştır. EKAL Hadronik Kalorimetre ( HKAL ) ile birlikte

jetleri de ölçecektir (Bayatian, 1997).

2.3.3. Hadronik Kalorimetre (HKAL)

Hadronlara karşı duyarlı olan Hadronik Kalorimetre ( HKAL ) EKAL ’i

saracak biçimde tasarlanmıştır. EKAL ile birlikte parçacık jetlerin yönünü ve

enerjilerini ölçecek yapıdadır. Görünür dik ve kayıp dikine enerjiyi ölçmek için

sızdırmayan bir geometriye sahiptir. HKAL , kuark ve gluonların süpersimetrik

(SÜSİ) eşleri gibi yeni parçacıkların varlanmasında etkili olacak ve ayrıca ortaya

çıkması beklenen yeni fizik olayları hakkında da önemli bilgiler verecektir. HKAL

iki kısımdan oluşmaktadır.

a) Merkezi Kalorimetre ( 0.3<η )

b) İleri Kalorimetre ( 0.50.3 << η )

Merkezi Kalorimetre hüzme eksenine paralel 4T’lık bir manyetik alan

oluşturan süperiletken solenoid mıknatısın içinde bulunmaktadır. Soğurucu olarak

bakır plaklar ve aktif ortam olarak sintilatörlerden oluşan örnekleme bir

kalorimetredir. Merkezi Kalorimetre Hadronik Fıçı ( HB), Hadronik Kapak ( HE ) ve


13

Hadronik Dış Kalorimetre ( HO ) olmak üzere üç alt detektörden oluşmuştur.

3.10 << η rapidite aralığını kapsayan HB’nin gövdesi mm 50 kalınlığındaki bakır

alaşımdan ve mm 4 kalınlığında plastik sintilatör levhalardan oluşmuştur. Hibrit

fotodiyotlar ışığı varlayacaktır. İç ve dış plakalar ise paslanmaz çelikten yapılmıştır.

Maksimum duş çözünürlüğüne ulaşmak için HB radyal doğrultuda HB (+) ve HB

(-) olmak üzere iki modülden oluşmuştur. HE , 0.33.1 << η rapidite aralığında

olup HB’in her iki ucunda bulunmaktadır. 18 kenarlı bir çokgenden oluşan HE ’nin

yapısı HB ile aynıdır. HE ’nin de gövdesi bakır alaşım (%90 Cu , %10 Zn )’dan

oluşmuştur. İç ve dış plakalar paslanmaz çelik ile kaplanmıştır. HE boylamasına

HE 1 ve HE 2 olmak üzere iki kısımdan oluşmuştur. Bu bölgede toplam 19 tane

örnekleme tabakası bulunur (Bayatian,1997). HB ve HE , EKAL ’i saracak biçimde

olup solenoid mıknatısın içinde HO ise mıknatısın dışında bulunmaktadır. HO

3.1<η rapidite aralığında bulunmaktadır. HO sintilatör tabakaları süper iletken

solenoid ve müon odacıkları arasındadır. Merkezi Kalorimetre’nin CMS

detektörünün bir çeyreğindeki yeri Şekil 2.6’da verilmiştir. Şekil 2.7’de HKAL ’in

alt detektörlerinin mıknatısa göre yerleşimi gösterilmektedir.

HKAL ’in En İleri Kalorimetre ( HF ), CASTOR (Centauro And Strange

Object Research) ve ZDC (Zero Degree Calorimeter) olmak üzere üç tane ileri yönde

bulunan kalorimetreleri vardır. HKAL ’in hassas katı açısını artırmak için HF ,

2.5<η rapidite aralığını kapsayacak biçimde CMS’in her iki yanına (ileri/geri)

yerleştirilmiştir. Kayıp dikine enerji ölçümleri, jetlerin tanımlanması, kozmik ışın

çarpışmalarına benzeyen ilginç olaylar ve düşük- x fiziği olayları gibi ilginç fizik

konularını araştıracak olan bu kalorimetrelerden HF hakkında ayrıntılı bilgi tezin

materyal ve metot kısmında verilmiştir.

CASTOR, CMS deneyinde bir alt detektör olarak kullanılacak ve 0.5° ile

0.090 açı aralığında veya bir başka deyişle 1.75.5 << η rapidite aralığına

yerleşmiştir. CASTOR ve HF detektörleri sadece pp etkileşmeleri değil, Pb-Pb

çarpışmalarında üretilen parçacıkları da belirleyeceklerdir (Norbeck ve ark., 2006).


14

Şekil 2.6. CMS’nin 4/1 ’nün boyuna görünümü, HKAL ’in bu çeyrekteki yeri (CMS

Collaboration,2008).

Şekil 2.7. HKAL ’in solenoide göre yeri. (https://cms-physics.web.cern.ch/cms-

physics/internal/green/HCAL_Freeman.pdf)

https://cms-physics.web.cern.ch/cms


15

2.3.4. Müon Odacıkları

Müonları tanımlamak ve momentumlarını ölçmek üzere tasarlanan müon

sistemi CMS kalorimetreleri ve bobinin hemen arkasına yerleştirilmiştir. Fıçı

bölgesinde 2.1=η ve kapak bölgesinde 4.29.0 << η rapidite aralığını kapsayan

müon sistemi dört ana istasyondan oluşmuştur. Her bir istasyonu dirençli plaka

odacıkları (RPC) ile fıçı bölgesindeki alimünyum Sürüklenme Tüp (DT)

plakalarından ve kapak bölgesindeki Katot Şerit Odacıkları (CCS)’ından oluşmuştur.

İstasyonlar fıçı bölgesi içinde hüzme doğrultusunu çevreleyen eşmerkezli silindir

içine ve uç kapakların içinde hüzme doğrultusuna dik olacak biçimde dizilmiştir

(CMS Collaboration, 1994). Şekil 2.8’de müon odacıkları görülmektedir.

Şekil 2.8. Müon Odacıkları (http://www.pd.infn.it/~dorigo/MuStations.gif).

http://www.pd.infn.it/~dorigo/MuStations.gif)

3. MATERYAL VE METOT Erkan PINAR

16

3. MATERYAL VE METOT

3.1. HF Kalorimetresi

CMS’in alt detektörü olan En İleri Kalorimetre ( HF ), kayıp dikine enerji

ölçümlerini geliştirmek ve jetleri iyi bir enerji çözümlemesi ile tanımlayabilmek

amacı ile tasarlanmıştır. Dikine kayıp enerji ölçümleri hem üst kuark hem de notrino

içeren kanallardaki SM Higgs araştırmaları için çok önemlidir. HF , Çerenkov ışığını

varlayabilen bir kalorimetredir. Çerenkov eşiğinin üzerindeki enerjilerde hadron

duşundaki yüklü parçacıklar kuvartz liflerde puls oluşturur ve sonuç olarak HF

duşun elektromanyetik öğeleri için yüksek hassasiyet gösterir.

HF rapidite aralığı 53 ≤≤ η (huzme ekseni ile 07.0 ile 06 ’ lik açılar

yapan) olan bölgeyi kaplamaktadır ve HF (+) ve HF (-) olmak üzere iki modülden

oluşmuştur. Her bir modülün uzunluğu cm 165 , yarıçapı cm 130 ve ön yüzünün

etkileşme noktasından olan uzaklığı m 1.11 ’dir, Modüller silindirik geometriye

sahiptir. Silindirin merkezinde huzme alanı için cm 5.12 yarıçaplı silindirik bir

boşluk vardır. Her bir proton-proton çarpışmasında her iki HF modülünde biriken

enerji GeV 760 iken detektörün geri kalan kısmında sadece GeV 100 ’lik bir enerji

depolanacaktır. Depolanan bu enerji kalorimetreye düzgün olarak dağılmaz, fakat en

yüksek rapiditelerde belirli bir maksimum değere ulaşır. HF şu ana kadar benzeri

görülmeyen bir parçacık akısına maruz kalacağı için asıl zor olanı en az on yıl veri

toplayacak olan bu kalorimetre sisteminin bu kadar zor koşullara dayanmak zorunda

kalmasıdır. Örneğin 5=η rapidite ve -15 nb 105× lik toplam ışıklılıkta (BHÇ

10 ≈ yıl çalıştığında) kalorimetrenin Grad 1 ≈ doz soğurması beklenmektedir. Bu

süreçte aşırı radyasyona maruz kalacak olan kalorimetrenin verimli çalışmasını

sağlamak için aktif ortam olarak demir soğurucu içine gömülen radyasyona dayanıklı

kuvartz lifler kullanılmıştır. Kolaylık sağlaması bakımından HF ’in her bir modülü

20°’lik 18 kamadan her kama ise 24 tane kuleden oluşmuştur (Şekil 3.1). HF’in 200

lik bir diliminin kuleler ile birlikte enine görünümü Şekil 3.2’de verilmiştir

(Akchurin, 2007).


17

Şekil 3.1. İki HF modülü ve modüllere yerleştirilen kamalar.

