Λειτουργία και Απόδοση του Πρότυπου Ανιχνευτή ΝΕΣΤΩΡ

Transcript

1 12 Λειτουργία και Απόδοση του Πρότυπου Ανιχνευτή ΝΕΣΤΩΡ Εισαγωγή Στο παρόν Κεφάλαιο περιγράφεται η λειτουργία και απόδοση του πρότυπου ανιχνευτή ΝΕΣΤΩΡ κατά τη λειτουργία του στη βαθιά θάλασσα. Συγκεκριμένα γίνεται σύγκριση των λειτουργικών παραμέτρων του ανιχνευτή με τις προβλέψεις του λογισμικού πακέτου προσομοίωσης. Επιπλέον αξιολογείται η αποτελεσματικότητα των διάφορων μεθόδων απόρριψης του θορύβου υποβάθρου από τις ραδιενεργές διασπάσεις του Κ 40 [142] Λειτουργία του Ανιχνευτή Κατά την διάρκεια λειτουργίας του πρότυπου ανιχνευτή πάνω από 5 εκατομμύρια γεγονότα συλλέχθηκαν με χρήση διαφόρων κριτηρίων σκανδαλισμού, πολλαπλότητας συμπτώσεων και με εφαρμογή διαφόρων κατωφλίων τάσης στους φωτοπολλαπλασιαστές. Επιπροσθέτως πολλά εκατομμύρια δεδομένων βαθμονόμησης συλλέχθηκαν μεταβάλλοντας την υψηλή τάση λειτουργίας των φωτοπολλαπλασιαστών 1 ή/και χρησιμοποιώντας τις μονάδες βαθμονόμησης (βλέπε Παράγραφο 11.3). Σε αυτή την εργασία θα μας απασχολήσουν περίπου 2 εκατομμύρια γεγονότα, τα οποία συλλέχθηκαν υπό σταθερές συνθήκες λειτουργίας με 4-πλή ή υψηλότερη πολλαπλότητα σκανδαλισμού σύμπτωσης και κατώφλι τάσης 30mV. Τα γεγονότα αυτά χρησιμοποιήθηκαν στην ανακατασκευή τροχιών μιονίων. Η αλυσίδα σκανδαλισμού, ψηφιοποίησης, μετάδοσης στην ξηρά, συλλογής και επεξεργασίας των δεδομένων λειτούργησε συνεχώς με πρακτικά μηδενικό νεκρό χρόνο. Οι ελεγχόμενες πειραματικές παράμετροι (λειτουργικές και περιβαλλοντικές) παρέμειναν σταθερές εντός των προκαθορισμένων ορίων ανοχής 2. Οι ρυθμοί καταμέτρησης του σήματος των φωτοπολλαπλασιαστών παρέμειναν σταθερές κατά τη διάρκεια όλης της περιόδου λειτουργίας, στα επίπεδα των 50kHz περίπου ανά φωτοπολλαπλασιαστή, προερχόμενοι κυρίως από το θορύβου υποβάθρου του Κ 40. Ο 1 Στην Παράγραφο 11.4 για την βαθμονόμηση του ανιχνευτή περιγράφεται ο τρόπος προσδιορισμού της κατανομής ύψους παλμών του ενός φωτοηλεκτρονίου των φωτοπολλαπλασιαστών με χρήση του πακέτου λογισμικού προσομοίωσης του ανιχνευτή υπό την προϋπόθεση ότι η κατανομή αυτή μπορεί να περιγραφεί από συνεχής κατανομή Polya. 2 Βλέπε Παραγράφους 8.3 και 8.4 όπου περιγράφεται η λειτουργία του συστήματος ταχέως ελέγχου και ελέγχου ποιότητας δεδομένων, αντίστοιχα. 235

