Hadronový scintilační dlaždicový kalorimetr měří
energie spršky částic plastovými scintilačními dlaždicemi
vloženými do železných absorbátorů, vrstvy tvoří roviny
kolmé na osu svazku. Pro odvedení světla ke fotonásobiči
jsou použita vlákna posunující vlnovou délku, která jsou
připojena k hranám scintilačních dlaždic.
Hadronový scintilační dlaždicový kalorimetr(TILE CALorimeter=TILECAL-viz. obr. výše) je vzorkovací kalorimetr = v absorbátoru, kterým jsou zde ocelové desky, částice ztrácejí větší část své energie ''bez dozoru'' a v plastových scintilačních dlaždicích ztrácejí sice menší část energie, ale zato jsou tyto ztráty měřeny. Změřené ztráty energie ve scintilátoru jsou tedy ''vzorkem'' ztrát v celém kalorimetru. Struktura detektoru je popsána níže. Scintilační dlaždice jsou umístěny v rovině kolmé na svazky, světlo je odváděno vlákny směřujícími detektorem radiálně, k dlaždicím přiléhají na jejich hranách. Geometrie absorbátorů vytváří drážky, ve kterých jsou vlákna uložena. Aby se scintilačními fotony neplýtvalo, sbírají se z obou stran scintilační dlaždice. Každý z obou výstupů je vyveden do fotonásobiče. Fotonásobiče a potřebná elektronika je umístěna v nosníku každého modulu. Viz. obr. vpravo.
Tilecal se skládá z jedné střední a dvou postranních válcových částí. Kalorimetr má válcovou strukturu svnitřním poloměrem 2280 mm a vnějším poloměrem 4230 mm. Střední válcová část má délku 5640 mm, zatímco obě postranní části mají délku 2910 mm. Každý válec detektoru je sestaven z 64 klínovitých modulů. Mezi středním a postranním válcem je mezera (okolo 600 mm), která je nutná pro kabely vnitřního detektoru, LAr detektoru a pro elektroniku. Hlavní válec Tilecalu pokrývá oblast -1,0<|h|<1,0 a přilehlé válce pokrývají oblast 0,8<|h|<1,7.
Do mezery částečně zasahuje rozšíření postranního válce = tzv. Intermediate Tilecal (ITC), který má stupňovitou strukturu, aby byl v této oblasti maximalizován objem aktivního materiálu a zároveň ponechán prostor pro kabely. Tyto detektory zlepšují pokrytí v oblasti 0,8<|h|<1,6 jak pro hadronové, tak pro elektromagnetické spršky.
Struktura Tilecalu je samonosná a nemá žádné mechanické spojení s vnějším mionovým systémem.
Hlavní funkce Tilecalu je přispívat k rekonstrukci energie jetů a ve spolupráci s koncovou částí (end-cap) kalorimetru a předním (forward) kalorimetrem poskytuje dobré pokrytí velké části prostorového úhlu a tak měření chybějící příčné hybnosti pTmiss (kdy na jednu stranu letí částice s velkou příčnou hybností a na druhé straně je hybnost odnášena nedetekovanou částicí). Tilecal poskytuje dobré rozlišení energie v celém rozsahu dobrou linearitu odezvy v rozsahu od několika GeV až do TeV, výbornou ''uniformitu'' v obou směrech h a f, a již zmíněnou dobrou ''těsnost'' tj. co nejmenší počet únikových štěrbin a co nejmenší množství absorbujícího materiálu bez dohledu .
Výroba kalorimetru znamená zhruba následujících pět kroků:
Vedlejší rolí oceli Tilecalu je vytváření magnetického jha pro solenoid. Magnetické vlastnosti použité měkké uhlíkové oceli jsou pro tento účel postačující.