Şekil 3.2. HF kalorimetresinin 200 lik bir diliminin enine görünümü: T1-T24, kule

numaralarıdır (Akchurin, 2007).


18

HF Çerenkov ışıma prensibine uygun olarak çalışmaktadır. Kalorimetreye

gelen parçacıklar demir soğurucu ile etkileşerek ikincil parçacıkları oluştururlar.

İkincil parçacıklar da birbirleri ile etkileşerek yeni parçacıkları oluşturur. Bu durum

parçacıkların enerjisi tükenene kadar devam eder. Art arda etkileşmeler sonucu

oluşan bu olayların toplamına parçacık duşu denir. Parçacık duşu etkileşmenin türüne

göre elektromanyetik veya hadronik duş olarak isimlendirilir. Elektromanyetik

parçacıklardan oluşan duşa elektromanyetik, hadronlardan oluşan duşa hadronik duş

denir. Genellikle her hadronik duşun içinde elektromanyetik bir bileşen bulunur.

Hadronların kalorimetrede bıraktığı enerjiyi ölçerken, elektromanyetik etkileşen

parçacıkları hadronlardan ayırmak için hadronik ve elektromanyetik kısım birlikte

kullanılmaktadır. Hadronik duşların elektromanyetik bileşenleri genellikle daha

baskın olduğundan kalorimetrelerin boyu kısa yapılır.

Duş oluşumu esnasında kuvartz liflerin içinden geçen parçacıkların hızı ışık

hızından büyükse ( )ncv /1/ > parçacıklar Çerenkov ışıması yapar. Oluşan ışınım

açısı βα n/1cos = ile verilir. Burada n kırılma indisi, β, Çerenkov ışımasının

hızının ışık hızına oranıdır. Oluşan Çerenkov ışımasında tam yansıma koşulunu

sağlayan ışınlar fiber içerisinde tam yansımaya uğrayarak ışık kılavuzları aracılığı ile

Foto Çoğaltıcı Tüp (FÇT)’lere ulaşırlar (Dumanoğlu, 2003).

Elektromanyetik ve Hadronik olmak üzere iki kısımdan oluşan HF ’de uzun

ve kısa fiberler kullanılmıştır. Uzun fiberler ( m 65.1 ) elektromanyetik kısmı

oluşturur. Elektromanyetik kısım elektromanyetik etkileşen parçacıkların enerjilerini

ölçmek için kullanılır. Detektörün ön yüzünden cm 22 uzaklığa yerleştirilen kısa

kısım ise hadronların bıraktığı enerjiyi ölçmeyi sağlayan HF ’in hadronik kısmıdır.

Uzun ve kısa optik fiberler cm) 143( hüzme eksenine paralel olacak biçimde

aralarında 5mm mesafe bırakılacak şekilde soğurucu içine gömülmüştür.

Yerleştirilen fiber sayısı yaklaşık 5105× dir (Akchurin, 2007).

Fiberler 0.175 x 0.175 boyutlarındaki bir demet içinde gruplandırılarak ışık

klavuzları aracılığı ile R7525 tipi (Hamamatsu Photonics, Japan) ( FÇT )’lere

bağlanmıştır. Okuma ünitelerinin (RBXs) içindeki FÇT ’ler 24’lük gruplar (her bir

kule için) oluşturacak biçimde birleştirilmiştir. Her bir kamada elektromanyetik ve


19

hadronik kanallara karşılık gelen iki okuma ünitesi bulunur. Bu durumda her bir

kamada toplam 48 puls kanalı bulunmaktadır. Kulelerden gelen pulslar FÇT ’ler

yardımıyla okunur. Kamalara yerleştirilen fiberlerin FÇT ’ye bağlandıktan sonraki

durumu Şekil 3.3’de verilmiştir (Akchurin, 2007).

Şekil 3.3. HF kamaları içinde gömülen fiberlerin uçlarına FÇT ’ler takılmıştır.

(http://physics.bu.edu/~sulak/DOE06.pdf)

Şekil 3.4. HF Kalorimetresi

http://physics.bu.edu/~sulak/DOE06.pdf)


20

Şekil 3.4’de CMS detektörüne yerleştirilmeden önce modüllerden biri

gösterilmektedir. Yapımı tamamlanan her iki HF modülü 2007 yazında CERN’de

yerin yaklaşık 100 m altında bulunan BHÇ huzme hattındaki yerine yerleştirilmiştir.

Şekil 3.5’de CMS’e indirilen HF görülmektedir.

Şekil 3.5. BHÇ’de HF

3.2 Foto Çoğaltıcı Tüpler (FÇT)

FÇT ’ler fotosensörler içinde yüksek duyarlılığa sahip olmaları nedeniyle

yaygın olarak kullanılır ve yüksek hızlı tepki verme zamanı gibi avantajlara sahiptir.

FÇT ’lere olan ilgi Ekim 2002’de fizikte Nobel ödülü alan Prof. Dr. M. Koshiba ve

grubunun nötrinoların varlanmasında FÇT ’leri kullanmalarıyla artmıştır. FÇT ’ler

son zamanlarda yüksek fotometrik kapasiteyi gerektiren alanlarda kullanılmaktadır.

Nükleer tıbbi görüntüleme ve teşhisle ilgili sistemlerde olduğu gibi kliniksel

muayene ekipmanları gibi medikal alanlarda da yararlanılmaktadır.

http://jp.hamamatsu.com/resources/products/etd/eng/html/pmt_001.html). Kimyasal

http://jp.hamamatsu.com/resources/products/etd/eng/html/pmt_001.html)


21

analizleri içeren alanlarda FÇT , spektrofotometreler, çevresel ölçüm ekipmanları vs.

kapsayan analitik enstrümanların çeşitli tiplerinde kullanılır. Endüstriyel alan ve

ölçümlerde de kullanılan FÇT ’ler petrol kuyusu araştırmaları, radyometride ve optik

alanda, lazer taramalı ayna odaklı mikroskop araştırmaları (LSCM) alanında da

yararlıdır. FÇT , aynı zamanda su yüzeyi denetimi, plazma işlem kontrolü ve kalınlık

ölçümü için yarı iletken alanlarla ilgili araştırmalar için faydalı olan bir araçtır

(http://jp.hamamatsu.com).

FÇT ’nin kullanımı parçacık fiziği deneylerinde oldukça yaygındır. Bu

çalışmada HF detektöründeki FÇT ’lerin yüksek voltaj altındaki karakteristik

davranışları incelenmiştir. Bu bakımdan burada FÇT ’nin özelliklerini açıklamak

yararlı olacaktır.

3.2.1. FÇT Bileşenlerinin Yapısal Özellikleri

Bir FÇT , genellikle kapalı bir cam tüpün içerisinde bulunan bir giriş

penceresi, bir foto katot, odaklayıcı elektrotlar, bir elektron çoğaltıcı ve bir anottan

oluşur (Hamamatsu, 2006) . Şekil 3.6’da bir FÇT ’nin şematik yapısı gösterilmiştir.

Şekil 3.6. Bir FÇT ’nin yapısı (Hamamatsu, 2006).

http://jp.hamamatsu.com)


22

FÇT ’ye giren bir ışık aşağıdaki aşamalardan geçerek bir çıkış pulsu

oluşturur. (Hamamatsu, 2006)

1. Işık önce giriş penceresinden geçer.

2. Işık foto katot içinde bulunan elektronları uyarır, böylece fotoelektronlar

boşluk içerisinde yayılır.

3. Fotoelektronlar odaklayıcı foto katot tarafından birincil dinota doğru

hızlandırılır ve odaklanır, dinota çarpan elektronlar yeni (ikincil)

elektronların yayılımına neden olur. Bu ikincil yayılım art arda her bir

dinotta tekrarlanır.

4. Son dinota çarparak yayılan ikincil elektronlar anot tarafından toplanır.

5. Bu olay kendini tekrarlayarak bir elektron duşu oluşur ve bu duş anotta

kuvvetlendirilebilir ve analiz edilebilir bir akım vermek için toplanır.

3.2.1.1. Foto katot

Bir anot (pozitif yüklü) ve bir katot (negatif yüklü) havası boşaltılmış bir tüp

içine hapsedilerek bir fotoelektrik sistem oluşturur. Anot ve katot iki elektrot gibi

düşünülebilir. Elektrotlar arasında bir boşluk olduğu için bu iki uç arasından akım

geçmez. Ancak katot (bu sistemde buna foto katot denir) üzerine yeterince ışık

(foton) düşürülürse akım geçer. Her ışık ve her metal böyle bir etkiyi oluşturamaz.

Foto katota çarpan ışık orada bulunan elektronlar tarafından soğurulur. Foton

soğurulan elektronların enerji düzeyi artırır ve ya bir üst yörüngeye tırmanmasına

sebep olur ve elektronun atomu dolayısıyla foto katotu terk edip anota doğru hareket

etmesini sağlar. Böylece katotla anot arasında bir devre oluşarak akım karşı tarafa

geçer. Bu olay fotoelektrik olay olarak bilinir.