2 στιγμιαίος ρυθμός καταμέτρησης κάθε φωτοπολλαπλασιαστή βρέθηκε (όπως φαίνεται και στο Σχήμα 8.10 της Παραγράφου 8.4) ότι είναι σταθερός ανεξάρτητα από το επίπεδο πολλαπλότητας του σκανδαλισμού, αποδεικνύοντας ότι η επιλογή των δεδομένων (σκανδαλισμός) δεν πάσχει από συστηματικά ή λειτουργικά σφάλματα. Παράλληλα πραγματοποιήθηκε σειρά ελέγχων για να επιβεβαιωθεί ότι η επιλογή των γεγονότων δεν πάσχει από λειτουργικά σφάλματα και ότι το φως που μετράται στους φωτοπολλαπλασιαστές μπορεί να αποδοθεί στις αναμενόμενες φυσικές πηγές [148,153]. Συγκεκριμένα επιβεβαιώθηκε ότι οι κατανομές ύψους παλμών των φωτοπολλαπλασιαστών, ο ρυθμός σκανδαλισμού, ο συνολικός αριθμός φωτοηλεκτρονίων που εκπέμπεται από τις φωτοκαθόδους εντός του χρονικού παράθυρου συμπτώσεων, καθώς επίσης και η κατανομή των χρόνων αφίξεως των παλμών των φωτοπολλαπλασιαστών συμφωνούν πολύ καλά με τις προβλέψεις της προσομοίωσης για ευρύ φάσμα τιμών των πειραματικών παραμέτρων. Υπενθυμίζεται ότι οι προβλέψεις του λογισμικού προσομοίωσης βασίζονται στην πιστή περιγραφή των φυσικών διαδικασιών, όπως: παραμετροποίηση της ροής των ατμοσφαιρικών μιονίων σύμφωνα με το μοντέλο του Okada [140], στην προσομοίωση των φυσικών διαδικασιών που συμβαίνουν κατά την διάδοση των ατμοσφαιρικών μιονίων στην θάλασσα, στη φυσική ραδιενέργεια του Κ 40 που υπάρχει στο θαλασσινό νερό, στο θερμιονικό θόρυβο και δευτερεύοντες παλμούς των φωτοπολλαπλασιαστών, και στην πλήρη προσομοίωση: της παραγωγής και μετάδοσης του ηλεκτρικού σήματος εξόδου των φωτοπολλαπλασιαστών, της λειτουργίας του συστήματος σκανδαλισμού, της ψηφιοποίησης και της μετάδοσης των δεδομένων από την θάλασσα στην ξηρά. Ο θόρυβος υποβάθρου από τις ραδιενεργές διασπάσεις του Κ 40 χρησιμοποιήθηκε σαν μέτρο στον έλεγχο της σταθερότητας της απόδοσης του ανιχνευτή. Όπως ήδη αναφέραμε, η πλειοψηφία των γεγονότων που συλλέγονται με 4-πλή πολλαπλότητα σκανδαλισμού συμπτώσεων, είναι αποτέλεσμα της τυχαίας σύμπτωσης μεταξύ παλμών των φωτοπολλαπλασιαστών που προέρχονται από το θόρυβο υποβάθρου των ραδιενεργών διασπάσεων του Κ 40. Συνεπώς, η κατανομή ύψους παλμών των φωτοπολλαπλασιαστών, που συλλέγονται υπό αυτές τις συνθήκες, θα πρέπει να 236

3 παραμένει σταθερή και να αντιστοιχεί στην εκπομπή μερικών φωτοηλεκτρονίων. Οι κατανομές ύψους παλμών των φωτοπολλαπλασιαστών για κάθε αρχείο δεδομένων (που συλλέχθηκαν με συμπτώσεις 4-πλής πολλαπλότητας) συγκρίθηκαν με μια πρότυπη κατανομή ύψους παλμών, καθορισμένη στην αρχή κάθε περιόδου λειτουργίας του ανιχνευτή, και βρέθηκαν εξαιρετικά σταθερές καθ όλη τη διάρκεια συλλογής δεδομένων (βλέπε Παράγραφο 8.4). Number of Entries (a) (c) (b) (d) (e) Pulse Height (mv) Σχήμα 12.1: Τυπική κατανομή ύψους παλμών φωτοπολλαπλασιαστή κατά τη διάρκεια λειτουργίας του ανιχνευτή στη θάλασσα. Η γραμμή (a) είναι αποτέλεσμα προσαρμογής στα πειραματικά σημεία του αθροίσματος μίας εκθετικής συνάρτησης που περιγράφει τον θερμιονικό θόρυβο (γραμμή b), και των κατανομών ύψους παλμών του ενός (γραμμή c), των δύο (γραμμή d) και των τριών (γραμμή e) φωτοηλεκτρονίων. Η συνάρτηση (c) έχει εκτιμηθεί από τα πειραματικά δεδομένα με την μέθοδο που περιγράφεται στην Παράγραφο Οι συναρτήσεις (d) και (e) αντιστοιχούν στην συνέλιξη δύο και τριών κατανομών ύψους παλμών του ενός φωτοηλεκτρονίου (συνάρτηση c), αντίστοιχα. Όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 12.1, η κατανομή ύψους παλμών ενός τυπικού φωτοπολλαπλασιαστή περιγράφεται πολύ καλά ως η υπέρθεση των κατανομών ύψους 237

