Разработка и исследование лавинных фотодиодов для электромагнитного калориметра эксперимента "Компактный мюонный соленоид" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат физико-математических наук Мусиенко, Юрий Васильевич

• Мусиенко, Юрий Васильевич
• кандидат физико-математических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Мусиенко, Юрий Васильевич

Введение.

Глава 1. Электромагнитный калориметр установки CMS на ускорителе LHC

1.1. Эксперимент CMS.

1.2. Конструкция ECAL. Радиационные условия.

1.3. Фотоприёмники. Требования к фотоприёмникам ECAL CMS.

1.4. Электроника считывания.

1.5. Системы лазерного мониторирования, охлаждения и температурного контроля.

3.1. Изучение комерческих ЛФД с целью их использования в ECAL CMS.

3.2. Стенды для измерения параметров ЛФД.

3.3. Измерение основных параметров ЛФД.

3.4. Чувствительность отклика ЛФД к изменениям напряжения и температуры.

3.5. Чувствительность ЛФД к заряженным частицам ("nuclear counter effect").

3.6. Выводы по результатам исследования Hamamatsu и EG&G ЛФД.

Глава 4. Модель для расчёта основных параметров лавинных фотодиодов.

4.1. Описание модели. Расчёт параметров ЛФД.

4.2. Вычисление параметров ЛФД, облучённого высокоэнергичными нейтронами.

4.3. Рекомендации по оптимизации структуры ЛФД для ECAL CMS.

Глава 5. ЛФД электромагнитного калориметра CMS.

5.1. Структура и основные характеристики ЛФД CMS.

5.2. Изучение воздействия нейтронов и протонов на основные параметры ЛФД.

5.3. Изучение воздействия гамма-квантов на основные параметры ЛФД.

5.4. Разработка методики отбора радиационно-стойких ЛФД.

5.5. Испытания супермодуля ECAL на пучках электронов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование лавинных фотодиодов для электромагнитного калориметра эксперимента "Компактный мюонный соленоид"»

Актуальность темы исследования

Лавинные фотодиоды, разработанные и исследованные в данной работе, предназначены для использования в качестве фотоприёмников электромагнитного калориметра (ECAL) эксперимента Compact Muon Solenoid (CMS) на ускорителе Large Hadron Collider (LHC) [1-3]. Одной из основных задач эксперимента CMS является исследование процессов, нарушающих электрослабую симметрию, в частности, поиск бозона Хиггса, предсказанного Стандартной Моделью (СМ) элементарных частиц. В случае малой массы Хиггса (Мн<150 ГэВ), его основной модой распада является распад H —> уу. Если же масса Хиггса лежит в пределах 140< Мн <700 ГэВ, он в основном должен распадаться (через W и Z бозоны) на лептоны, в том числе, на электроны и позитроны. И в первом и во втором случае роль ECAL для обнаружения и изучения бозона Хиггса является определяющей. Кроме того, ECAL будет играть важную роль в поиске процессов, связанных с новой физикой (новые калибровочные бозоны W' и Z', дополнительные размерности и т.д.), а также при детектировании суперсимметричных частиц (например, глюино и скварков, через их каскадные распады) [4,5].

Для выполнения этих задач ECAL должен обладать высоким энергетическим разрешением (<7е/Е<0.6% при Е>100 ГэВ) [б], стабильно работать в течение длительного времени (> 10 лет) при интенсивных потоках радиации. Условия проведения эксперимента CMS накладывают жёсткие требования к фотоприёмникам, которые должны обладать высокой радиационной стойкостью, способностью работать в сильных магнитных полях (до 4 Тл), слабой чувствительностью к заряженным частицам, низким шум-фактором, высоким быстродействием (время нарастания сигнала <10 нсек, частота срабатывания >40 МГц). Они также должны обладать широким динамическим диапазоном по отношению к входным световым сигналам (>105), высокой квантовой эффективностью в области спектра высвечивания кристаллов PbW04 (400-500 нм), слабой чувствительностью к изменениям температуры и напряжения, а также высокой надёжностью и стабильностью работы в течение всего эксперимента CMS (>10 лет). Сильное магнитное поле (4 Тл) в области CMS ECAL делает невозможным использование там вакуумных фотоумножителей, которые широко используются в калориметрах многих физических экспериментов

7,8]. Кремниевые фотодиоды, хотя и способны работать в сильных магнитных полях, не усиливают принимаемый сигнал, что приводит к низкому энергетическому разрешению калориметра, особенно в области малых энергий частиц. К отрицательным свойствам кремниевых фотодиодов можно отнести их высокую чувствительность к заряженным частицам ("nuclear counter effect"), а также их относительно низкую радиационную стойкость. Лавинные фотодиоды (ЛФД) усиливают фотоэлектрический сигнал и также как и кремниевые фотодиоды, способны работать в сильных магнитных полях. Однако на момент начала работ по созданию CMS ECAL не существовало ЛФД по своим параметрам удовлетворяющим условиям проведения эксперимента CMS. Существующие на тот момент ЛФД были оптимизированы, в основном, для регистрации красного и инфракрасного света, имели малую чувствительную площадь (~1 мм") и не обладали высокой радиационной стойкостью.