Submodul je základním stavebním prvkem kalorimetru. Všechny submoduly jsou vyráběny stejným postupem v několika různých laboratořích. Ocelová konstrukce každého submodulu se skládá z opakujících se period. Každá perioda se skládá ze čtyř vrstev (viz. obr. vpravo). První a třetí vrstva je tvořena velkými lichoběžníkovými deskami (master plates) o tloušťce 5 mm, délce 1600 mm a největší šířce 400 mm (celkem je jich potřeba asi 83 000). Druhá a čtvrtá vrstva je tvořena distančními lichoběžníkovými deskami (spacer plates, těch je celkem potřeba asi 440 000), které vytvářejí mezery pro scintilační dlaždice. Distanční desky jsou 4 mm tenké a mají 11 různých velikostí. Scintilační dlaždice o tloušťce 3 mm jsou vloženy do modulů až po zkompletování ocelové struktury. Poměr železa ku scintilačnímu materiálu je v celém objemu 4,67:1. V každé scintilační dlaždici i distanční desce jsou vyvrtány dva otvory, kterým odpovídají i otvory v ''master'' deskách tak, že vzniká kanálek probíhající celou strukturou submodulu a později modulu. Ten bude použit pro uložení trubic, ve kterých se bude pohybovat kalibrační radioaktivní zdroj. Hmotnost každého submodulu je okolo 900 kg.
Při montáži submodulů byly desky konzervované olejem nejdříve čištěny párou a saponátem. Hmotnost ''master'' desek = 18,6 kg = dovolovala ruční manipulaci. Ten samý den odpoledne (než stačily zrezavět), se desky vrstvily a lepily dohromady, potom byly 20 hodin stlačeny ve speciálním upínacím zařízení, aby epoxidové lepidlo zpolymerovalo a submodul měl požadované rozměry. Druhý den byly na rohy bodově přivařeny pásky (pro zvýšení tuhosti). Potom byl submodul vyjmut z upínacího zařízení a pásy finálně navařeny. Po vizuální kontrole a měření rozměrů slepeného submodulu byla nanesena ochranná vrstva disperzní barvy. Submoduly byly posléze zabaleny do plastikových pytlů společně s absorbátory vlhkosti.
Základní konstrukce modulu je znázorněna na obr. výše. Moduly (o délce 5,64 m pro hlavní válec a 2,65 m pro postranní válce) jsou sestaveny přišroubováním 19 submodulů na nosník a přivařením dvou koncových desek desku. Submoduly jsou oddělené mezerami 0,8 mm. Na vnějším povrchu nosníku jsou vyvrtány otvory pro vstup svazků vláken. Každá část kalorimetru je sestavena z 64 modulů. Standardní geometrie modulů je porušena v oblasti podpěry LAr kryostatu elektromagnetického kalorimetru. Určité úpravy modulů musí být provedeny i v oblasti mezery mezi hlavní a postranními částmi; protože do postranního válce zasahují podpěry pro koncovou část kalorimetru a kryostat, musí být tři submoduly zkráceny o přibližně 100 mm.
Ocelové nosníky drží pohromadě submoduly a současně obsahují šuplíky s fotonásobiči a elektronikou (viz.obr. vpravo). Takovýto design dovoluje rychlý přístup k fotonásobičům a elektronice s minimálním zásahem do zbytku detektoru. Kromě jiného jsou nosníky využity jako část magnetického obvodu pro vnitřní solenoid (jsou vyrobeny z magneticky měkkého materiálu) a magneticky stíní elektroniku a fotonásobiče. Celkový počet nosníků je 512 a všechny jsou identické.
Připomeňme, že Tilecal je vzorkovací kalorimetr užívající ocel jako pasivní absorbátory a scintilační dlaždice jako aktivní medium.
Ionizující částice procházející dlaždicemi způsobují emisi světla s vlnovou délkou v oblasti UV v základním materiálu dlaždice, které je absorbcí a reemisí převedeno na viditelné světlo (modré). Toto scintilační světlo se šíří ke krajům dlaždice, kde je absorbováno optickými vlákny a posunuto do delších vlnových délek (zelená - vybraná podle citlivé oblasti fotokatody fotonásobiče). Část reemitovaného světla ve vlákně zůstane a šíří se vnitřními odrazy do fotonásobiče, kde je detekováno. Směšovač světla, který je umístěn mezi vlákny a fotokatodou, mixuje příspěvky od jednotlivých vláken a rozptyluje je na celou plochu fotokatody fotonásobiče. Opačné konce vláken (než které vedou k fotonásobiči) jsou pokoveny hliníkem (odrazivost~ 85 %).