4 παλμών που αντιστοιχεί στην εκπομπή ενός, δύο και τριών φωτοηλεκτρονίων. Η σχετική συνεισφορά των τριών αυτών συνιστωσών αντιστοιχεί σε, κατά μέσο όρο, εκπομπή 1.3 φωτοηλεκτρονίων. Στο Σχήμα 12.1, η συνεισφορά της κατανομής ύψους παλμών που αντιστοιχεί σε ένα φωτοηλεκτρόνιο παρίσταται με την συνεχή καμπύλη (c). Η συνιστώσα αυτή εκφράζεται συναρτησιακά ως συνάρτηση Polya (βλέπε Παράγραφο 6.2) με παραμέτρους που καθορίστηκαν από τα πειραματικά δεδομένα, όπως περιγράφεται στην Παράγραφο Η δεύτερη (καμπύλη d) και τρίτη (καμπύλη e) συνιστώσα στο Σχήμα 12.1 αντιστοιχούν στην κατανομή του ύψους παλμών που παράγονται από εκπομπή δύο και τριών φωτοηλεκτρονίων, αντίστοιχα. Η συναρτησιακή έκφραση και αυτών των καμπύλων είναι συνάρτηση Polya με παραμέτρους που υπολογίζονται από τις παραμέτρους της Polya συνάρτησης ενός φωτοηλεκτρονίου και με τις παραδοχές που αναλύθηκαν στην Παράγραφο 11.4 (βλέπε εξίσωση 11.10). Η σχετική συνεισφορά των τριών Polya συναρτήσεων προσδιορίζεται κατά την προσαρμογή στα πειραματικά σημεία. Επιπλέον, θεωρώντας ότι οι ραδιενεργές διασπάσεις του K 40 έχουν ως αποτέλεσμα την εκπομπή πλήθους, n, φωτοηλεκτρονίων από τις φωτοκαθόδους με πυκνότητα πιθανότητας P(n), εύκολα υπολογίζεται η μέση τιμή των εκπεμπόμενων φωτοηλεκτρονίων, μ, ως: P(1) + 2 P(2) + 3 P(3) I+2I+3I.3. (12.1) P(1) + P(2) + P(3) I + I + I μ = Η πιθανότητα εκπομπής n φωτοηλεκτρονίων, P(n), είναι ανάλογη του ολοκληρώματος Ι n της Polya συνάρτησης που εκφράζει την κατανομή ύψους παλμών n φωτοηλεκτρονίων. Όπως ήδη αναφέρθηκε η τυπική τιμή για το μ είναι 1.3 για όλους τους φωτοπολλαπλασιαστές που χρησιμοποιήθηκαν. Εύκολα μπορεί να δει κανείς ότι η πιθανότητα εκπομπής 4 φωτοηλεκτρονίων είναι πολύ μικρή ώστε μπορεί εύκολα να αγνοηθεί σε αυτή την προσέγγιση. Τέλος, η εκθετική καμπύλη (a) περιγράφει τον θερμιονικό θόρυβο και οι σχετικές παράμετροι προσδιορίστηκαν κατά την προσαρμογή. Η σταθερότητα των κατανομών καθ όλη την διάρκεια της συλλογής των δεδομένων επιδεικνύει την σταθερότητα των αναλογικών και ψηφιακών συνιστωσών των ηλεκτρονικών του ανιχνευτή. 238