Fotoelektrik olay genel olarak iç fotoelektrik ve dış fotoelektrik olay olarak

sınıflandırılır. Dış fotoelektrik olayda foto elektronlar bir materyalden boşluğa

yayılır. Foto katot bir yarı iletkendir. İç fotoelektrik etkide ise foto elektronlar bir

materyalin iletim bandından uyarılır veya fotovoltaik (güneş pili) olaylar ile temsil

edilir (Hamamatsu, 2006).


23

Bir FÇT ’in foto katotu gelen fotonun enerjisini fotoelektrik etki ile elektrik

akımına çevirir. Bu değişimin verimliliği (foto katotun hassaslığı) gelen fotonun

dalga boyu ile değişir. Foto katot ve gelen ışığın dalga boyu arasındaki bu ilişki

spektral tepki olarak bilinir.

FÇT ’lerdeki foto katotların özellikleri, kullanılan malzemeye bağlı olarak da

değişir. Foto katotların çoğu düşük iş fonksiyonlu alkali metallerden oluşan yarı

iletken maddelerin bileşiminden yapılmıştır. Günümüzde foto katotların pratik

uygulamalarda kullanılan yaklaşık on çeşidi vardır. Her bir foto katot, farklı alet

özellikleriyle birlikte bir iletim (yarı saydam) tipi ya da bir yansıma (saydam

olmayan) tipi olarak tanımlanabilir. 1940’lardan önce, JEDEC (Birleşmiş Elektron

Aletleri Mühendisliği Kurulu) foto katot ve pencere materyalinin bileşimi tarafından

sınıflanan foto katot spektral tepkisini belirtmek için “S sayısını” ortaya atmıştır.

Günümüzde, foto katot ve pencere materyallerine bağlı olarak “S sayısı”, S1, S20,

vb. olarak etiketlenmektedir. Foto katot’un spektral tepkisi kullanılan materyalin

cinsiyle ifade edilir (Hamamatsu, 2006).

3.2.1.2. Elektron Yörüngesi

Fotoelektronları ve ikincil elektronları bir dinotta toplamak ve yayılan

elektronun geçiş zamanını minimuma indirgemek için, elektrotlar elektron yörünge

analizi ile uygun hale getirilmelidir. Bir FÇT içindeki elektronun hareketi,

elektrotların yeri ve elektrota uygulanan voltajın belirlediği elektrik alanına bağlıdır.

Bir FÇT tasarlanır iken foto katot’dan ilk dinota olan elektronun yörüngesi foto

katot’un biçimi (düzlem veya küresel pencereli), odaklanan elektrot ve uygulanan

voltaj göz önüne alınmalıdır. Şekil 3.7, Şekil 3.8 ve Şekil 3.9’da elektron

yörüngeleriyle birlikte bazı FÇT tipleri gösterilmiştir.


24

Şekil 3.7. Dairesel Kafes Tipi (Hamamatsu, 2006)

Şekil 3.8. Kutu ve Izgara Tipi (Hamamatsu, 2006)


25

Şekil 3.9. Doğrusal Odaklayıcı Tip (Hamamatsu, 2006)

3.2.1.3 Elektron Çoğaltıcı (Dinot Bölümü)

Bir FÇT ’nin elektrot yapısı ve potansiyel dağılımı, optimum performans

sağlayacak biçimde tasarlanmıştır. Foto katottan yayılan foto elektronların

yörüngeleri dikkate alınarak, foto elektronlar ilk dinottan son dinota kadar çoğaltılır

(19 dinota kadar), akımın artması ile elektron sayısı 10’dan 108’e kadar değişir ve

sonuçta elektronlar anota gönderilir (Hamamatsu, 2006).

Dinotlar için kullanılan başlıca ikincil yayıcı materyaller alkali antimonide,

berilyum oksit (BeO), magnezyum oksit (MgO), galyum fosfit (GaP), galyum arsenit

fosfit (GaAsP) dir. Malzemeler, nikel, paslanmaz çelik veya bakır berilyum

alaşımından yapılan bir alt katmanın üzerine sarılır. Şekil 3.10 ikincil elektron yayan

dinotun bir modelini göstermektedir (Hamamatsu, 2006).


26

Şekil 3.10. Dinotun İkincil Yayımı

İlk elektron bir Eb başlangıç enerjisi ile bir dinotun yüzeyine çarptığında, δ

ikincil elektronlarını oluşur. Her birincil elektron başına düşen ikincil elektronların

sayısı, ikincil yayılım oranı olarak adlandırılır. Birincil elektronları hızlandıran

voltajın bir fonksiyonu olarak çeşitli dinot materyalleri için ikincil yayılım oranı

Şekil 3.11’de verilmiştir (Hamamatsu, 2006).

Şekil 3.11. İkincil yayılım oranı (Hamamatsu, 2006)


27

İdeal durumda, akımın artışı veya bir FÇT ’in kazancı dinot katmanının sayısı

n ile verilir. Ortalama ikincil yayılım oranı δ her katman için nδ olacaktır. İdeal

dinot çeşitleri FÇT ’in kullanılacağı uygulamaya göre seçilir. Çünkü tepki zamanı,

homojenlik, ikincil elektronların toplama verimliliği, doğrusallığı ve kazancı

dinotların yapısına ve bölme sayısına bağlı olarak değişir. Şekil 3.12’de tipik dinotlar

gösterilmiştir.

Şekil 3.12. Elektron-çoğaltıcı tipleri (Hamamatsu, 2006)


28

3.2.1.4. Anot

Bir foto çoğaltıcı tüpün anotu, çok katmanlı dinottan oluşan ikincil

elektronların toplandığı ve dış devrelere akım olarak aktarıldığı bir elektrottur. Anot

elektron yörüngeleri için en uygun yapıda tasarlanmalıdır. Anot genellikle bir çubuk,

levha veya ızgara şeklinde üretilir. Bir anot tasarlanırken en önemli faktörlerden biri,

boşluk yük etkilerinin engellenmesi ve büyük bir çıkış akımı elde etmek için son

dinot ile anot arasında yeterli potansiyel farkının oluşturulmasıdır.

3.2.1.5. Pencere Malzemeleri

Birçok foto katot, ultraviyole bölgenin altında yüksek duyarlılık gösterir.

Bununla birlikte ultraviyole ışınım pencere malzemesi tarafından soğurulma

eğiliminde olduğundan, kısa dalga boyu sınırı pencere malzemesinin ultraviyole

iletimi ile belirlenir. Çoğunlukla FÇT ’lerde kullanılan pencere malzemeleri MgF2

kristali, safir (Al2O3), sentetik silika ve borosilikat’dan yapılır.

3.2.1.6. Spektral Tepki Özellikleri

FÇT foto katotu, gelen fotonların enerjisini foto elektronlara dönüştürür.

Dönüşüm verimliliği (foto katot duyarlılığı), gelen ışığın dalga boyu ile

değişmektedir. Spektral tepki kuantum verimliliği ve ışınım duyarlılığı terimleriyle

ifade edilir. Kuantum verimliliği salınan fotoelektron sayısı bölü katota gelen foton

sayısıdır. Foto katot ve gelen ışığın dalga boyu arasındaki bu ilişki spektral tepki

özelliği olarak bilinir (Hamamatsu, 2006).

3.2.1.6.(1). Işınım Duyarlılığı

Foto katot ışınım duyarlılığı, verilen bir dalga boyunda gelen foton sayısı

bölü foto katot tarafından üretilen foto elektrik akımı olarak tanımlanır, birimi Watt


29

başına Amper ( A/W ) dir. Ayrıca maksimum ışınım duyarlılığının %100’e kadar

normalize edildiği göreli spektral tepki özellikleri de kullanılır.

3.2.1.6.(2). Kuantum Verimliliği

Kuantum verimliliği, foto katottan salınan fotoelektron sayısının gelen foton

sayısına bölümüdür. Ya da foto detektörün ışığa duyarlı yüzeyine çarpan her bir

foton için ne kadar elektron üretildiğinin bir ölçüsüdür. Kuantum verimliliği

genellikle yüzdelik olarak ifade edilir. Gelen fotonlar enerjilerini, bir foto katotun

valans bandında bulunan elektronlara transfer eder, fakat bu elektronların tamamı

foto elektron olarak salınmaz. Bu foto yayılım belirli bir sürede oluşur. Dalga boyu

kısa olan fotonlar, daha uzun dalga boylarında olanlara göre daha yüksek enerji

taşırlar ve foto yayılım olasılığını artırırlar. Sonuç olarak maksimum kuantum

verimliliği, pik ışınım duyarlılığının dalga boyundan biraz daha kısa bir dalga

boyunda gerçekleşir.