В результате проведённой работы была предложена и разработана структура кремниевого лавинного фотодиода (ЛФД), оптимизированная для применения в электромагнитном калориметре эксперимента CMS.

Основные цели работы

Основными целями настоящей работы явились разработка структуры кремниевого лавинного фотодиода (ЛФД), оптимизированной для применения в электромагнитном калориметре эксперимента CMS; разработка методики измерения параметров ЛФД, особенно тех, которые влияют на характеристики ECAL; изучение радиационной стойкости ЛФД на пучках нейтронов, протонов и гамма-квантов, разработка методики отбора радиационно-стойких ЛФД; изучение супермодуля ECAL, оснащённого ЛФД, на пучке электронов ускорителя ЦЕРН.

Научная новизна работы

Впервые предложена и разработана структура ЛФД, оптимизированная для применения в калориметрах физики элементарных частиц. Данная структура обладает пониженной чувствительностью к заряженным частицам и радиации. Предложена и разработана новая методика измерения параметров лавинных фотодиодов, в том числе таких, как коэффициент усиления, квантовая эффективность, шум-фактор, эффективная толщина ЛФД для заряженных частиц. Продемонстрирована универсальность данной методики на примере измерения параметров ЛФД, имеющих разную внутреннюю структуру. Впервые проведены комплексные исследования радиационной стойкости ЛФД на пучках нейтронов, протонов и гамма-квантов. Результаты радиационных исследований впервые показали, что разработанные коллаборацией CMS и Hamamatsu ЛФД сохраняют работоспособность при >> л интегральных потоках нейтронов по крайней мере, до 2*10 н/см . Разработана совершенно новая методика отбора радиационно-стойких ЛФД, позволившая отбраковать потенциально ненадежные фотоприёмники.

Практическая ценность

ЛФД, разработанные в данной работе, могут найти широкое применение не только в качестве фотоприёмников электромагнитных или адронных калориметров, но и использоваться при построении трековых детекторов, например, на основе тонких сцинтиллирующих волокон. Высокая чувствительность данных ЛФД в широкой области светового спектра, компактность, надёжность, нечувствительность к магнитным полям, высокое быстродействие делают возможным использование данных фотоприёмников в различных областях науки, техники и медицины. Весьма привлекательным, например, выглядит использование разработанных ЛФД в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и особенно в комбинированных установках, где ПЭТ проводится одновременно с МРТ (Магнитно-резонансная томография) сканированием [9].

Разработанные в данной работе методика измерения параметров ЛФД, методика отбора радиационно-стойких ЛФД, а также результаты изучения их радиационной стойкости могут быть использованы при построении экспериментальных установок физики элементарных частиц, в которых планируется использование лавинных фотодиодов (в первую очередь таких детекторов, как ALICE (ЦЕРН), NOvA (Fermilab) и PANDA (GSI) [10-12]).

Личный вклад

Автор принимал активное участие на всех этапах разработки, изучения свойств, оптимизации параметров лавинных фотодиодов ЕС AL CMS. Им была предложена и разработана методика измерения параметров ЛФД, важных с точки зрения их использования в электромагнитных калориметрах. Продемонстрирована универсальность данной методики на примере измерения параметров ЛФД, имеющих разную внутреннюю структуру. Предложена и разработана модель для расчёта параметров лавинных фотодиодов (в том числе - после облучения ЛФД нейтронами). С помощью разработанной модели проведена оптимизация структуры ЛФД по уменьшению чувствительности ЛФД к заряженным частицам и радиации. Проведены исследования радиационной стойкости ЛФД на пучках нейтронов, протонов и гамма-квантов. Автором предложена, разработана и проверена на большом количестве (-1000) ЛФД методика отбора радиационно-стойких ЛФД. Автор участвовал в подготовке и тестах модуля электромагнитного калориметра CMS на пучке электронов ускорителя ЦЕРН.

Положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика измерения параметров лавинных фотодиодов (ЛФД).