5 12.2 Απόδοση του Πρότυπου ανιχνευτή Προκειμένου να ελεγχθεί η απόδοση του ανιχνευτή, συγκρίθηκαν οι κατανομές βασικών πειραματικών παραμέτρων με τις προβλέψεις του λογισμικού προσομοίωσης. Συγκεκριμένα το λογισμικό προσομοίωσης χρησιμοποιήθηκε για την περιγραφή της απόκρισης της ανιχνευτικής διάταξης σε πηγές θορύβου (π.χ. υπόβαθρο από τις ραδιενεργές διασπάσεις του K 40 ) και στην ακτινοβολία που παράγεται από ενεργειακά ατμοσφαιρικά μιόνια που φτάνουν στα βάθη που βρίσκεται ο ανιχνευτής [148,153]. Όπως αναφέρεται στην Παράγραφο 9.3, στην περιγραφή της απόκρισης στα μιόνια περιέχονται και οι συνεισφορές από όλες τις πηγές θορύβου. Παρήχθη ένα δείγμα από 2.26x10 7 περιπτώσεων όπου ένα μιόνιο διέρχεται από τον ενεργό όγκο του ανιχνευτή. Συγκεκριμένα, το λογισμικό προσομοίωσης περιγράφει τις φυσικές διαδικασίες και την απόκριση του ανιχνευτή σε μιόνια που περνούν μέσα από ένα δίσκο ακτίνας 100m, 100m πάνω από τον ανιχνευτή. Η διεύθυνση και ενέργεια αυτών των μιονίων επελέγη να ακολουθεί την παραμετροποίηση του Okada [140] για ατμοσφαιρικά μιόνια που φτάνουν στα θαλάσσια βάθη που είναι βυθισμένος ο ανιχνευτής. Σύμφωνα με το λογισμικό προσομοίωσης, όλες οι πηγές σήματος και θορύβου αναμένεται να συμβάλλουν σε ένα μέσο ρυθμό τετραπλών συμπτώσεων (4 διαφορετικοί φωτοπολλαπλασιαστές έχουν παλμούς με ύψος μεγαλύτερο των 30mV μέσα σε χρονικό παράθυρο εύρους 60ns) ύψους 3.79Hz. Η πρόβλεψη αυτή βρίσκεται σε πολύ καλή συμφωνία με την μέση τιμή του μετρούμενου ρυθμού συμπτώσεων, 3.76Hz. Σύμφωνα με την εκτίμηση του λογισμικού προσομοίωσης, μόνο ένα μικρό ποσοστό (5.5%, 0.21Hz) αυτού του ρυθμού καταμέτρησης αντιστοιχεί σε ατμοσφαιρικά μιόνια που περνούν από τον ενεργό όγκο του ανιχνευτή. Βεβαίως όταν απαιτούνται υψηλότεροι παλμοί φωτοπολλαπλασιαστών, μεγαλύτεροι των 120mV, να ικανοποιούν τα ίδια κριτήρια τετραπλών συμπτώσεων, το λογισμικό προσομοίωσης προβλέπει μείωση του ρυθμού σε 0.30Hz. Η πρόβλεψη αυτή βρίσκεται επίσης σε πολύ καλή συμφωνία με την μέτρηση του ρυθμού 4-πλών συμπτώσεων, 0.29Hz, όταν τα κατώφλια τάσης των φωτοπολλαπλασιαστών ήταν 120mV. 239

