Budowa układu eksperymentalnego do badania właściwości włókien scyntylacyjnych na potrzeby eksperymentu LHCb

Niniejsza praca przedstawia projekt, budowę oraz walidację układu eksperymentalnego przeznaczonego do badania włókien scyntylacyjnych na potrzeby detektora LHCb Mighty Tracker. Zaprojektowany układ pomiarowy, skonstruowany z modularnych profili aluminiowych oraz elementów stworzonych metodą druku 3D, zapewnia wysoką precyzję ustawienia oraz powtarzalność pomiarów dla długich włókien scyntylacyjnych o długości do 4.5 m. Akwizycja danych realizowana była przy użyciu fotopowielaczy krzemowych (SiPM) współpracujących z dedykowanymi płytkami sterującymi, z kolei analiza danych została przeprowadzona z wykorzystaniem środowiska ROOT.Za pomocą pulsacyjnego źródła światła UV zbadane zostały właściwości tłumienia światła włókien scyntylacyjnych: Luxium BCF12XL, Luxium BCF20XL oraz Kuraray SCSF-78MJ. Wyniki pokazały, że do opisu propagacji światła w badanych włóknach zupełnie wystarczający jest model z jedną charakterystyczną długością tłumienia, model eksponencjalnego tłumienia światła (ELA). Z kolei podwójny model eksponencjalny, o dwu charakterystycznych długościach tłumienia, w wielu przypadkach dawał niefizyczne parametry.Potwierdzono, że badane włókna charakteryzują się pożądanymi właściwościamy optycznymi do zastosowania w detektorze LHCb Mughty Tracker. W szczególności należy zwrócić uwagę na włókno Kuraray SCSF-78MJ, posiadające podwójny cladding, w którym światło było efektywnie transportowane. Wypracowana metodologia daje solidne podstawy pod dalsze badania nad włóknami scyntylacyjnymi, w tym badania odporności na wysokie dawki promieniowania i długoterminowej stabilności włókien. Badania te będą podstawą do wybrania odpowiednich włókien do detektora Mighty Tracker.

This thesis presents the design, construction, and validation of an experimental setup dedicated to the investigation of scintillating fibres for the future LHCb Mighty Tracker. A custom test bench was developed using modular aluminium profiles and 3D-printed components, allowing precise alignment and reproducibility of measurements for long scintillating fibres up to 4.5 m in length. Data acquisition was performed with silicon photomultipliers (SiPMs) coupled to dedicated front-end electronic boards, while analysis was carried out using the ROOT framework.The light attenuating properties of Luxium BCF12XL, Luxium BCF20XL, and Kuraray SCSF-78MJ fibres were studied with a controlled UV light source. The results demonstrated that the Exponential Light Attenuation (ELA) model with a single characteristic attenuation length provides a physically meaningful description of light propagation, whereas more complex double-exponent fits often yielded unphysical parameters. Additional tests with a β- emitting strontium source confirmed the feasibility of measurements with the radioactive source and validated the performance of the data acquisition chain.The study confirms that the tested fibres exhibit promising optical properties for application in the Mighty Tracker detector. In particular, double-clad SCSF-78MJ fibres showed effective light confinement, as evidenced by clean single-pulse signals. The developed methodology provides a robust basis for future measurements, including radiation-hardness and long-term stability studies, which will be essential for qualifying fibres for use in the high-luminosity environment of the upgraded LHCb experiment.