2. Модель для расчёта параметров лавинных фотодиодов (в том числе - после облучения ЛФД нейтронами).

3. Разработка оптимизированной структуры ЛФД для применения в электромагнитных калориметрах (в частности для электромагнитного калориметра CMS).

4. Исследование радиационной стойкости ЛФД в интенсивных потоках нейтронов (Е=1 МэВ), протонов (70 МэВ), а также гамма-квантов с энергией 1 МэВ.

5. Методика отбора радиационно-стойких ЛФД.

6. Измерение супермодуля электромагнитного калориметра CMS на пучках электронов с энергией 20-250 ГэВ.

Апробация работы

Результаты исследований были неоднократно представлены в виде докладов, в том числе:

1. The 1st Workshop on Electronics for LHC Experiments, Лиссабон, Португалия, сентябрь 1995 г.

2. 2nd International Conference on New developments in Photodetection, Бон, Франция, июнь, 1999 г.

3. The 8th Pisa Meeting on Advanced Detectors, Ла Биодола, Эльба, Италия, май 2000 г.

4. VIII Международной конференции по методике экспериментов на встречных пучках, Новосибирск, Россия, февраль-март 2002 г.

5. The 42nd Workshop of the INFN ELOISATRON Project "Innovative Detectors for Supercolliders", Эриче, Италия, сентябрь 2003 г.

По результатам работы опубликованы 20 печатных работ, из них 18 в реферируемых журналах:

1. G. Alexeev,., Yu. Musienko et al. Studies of lead tungstate crystal matrices in high-energy beams for the CMS electromagnetic calorimeter at the LHC. Nucl.Instnmi.Meth.A385.-425-434, 1997.

1. T. Kirn, Yu. Musienko, T. Flugel and D. Renker. Properties of the most recent Hamamatsu avalanche photodiode. Nucl.Instrum.Meth.A387:199-201, 1997.

3. E. Auffray, ., Yu. Musienko et al. Beam tests of lead tungstate crystal matrices and a silicon strip preshower. Nucl.lnstrum.Meth.A412:223-237, 1998.

4. S. Baccaro, ., Yu. Musienko et al. Radiation damage effect on avalanche photodiodes. Nucl.Instrum.Meth.A426:206-211,1999.

5. A. Karar, Yu. Musienko and J.C. Vanel. Characterization of avalanche photodiodes for calorimetry applications. Nucl.Instrum.Meth.A428:413-431, 1999.

6. Yu. Musienko, S. Reucroft and J. Swain. A simple model of EG&G reverse reach-through APDs. Nucl.lnstrum.Meth.A442:179-186, 2000.

I. K. Deiters, ., Yu. Musienko et al. Properties of the most recent avalanche photodiodes for the CMS electromagnetic calorimeter. Nucl.Instrum.Meth.A442:193-197, 2000.

8. Yu. Musienko, S. Reucroft, D. Ruuska and J. Swain. Studies of neutron irradiation of avalanche photodiodes using Cf-252. Nucl.Instrum.Meth.A447:437-458, 2000.

9. K. Deiters, ., Yu. Musienko et al. Properties of the avalanche photodiodes for the CMS electromagnetic calorimeter. Nucl.Instrum.Meth.A453:223-226, 2000.

10. Y. Musienko. The CMS electromagnetic calorimeter. Nucl.Instrum.Meth. A 494: 308-312, 2002.

II. J. Grahl, ., Yu. Musienko et al. Radiation hard avalanche photodiodes for CMS ECAL. Nucl.Instrum.Meth.A504:44-47, 2003.

12. D. Bailleux.Yu. Musienko et al. Hamamatsu APD for CMS ECAL: Quality insurance. Nucl.Instrum.Meth.A518:622-625, 2004.

13.1. Britvich, ., Yu. Musienko et al. Avalanche photodiodes now and possible developments. Nucl.Instrum.Meth.A535:523-527, 2004.

14. Z. Antunovic, ., Yu. Musienko et al. Radiation hard avalanche photodiodes for the CMS detector. Nucl.Instrum.Meth.A537:379-382, 2005.

15. K. Deiters,., Yu. Musienko et al. Double screening tests of the CMS ECAL avalanche photodiodes. Nucl.Instrum.Meth.A543:549-558, 2005.

16. P. Adzic, ., Yu. Musienko et al. Results of the first performance tests of the CMS electromagnetic calorimeter. Eur.Phys.J.C44Sl:l-10, 2006.

17. P. Adzic, ., Yu. Musienko et al. Reconstruction of the signal amplitude of the CMS electromagnetic calorimeter. Eur. Phys. J. С 46S01:23-35, 2006.

