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A 4 tonne demonstrator for large-scale dual-phase liquid argon time projection chambers

Authors :
T. Hasegawa
S. Bordoni
M. Chalifour
Sampsa Vihonen
G. Maire
D. Redondo
N. Geffroy
F. Duval
Ionel Lazanu
A. Verdugo
A. Saftoiu
M. Calin
J. Asaadi
S. Horikawa
Marc Weber
Marzio Nessi
D. Lorca
Masatoshi Maki
B.M. Cautisanu
K. Cankocak
Filippo Resnati
F. Sergiampietri
H. Pessard
M. Parvu
F. Vannucci
L. Zambelli
R. Sulej
M.M. Badoi
A.M. Blebea-Apostu
V. Galymov
G. Misitano
I. De Bonis
I. Gil-Botella
Paolo Crivelli
A. Gendotti
A. Noury
L. Balleyguier
V. Aushev
M.C. Gomoiu
Thorsten Lux
P. Lutz
A. Falcone
Romul Margineanu
B. Aimard
S. Wu
I. Kreslo
D. Stanca
K. Nakayoshi
A. Gallego-Ros
Laura Manenti
V. Toboaru
Y. Pénichot
L. Molina Bueno
D. Pugnere
D. Caiulo
Alexandru Jipa
N. Bourgeois
S. Vilalte
D. Kryn
Animesh Chatterjee
T. Viant
Y. Piret
E. Pennacchio
J. Soto-Oton
D. Autiero
T. Kishishita
E. Mazzucato
Diana Navas-Nicolas
S. Jiménez
Mario Campanelli
L. Scotto Lavina
Enrique Calvo
D. Stefan
C. Drancourt
Y. Karyotakis
J. Sinclair
C. Regenfus
C. Alt
N. Lira
Wladyslaw Henryk Trzaska
Antonio Ereditato
G. Lehmann-Miotto
P. Cotte
J.V. Dawson
Masahiro Ikeno
A. Holin
B. A. Popov
C. Girerd
J. Dumarchez
Yu. Onishchuk
T.S. Mosu
S. Kasai
D. Belver
Jong-Sung Yu
E. Bechetoille
B. Mitrica
S. Shahsavarani
A. Munteanu
B. Radics
K. Sakashita
F. Dulucq
B. Bourguille
Nikolaos Charitonidis
K. Fusshoeller
B.S. Dimitru
T. Patzak
G. Brunetti
P. Gorodetzky
K. Negishi
F. Doizon
J.P. Mols
S. Bolognesi
M. Zito
M. Gherghel-Lascu
A. Tonazzo
André Rubbia
A. Balaceanu
C. Ristea
J. Marteau
D. Mladenov
C. Cantini
H. Mathez
C. Moreno Martinez
L. Periale
F. Noto
Kai Loo
G. Martin-Chassard
Federico Sanchez
L. Brunetti
Y. Rigaut
G. Vasseur
A. Remoto
B. Carlus
C. M. Schloesser
Tomohisa Uchida
G. Brown
W. Tromeur
A. Delbart
W. Mu
P. Chiu
R. Hanni
Masashi Tanaka
S. Conforti
C. Santos
S. Narita
S. Murphy
L. Nita
Martin Auger
S. Di Luise
Jukka Maalampi
M. Shoji
P. Stroescu
T. Esanu
C. de la Taille
C. Lastoria
E. Hamada
M. Niculescu-Oglinzanu
J. Bremer
S. Emery
A. Scarpelli
C. Cuesta
D. Desforge
A. Chiriacescu
C. Giganti
D. Duchesneau
K. Sendai
C. Palomares
A. Chappuis
Katsuyu Kasami
M. Karolak
G. Balik
F. Pietropaolo
Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP/Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Organisation de Micro-Électronique Générale Avancée (OMEGA)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-École polytechnique (X)
AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (LPNHE (UMR_7585))
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Aimard, B
Alt, C
Asaadi, J
Auger, M
Aushev, V
Autiero, D
Badoi, M
Balaceanu, A
Balik, G
Balleyguier, L
Bechetoille, E
Belver, D
Blebea-Apostu, A
Bolognesi, S
Bordoni, S
Bourgeois, N
Bourguille, B
Bremer, J
Brown, G
Brunetti, G
Brunetti, L
Caiulo, D
Calin, M
Calvo, E
Campanelli, M
Cankocak, K
Cantini, C
Carlus, B
Cautisanu, B
Chalifour, M
Chappuis, A
Charitonidis, N
Chatterjee, A
Chiriacescu, A
Chiu, P
Conforti, S
Cotte, P
Crivelli, P
Cuesta, C
Dawson, J
De Bonis, I
De La Taille, C
Delbart, A
Desforge, D
Di Luise, S
Dimitru, B
Doizon, F
Drancourt, C
Duchesneau, D
Dulucq, F
Dumarchez, J
Duval, F
Emery, S
Ereditato, A
Esanu, T
Falcone, A
Fusshoeller, K
Gallego-Ros, A
Galymov, V
Geffroy, N
Gendotti, A
Gherghel-Lascu, M
Giganti, C
Gil-Botella, I
Girerd, C
Gomoiu, M
Gorodetzky, P
Hamada, E
Hanni, R
Hasegawa, T
Holin, A
Horikawa, S
Ikeno, M
Jimenez, S
Jipa, A
Karolak, M
Karyotakis, Y
Kasai, S
Kasami, K
Kishishita, T
Kreslo, I
Kryn, D
Lastoria, C
Lazanu, I
Lehmann-Miotto, G
Lira, N
Loo, K
Lorca, D
Lutz, P
Lux, T
Maalampi, J
Maire, G
Maki, M
Manenti, L
Margineanu, R
Marteau, J
Martin-Chassard, G
Mathez, H
Mazzucato, E
Misitano, G
Mitrica, B
Mladenov, D
Bueno, L
Martinez, C
Mols, J
Mosu, T
Mu, W
Munteanu, A
Murphy, S
Nakayoshi, K
Narita, S
Navas-Nicolas, D
Negishi, K
Nessi, M
Niculescu-Oglinzanu, M
Nita, L
Noto, F
Noury, A
Onishchuk, Y
Palomares, C
Parvu, M
Patzak, T
Penichot, Y
Pennacchio, E
Periale, L
Pessard, H
Pietropaolo, F
Piret, Y
Popov, B
Pugnere, D
Radics, B
Redondo, D
Regenfus, C
Remoto, A
Resnati, F
Rigaut, Y
Ristea, C
Rubbia, A
Saftoiu, A
Sakashita, K
Sanchez, F
Santos, C
Scarpelli, A
Schloesser, C
Lavina, L
Sendai, K
Sergiampietri, F
Shahsavarani, S
Shoji, M
Sinclair, J
Soto-Oton, J
Stanca, D
Stefan, D
Stroescu, P
Sulej, R
Tanaka, M
Toboaru, V
Tonazzo, A
Tromeur, W
Trzaska, W
Uchida, T
Vannucci, F
Vasseur, G
Verdugo, A
Viant, T
Vihonen, S
Vilalte, S
Weber, M
Wu, S
Yu, J
Zambelli, L
Zito, M
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
École polytechnique (X)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Source :
JINST, JINST, 2018, 13 (11), pp.P11003. ⟨10.1088/1748-0221/13/11/P11003⟩, JINST, 11 (2018) pp. P11003, Journal of Instrumentation, Journal of Instrumentation, IOP Publishing, 2018, 13 (11), pp.P11003. ⟨10.1088/1748-0221/13/11/P11003⟩, Journal of Instrumentation, 13
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