Dlaždice jsou vyráběny v 11 různých velikostech a jejich tvar je lichoběžníkový. Pro výrobu dlaždic byla zvolena technologie vstřikování do formy (injection molding). Tato technologie je velmi vhodná pro výrobu velkého množství dlaždic. Pro dosažení požadovaných vlastností dlaždic již není nutné žádné další opracování (např. broušení,..). K výrobě dlaždic se používá komerčně běžný průhledný polystyren s přísadami. K posunutí vlnové délky dochází absorbcí a následnou emisí světla ve vybraném barvivu. Jako scintilační přísady byly zvoleny PTP (paraterfenyl) a POPOP (p-bis[2-(5-fenyloxazolyl)]-benzen) - použitá směs je 1,5 % PTP a 0,04 % POPOP. Počáteční záření způsobené ionizací částice má vlnovou délku 240-300 nm. Toto záření prochází mřížkou polystyrenu do té doby, dokud není absorbováno molekulou PTP. PTP emituje světlo v rozsahu 320-400 nm, které je absorbováno POPOP a posunuto na ještě delší modrou vlnovou délku.
Při výrobě dlaždic se polystyren vysouší při teplotě 60-70 °C, poté je smíchán se scintilační přísadou. Takto připravená směs je nasypána do zásobníku lisovacího stroje, potom je zahřáta, promíchána a vstříknuta do formy pod tlakem okolo 70 MPa. Po vstříknutí plastu se forma ochladí na 50 °C, otevře se a dlaždice se vyjme. Tento celý cyklus pro výrobu jedné dlaždic trvá méně než dvě minuty.
První požadavek kladený na dlaždici je přesnost rozměrů a druhý je kvalita povrchu dlaždice. Světlo generované průchodem ionizované částice skrz dlaždici je odráženo uvnitř mezi povrchy dlaždice stejně jako u světlovodů. Hrubost a nerovnoběžnost povrchu vede k rozptylu světla a k jeho ztrátám.
Dlaždice jsou před vložením do Tilecalu zabaleny do bílého ''papíru'' (je to papír z PE vláken s komerčním názvem Tyvek). Obal chrání optickou odrazivou plochu dlaždice před poškrábáním nebo jiným mechanickým poškozením a navíc zvýší světelný výtěžek odrazem světla, které prchá z dlaždice.
Optická vlákna (o průměru 1 mm) fungují jako světlovod. Každé vlákno shromažďuje scintilační světlo z jedné nebo ze dvou dlaždic a odvádí ho do fotonásobiče. Fluorescenční přísada ve vlákně absorbuje modré světlo ze scintilátoru a reemituje ho na delší vlnové délky okolo 490 nm, vhodné pro fotokatodu a málo absorbované materiálem vlákna (proto se vláknům říká WaveLength Shifting = WLS fibers). Reemitované světlo se ve vlákně zachycuje a dále postupně šíří pomocí totálních odrazů (viz. obr. vpravo). Žádoucí je co největší index lomu materiálu vlákna, neboť tím bude maximální podíl reemitovaného světla zachyceného vláknem. Vlákna by měla být odolná proti poškození při zakřivení v kalorimetru a také radiačně odolná (pro celkovou dávku 400 Gy tj. vydržet cca 100 krát více než lidé). Strukturovanost buněk kalorimetru je dosažena vhodným seskupením vláken do jednotlivých fotonásobičů.
Vlákna by měla fungovat jako vodiče světla z dlaždic a nikoli jako samostatné detektory nabitých částic - odezva na ionizující částice by měla být co nejmenší. Proto se do vláken přidává ultrafialový absorbátor, který redukuje odezvu na ionizované částice 2-3 ´ při zeslabení světelného výtěžku ze scintilátoru nanejvýš 10 %.
Správné měření energie částic a jetů vyžaduje kalibrovat měřítko, tedy stanovit, jak si navzájem odpovídají energie částic nebo jetů v kalorimetru a signály z fotonásobiče, zpracované elektronikou. Tento kalibrační faktor je třeba znát pro každý výstupní kanál a během celé doby fungování detektoru.