18. Ю. В. Мусиенко, E. В. Ахромеев, А. Ю. Афанасьев, Г. Б. Бондаренко, В. M. Головин, E. Н. Гущин, Н. В. Ершов, А. О. Измайлов, Ю. Г. Куденко, Б. К. Лубсандоржиев, В. А. Маяцкий, О. В. Минеев, M. М. Хабибуллин, А. Н. Хотянцев, А. Т. Шайхиев "Высокочувствительные микропиксельные лавинные фотодиоды для сцинтилляционных счетчиков ближнего детектора эксперимента Т2К" Приборы и техника эксперимента, 2008. № 51. С. 101-107.

Структура и объём работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Во Введении излагаются цель и методы исследования; раскрываются актуальность, научная новизна и практическая ценность диссертации; перечисляются положения, выносимые на защиту, и приводятся фактические данные о работе и её апробации.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Мусиенко, Юрий Васильевич

3.6 Выводы по результатам исследования Hamamatsu и EG&G ЛФД.

Малая эффективная толщина и низкий шум-фактор Hamamatsu НС ЛФД делают эти фотоприёмники весьма привлекательными с точки зрения их применений в калориметрии. Однако, большая ёмкость (-320 пФ) и высокий коэффициент kv (~15%/В, при М=50) приводят к большим электронным шумам и к очень жестким требованиям к стабильности высоковольтного питания этих ЛФД.

Hamamatsu LC ЛФД обладают меньшей ёмкостью (— 90 пФ) и сравнительно слабой чувствительностью к изменениям напряжения. Однако, их эффективная толщина весьма велика (-15 мкм), что делает их чувствительными к заряженным частицам, а также (как будет показано ниже) ухудшает их стойкость к радиации (особенно к повреждениям вызванным высокоэнергичными адронами).

EG&G ЛФД имеют наименьшие ёмкость (-35 пФ) и чувствительность к изменениям напряжения (-1.6 %/В при М=50) по сравнению с двумя другими ЛФД. Однако их шум-фактор и чувствительность к температуре весьма велики. Основные параметры 3-х исследованных ЛФД, а также параметры ЛФД, удовлетворяющие требованиям эксперимента CMS [2,3], приведены в таблице 3.1.

Заключение.

В работе были получены следующие основные результаты:

1. Предложена и разработана методика измерения основных параметров лавинных фотодиодов при помощи постоянного и импульсного света различных длин волн, а также источников альфа-, бета - и гамма-излучения. Подробно описаны экспериментальные стенды, используемые для измерения параметров ЛФД. Разработанная методика позволяет с хорошей точностью измерять такие параметры ЛФД, как коэффициент усиления, температурный коэффициент, квантовая эффективность, шум-фактор, эффективная толщина ЛФД для заряженных частиц. Продемонстрирована универсальность данной методики на примере измерения параметров ЛФД, имеющих разную внутреннюю структуру.

2. Предложена и разработана компьютерная модель для расчёта основных параметров лавинных фотодиодов (в том числе - после облучения ЛФД нейтронами). Для расчёта параметров ЛФД модель использует уравнение Пуассона, распределение концентрации легирующих примесей, зависимости коэффициентов ионизации электронов и дырок в кремнии от электрического поля. Продемонстрировано хорошее согласие (лучше 5 %) параметров реально существующего ЛФД и параметров ЛФД, рассчитанных с использованием разработанной модели. Предложенная и разработанная простая модель работы ЛФД позволила сделать вывод, что структуры р+-р-п-р"-п+ и p+-p-n-n~-n+ являются оптимальными для применений в калориметрии. На основе предложенной модели были получены важные рекомендации по оптимизации структуры ЛФД для электромагнитного калориметра CMS.

3. В результате исследований, проведенных совместно с Hamamatsu Photonics (Япония), разработаны ЛФД для электромагнитного калориметра CMS. Они обладают чувствительной площадью 5x5 мм2, способны работать при усилениях до 400 (при сравнительно низких напряжениях смещения <450 В) и имеют квантовую эффективность 7080% в области спектра излучения кристаллов PbW04 (400-500 нм). Разработанные ЛФД имеют низкий шум-фактор (~2 при усилении 50), малую эффективную толщину для заряженных частиц (~б мкм) и умеренную чувствительность коэффициента усиления к изменениям температуры (~2.4%/°С при усилении 50).