3.2.1.7. Toplama Verimliliği

Bir FÇT ’ün elektron çoğaltma mekanizması, elektron yörüngeleri göz önüne

alınarak elektronların her dinot katmanında yeterince çoğaltılmalarını sağlayacak

şekilde tasarlanmıştır. Ancak, beklenen yörüngelerden biraz sapan elektronlar bu

çoğaltma işlemine girmezler. Genellikle, foto katottan yayımlanan foto elektronların

ilk dinotun en etkin alanına ulaşma olasılığı toplama verimliliği olarak adlandırılır ve

α ile gösterilir. Bu etkin alan, elektronların beklenen yörüngelerinden sapmaksızın,

ardışık dinot tabakalarında verimli bir şekilde çoğaltıldığı ilk dinot alanıdır. İkinci ya

da daha sonraki dinotlardaki çoğaltmaya katkısı bulunmayan ikincil elektronlar da

bulunur, fakat bunların toplama verimliliğine etkileri azdır. Bu nedenle, ilk dinottaki

foto elektron toplama verimliliği önemlidir. Şekil 3.13’de giriş çapı 28 mm olan bir

FÇT ’ün (Hamamatsu R6095) tipik toplama verimliliği katot ile ilk dinot arasına

uygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak gösterilmiştir. Eğer uygulanan voltaj küçük


30

ise, ilk dinotun etkin alanına giren foto elektron sayısı da düşük olur ve bu çok az da

olsa toplama verimliliğinin azalmasına neden olur.

Şekil 3.13. Toplama verimliliği ile foto katot – ilk dinot arasındaki voltaj ilişkisi

(Hamamatsu, 2006).

3.2.1.8. Kazanç

İkincil yayılım oranı δ , dinotların ara katmanlarındaki voltajın bir

fonksiyondur ve aşağıdaki denklemle verilir.

kaE=δ (3.1)


31

Burada a bir sabittir ve k , dinotun yapısı ve yapıldığı malzemeye bağlı olup

genelde 0.7 ile 0.8 arasında değerler alır. Foto katottan yayımlanan foto elektron

akımı kI , ikincil elektronların akımı dI ’nin yayınlandığı ilk dinota ulaşır. Bu

noktada, ilk dinottaki ikincil yayılım oranı 1δ aşağıdaki denklem ile belirlenir.

k

dl

II

=lδ (3.2)

Bu elektronlar, ilk dinottan ikinciye, oradan üçüncüye ve böylece .n dinota kadar

süren süreçte bir duş oluşturur. .n dinotdaki ikincil yayılım oranı nδ ;

)1(n

−

=nd

dn

II

δ (3.3)

dır ve anot akımı pI ise aşağıdaki gibi ifade edilir.

nkp II δδαδ .......21= (3.4)

Buradan

1 2....pn

k

II

µ αδ δ δ= = (3.5)

bulunur. Burada α toplama verimliliğidir. nδδαδ .....21 çarpımı, µ kazancı (akım

amplifikasyonu) olarak adlandırılır. Buna göre, dinot katman sayısı n ve 1=a olan

FÇT için kazanç eşit dağılımlı bir paylaştırıcının kullanılmasıyla uygulanan voltaja

bağlı olarak aşağıdaki gibi değişir.


32

( ) knkn

nnk AVnVaaE =

+==

1µ (3.6)

Görüldüğü gibi A , ( )kn

n

na

1+ değerine eşittir ve kazanç uygulanan voltajın

ekponansiyel olarak kn kuvveti ile orantılıdır. Şekil 3.14’te tipik bir kazancın voltaja

karşı grafiği verilmiştir. Şekilde hem yatay hem de düşey eksen logaritmik ölçekte

olduğundan grafikteki doğrunun eğimi kn olmalıdır ve akım uygulanan voltajla

doğru orantılı bir şekilde artmalıdır. Bu FÇT kazancının uygulanan yüksek voltajla

sürüklenme, dalgalanma, sıcaklık kararlılığı, giriş ayarı ve yükle değişmesi gibi

değişimlere karşı duyarlı olduğu anlamına gelmektedir.

Şekil 3.14. Kazancın uygulanan voltajla değişmesi (Hamamatsu, 2006).


33

3.2.2. FÇT’lerin Özellikleri

Her ne kadar önceki bölümlerde FÇT ’lerin işletimi ve değerlendirilmesi

konusu özetlenmiş olsa da, FÇT ’lerin zaman karakteristiği, doğrusallık, homojenlik,

kararlılık, gecikme, karanlık akım, pulsun gürültüye oranı gibi bazı önemli

özelliklerin de açıklanmasında yarar vardır.

3.2.2.1. Zaman Karakteristiği

Bir FÇT , tepki zamanı çok hızlı olan bir foto detektördür. Tepki zamanı her

bir foto elektron arasında geçen süre olduğu kadar foto katottan yayımlanan foto

elektronların çoğaltıldıktan sonra anota varıncaya kadar geçirdikleri süre olarak da

bilinir. Bundan dolayı, hızlı tepki veren bir FÇT ’ün içi küresel bir pencere olarak

tasarlanır ve böylece elektrotlar geçiş zamanını azaltacak şekilde yerleştirilir.

Tepki zamanı kullanılan dinotun cinsiyle belirlenir fakat uygulanan voltaja da

bağlıdır. Elektrik alanın şiddetini ya da uygulanan voltajı artırmak elektronların geçiş

hızını artırır ve böylece geçiş süresi kısalır. Genel olarak tepki zamanı, uygulanan

voltajın kareköküyle ters orantılı bir şekilde değişir. Tipik zaman karakteristiğinin

uygulanan voltajla değişimi Şekil 3.15’de gösterilmiştir.

3.2.2.2. Doğrusallık

Bir kalorimetrenin verimi ve güvenilirliği kullanılan FÇT ’lerin geniş bir ışık

şiddeti aralığında doğrusal olmasına bağlıdır. FÇT , varladığı ışığın şiddeti ile

orantılı puls üretir. Eğer FÇT ’nin toplam yük veya akıma göre çıkışı gelen ışık

şiddetinin miktarı ile orantılı olarak doğrusal ise FÇT doğrusaldır. Doğrusallık DC

(doğru akım) doğrusallığı ve puls doğrusallığı olmak üzere iki şekilde ölçülür. DC

doğrusallığı sürekli bir ışık kaynağı ile belirlenir. Puls doğrusallığı ise bir pulstan

sonra geri dönüp yeni bir pulsa hazır olma özelliğini gösterir (Akgun, 2003).


34

FÇT ’ler, foton sayma bölgesinde olduğu kadar, gelen ışık şiddetinin geniş

bir aralığı üzerinde oluşan anottaki çıkış akımı için çok iyi bir doğrusallık özelliği

gösterirler. Başka bir deyişle, geniş bir dinamik aralığı içindedirler. Ancak, eğer

gelen ışık miktarı çok fazlaysa, çıkış pulsu ideal doğrusallıktan sapmaya başlar. Bu

öncelikle anotun doğrusallık karakteristiklerine neden olur fakat aynı zamanda FÇT

yüksek akım ve düşük voltajda bir geçiş modu foto katotu ile çalıştırıldığında,

katotun doğrusallık karakteristiği de etkili olabilir. Anot ve katot doğrusallık

karakteristiklerinin her ikisi de, uygulanan voltajın sabit olması durumda, gelen

ışığın dalga boyundan bağımsız olup akım miktarına bağlıdır.

Şekil 3.15. Zaman karakteristiğine karşı uygulanan voltaj (Hamamatsu, 2006).


35

3.2.2.2.(1). Katot Doğrusallığı

Foto katot bir yarı iletkendir ve elektriksel direnci kullanılan materyale

bağlıdır. Bundan dolayı, katotun doğrusallık özelliği, kullanılan materyale de bağlı

olarak değişir. Bu özellik sadece iletim modlu foto katotlar için önemlidir. Bir metal

tabaka üzerine yerleştirilen ve yeterince düşük dirençli yansıtma modlu foto katot

durumunda, doğrusallık önemli bir problem değildir. Foto katotun alet üzerindeki

direncini azaltmak için yapıya bağlı olarak, foto katot ve ilk dinot arasına 50 ile 300

volt arası bir voltaj uygulanması önerilmektedir. Yarı iletkenler için, foto katot

yüzeyinin direnci sıcaklığın azalmasıyla birlikte artar. Bundan dolayı, FÇT

soğutulurken, foto katot direncinin karakteristik sıcaklığı da göz önüne alınmalıdır.

3.2.2.2.(2). Anot Doğrusallığı

Anot doğrusallığı voltaj bölüşüm devresi (dengeleyici bir yüksek voltaj

uygulaması) ve dinotlardaki yüksek akım akışlarından kaynaklanan boşluk yük etkisi

olmak üzere iki faktör ile kısıtlanır.

