Исследование и оптимизация параметров катодно-стриповых камер для прецизионной мюонной станции установки "компактный мюонный соленоид" (CMS) на большом адронном коллайдере (LHC)

• Автор: Моисенз, Петр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 253 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Многопроволочная пропорциональная камера

с катодным считыванием информации - базовый детектор в торцевых областях детекторов частиц на Большом Адронном Коллайдере (LHC)

1.1 Коллайдер LHC.

1.2 Детекторы общего назначения

1.2.1 Компактный мюонный соленоид (CMS).

1.2.2 Назначение подсистем установки CMS.

1.2.3 A Toroidal LHC Apparatus (ATLAS).

1.2.4 Назначение подсистем установки ATLAS.

1.3 Мюонная система установки CMS.
1.3 1 Назначение мюонной системы.
1.3.2 Требования к мюонному спектрометру.
1.3.3 Торцевая часть мюонного спектрометра.
1.3.4 Многопроволочная пропорциональная камера (MWPC).
1.3.5 Электрическое поле в MWPC.
1.3.6 Загрузочная способность MWPC.
1.3.7 Катодно-стриповая пропорциональная камера (CSC)
1.4 Мюонная система установки ATLAS.
1.4.1 Катодно-стриповые камеры установки ATLAS
1.5 Базовый детектор - катодно-стриповая камера.
1.5.1 Мюонная станция МЕ1/1.
1.6 Основные этапы решения задачи точной регистрации координаты мюона в условиях неоднородного поля и значимых фоновых загрузках.
ГЛАВА 2 Оптимизация параметров
катодно-стриповой камеры (МПК)
2.1 Методы определения координаты частицы в камере по информации со стрипов.
2.1.1 Методы определения координаты частицы для одной плоскости камеры.
2.1.2 Методы фитирования мюонных треков.
2.2 Координатное разрешение камеры.
2.2.1 Влияние магнитного поля на координатное разрешение камеры.
2.3 Эффективность реконструкции мюонных треков.
2.4 Временное разрешение камеры.
2.4.1 Временное разрешение камеры по информации с анодов.

2.4.2 Временное разрешение камеры по информации с быстрых катодов.
2.5 Триггерные свойства камеры.
2.5.1 Эффективность регистрации треков по информации с анодов камеры.
2.5.2 Координатное разрешение и эффективность регистрации треков по информации с быстрых катодов камеры.
2.6 Влияние количества точек выборки и хранения формы сигнала в аналоговой памяти (Analog Pipeline) на восстановление координаты мюона и момента времени его пролета через камеру.
2.6.1 Деградация точности восстановления координаты одиночного мюона для случая однократного измерения формы сигнала.
2.6.2 Зависимость точности восстановления координаты одиночного мюона от числа измерений формы сигнала.
2.6.3 Зависимость точности восстановления координаты одиночного мюона от числа измерений формы сигнала (случай двух частиц).
2.6.4 Зависимость точности восстановления координаты и временной характеристики одиночного мюона от числа измерений формы сигнала.
2.6.5 Зависимость точности восстановления координаты и временной характеристики одиночного мюона от числа измерений формы сигнала (случай двух частиц)
2.6.6 Зависимость точности восстановления координаты одиночного мюона от числа измерений формы сигнала в условиях некоррелированного фона.
2.6.7 Зависимость точности восстановления ширины стрипа (радиуса) координаты и времени пролета одиночного мюона от числа измерений амплитуды сигнала в условиях некоррелированного фона.
2.7 Оптимизация параметров камеры.
2.7.1 Моделирование координатного разрешения катодно-стриповой камеры
2.7.2 Оптимизация расстояния между анодом и катодом.
2.7.3 Вычисление эффективного угла наклона анодной проволоки
2.8 Применение методов анализа МПК для иных детекторов
ГЛАВА 3 Исследование характеристик камеры мюонной станции
МЕ1/1 в условиях, близких к реальным в эксперименте СМв
3.1 Изучение влияния коррелированного фона на координатное разрешение камеры и эффективность реконструкции мюонных треков.

3.2 Изучение влияния адронной компоненты на МЕ1/1.
3.3 Моделирование электромагнитного сопровождения и адронных ливней в МЕ1/1 (сравнение с экспериментом).
3.4 Изучение влияния некоррелированного фона.
3.4.1 Измерение координатного разрешения и эффективности реконструкции мюонных треков.
3.4.2 Измерение временного разрешения камеры и эффективности регистрации треков.
3.5 Изучение влияния коэффициента газового усиления камеры на ее характеристики.
3.6 Оценка координатной точности и эффективности реконструкции треков для финальной версии детектора
ГЛАВА 4 Определение параметров локальных систем координат
детекторов в общей системе координат установки
4.1 Параметры локальных систем координат.
4.2 Определение параметров локальных систем координат детекторов первой мюонной станции
4.3 Контроль качества на этапе производства и сборки детектора
4.4 Аппаратные средства контроля положения детекторов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Нахождение большого количества положительных ионов в газовом промежутке анод-катод искажает форму электрического поля в нем, что ограничивает быстродействие камеры. Время дрейфа положительных ионов порядка 100 мкс определяет локальную загрузочную способность камеры величиной (5-10) кГц/мм2, а размер искаженного движущимися ионами электрического поля в объеме камеры определяет ее загрузочную способность при равномерном облучении частицами. При газовом усилении 105 размер области искаженного электрического поля порядка (3-4)см2 умноженные на величину зазора анод-катод, что обуславливает величину загрузочной способности камеры порядка (1-3) кГц/см2 . Для камеры площадью 1 м2 это означает, что она способна регистрировать порядка 10 млн. событий в секунду без существенного ухудшения своих параметров.
Из практики известно, что максимальный коэффициент газового усиления в пропорциональных камерах составляет величину порядка 2-105. При достижении количества носителей тока в газе порядка 5-108 (предел Ретера) происходит пробой газового промежутка анод-катод, что может приводить к обрыву анодной проволочки и выходу всей камеры из строя. Пробои в камере могут вызываться при регистрации сильноионизируюгцих частиц таких как альфа частиц, осколки деления ядер с использованием больших коэффициентов газового усиления, недостаточным количеством гасящих добавок в рабочей газовой смеси.
1.3.7 Катодно-стриповая пропорциональная камера (СвС)
Если одна или обе катодные плоскости камеры разделены на полоски (стрипы) и осуществляется считывание наведенных на них сигналов, то такая многопроволочная пропорциональная камера называется катодно-стриповой камерой (СЭС). Принцип работы такой камеры приведен на рис.1.12 [17].