4. Проведены исследования радиационной стойкости ЛФД в интенсивных потоках нейтронов (Е=1 МэВ), протонов (Е=70 МэВ) и гамма-квантов (Е=1 МэВ). Полученные результаты позволяют сделать вывод, что такие параметры ЛФД, как усиление и квантовая эффективность не ухудшаются после облучения потоком нейтронов (Е=1 МэВ) до 2'1013 л нейтронов/см и гамма-квантами до 0.5 Мрад, что соответствует 10-ти годам работы в условиях эксперимента CMS. Показано также, что увеличение темнового тока ЛФД, вызванное объёмными повреждениями кремния нейтронами и заряженными адронами, не приводит к существенному ухудшению энергетического разрешения электромагнитного калориметра CMS.

5. Разработана методика отбора радиационно-стойких ЛФД, включающая в себя облучение ЛФД гамма-квантами (доза 5 кГр), отжиг ЛФД в нагревательной печи при температуре 80 °С в течение 4 недель, а также измерения напряжения пробоя и темнового тока каждого ЛФД после облучения и отжига. Процедуре отбора были подвергнуты около 140000 ЛФД. Из них примерно 7 000 ЛФД не удовлетворили критериям отбора и были возвращены Hamamatsu, а 122400 ЛФД были отобраны в качестве фотоприёмников электромагнитного калориметра CMS. Результаты двойного облучения/отжига ЛФД позволяют надеяться, что количество вышедших из строя из-за радиации ЛФД не превысит 1 % за 10 лет их работы в условиях LHC.

6. Проведены измерения супермодуля электромагнитного калориметра CMS на пучках электронов с энергиями 20-250 ГэВ. Для сборки, состоящей из 9 кристаллов, было получено энергетическое разрешение cje/E<0.6% при энергиях электронов 120-250 ГэВ. Данный результат полностью удовлетворяет физическим требованиям к электромагнитному калориметру установки CMS, демонстрирует высокий потенциал эксперимента CMS по поиску бозона Хиггса, а также открывает широкие возможности по изучению новой физики на ускорителе LHC.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую признательность своему научному руководителю Ю.Г. Куденко за постановку задачи, полезные советы и критические замечания при подготовке диссертации, а также за создание творческой атмосферы в нашем научном коллективе.

Автор выражает особую благодарность Д. Ренкеру из института Пауля Шеррера (Швейцария), профессорам С. Ройкрофту и Д. Свэйну из Северо-восточного университета (США), Ж.-Ш. Ванелю, А. Карару из Политехнической Школы (Франция), И. Бритвичу из Политехнического Института (Швейцария), А. Кузнецову из Объединённого института ядерных исследованной (Россия), а также Б. Иллю из Университета Клода Бернара (Франция) за неоценимую помощь, интересные и стимулирующие обсуждения на всех этапах данной работы.

Выражаю свою глубокую признательность всем членам коллаборации CMS за многолетнее плодотворное сотрудничество, при создании описанных в данной работе детекторов.

Выражаю свою искреннюю благодарность E.H. Гущину, О.В. Минееву, Б.К. Лубсандоржиеву, М.М. Хабибуллину и другим сотрудникам ИЯИ РАН за поддержку и обсуждение результатов данной работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Мусиенко, Юрий Васильевич, 2008 год

1. The Compact Muon Solenoid Technical Proposal, CERN/LHCC 94-38, 1994.

2. The CMS Electromagnetic Calorimeter Technical Proposal, CERN/LHCC 97-33, 1997.

3. CMS Collaboration. The CMS experiment at the CERN LHC. 2008 JINST 3 S08004.

4. CMS Physics TDR, vol. 1, CERN-LHCC-2006-001, 2006.

5. H.B. Красников, B.A. Матвеев. Поиск новой физики на большом адронном кол-лайдере. УФН174 697 (2004).

6. G. Bayatian, ., Y. Musienko et. al. CMS physics: Technical design report, volume П: Physics performance. J.Phys.G34:995-1579, 2007.

7. C. Fabjan and F. Gianotti. Calorimetry for particle physics. Rev. Mod. Phys, v.75 (2003) 1243.

8. R. Wigmans. Calorimetry: Energy Measurement in Particle Physics. Clarendon Press, Oxford, 2000.

9. P. Lecoq. Spin-off from particle detectors in the field of medicine and biology. Nucl. Instr. andMeth. A 581 (2007) 1.

10. ALICE Collaboration, Technical Design Report of the Photon Spectrometer (PHOS), CERN/LHCC 99-4, March 1999.

11. The NOvA Collaboration, D. Ayres, et al. NOvA Proposal to Build a 30 Kiloton Off-Axis Detector to Study Neutrino Oscillations in the Fermilab NuMI Beamline, arXiv:hep-ex/0503053vl.