A 10 kilo-tonne dual-phase liquid argon TPC is one of the detector options considered for the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). The detector technology relies on amplification of the ionisation charge in ultra-pure argon vapour and offers several advantages compared to the traditional single-phase liquid argon TPCs. A 4.2 tonne dual-phase liquid argon TPC prototype, the largest of its kind, with an active volume of \three has been constructed and operated at CERN. In this paper we describe in detail the experimental setup and detector components as well as report on the operation experience. We also present the first results on the achieved charge amplification, prompt scintillation and electroluminescence detection, and purity of the liquid argon from analyses of a collected sample of cosmic ray muons. A 10 kilo-tonne dual-phase liquid argon TPC is one of the detector options considered for the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). The detector technology relies on amplification of the ionisation charge in ultra-pure argon vapour and oers several advantages compared to the traditional single-phase liquid argon TPCs. A 4.2 tonne dual-phase liquid argon TPC prototype, the largest of its kind, with an active volume of 3x1x1 $m^3$ has been constructed and operated at CERN. In this paper we describe in detail the experimental setup and detector components as well as report on the operation experience. We also present the first results on the achieved charge amplification, prompt scintillation and electroluminescence detection, and purity of the liquid argon from analyses of a collected sample of cosmic ray muons.

Details

Language :
English
ISSN :
17480221, 17426596, 00385646, 14757516, and 00223719
Database :
OpenAIRE
Journal :
JINST, JINST, 2018, 13 (11), pp.P11003. ⟨10.1088/1748-0221/13/11/P11003⟩, JINST, 11 (2018) pp. P11003, Journal of Instrumentation, Journal of Instrumentation, IOP Publishing, 2018, 13 (11), pp.P11003. ⟨10.1088/1748-0221/13/11/P11003⟩, Journal of Instrumentation, 13
Accession number :
edsair.doi.dedup.....7bf11f39411b873884fb185137350809