6 Σχήμα 12.2: Οι ρυθμοί σκανδαλισμού συναρτήσει της πολλαπλότητας σύμπτωσης για δύο διαφορετικές τιμές των κατωφλίων τάσης στους φωτοπολλαπλασιαστές. Τα σημεία αντιστοιχούν στα πειραματικά δεδομένα. Η συνεχής γραμμή αντιστοιχεί στην εκτίμηση του λογισμικού προσομοίωσης, η οποία συμπεριλαμβάνει πηγές θορύβου υποβάθρου και ατμοσφαιρικά μιόνια. Η διακεκομμένη γραμμή παριστά την εκτίμηση του λογισμικού προσομοίωσης που αφορά μόνο στη συνεισφορά των ατμοσφαιρικών μιονίων στο ρυθμό σκανδαλισμού. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 12.2, οι ρυθμοί καταμέτρησης των χρονικών συμπτώσεων (σκανδαλισμός) των παλμών των φωτοπολλαπλασιαστών είναι σε πολύ καλή συμφωνία με τις προβλέψεις του λογισμικού προσομοίωσης για διάφορες πολλαπλότητες σύμπτωσης και κατώφλια τάσης των φωτοπολλαπλασιαστών. Η συμφωνία αυτή αποτελεί ισχυρή ένδειξη ότι η απόκριση του ανιχνευτή οφείλεται στις φυσικές διαδικασίες που περιγράφονται με το λογισμικό προσομοίωσης. Στο Σχήμα 12.2 παρουσιάζεται επίσης η εκτίμηση του λογισμικού προσομοίωσης για την συνεισφορά της ροής των ατμοσφαιρικών μιονίων στους ρυθμούς συμπτώσεων. Είναι εύλογο ότι η εφαρμογή υψηλότερης πολλαπλότητας σύμπτωσης καταστέλλει σημαντικά το συνδυαστικό θόρυβο υποβάθρου που οφείλεται στο Κ 40. Επισημαίνεται ότι για την ανακατασκευή των παραμέτρων της τροχιάς μιονίων απαιτούνται 3 3 Η απαίτηση αυτή αφορά τους απαραίτητους βαθμούς ελευθερίας για την εκτίμηση των παραμέτρων της τροχιάς στον πολυδιάστατο χώρο. 240

7 τουλάχιστον 6 παλμοί διαφορετικών φωτοπολλαπλασιαστών μέσα στο χρονικό παράθυρο σύμπτωσης (60ns). Όπως φαίνεται από το Σχήμα 12.2, τα γεγονότα με 6- πλή ή υψηλότερη πολλαπλότητα συμπτώσεων οφείλονται, στην συντριπτική τους πλειοψηφία, σε ατμοσφαιρικά μιόνια. Πράγματι, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 12.3 ο ρυθμός σκανδαλισμού εξαιτίας της τυχαίας ενεργοποίησης των φωτοπολλαπλασιαστών από το Κ 40, είναι αμελητέος σε σύγκριση με τον αντίστοιχο ρυθμό σκανδαλισμού εξαιτίας των ατμοσφαιρικών μιονίων. Από το ίδιο σχήμα είναι εμφανές ότι ο θόρυβος υποβάθρου απορρίπτεται αποτελεσματικά για πολλαπλότητα σκανδαλισμού 6 ή υψηλότερη [142,149,150]. Σχήμα 12.3: Οι αναμενόμενοι ρυθμοί σκανδαλισμού του ανιχνευτή από τις ραδιενεργές διασπάσεις του Κ 40 (ιστόγραμμα) και από τα ατμοσφαιρικά μιόνια (σημεία) συναρτήσει της πολλαπλότητας σύμπτωσης. Η πλειονότητα των γεγονότων που συλλέγονται με 4πλή πολλαπλότητα σκανδαλισμού οφείλονται στον θόρυβο υποβάθρου. Σε υψηλότερες πολλαπλότητες η κύρια συνεισφορά είναι από τα ατμοσφαιρικά μιόνια. Ο λόγος του ρυθμού σκανδαλισμού λόγω του θορύβου προς τον ρυθμό σκανδαλισμού λόγω των ατμοσφαιρικών μιονίων παρίσταται στο ένθετο σχήμα συναρτήσει της πολλαπλότητας σύμπτωσης. Πιο αποτελεσματική απόρριψη του υπόβαθρου επιτυγχάνεται για υψηλότερες τιμές του κατωφλίου τάσης των φωτοπολλαπλασιαστών. Σε αυτή την περίπτωση η μείωση του ρυθμού σκανδαλισμού είναι περισσότερο δραστική για τον θόρυβο παρά για το σήμα [142]. Επί παραδείγματι, όπως φαίνεται στο Σχήμα 12.4, το λογισμικό προσομοίωσης προβλέπει ότι αύξηση των κατωφλίων τάσης των 241