12. L. Schmitt. The PANDA Detector at FAIR. Nucl. Instr. and Meth. A 581 (2007) 542.

13. Y. Musienko. The CMS electromagnetic calorimeter. Nucl. Instr. and Meth. A 494 (2002) 308.

14. P. Lecoq et al. Lead tungstate (PbW04) scintillators for LHC EM calorimetry. Nucl. Instrum. Meth. A 365 (1995) 291.

15. E. Auffray et al. Improvement of several properties of lead tungstate crystals with different doping ions. Nucl. Instrum. Meth. A 402 (1998) 75.

16. M. Kobayashi et al. Significant improvement of PbW04 scintillating crystals by doping with trivalent ions. Nucl. Instrum. Meth. A 434 (1999) 412.

17. A.A. Annenkov, M.Y. Korzhik and P. Lecoq. Lead tungstate scintillation material. Nucl. Instrum. Meth. A 490 (2002) 30.

18. I. Dafinei, E. Auffray, P. Lecoq M. Schneegans. Lead tungstate for high energy calorimetry. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 348 (1994) 99, also in Proceedings of Scintillator and Phosphor Materials Symposium, San Francisco U.S.A. (1994).

19. R. Loos et al. CMS ECAL Preshower and Endcap Engineering Design Review. CMS-2000-054-MEETING, CERN-ECAL-EDR-4.

20. M. Huhtinen. Radiation Environment Simulations for the CMS Detector. CERN CMS TN/95-198.

21. Yu. Blinnikov et al. Radiation hardness, excess noise factor and short-term gain instability of vacuum phototriodes for the operation in pseudorapidity range 1.5 < y\ < 3.0 at CMS ECAL. Nucl. Instrum. Meth. A 504 (2003) 228.

22. K.W. Bell et al. The response to high magnetic fields of the vacuum phototriodes for the Compact Muon Solenoid endcap electromagnetic calorimeter. Nucl. Instrum. Meth. A 504 (2003) 255.

23. Yu. I. Gusev et al. Super radiation hard vacuum phototriodes for the CMS endcap ECAL, Nucl. Instrum. Meth. A 535 (2004) 511.

24. K.W. Bell et al. Vacuum phototriodes for the CMS electromagnetic calorimeter endcap. IEEE Trans. Nucl. Sei.51 (2004) 2284.

25. M. Raymond, J. Crooks, M. French and G. Hall. The MGPA Electromagnetic Readout Chip for CMS. Proceedings of the 9th Workshop on Electronics for the LHC Experiments. CERN/LHCC-2003-055 (2003) 83.

26. M. Hansen. The new readout architecture for the CMS ECAL. 9th Workshop on Electronics for LHC Experiments, Amsterdam The Netherlands, CERN-LHCC-2003-055 (2003) 78.

27. R. Alemany et al. Overview of the ECAL off-detector electronics of the CMS experiment. IEEE Nucl. Sei. Symp. Conf. Ree. 2 (2004) 1053.

28. N. Almeida et al. The selective read-out processor for the CMS electromagnetic calorimeter. IEEE Nucl. Sei. Symp. Conf. Ree. 3 (2004) 1721.

29. B. Betev et al. Low voltage supply system for the very front end readout electronics of the CMS electromagnetic calorimeter. Proceedings of the 9th Workshop on Electronics for the LHC Experiments. CERN/LHCC-2003-055 (2003) 353.

30. R.Y. Zhu. Radiation damage in scintillating crystals. Nucl. Instrum. Meth. A 413 (1998) 297.

31. M. Huhtinen et al. High-energy proton induced damage in PbWCU calorimeter crystals.

32. Nucl. Instrum. Meth. A 545 (2005) 63.

33. P. Lecomte et al. High-energy proton induced damage study of scintillation light output from PbWC>4 calorimeter crystals. Nucl. Instrum. Meth. A 564 (2006) 164.

34. M. Kobayashi et al., Improvement of radiation hardness of PbW04 scintillating crystals by La-doping. Nucl. Instrum. Meth. A 404 (1998) 149.

35. H.F. Chen et al. Radiation damage measurements of undoped lead tungstate crystals for the CMS electromagnetic calorimeter at LHC. Nucl. Instrum. Meth. A 414 (1998) 149.

36. M. Anfreville et al. Laser monitoring system for the CMS lead tungstate crystal calorimeter. Nucl. Instr. and Meth. A 594 (2008) 292-320.

37. L. Zhang, D. Bailleux, A. Bornheim, K. Zhu, R.Y. Zhu. Performance of the Monitoring Light Source for the CMS Lead Tungstate Crystal Calorimeter. IEEE Trans. Nucl. Sci. 52 (2005) 1123.

