Sau khi tìm được các điểm sinh neutron như trên chúng ta tiến hành che chắn để giảm thông lượng neutron trên hệ các bẳng mạch xuống. Vì trong vùng detector gần như các không gian đều đã được thiết kết để sử dụng cho các mục đích khác nên việc che chắn cần phải thực hiện ở một vùng không gian cho phép, và các tấm che chắn không làm ảnh hưởng đến thí nghiệm.
Hình 4.6 Sơ đồ detector Belle II.
Dựa vào các điểm sinh neutron và cấu trúc của detector ta thấy chỉ có một vùng có thể đặt các tấm che chắn, đó là vùng nằm ngay phía trên hệ các điểm sinh neutron và ngay sau hệ các bảng mạch, như được chỉ ra ở trong hình 4.6. Vì không gian hạn chế nên không thể che chắn hết neutron bay đến hệ các bảng mạch mà ta hi vọng có thể giảm đến mức thấp nhất có thể. Do đó phần che chắn được thiết kế như ở trong hình 4.7. Hình học che chắn được sử dụng là hình trụ tròn bao quanh đường ống.
4.7a Che chắn neutron Không gian dùng cho dây tín hiệu từ detector Vertex Vị trí neutron được sinh ra nhiều nhất Vùng không gian trống Phần che chắn được thiết kế
(b)
(c) Hình 4.7 Hình học che chắn cho hệ các bảng mạch.
Ngoài việc thiết kế che chắn tối ưu thì chọn vật liệu che chắn cũng là một yếu tố rất quan trọng để có thể đạt hiệu quả cao. Chúng tôi đã thử một số vật liệu che chắn thường dùng như Polyethylene (C2H4), 5%, 30% BoratePolyethylene (B+C2H4). Thông số các loại vật liệu này được đưa ra trong bảng 4 [17]. Sau khi thiết kế hình học chúng tôi tiến hành mô phỏng và phân tích dữ liệu đối với các trường hợp khác nhau sử dụng các loại vật liệu che chắn khác nhau. Kết quả thu được khi sử dụng các vật liệu che chắn khác nhau, với hình học như ở hình vẽ trên được đưa ra ở trong hình 4.7.
Bảng 4.1 Thông số Vật liệu sử dụng trong che chắn
TT Tên Cấu tạo Mật độ (g/cm3)
1 PolyEthylene C2H4 0.94
2 30% BoratedPolyEthylene Boron+C2H4 (30%B) 1.19 3 5% BoratedPolyEthylene Boron+C2H4 (5%B) 1.08
a, sử dụng Polyethylen
b, sử dụng Boron+C2H4 (5%)
c, sử dụng Boron+C2H4 (30%)
Hình 4.7 Kết quả thông lượng neutron trên các bảng mạch sau khi che chắn bằng các vật liệu khác nhau.
Như vậy, theo các kết quả trên ta thấy rằng sau khi che chắn thì thông lượng neutron đã giảm đi một nửa. Vì che chắn được đặt ở vùng có nhiều neutron do bức xạ Bhabha do chùm năng lượng thấp và tán xạ Coulomb ở vùng năng lượng thấp nên thông lượng neutron do hai phần này đóng góp giảm đi nhiều, còn phần tán xạ Bhabha từ chùm năng lượng cao thì không đổi vì neutron từ hiệu ứng này chủ yếu bay đến từ vùng không được che chắn.
Với các vật liệu khác nhau thì kết quả không quá thay đổi nhiều, như ta thấy ở trong hình vẽ thì giá trị cực đại ở khoảng 95*109 neutron/cm2/năm đối với vật liệu chứa nhiều PolyEthylene, khi lượng Boron tăng lên, lượng PolyEthylen giảm xuống thì thông lượng neutron có xu hướng tăng, giá trị cực đại đối với 30%boratedPolythylene là 105*109 neutron/cm2/năm. Vì thế để thuận tiện ta sẽ dùng PolyEthylene để che chắn làm giảm thông lượng neutron trên hệ các bảng mạch.
KẾT LUẬN
Trong luận văn này chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của phông do chùm tia gây ra lên detector CDC bằng cách tiến hành mô phỏng phỏng Monte Carlo, qua đó đã thiết lập được mức ảnh hưởng của phông lên detector CDC như là tốc độ phông do hạt tích điện gây ra. Mức độ ảnh hưởng của bức xạ lên hệ các bảng mạch điện tử xử lý tín hiệu của detector.