8 φωτοπολλαπλασιαστών από τα 30mV στα 120mV απορρίπτει το 95% των σκανδαλισμών που οφείλονται σε πηγές θορύβου, ενώ οι απώλειες σε σκανδαλισμούς που οφείλονται σε ατμοσφαιρικά μιόνια είναι της τάξης του 40-50% μέχρι πολλαπλότητες 7. Σχήμα 12.4: Οι ρυθμοί σκανδαλισμού εξαιτίας του υποβάθρου (πάνω αριστερά διάγραμμα) και του σήματος (πάνω δεξιά) στην περίπτωση όπου τα κατώφλια τάσης των φωτοπολλαπλασιαστών έχουν τεθεί στα 30mV (ιστόγραμμα) και στα 120mV (σημεία). Στο κάτω Σχήμα φαίνεται το ποσοστό του ρυθμού σκανδαλισμού που απομένει μετά από την αύξηση των κατωφλίων τάσης από 30mV σε 120mV για το υπόβαθρο (ιστόγραμμα) και για το σήμα (σημεία) Εφόσον ο συνδυαστικός θόρυβος υποβάθρου δεν παράγει συμπτώσεις υψηλής πολλαπλότητας, μελετήσαμε την εξάρτηση του πλήθους των φωτονίων που συλλέγονται από όλους τους φωτοπολλαπλασιαστές σε ένα γεγονός από την πολλαπλότητα της σύμπτωσης. Προκειμένου να εκτιμήσουμε τον συνολικό αριθμό των συλλεγμένων φωτονίων χρησιμοποιούμε τον συνολικό (από όλους του φωτοπολλαπλασιαστές) αριθμό των εκπεμπόμενων φωτοηλεκτρονίων εντός του χρονικού παράθυρου σύμπτωσης. Η μέση τιμή του αριθμού των φωτοηλεκτρονίων μέσα στο χρονικό παράθυρο σύμπτωσης συναρτήσει της πολλαπλότητας σύμπτωσης 242

9 συγκρίνεται με τη πρόβλεψη του λογισμικού προσομοίωσης στο Σχήμα Όπως αναμένεται ο αριθμός των φωτοηλεκτρονίων που μετρήθηκαν αυξάνεται υπεργραμμικά με την πολλαπλότητα της σύμπτωσης, σε πολύ καλή συμφωνία με τη πρόβλεψη του λογισμικού προσομοίωσης. Σχήμα 12.5: Ο συνολικός αριθμός φωτοηλεκτρονίων εντός του παράθυρου σύμπτωσης συναρτήσει της πολλαπλότητας σύμπτωσης, για δύο διαφορετικές επιλογές των κατωφλίων τάσης στους φωτοπολλαπλασιαστές. Τα σημεία αντιστοιχούν στα πειραματικά δεδομένα και το ιστόγραμμα περιγράφει την πρόβλεψη του λογισμικού προσομοίωσης. Ένα άλλο σημαντικό κριτήριο της σύγκρισης της συμπεριφοράς του ανιχνευτή με τις προβλέψεις αποτελεί η κατανομή ύψους των παλμών των φωτοπολλαπλασιαστών, οι οποίοι συνεισφέρουν στις συμπτώσεις υψηλής πολλαπλότητας, διότι η ακτινοβολία Cherenkov που εκπέμπεται από τα ατμοσφαιρικά μιόνια παράγει την πλειοψηφία αυτών των παλμών. Στο Σχήμα 12.6 παρουσιάζεται σε σύγκριση η πρόβλεψη του λογισμικού προσομοίωσης με τις πειραματικές κατανομές ύψους (σε μονάδες της μέσης τιμής της κατανομής του ενός φωτοηλεκτρονίου) παλμών ενός τυπικού φωτοπολλαπλασιαστή, όταν οι παλμοί αυτοί συμμετέχουν σε 6πλή, 7πλή, 8πλή, 9πλή, 10πλή και 11πλή ή υψηλότερη πολλαπλότητα σύμπτωσης. Πολύ καλή συμφωνία 243