38. L. Zhang, K. Zhu, D. Bailleux, A. Bornheim, R.Y. Zhu. Implementation of a Software Feedback Control for the CMS Monitoring Lasers. IEEE Trans. Nucl. Sci. 55 (2008) 637.

39. P.Baillon et al. Design and Performance of the Cooling System for the Electromagnetic Calorimeter of CMS. CMS CR 2004/30.

40. J.P. Peigneu et al. Results from tests on matrices of lead tungstate crystals using high energy beams. Nucl. Instr. and Meth. A 378 (1996) 410-426.

41. Noise Characteristics of Advanced Photonix Avalanche Photodiodes, Advanced Photonics Application Note API/NOIS/1291/B, 1991.

42. A. S. Tager, "Current fluctuations in a semiconductor under the conditions of impact ionization and avalanche breakdown", Sov. Phys. Solid state, Vol. 8, pp. 1919-1925, 1965.

43. R. J. Mc Intyre. Multiplication noise in uniform avalanche diodes. IEEE Trans. Electron Devices, Vol. ED-13, No. 1, pp. 164-168, January 1966.

44. R. J. Mc Intyre. The distribution of gain in uniformly multiplying avalanche photodiodes : theory. IEEE Trans. Electron Devices, Vol. ED-19, No. 6, June 1972.

45. Д. Худсон. Статистика для физиков. М.: Мир, 1970.

46. A. van der Ziel. Noise in Solid State Devices and Circuits. Wiley, New York, 1986.

47. Ю.К. Акимов, O.B. Игнатьев, А.И. Калинин, В.Ф. Кушнирук. Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике. М.: Энергоатомиздат, 1989.

48. Е. Gatti and Р.Е. Manfredi. Processing the signals from solid-state detectors in elementary particle physics. La Rivista del Nuovo Cimento, 9 (1986) 1.

49. Y. Benhammou, P. Depasse, M. Goyot, B. Ille, E. Linard, F. Martin, Y. Musienko, D. Si Mohand. Investigation of Avalanche Photodiodes. CMS TN/96-052.

50. B. Borchi, M. Bruzzi. Radiation damage in silicon detectors. La Rivista del Nuovo Cimento, 11 (1994) 1.

51. T. Kaneda. Silicon and germanium avalanche photodiodes. Semiconductors and Semimetals, Vol. 22, Part D, AT&T Bell laboratories, Academic press, New York, 1985.

52. I. Wegrzecka, M. Wegrzecki. The properties of ITE's silicon avalanche photodiodes within the spectral range used in scintillation detection. Nucl. Instr. andMeth. A 426 (1999) 212-215.

53. S.E. Holland, D.E. Groom, N.P. Palaio, R.J. Stover and M. Wei. Fully Depleted, Back-Illuminated Charge-Coupled Devices Fabricated on High-Resistivity Silicon. IEEE Trans. Electron Devices, Vol. ED-50, No. 1, January 2003.

54. G. Anzivino et al. Failure modes of large surface avalanche photo diodes in high-energy physics environments. Nucl. Instr. andMeth. A 430 (1999) 100-109.

55. A. Karar, Yu. Musienko and J.C. Vanel. Characterization of avalanche photodiodes for calorimetry applications. Nucl. Instr. and Meth. A 428 (1999) 413-431.

56. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х томах. М., Мир, 1984.

57. С. de La Taille. Automated system for equivalent noise charge measurements from 10 ns to 10 mks. Nuclear Physics В (Proc. Suppl.) 32 (1993) 449-459.

58. W.C. Dash, R. Newman, Intrinsic optical absorption in single-crystal germanium and silicon at 77 and 300 K, Phys. Rev. 99 (1955) 1151.

59. G. Alexeev,., Y. Musienko, et al. Studies of lead tungstate crystal matrices in high energy beams for the CMS electromagnetic calorimeter at the LHC. Nucl. Instr. and Meth. A 385 (1997) 425-434.

60. Yu. Musienko, S. Reucroft and J. Swain. A simple model of EG&G reverse reach-through APDs. Nucl Instr. andMeth. A 442 (2000) 179-186.

61. R.J. Mclntyre, P.P. Webb, H. Dautet, IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-43 (1996) 1341.

62. А.Г. Чилингаров. Координатные полупроводниковые детекторы в физике элементарных частиц. ЭЧАЯ, 1992, т.23, вып.3,785-837.