Puls mod işletimi boşluk yük etkisi ile kısıtlanırken, DC mod işletimde

yüksek puls akımından dolayı voltaj bölüştürücü devre ile voltajın değiştirilmesi

gerekir. Bunun için bir direnç zinciri kullanılır, daha iyi ayarlamalar için değişken

dirençler tercih edilir. Puls modundaki puls doğrusallığı çoğunlukla zayıf puls

akımına bağlıdır. Yoğun bir ışık pulsu FÇT ’e girdiğinde, sonraki dinotlarda, boşluk

yük yoğunluğunu artıran ve akım doygunluğunu sağlayan yüksek bir akım oluşur. Bu

etki dinotun yapısına bağlıdır. Ayrıca boşluk yük etkisi, elektrik alan dağılımına ve

her dinot arasındaki şiddete de bağımlılık gösterir. Ağ tipi dinotlar boşluk yüküne

karşı direnç gösteren bir yapıya sahip olduğundan iyi bir doğrusallık gösterirler.

Yüksek elektrik alan şiddetini sağlamak için her bir dinot birbirine çok yakın

yerleştirilir bu durumda dinot alanı artacağından alan başına düşen puls yoğunluğu

azalacaktır. Genellikle, dinotlar arasındaki elektrik alan şiddeti artırıldığında ya da

başka bir deyişle uygulanan voltaj artırıldığında herhangi bir dinotun daha iyi bir

puls doğrusallığı sağladığı söylenebilir.


36

3.2.2.3. Homojenlik

Homojenlik çıkış pulsunun foto katotun konumuna göre değişmemesidir.

Anot çıkış homojenliği foto katot homojenliği ile elektron çoğaltıcı (dinot kısmı)

homojenliğinin çarpımıdır.

Şekil 3.16 400 ile 800 nm dalga boylarında ölçülen anot homojenliğini

göstermektedir. Alınan veri foto katot yüzeyi 1 mm çaplı bir ışıkla taranarak elde

edilmiştir.

Şekil 3.16. Homojenlik-Dalga Boyu ilişkisi (Hamamatsu, 2006).


37

Genel olarak, foto katot ve anot homojenliklerinin ikisi de, gelen dalganın

daha uzun dalga boyuna kaymasıyla kötüleşir ve özellikle de uzun dalga boyu

limitine yaklaşır. Katot duyarlılığı uzun dalga boyu sınırında foto katotun yüzey

koşullarına ve dalgalanmaların artmasına bağlıdır. Bunun dışında eğer uygulanan

voltaj çok düşükse, dinotlar arasındaki elektron toplama verimliliği azalır bu durum

homojenliğin bozulmasına neden olur.

FÇT ’lerin üzerindeki başlık kenar tipli olanlara göre daha iyi bir doğrusallık

sağlar. Medikal teşhislerde kullanılan gama kameraları gibi iyi bir konum belirleme

yeteneği gerektiren uygulamalarda homojenlik cihazın performansının

belirlenmesinde önemlidir. Bu nedenle bu alanlarda kullanılan FÇT ’ler özel olarak

tasarlanır ve daha iyi bir doğrusallık sağlayacak şekilde seçilir. Homojenlik, dinotun

yapısından da etkilenir. Kutu ve ızgara tipli ve jaluzi (panjur) tipli FÇT ’lerin

doğrusallığı oldukça iyidir. FÇT kullanımında homojenlik konumuna (uzaysal

homojenlik) göre ve gelen açıya (açısal yanıt) göre olmak üzere iki yöntem ile

ölçülür.

Uzaysal homojenlikte ışık FÇT ’in foto katotu üzerine düşürülür ve X ve Y

eksenleri boyunca taranır ve çıkış akımındaki değişim grafiksel olarak görüntülenir.

Foto katotun X veya Y ekseni ilk dinotun yönüne göre belirlenir. Foto katot ışık ile

taranırken yayımlanan foto elektronlar ilk dinotun X veya Y ekseni boyunca

hareket eder. Birçok ortak özellik kısa sürede değerlendirilebildiği için bu yöntem

uzaysal homojenlik ölçümlerinde oldukça yaygındır.

FÇT ’lerin duyarlılığı bir yerde foto katot üzerine gelen ışığın geliş açısına

bağlıdır. Geliş açısının bu bağımlılığına açısal yanıt denir. Açısal yanıtı ölçmek için

tüm foto katot paralel ayarlanan ışık ile aydınlatılır ve çıkış akımı FÇT çevrilirken

ölçülür.

3.2.2.4. Kararlılık

İşletme zamanlı bir FÇT ’ün çıkış karasızlığı genellikle “sürüklenme” ya da

“yaşam” karakteristiği olarak isimlendirilir. Diğer taraftan, uygulanan voltaj, akım


38

ve çevredeki sıcaklıktan oluşan gerilimden kaynaklı performans azalması ise

“tükenme” olarak bilinir. 43 1010 − saatten daha uzun süren kararsızlığa “yaşam karakteristiği” daha

kısa süren kararsızlıklara ise “sürüklenme” denir. FÇT ’ün katot hassasiyeti uzun

süren bir işletim sürecinden sonra bile iyi bir kararlılık gösterdiği için sürüklenme ve

yaşam karakteristiği öncelikli olarak ikincil yayınım oranındaki kararsızlığa bağlıdır.

Başka bir deyişle, bu karakteristikler, zaman işletimli kazanç kararsızlığını belirtir.

Birim zamandaki sürüklenme uzun zaman işletimi ile geliştirilir ve bir FÇT

bir süre kullanılmadan bırakılsa bile bu durum devam eder. Daha kararlı işletimleri

sağlamak için FÇT ’e bir güç voltajı uygulanır. Sürüklenme ve yaşam karakteristiği

büyük ölçüde sinyal çıkış akımının büyüklüğüne bağlı olduğundan ortalama çıkış

akımının bir kaç mikroamper mertebesinde tutulması önerilir.

Fotonik Hamamatsularda sürüklenme, FÇT ’in genellikle sürekli bir ışıkla

aydınlatıldığı ve işletim süresince çıkış akımının kaydedildiği DC modunda ölçülür.

Çoğu kez bir FÇT ’nin sürüklenmesi ilk işletim esnasında değişmeye çok fazla

eğilim gösterir fakat geçen süre içinde kararlı duruma gelir. Puls veya aralıklı

işletimde eğer ortalama çıkış akımı DC modundaki çıkış akımının aynısı ise

sürüklenme ışık yöntemine benzerlik göstermektedir.

3.2.2.5. Gecikme

Gelen ışık ya da uygulanan voltaj bir basamak fonksiyonu ile

değiştirildiğinde bir FÇT aynı basamak fonksiyonuyla karşılaştırılabilen bir çıkış

oluşturamayabilir. Bu olay “gecikme” olarak bilinir. Gecikme iki şekilde

gözlenebilir. Bunlardan ilki çıkış akımının hızla arttığı overshoot diğeri çıkış

akımının hızla azaldığı ve daha sonra kararlı duruma geçtiği undershoot durumudur.

Gecikme ölçüm koşullarına bağlı olarak “ışık gecikmesi” ve “voltaj gecikmesi”

olarak da sınıflandırılabilir.


39

Bazı FÇT ’ler elektrot destek yüzeylerin iletken bir malzeme ile

kaplanmasıyla gecikmeyi bastıracak biçimde tasarlanır. Bu durumda elektrot destek

yalıtma özelliğini bozmadan üzerindeki elektro statik yük azaltılmaktadır.

3.2.2.6. Karanlık Akım

FÇT üzerine hiçbir ışık düşürülmediğinde yani tamamen karanlık bir

durumda işlem yapıldığında bile, akımın küçük bir miktarı FÇT içine akar. Bu akım

çıktısı “karanlık akım” olarak adlandırılır ve ideal olarak mümkün olduğu kadar

küçük tutulmalıdır çünkü FÇT ’ler ışığın ve akımın çok küçük miktarlarını saptamak

için kullanılmaktadır.

3.2.2.6.(1). Karanlık Akımın Nedenleri

Karanlık akım çeşitli biçimlerde ortaya çıkar. Karanlık akıma neden olan

durumlar aşağıdaki gibi sıralanabilir.

(a) Foto katot ve dinotlardaki termoiyonik akım,

(b) Tüp içindeki anot ve diğer elektrotlar arasında ve/veya bulb sitemi

üzerindeki anot iğnesi ve diğer iğneler arasındaki sızıntı akımı (ohmik

sızıntı),

(c) Cam zırh veya elektrot desteklerden dolayı ortaya çıkan ışıldama ile üretilen

fotoakım,

(d) Alan yayınım akımı,

(e) İyon geri beslemesinden kaynaklanan iyonizasyon akımı,

(f) Kozmik ışınlar, cam zırhtaki radyoaktif izotoplar yüzünden oluşan radyasyon

ve çevresel gama ışınlarının neden olduğu gürültü akımı.


40

Karanlık akım uygulanan voltajın artmasıyla artar, fakat artış oranı sabit

değildir. Şekil 3.17’de tipik bir karanlık akıma karşılık uygulanan voltajın

karakteristik davranışı gösterilmiştir.

Şekil 3.17. Karanlık Akım-Uygulanan Voltaj Karakteristiği (Hamamatsu, 2006).