Từ các kết quả về mức độ ảnh hưởng của phông do chùm tia gây ra chúng tôi thấy rằng tốc độ đếm phông và tổng liều chiếu do các hạt tích điện và tia gamma gây ra trên hệ các bảng mạch thấp hơn giới hạn của detector. Tuy nhiên, thông lượng neutron trên hệ các bảng mạch khoảng 220*109 neutron/cm2/năm. Giá trị này cao hơn gấp đôi so với giới hạn chịu đựng của hệ các bảng mạch để cho detector có thể hoạt động bền vững lâu dài trong suốt thời gian làm thí nghiệm (hơn 10 năm). Vì thế chúng tôi đã tiến hành xác định nguồn gốc của các neutron trên hệ các bảng mạch để từ đó tiến hành che chắn thích hợp. Kết quả xác định nguồn gốc neutron cho thấy neutron trên hệ bảng mạch được sinh ra từ mọi nơi, nhiều nhất là vùng nằm trong đường ống của chùm tia, ngay phía trong hệ các bảng mạch (-150cm<z < -90).
Sau khi xác định vùng cần phải che chắn chúng tối đã nghiên cứu và tiến hành che chắn neutron ở vùng này. Vùng không gian được sử dụng để che chắn là vùng trống nằm ngay phía sau hệ các bảng mạch. Sau khi thiết kế hình học chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu hiệu quả che chắn của ba loại vật liệu là PolyEthylene, 5%BoratedPolyEthylene, 30%BoratedPolyEthylene. Kết quả đánh giá che chắn với 3 loại vật liệu này cho thấy thông lượng neutron giảm đi hơn một nữa, chỉ còn khoảng 95*109 neutron/cm2/năm. Hiệu quả nhất là PolyEthylene, 5%BoratedPolyEthylene, tuy nhiên hai vật liệu này cho hiệu
quả che chắn như nhau, nên chúng ta chọn PolyEthylene để làm vật liệu che chắn cho hệ các bảng mạch.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. A.xiao, M.Borland (2007), “Touschek effect calculation and its application
to a transport line”, Proceedings of PAC07, Albuquerque, New Mexico,
USA
2. A. Piwinski (1999), The Touschek effect in strong focusing storage rings. 3. Clement Ng (2010), Simulation study of beam induce background at the
SuperKEKB interaction region, Master thesis University of Tokyo.
4. Dariusz Makowski (2006), The Impact of radiation on the electronic
devices with the special consideration of neutron and gamma radiation monitoring, Ph.D Dissertation Technical University of Lodz
5. Donald H. Perkins (2001), Introduction to High Energy Physics,
Cambridge University Press.
6. H.Nakano (2011), “Beam background simulation for superkekb / belle-II”,
Proceedings of IPAC2011, San Sebastián, Spain
7. H.Nakano (2011), A simulation of beam background at KEKB and
SuperKEKB colider, Master thesis, Tohoku university
8. H.Nakayama (2011), Beam background, Belle II focus review Nov.11.
9. H.Bhabha (1936), “The Scattering of Positrons by Electrons with Exchange
on Dirac’s Theory of the Positron”, Proc. Roy. Soc., A154, p. 195 10. KEK (2010), Belle II technical design report ,
http://b2comp.kek.jp/~twiki/pub/Organization/B2TDR/B2TDR.pdf.
11. KEK (2010). Physics at super b factory, http://belle2.kek.jp/physics.html. 12. L.Widhalm (2005), CP violation in B decay, Lecture at 2005 school of
13. R.Kliess, H. Burkhardt. (1994), “BBBREM - Monte Carlo simulation of
radiative Bhabha scattering in the very forward direction”, arXiv:hep-
ph/9401333v1
14. S.Uno(2003), “Drift Chamber for Super B-Factory”, Super B Factory
Workshop in Hawaii University.
15. T. Higuchia, M. Nakaoa and E. Nakanob (2011), “Radiation tolerance of
readout electronics for Belle II”, Topical workshop on electronics for
particle physics.
16. Vorgelegt von(2007), Radiontion damage in silicon, Thesis University
Hamburg.
PHỤ LỤC
Phụ lục 1 - Cấu trúc của một Module trong Basf2 #ifndef TEMPLATEMODULE_H #define TEMPLATEMODULE_H #include <framework/core/Module.h> namespace Belle2 { /** A module template. *
* A detailed description of your module. */
class TemplateModule : public Module { public:
/** Constructor, for setting module description and parameters. */ TemplateModule();
/** Use to clean up anything you created in the constructor. */ virtual ~TemplateModule();
/** Use this to initialize resources or memory your module needs. *
* Also register any outputs of your module (StoreArrays, RelationArrays, * StoreObjPtrs) here, see the respective class documentation for details. */
virtual void initialize();
/** Called once before a new run begins. *
* This method gives you the chance to change run dependent constants like alignment parameters, etc.
*/
virtual void beginRun();
/** Called once for each event. *
* This is most likely where your module will actually do anything. */
virtual void event();
/** Called once when a run ends. *
*/
virtual void endRun();
/** Clean up anything you created in initialize(). */ virtual void terminate();
private:
//define your own data members here
}; } #endif