63. Th. Kirn, D. Schmitz, J. Schwenke, Th. Flugel, D. Renker, H.P. Wirtz. Wavelength dependence of avalanche photodiode (APD) parameters. Nucl. Instr. and Meth. A 387 (1997) 202-204.

64. T. Shulz, Investigation on the long term behaviour of damage elects and corresponding defects in detector grade silicon after neutron irradiation. DESY 96-027, February 1996.

65. H. Feick, Radiation tolerance of silicon particle detectors for high-energy physics experiments, Internal Report. DESY F35D-97-08, 1997.

66. G. Lindstrom, M. Moll, E. Fretwurst, Radiation hardness of silicon detectors a challenge from high-energy physics. Nucl. Instr. and Meth. A 426 (1999) 1-15.

67. Yu. Musienko, S. Reucroft, D. Ruuska and J. Swain. Studies of neutron irradiation of avalanche photodiodes using Cf-252. Nucl Instr. and Meth. A447 (2000) 437-458.

68. J. Grahl, I. Kronquist, R. Rusack, A. Singovski, A. Kuznetsov, Y. Musienko, S. Reucroft, J. Swain, K. Deiter, Q. Ingram, D. Renker, T. Sakhelashvili. Radiation hard avalanche photodiodes for CMS ECAL. Nucl. Instr. and Meth. A 504 (2003) 44-47.

69. G. Hall. Radiation resistance of semiconductor detectors and associated electronics. IC-HEP-90-8, Presented at Large Hadron Collider Workshop, Aachen, Germany, Oct 4-9, 1990. Published in Aachen ECFA Workshop 1990.

70. A. Van Ginneken. Nonionizing Energy Deposition in Silicon for Radiation Damage Studies. FERMILAB-FN-522, Oct 1989.

71. M. Huhtinen, P.A. Aarnio. Pion induced displacement damage in silicon device. Nucl. Instr. and Meth. A335 (1993) 580-582.

72. A. Vasilescu. Fluence normalization based on the NIEL scaling hypothesis. 3rd ROSE Workshop on Radiation Hardening of Silicon Detectors, DESY Hamburg 12-14 February 1998, DESY-PROCEEDINGS-1998-02.

73. K. Deiters, Q. Ingram, Y. Musienko, S. Nicol, P. Patel, D. Renker, S. Reucroft, R. Rusack,. Sakhelashvili, J. Swain, P. Vikas. Properties of the avalanche photodiodes for the CMS electromagnetic calorimeter. Nucl. Instr. and Meth. A 453 (2000) 223-226.

74. P. Seller. Some Noise Calculations for Time Invariant Filters. RAL-TR-1998-086, January 1999.

75. E. Fretwurst, G. Lindstrom, J. Stahl, I. Pintilie, Z. Li, J. Kierstead, E. Verbitskaya, R. Roder. Bulk damage effects in standard and oxygen-enriched silicon detectors induced by 60Co-gamma radiation. Nucl. Instr. andMeth. A 514 (2003) 1-8.

76. G. Lutz. Semiconductor Radiation Detectors: Device Physics. Springer-Verlag, Berlin, 1999, p.302.

77. Z. Antunovic, ., Yu. Musienko et al. Radiation hard avalanche photodiodes for the CMS detector. Nucl. Instr. andMeth. A 537 (2005) 379-382.

78. ROOT An Object Oriented Framework For Large Scale Data Analysis (http://root.cern.ch/)

79. K. Deiters,., Yu. Musienko et al. Double screening tests of the CMS ECAL avalanche photodiodes. Nucl. Instr. andMeth. A 543 (2005) 549-558.

80. Y. Musienko. Advances in avalanche photodiodes. Proceedings of the 42nd Workshop of the INFN ELOISATRON Project "Innovative detectors for supercolliders", World Scientific, 2004.

81. I. Britvich.Yu. Musienko et al. Avalanche photodiodes now and possibledevelopments. Nucl. Instr. and Meth. A 535 (2004) 523-527.

82. P. Adzic, ., Yu. Musienko et al. Results of the first performance tests of the CMS electromagnetic calorimeter. Eur. Phys. J. C 44 SI (2006) 1-10.

83. P. Adzic, ., Yu. Musienko et al. Reconstruction of the signal amplitude of the CMS electromagnetic calorimeter. Eur. Phys. J. C 46 S01 (2006) 23-35.

84. P. Adzic,., Y. Musienko et al. Energy resolution of the barrel of the CMS Electromagnetic Calorimeter. 2007 JINST2 P04004

85. P. Grafstrom. The momentum resolution of the H4 beam for secondary beams in Filter Mode optics. CERN Accelerator and Beams SL-Note-97-81/EA, December 1997.