Pokud spolu některé výstupy fyzicky souvisí (např. výstupy z opačných stran jedné dlaždice), musí být adresovány tak, aby je bylo možné kalibrovat právě na základě fyzické souvislosti. Krátkodobě a dlouhodobě se sledují drifty, vyrovnávají se úrovně odezev výstupních článků. Krátkodobé odchylky zesílení fotonásobičů budou kalibrovány prostřednictvím pulsního laseru. Ten generuje pulsy s šířkou okolo 15 ns a vlnovou délkou 523 nm, které jsou podobné signálům z WLS vláken. Intenzita každého světelného pulsu je měřena souborem fotodiod. K prvotnímu nastavení kalibračních konstant a později ke sledování zesílení všech článků bude použit radioaktivní zdroj (137Cs, E=0,662 MeV) pohybující se v trubičce skrze kalorimetr. Absolutní kalibrace měření energie bude prováděna testy na svazku částic z urychlovače.
Elektronika pro Tilecal je navržena tak, aby využila rychlou odezvu scintilátorů a fotonásobičů s malým šumem a minimálním počtem kanálů. Vysokonapěťové zdroje pro fotonásobiče a další elektronika se nachází v šuplících. Každý šuplík obsahuje 24 párů fotonásobičů. Celkový počet kanálů je přibližně 104.
Výstup světla je rychlý, protože světlo produkované scintilačními dlaždicemi a WLS vlákny vytváří signál s dobou náběhu okolo 5,5 ns a šířkou okolo 17 ns.
Světelný signál má před tvarovacími obvody velmi nízkou úroveň šumu, protože je použito fotonásobičů s temným proudem menším než 100 pA. Tvarovací obvody, které jsou nutným rozhraním mezi fotonásobiči a další přenosovou cestou, musí být vyrobeny pokud možno bez šumu, aby umožňovaly měření signálů od částic s malou energetickou ztrátou (např. mionů).
Podstatnými součástkami, které převádějí světelné
pulsy na elektrické signály, jsou fotonásobiče. Ty jsou s
příslušenstvím kombinovány do tzv. PMT (PhotoMulTiplier)
bloků. Každý PMT blok (viz. následující obr.) se skládá
ze směšovače světla, fotonásobiče, děliče vysokého
napětí a tzv. "tři-jednou- ranou" (3-in-1) desky,
která je připojena k výstupní elektronice. 
PMT blok je instalován uvnitř šuplíku. Výstupem z PMT bloku je tvarovaný elektrický signál, který je následně digitalizován ještě uvnitř šuplíku. Podstatnou rolí konstrukce PMT bloku je dostatečné magnetické stínění fotonásobiče.
Fotonásobič musí adekvátně reagovat na světelné signály od minimálně ionizujících částic (miony) až po velké signály od masívních spršek. Zisk fotonásobiče musí být dost velký, aby udržoval lineární odezvu přes celý dynamický rozsah, ale ne tak velký, aby došlo k nasycení vstupu digitalizujícího obvodu (používaný zisk je 105). Dlouhodobý zisk fotonásobiče je stabilizovaný okolo 2 %.
Fotonásobič vyžaduje zdroj vysokého napětí pro jednotlivé dynody. O to se stará dělič napětí. Děliče Tilecalu slouží také jako připojení fotonásobiče k předřazené elektronice. Další elektronika, potřebná pro tvarování pulsu a přizpůsobení velkého dynamického rozsahu, kalibraci vstřikem náboje a pomalou integraci signálů pro sledování a kalibraci, je soustředěna na multifunkční desce s vševystihujícím názvem ''3-in-1''. Karty zabírají prostor 7 cm ´ 4,7 cm uvnitř ocelového stínění fotonásobiče a jsou přímo připojeny k děliči napětí fotonásobiče. Toto umístění předřazené elektroniky poskytuje výborné pracovní prostředí. Je stíněno před elektrickým šumem a magnetickým polem. Okolní hladiny radiace jsou (relativně) nízké a tepelná stabilita prostředí uvnitř ocelového nosníku je výborná.