Bu özellikler uygulanan voltajın üç bölgesi ile ilgilidir: düşük voltaj bölgesi

(şekil 3.17’de a), orta voltaj bölgesi (şekil 3.17’de b) ve yüksek voltaj bölgesi (şekil

3.17’da c). a bölgesi sızıntı akımına, b bölgesi termo-iyonik yayınım akımına, c

bölgesi ise alan yayınımı ve cam veya elektrottaki ışıldamadan kaynaklanan karanlık

akımına karşılık gelmektedir. b en iyi puls-gürültü oranını sağlayan bölgedir.


41

Kozmik ışınlar ve radyoaktif izotoplardan kaynaklanan iyon geri beslemesi ve

gürültü bazen puls işleminde problem yaratabilir.

Bir foto katot oda ışığına maruz kaldığında, 1 ila 2 saat için FÇT karanlık bir

durumda saklanarak, karanlık akım başlangıçtaki seviyesine döner. Bununla birlikte

eğer güneş ışığına veya şiddetli derecede gelen ışığa (10,000 lux veya daha fazlası)

maruz kalırsa, bu geriye dönüşü olmayan zararlara neden olabilir, bu kaçınılması

gereken bir durumdur.

v Termo-İyonik Yayınım

Foto katot ve dinot yüzeyleri çok düşük iş fonksiyonlu malzemelerden

oluşturulduğu için termo-iyonik elektronlar oda sıcaklığında bile salınabilir. Bu

etki Richardson denklemi ile verilmektedir.

5

4e

KTİs AT eψ−

= (3.7)

Burada ψ iş fonksiyonu, e elektronun yükü, K Boltzman sabiti, T mutlak

sıcaklık ve A bir sabittir. Bu denklemden görüldüğü gibi termo-iyonik yayınım, foto

katotun iş fonksiyonu ve mutlak sıcaklığın bir fonksiyonudur. Böylece foto katot

malzemesi kadar iş fonksiyonunun büyüklüğü de termo-iyonik yayınım miktarını

etkiler. Foto katot iş fonksiyonu düşük olduğunda, termo-iyonik yayınımın artması

ile spektral tepki daha düşük enerjili ışık veya daha uzun dalga boylarına ulaşır.

Genellikle kullanılan foto katotlar arasında alkali metallerden oluşan en uzun dalga

boyu aralığındaki bir spektral tepki ile Ag-O-Cs foto katotu en yüksek karanlık

akıma sahiptir. Buna karşılık mor ötesi aralık (Cs-I, Cs-Te) için foto katotlar en

düşük dalga boyunun üst limiti gösterir ve karanlık akım sağlarlar. Denklem 3.7 aynı

zamanda sıcaklığın azalmasıyla karanlık akımın azalacağı anlamına da gelmektedir.


42

v Sızıntı Akımları (Ohmic Sızıntı)

FÇT ’ler 500’den 3000 Volt’a kadar değişen oldukça geniş yüksek voltaj

aralığında çalışır. Fakat birkaç nano amperden 100 mikroampere kadar olan çok

düşük akımlar için kullanır. Bu yüzden tüpte kullanılan yalıtım malzemesinin kalitesi

çok önemlidir. Örneğin yalıtım direnci 1012 ohm civarında ise sızıntı akımı nano

amper seviyesine ulaşacaktır. Yalıtım malzemesindeki sızıntı akımı ve uygulanan

voltaj arasındaki ilişki Ohm yasası ile verilir. FÇT kazancına bakılmaksızın,

Akım ( I ) = Uygulanan voltaj (V ) / Yalıtım direnci ( R ) (3.8)

dir. Diğer taraftan karanlık akım uygulanan voltajla eksponansiyel olarak değişen

termo iyonik yayınım olarak da ortaya çıkabilir. Uygulanan voltajın azalması ile

sızıntı akımı karanlık akıma göre daha fazla etkili olur.

Bir sızıntı akımı bir tüp içindeki anot ve son dinot arasında meydana gelebilir.

Eğer bu kaçak elektronlar cam zırh üzerine çarparsa ışıldama oluşabilir ve karanlık

pulslar oluşur. Genel olarak bir FÇT foto katota uygulanan negatif bir yüksek voltaj

ve bir metal kap içine yerleştirilen durumda ise bir temel (ground) potansiyel ile

çalıştırılır.

3.2.2.7. FÇT’lerde Sinyalin Gürültüye Oranı

Bir FÇT ’den çıkan dalganın biçimi incelendiğinde, iki tip gürültü bileşeni

olduğu görülebilir: birincisi ışık girişi olmadığında bile mevcuttur, diğeri ışık sinyal

girişi ile oluşturulur. Normalde bu gürültü bileşenleri, foto katot termo-iyonik

yayınım ile üretilen karanlık akımla kontrol edilir ve sinyal akımı olarak ortaya çıkar.

Sinyal ve gürültü dalga biçimleri Şekil 3.18’de gösterildiği gibidir ve sinyalin

gürültüye oranı r.m.s. ile (ortalama karekök) verilir. Gürültü bileşeninin ortalama

değeri dI , gürültünün AC bileşeni, (r.m.s) dİ , gürültü bileşeni ile birlikte ortalama


43

sinyal değeri, p dI + , gürültü bileşeni ile birlikte sinyalin AC bileşeni )( dpİ + (r.m.s)

olmak üzere sinyalin gürültüye oranı aşağıdaki gibi tanımlanabilir.

Şekil 3.18. Sinyalin Gürültüye oranı için örnek

SG oranı=dp

p

II

+

(3.9)

Burada pI sinyal bileşeninin ortalama değeridir ve p dI + ’den dI çıkarılarak

elde edilir. Eğer karanlık akım dI yeterince küçük ise )( dp II >> sinyalin gürültüye

oranı

SG oranıp

p

İI

= (3.10)


44

olur ve burada pİ sinyalin AC (r.m.s) bileşenidir. Çoklu süreçlerle oluşan gürültü

bileşeni Gürültü Biçimi (GB) cinsinden tanımlanır. GB sinyalin gürültüye oranının

giriş ve çıkış arasında ne kadar azaldığını gösterir ve aşağıdaki gibi verilir.

GB ( ) ( )2çııkış

2giriş /// GSGS= (3.11)

( )2giriş/ GS FÇT ’nin giriş tarafındaki sinyalin gürültüye oranı ( )2

çııkı/ GS

FÇT ’nin çıkış tarafındaki sinyalin gürültüye oranıdır. n dinotlu bir FÇT ’de çoklu

süreçler sonucundaki duş dikkate alındığında GB denklemi

GB ( )( )nδδδδδδα ...../1...../1/11/1 21211 +++= (3.12)

olur. Burada α toplama verimliliğidir. nδδδ .....21 çarpımı her bir katmanın ikinci

yayınım oranlarını göstermektedir. 1=α ve δδδδ =n.....21 olarak alındığında

GB ( )1/ −= δδ (3.13)

olur. GB pİ sinyalin AC bileşenine eklendiğinde pİ aşağıdaki gibi verilir.

( ) 2/1.B.GB..2 kp İeİ µ= (3.14)

Burada µ kazanç, e elektron yükü, kİ katot akımı ve B ölçülen sistemin bant

genişliğidir. Denklem (3.12)’dikkate alındığında

( )( )( ) 2/121211 ..../1..../11/1.1/.B...2 nkp İeİ δδδδδδαµ +++= (3.15)

olur. Diğer taraftan ortalama anot akımı pI aşağıdaki gibi tanımlanır.


45

µα..kp II = (3.16)

Denklem (3.14) ve Denklem (3.15)’den

SG oranı pp İI /=

2/1

211 ...../11/11

2

++

=n

k

eBI

δδδδα

(3.17)

ve Denklem (3.13) dikkate alındığında

SG oranı ( )

21

11.

2

−

≈δδeB

I k (3.18)

olur. Bu ilişkiden sinyalin gürültüye oranının, katot akımı kI ’nın karekökü ile doğru

orantılı ve bant genişliği B ’nin karekökü ile ters orantılı olduğu açıkça

görülmektedir. En iyi sinyal-gürültü oranını elde etmek için, atış gürültüsü (shot

noise) azaltılmalı ve aşağıdaki noktalar dikkate alınmalıdır:

(1) Kullanılan FÇT yüksek bir kuantum verimliliğine sahip olduğu kadar belli bir

dalga boyu aralığında ölçüm yapabilmelidir.

(2) Gelen ışığın minimum kayıplı FÇT ’ye rehberlik ettiği daha iyi ışık toplama

verimliliği olan bir optik sistem tasarlanmalıdır.

(3) Işık toplamak için bir optimum konfigürasyona sahip FÇT kullanılmalıdır.

(4) Ölçüm sisteminde problemler olmaması için bant genişliği mümkün olduğu

kadar daraltılmalıdır.


46

Normal bir FÇT ’ün tipik ikincil yayınım oranı olan Denklem (3.17)’de δ=6

alınırsa δ/(δ-1) değeri, 1’e çok yakın bir değer olan 1.2 olacaktır. Sonuç olarak, eğer

çoklu süreçlerde gürültü ihmal edilirse, sinyalin gürültüye oranı yeniden aşağıdaki

gibi düzenlenebilir.