10 μεταξύ της πειραματικής και προβλεπόμενης κατανομής έχει επιβεβαιωθεί για κάθε φωτοπολλαπλασιαστή του ανιχνευτή, επισημαίνοντας το γεγονός ότι το φως που συλλέγεται στους φωτοπολλαπλασιαστές του ανιχνευτή παράγεται από τις πηγές που περιγράφονται στην προσομοίωση του ανιχνευτή [148,153].. Σχήμα 12.6: Οι κατανομές ύψους παλμών ενός τυπικού φωτοπολλαπλασιαστή, σε μονάδες της μέσης τιμής της κατανομής του ενός φωτοηλεκτρονίου, οι οποίοι συμμετέχουν σε συμπτώσεις υψηλής πολλαπλότητας. Οι σταυροί αντιστοιχούν στα πειραματικά δεδομένα, ενώ τα ιστογράμματα περιγράφουν τις αντίστοιχες προβλέψεις του λογισμικού προσομοίωσης. Επιπλέον, μελετήθηκε η κατανομή του χρόνου άφιξης των παλμών όλων των φωτοπολλαπλασιαστών, σε γεγονότα με τουλάχιστον έξι παλμούς εντός του χρονικού παραθύρου σύμπτωσης. Η κατανομή αυτή αφορά τους χρόνους άφιξης κάθε ψηφιοποιημένου παλμού φωτοπολλαπλασιαστή. Κάθε χρόνος άφιξης συμμετέχει στην κατανομή με βάρος ίσο με το ύψος του παλμού (σε μονάδες της μέσης τιμής της κατανομής του ενός φωτοηλεκτρονίου). Η κατανομή αυτή, μετά από κανονικοποίηση 244

11 στον συνολικό αριθμό των επιλεγμένων γεγονότων, εκφράζει τη συσχέτιση της έντασης του φωτός Cherenkov (κατακόρυφος άξονας) με το χρόνο άφιξης των φωτονίων (οριζόντιος άξονας). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 12.7, η αναμενόμενη (κατακόρυφος άξονας) από το λογισμικό προσομοίωσης κατανομή συμφωνεί, εντός των στατιστικών σφαλμάτων, με την πειραματική κατανομή του χρόνου αύξησης των συλλεγμένων φωτοηλεκτρονίων [148,153]. Σχήμα 12.7: Η κατανομή των χρόνων άφιξης των συλλεγμένων φωτοηλεκτρονίων (συμπαγή σημεία) σε σύγκριση με την αντίστοιχη αναμενόμενη κατανομή (κύκλοι) από το λογισμικό προσομοίωσης για γεγονότα με έξι ή περισσότερους παλμούς φωτοπολλαπλασιαστών εντός του χρονικού παράθυρου σύμπτωσης. Εν τούτοις, στο δεξιό άκρο του ενεργού πειραματικού παράθυρου (γύρω στα 400ns) εμφανίζεται μια μικρή κορυφή στα πειραματικά δεδομένα, η οποία δεν υπάρχει στην πρόβλεψη του λογισμικού προσομοίωσης. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας μιας γνωστής δυσλειτουργίας των ATWDs πρώτης γενεάς, τα οποία ψηφιοποιούν ένα παλμό «φάντασμα» με μικρό ύψος στο τέλος του ενεργού παράθυρου. Αυτό το πρόβλημα δεν επηρεάζει την ακόλουθη ανάλυση γιατί χρησιμοποιούνται μόνο οι παλμοί που βρίσκονται εντός του χρονικού παράθυρου σκανδαλισμού (το οποίο βρίσκεται περί το κέντρο του ενεργού πειραματικού παράθυρου). Βασικές λειτουργίες του ανιχνευτή ελέγχθηκαν επίσης χρησιμοποιώντας πειραματικά δεδομένα που συλλέχθηκαν ενεργοποιώντας το σύστημα βαθμονόμησης στη βαθιά θάλασσα. Τα δεδομένα αυτά χρησιμοποιήθηκαν για τον έλεγχο της χρονικής ευκρίνειας του ανιχνευτή, όπως περιγράφεται στην Παράγραφο

12 246