SB oranı= ( ) ( )( )MHzB

AIxeBI k

kµ321 1075.12 ≈ (3.19)

4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR Erkan PINAR

47

4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR

4.1. HF’de Kullanılan FÇT’lerin Kazancı

HF demir bir soğurucu içine gömülen kuvartz fiberlerden oluşan bir

detektördür ve Çerenkov ışıması prensibine göre çalışır. Gelen parçacıklar demir

soğurucu ile etkileştiklerinde ikincil parçacıkları oluşturur. Bunlarda art arda

etkileşerek yeni ikincil parçacıkların ve sonuç olarak (elektromanyetik ve hadronik)

duşların oluşmasına neden olurlar. Bu olay parçacıkların enerjisi parçacıkların

oluşmasına yetmeyene kadar devam eder. Çerenkov eşiğinin üzerindeki yüklü duş

parçacıklarının (elektronlar için keV, 190 ≈ müonlar için MeV) 50 ≈ bir kısmı

kuvartz fiberlerin içinde Çerenkov fotonlarını oluşturur. Hızları ışığın kuvartz

içindeki hızından büyük olan ( )n/1>β olan parçacıklar Çerenkov ışıması yaparlar.

Oluşan ışınımın açısı ortamın kırılma indisi n ’ne bağlıdır ve βθ n/1cos = ile

verilir. Oluşan ışığın bir kısmı fiberler içinde tam yansımaya uğrayarak fiberler

aracılığı ile FÇT ’lere ulaşır. Çerenkov eşiğinin üzerinde duş pionları çok azdır,

bunun için çoğunlukla büyük açılarla fiberlerden geçen yumuşak elektronlardan

gelen sinyaller toplanır. Hadronlardan gelen sinyal duştaki 0π parçacıklarının

kesrine bağlıdır.

Bu çalışmada CMS deneyinin HF kalorimetresinde kullanılan FÇT ’lere

yüksek voltaj uygulandı ve alınan veriler kullanılarak FÇT’lerin kazanç değerleri

ölçüldü. Testlerde FÇT kazancı yüksek yoğunluklu LED ranları kullanılarak izlendi,

Bu ranlardaki olayların %20 - %30’unda FÇT ’in foto katotundan tekli elektronlar

yayınlanmaktadır. Böyle olaylar için ortalama çıkış sinyali herhangi bir

parametreden bağımsız olarak verilen bir voltaj değerinde FÇT ’in kazancını gösterir

(Akchurin, 2008). Sabit bir voltajda FÇT sinyalinin büyüklüğü foto katottan

yayınlanan foto elektronların sayısına bağlıdır.

Bir FÇT ’nin toplam kazancı, elektron çoğaltıcı bölümündeki dinotların

sayısına veya ikincil yayınım faktörü yani gelen ilk elektronun enerjisine bağlıdır.

Analizlerde aşağıda verilen kazanç denklemi kullanıldı.


48

knAVG = (4.1)

Burada V uygulanan yüksek voltajı, k FÇT ’deki dinotun malzemesine bağlı olarak

değişen bir sabiti ( )8.07.0 −≈k , n zincirdeki dinot sayısını, A ise sabit bir sayıyı

göstermektedir (Amsler ve PDG, 2008). k malzemeye bağlı bir sabit ve n dinot

sayısı olduğundan kn yerine c gibi bir sabit kullanıldı. Çizelge 4.1’de gorüldüğü

gibi G değerinin HF’de kullanılan FÇT ’ler için 54 1010 − değerleri arasında olması

gerekmektedir (Akgun, 2002).

Çizelge 4.1. HF’de kullanılan FÇT ’lerin Özellikleri

Cam Malzemesi Borosilikat Cam

Efektif Foto katot Çapı 22-28 mm, kafa-kafaya

Kuantum Verimliliği >yüzde 15 (400-500 nm)

Foto katot Ömrü > 200 mC

Konumuna karşılık Anot Akımı <yüzde 20, 3 mm nokta taraması ile

Kazanç

104 - 105 arasında, 0.75xVKA (max) dan daha azı

için 105

Tek Foto elektron Çözünürlüğü 50 veya daha fazla SPE pikinin “RMS/ortalama”

sıdır.

Sinyal Doğrusallığı 1- 3000 fotoelektron için %2

Anot yükselme zamanı < 5 ns

Geçiş Zamanı <25 ns, tercih edilen

Geçiş Zaman Yayılımı <2 ns tercih edilen

Sinyal Genişliği <15 ns FWHM

Kazanç (1/2)-ömrü >1500 C

Ortalama Katot Akımı <1 nA (g=104)

Ortalama Anot Akımı <10 nA (g=104)

Anot Karanlık Akımı <2 nA (g=104)

Kararlılık <% 3 her 48 saat periyodu içinde


49

4.1.1. HF’de Kullanılan FÇT’lerin Yüksek Voltaj Altında Davranışlarının Test

Edilmesi

HF kalorimetresi 2006 yılında kalibre edilmek üzere 5 mCi 60Co radyoaktif

kaynak kullanılarak test edilmiştir. Bu testlerin amacı kalorimetrenin yapısını

oluşturan hücrelerin birbiriyle uyum içinde çalışıp çalışmadığını anlamaktır.

Co60’dan gelen gama ışınları kalorimetrenin yapısını oluşturan fiberlerin içinde foton

sinyalleri meydana getirir. Foton sinyalleri çok sayıda tekli foto elektron

içermektedir. HF’in kalibrasyonunda bu foto elektronlar kullanılmıştır.

Testler süresince HF kalorimetresinin kalibrasyon ünitelerindeki LED (Işık

Yayıcı Diyot) sistemi kullanılarak FÇT ’lere birkaç GeV ’den birkaç yüz GeV ’e

kadar değişen yüksek yoğunluklu ışık gönderilmiştir. Daha sonra HF(-) için

kullanılan toplam 864 FÇT ’ye 1100 V ile 1700 V arasında 100 V artırılarak yüksek

voltaj uygulanmış ve FÇT ’lerden sinyal alınmıştır. FÇT ’lerden alınan sinyaller

HF’in veri edinim sistemi ile bilgisayarlara veri olarak aktarılmıştır. Alınan veriler

kullanılarak HF’de kullanılan bütün FÇT ’lerin yüksek voltaj altındaki davranışlarına

bakılmıştır. Şekil 4.1’de HF kalorimetresindeki okuma ünitesi gösterilmektedir.

Şekil 4.1. HF Kalorimetresindeki okuma üniteleri (Akchurin, 2001).


50

LED sistemi ile HF FÇT ’lerinden alınan sinyaller ön uç panolar aracılığı ile

sayısallaştırılmış (dijitalleştirilmiş) ve okunmuştur. Her ön uç pano 6 QIE (Charge

Integrator and Encoder – Yük Toplayıcı ve Kodlayıcısı) tarafından sayısallaştırılan 6

kanaldan oluşmaktadır. Her bir QIE üzerinde yük depolayıcı dört kondansatör

bulunmaktadır. Bunlardan biri verilen herhangi andaki yükü toplar, biri okur, diğeri

tekrar ayarlamaya başlar ve dördüncüsü 1’e ayarlar. Yani QIE’ler de toplanan

yüklerden herhangi birinin okunuşu sırasında diğerleri yeniden okumaya hazırlanır.

Bunlar 25 ns de bir değişir. Bu aralık bir zaman dilimi olarak ifade edilir. QIE çıkışı

9 bittir. 2 bit kondansatör setini tanımlamak ve 7 bit sinyal içindir. Sinyalin

sayısallaştırıldığı dört aralık vardır ve her bir sinyal aralığı farklı bin aralıklarında

sayısallaştırılır. 2 bit ran numarası, geri kalan 5 bit bin numaraları içindir. QIE

sayaçları doğrusallaştırılmış binlerdir ve her sayma QIE’den QIE’ye %2,5’lik bir

değişim ile ~ 2,75 fC’tur (Akchurin, 2008). HF sektörleri ve bölme numaraları Şekil

4.2 de gösterilmiştir.

Şekil 4.2. HF’in sektör ve bölmeleri

HF- SEKTÖR VE BÖLME NUMARALARI

5. SONUÇ VE TARTIŞMA Erkan PINAR

51

5. SONUÇ VE TARTIŞMA

5.1. HF FÇT’leri için Yüksek Voltaj Altında Alınan Verilerin Analizleri

HF kalorimetresinde kullanılan toplam 864 FÇT ’ye 1100 V ’tan başlayarak

100 V ’luk artışlarla 1700 V ’a kadar yüksek voltaj uygulanmış ve foto katot

tarafından yayılan tekli elektronların oluşturduğu sinyaller alınmıştır. Veriler

CERN’de alınmış ve Adana’da tekrar analiz edilmiştir. Analizlerde önce tekrardan

yapılandırılan FÇT sinyallerinin uygulanan voltaja göre değişimine bakılmıştır. Her

FÇT ’den alınan sinyallerin Gauss dağılımlarına Gauss fiti uygulanarak dağılımın

ortalama değeri ve dağılımdaki hata hesaplanmıştır. Şekil 5.1, Şekil 5.2, Şekil 5.3 ve

5.4’de herhangi bir FÇT ’ye 1100 ile 1400 V uygulandıktan sonra tekrar

yapılandırılan FÇT sinyal değerlerinin Gauss dağılımları gösterilmektedir. Örnek

olması amacıyla Gauss dağılımları sadece 0, 2 ve 4 numaralı FÇT’ler için verilmiştir.

Şekil 5.1. Yeniden yapılandırılan FÇT sinyallerinin 1100 V ’taki Gauss dağılımları.


52

Şekil 5.2. Yeniden yapılandırılan FÇT sinyallerinin 1200 V ’da Gauss dağılımları.


53



54



55

864 FÇT için farklı voltajlarda Gauss fitinden elde edilen ortalama sinyal

değerleri (FÇT kazanç değerleri) ve hata hesaplanmıştır. Hesaplanan bu değerlerin

voltaja karşı dağılımlarına,

cAVVG =)( (5.1)

fonksiyonu fit edilerek her bir FÇT için elde edilen kazanç eğrilerinden A ve c

parametreleri hesaplanmıştır. Herhangi bir FÇT için bulunan kazanç eğrisi Şekil

5.5’de verilmiştir.

Şekil 5.5. Kazanç eğrisi.


56

Eğer her FÇT yüksek voltaj altında aynı davranışı gösterir ise hesaplanan bu

parametrelerin yaklaşık olarak aynı olması gerekir. Bunun için parametrelerin

dağılımına bakılmıştır.

A sabiti üstsel parametreye göre çok küçük değişimlere neden olmaktadır.

Her bir FÇT için A parametrelerinin değeri Şekil 5.6’da gösterilmiştir.

Şekil 5.6. FÇT ’lere göre A sabitinin dağılımı.

Grafikte A değerinin 12105.0 −× civarında olduğu görülmektedir. FÇT ’lerin

kazanç değerlerinin karşılaştırılmasında öncelikle dikkate alınması gereken üstsel

parametredir. Bunun nedeni HV’ın üstel olarak değişmesi, kazanç değerlerini çok

daha fazla değiştirmektedir. Şekil 5.7’de her FÇT için bulunan üstel c

parametresinin dağılımı verilmiştir.


57

Şekil 5.7. c parametresinin dağılımı.

Şekil 5.7’de görüldüğü gibi üstsel parametre 5.07 etrafında %2’lik bir hata

(r.m.s./mean) payı ile dağılmaktadır. Hesaplanan bu parametreler,

cAVF )1100()( = (5.2)


58

fonksiyonunda yerine konularak bir örnek olarak FÇT ’nin 1100 V’taki kazanç

değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen bu kazanç değerleri Iowa Üniversitesi

tarafından hesaplanan değerler ile karşılaştırılmıştır. A ve c parametreleri Iowa

Üniversitesi’nde FÇT ’lerin bağıl kazanç değerleri FÇT ’ler HF’in okuma kutularına

ve sektörlerine yerleştirilmeden önce hesaplamıştır.

Şekil 5.8’de CERN’de alınan veriler kullanılarak bulunan kazanç değerleri ile

Iowa’da bulunan kazanç değerlerinin oranının dağılımı verilmiştir. Bu çalışmada

Iowa Üniversitesinde test edilen 831 HF FÇT’si, CERN’de test edilen 831 HF

FÇT’si ile karşılaştırılmıştır.

Şekil 5.8. HF(-) için CERN kazanç değerlerinin Iowa kazanç değerlerine oranı.

Dağılımın ortalamasının yaklaşık 1 olduğu görülmektedir. Bu da bazı

değerler dışında bulunan kazanç değerleri ile Iowa değerleri arasında iyi bir uyumun


59

olduğunu göstermektedir. r.m.s değerindeki büyüklük ise bazı FÇT ’lerin

kalorimetrenin sektörlerine yerleştirilmesinden sonra kazanç değerlerinin değişmesi

ile açıklanabilir. Iowa’da bu paramatreler laboratuar koşullarında, HF’de ise, FÇT’ler

detektöre monte edildikten sonra ölçülmüştür. 1100 V’da CERN’de hesaplanan HF

FÇT’lerinin kazanç değeri ile Iowa Üniversitesinde ölçülen bağıl kazanç değerlerinin

birbirleri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Aynı zamanda bu çalışmanın sonucunda

HF(-)’de bulunan FÇT’lerin yüksek voltaj altındaki davranışları birbirleri ile

uyumludur.

60

KAYNAKLAR

AKCHURIN, N., SCHMİDT, I, 2001, HF Readout Box Design and Parameters,

CMS Note 2001/048.

AKCHURIN,N.,2007, Calibrating the Forward Calorimeter of the CMS Detector

Using 60Co Radioactive Source, ISSN 0020-4412, Instruments and

Experimental Techniques, Vol. 50, No. 6, pp. 744–749. © Pleiades

Publishing, Ltd., 200750(6) 744–749.

______,2008, Single Photoelectron Peak Measurement and its Application for HF

Calibration and PMT Gain Monitoring, CMS Internal Note 2008/015 CERN.

AKGUN, U ve diğerleri.,2002, Gain and Dark Current Measurements of PMT’s from

Three Different Manifacturers for HF Calorimeters, CMS Internal Note

2002/032 Timing, University of Iowa, Iowa City USA; Bogazici

University Istanbul TURKEY

______2003, CMS HF Calorımeter PMTs And +ΞC Lıfetıme Measurement, Ph.D.

Thesis. University of Iowa.

AMSLER. C. ve diğerleri.2008, (Particle Data Group, Physics Letters B667, 1. veya

URL : http/pdg.lbl.govCMS Collaboration, "The CMS experiment at the

CERN LHC", (2008) JINST 3 S08004.

BAYATIAN G. L. et al.2006, (CMS TDR) CMS physics: Technical Design Report.

CERN/LHCC 2006-001

CMS Collaboration, 1994, “The Compact Muon Solenoid Technical

Proposal”,CERN/LHCC 94-38

CMS Collaboration., 2008. The CMS experiment at the CERN LHC. submitted to J.

INST.

CMS Collaboration., 1997. The Hadron Calorimeter Technical Design Report.

CERN-LHCC-97-31.

DOBRZNSKI L., 2007. CMS Status, ACTA PHYSICA POLONICA, No 2, B007,

DUMANOĞLU,İ., 2003, CERN’deki CMS Deneyinin bir alt detektörü olan En İleri

Kalorimetre (CMS HF Kollobarasyonu Adına)

HAMAMATSU-2006, Photomultiplier Tubes Basic and Applications, Third Edition

61

https://cms-physics.web.cern.ch/cms-physics/internal/green/HCAL_Freeman.pdf

http://jp.hamamatsu.com/resources/products/etd/eng/html/pmt_001.html

http://jp.hamamatsu.com

http//kutuphane.taek.gov.tr internet_taramadosyalarcd4115pdf143.pdf

http://physics.bu.edu/~sulak/DOE06.pdf

http://www.biltek.tubitak.gov.tr/bilgipaket/madde/standartmodel.html

http://www.pd.infn.it/~dorigo/MuStations.gif

http://tr.wikipedia.org/wiki/Standart_Model

https://cms-physics.web.cern.ch/cms-physics/internal/green/HCAL_Freeman.pd


NORBECK, E., 2006. Physics at Very Small Angles with CASTOR at CMS, 22nd

Winter Workshop on Nuclear Dynamics, USA

YAVAŞ Ö. 2008, Doğrusal ve Dairesel Hızlandırıcılar, IV UPHDYO, (Eylül 2008)


http://jp.hamamatsu.com/resources/products/etd/eng/html/pmt_001.html

http://jp.hamamatsu.com

http://physics.bu.edu/~sulak/DOE06.pdf

http://www.biltek.tubitak.gov.tr/bilgipaket/madde/standartmodel.html

http://www.pd.infn.it/~dorigo/MuStations.gif

http://tr.wikipedia.org/wiki/Standart_Model



62

ÖZGEÇMİŞ

1976 yılında Malatya’da dünyaya geldim. İlk, orta ve lise öğrenimimi

Malatya’da tamamladıktan sonra Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen-Edebiyat

Fakültesi Fizik Bölümü’nden mezun oldum. 2004 yılında başladığım ortaöğretim fen

ve matematik alanlar Fizik Öğretmenliği yüksek lisans (tezsiz) programını 2005

yılında tamamladım. 2006 yılında Çukurova Üniversitesi YADİM’de İngilizce

Hazırlık programını tamamladıktan sonra yine bu üniversitede Fizik A.B.D. Yüksek

Enerji Fiziği alanında yüksek lisans programına başladım ve halen devam

etmekteyim.

Documents

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ · – Büyük İyon Çarpıştırma Deneyi, LHCb – A Large Hadron Collider Beauty Experiment) geleceği ümit edilmektedir