Разработка и создание торцевого координатного детектора для эксперимента L3

• Автор: Гаврилов, Геннадий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Гатчина
• Количество страниц: 123 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. УСТАНОВКА L

1.1. Назначение и основные характеристики

1.2. Устройство экспериментальной установки L

1.2.1 Магнит

1.2.2 Центральный трековый детектор

1.2.3 Электромагнитный калориметр

1.2.4 Адронный калориметр и мюонный фильтр

1.2.5Мюонпый спектрометр

1.2.6 Торцевой координатный детектор FTC - назначение
ГЛАВА 2. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ДЕТЕКТОРА FTC
2.1. Многопроволочные пропорциональные камеры
2.1.1 Пропорциональные камеры с цифровым съёмом информации
2.1.2Метод наклонныхМПК
2.1.3 Пропорциональные камеры с катодным считыванием информации
2.2. Общие особенности применения МПК для FTC
2.3. Дрейфовая камера - устройство и принцип работы
2.4. УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК FTC
2.4.1 Обеспечение линейности координатно-временной зависимости
2.4.2 Оценка погрешности при измерении координаты трека часттрг
2.4.3 Право-левая неоднозначность и восстановление многотрековых событий.
2.4.4 Влияние магнитного поля на измерения координат треков частиц
ГЛАВА 3. КОНСТРУКЦИЯ ДЕТЕКТОРА FT С
3.1. Геометрия и структура детектора
3.2. Включение детектора FTC в глобальную систему координат L
3.3. Геометрия и структура модуля FTC
3.4. Системы обеспечения FTC
3.4.1 Регистрирующая электроника
3.4.2 Высоковольтное питание FTC
3.4.3 Система газового снабжения FTC
3.4.4 Монитор газовой смеси FTС
3.5. Проблема тепловыделения в FTC
3.6. Итоговые характеристики конструкции FTC
ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В МОДУЛЯХ ДЕТЕКТОРА FTC
4.1. Проблема оптимизации структуры электрического поля
4.2. ВЫБОР ГЕОМЕТРИИ ПОЛЕФОРМИРУЮЩИХ СТРИПОВ
4.2.1 Математическая модель расчёта электрического поля в модуле
4.2.2 Геометрия полеформирующих стрипов
4.3. Минимизация влияния заземлённых экранов на электрическое поле в модуле
4.3.1 Влияние внешних заземлённых экранов

4.3.2 Метод защиты электрического поля в модуле
4.3.3 Эффективность метода защиты электрического поля в модуле
4.4. Минимизация токов утечки
4.4.1 Источники и причины возникновения токов утечки в модулях FTC
4.4.2 Высоковольтный контроль чистоты поверхности деталей
ГЛАВА 5. ВЫБОР РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ МОДУЛЕЙ FTC
5.1. Стенд для исследования КГУ и метода ДЗ в модуле FTC
5.2. Выбор коэффициента газового усиления в FTC
5.2.1 Условие одновременного измерения в модуле двух координат трека.
5.2.2 Расстояние между проволочками и рабочая газовая смесь
5.3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ КООРДИНАТ ТРЕКА МЕТОДОМ ДЕЛЕНИЯ ЗАРЯДА
5.4. ИСПЫТАНИЯ ДЕТЕКТОРА FTC НА ПРОТОННОМ ПУЧКЕ СИНХРОЦИКЛОТРОНА ПИЯФ
ГЛАВА 6. СТАРЕНИЕ ДЕТЕКТОРА FTC
6.1. ПРОБЛЕМА СТАРЕНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ДЕТЕКТОРОВ И РАЗРАБОТКА FTC
6.2. ЭФФЕКТ СТАРЕНИЯ В ДЕТЕКТОРЕ FTC
6.2.1 Испытание модуля FTC в ПИЯФ
6.2.2 FTС после 10 пет экстуатащт в эксперименте L
ГЛАВА 7. РАБОТА ДЕТЕКТОРА FTC В ЭКСПЕРИМЕНТЕ L
7.1. Основные рабочие характеристики
7.1.1 Зависимость координата - время дрейфа
7.1.2 Координатное разрешение метода регистрации по времени дрейфа..
7.1.3 Координатное разрешение метода деления заряда
7.2. Идентификация знака заряда мюонов в распаде Z
7.3. Пример использования FTC в L3 для изучения реакции е+е уу(у)
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
Цель работы
Целью выполненной работы явилось создание на основе модулей дрейфовых камер торцевого координатного детектора FTC (Forward Tracking Chambers) для эксперимента L3 (CERN, Швейцария)..
Детектор FTC, собранный в виде двух пар дисков, был установлен по обе стороны от точки е+е_ взаимодействия экспериментальной установки L3 в зазорах между торцевыми частями центрального детектора и электромагнитного калориметра.
Возможность калибровки детектора FTC в его рабочем диапазоне углов ограничивалась недостаточно высоким координатным разрешением соседних детекторов. Поэтому для обепечения надёжной калибровки особое внимание было обращено на создание одинаковых условий дрейфа электронов во всех регистрирующих ячейках модулей FTC. Этому условию была полностью подчинена оптимизация всех параметров конструкции детектора, основанная на обеспечении линейной зависимости координаты трека частицы от времени дрейфа электронов к сигнальной проволочке.
Решение задач оптимизации конструкции и обеспечение требуемых в L3 характеристик осложнялось тем, что пространство, отведённое для размещения детектора, составляло всего 72 мм по оси пучка. Из-за ограниченности пространства для формирования однородного электрического поля внутри рабочего объёма модуля потребовалось одновременно минимизировать краевые неоднородности у боковых стенок и искажающее влияние внешних электродов.
К основным задачам работы также необходимо отнести обеспечение высокой надёжности и устойчивости детектора FTC по отношению процессам старения.

для достижения координатной точности, равной нескольким десятков микрон. Так, холодные газы ” используются в ТЕС (см. Глава 1.2.2) и в детекторах, представленных в работах /23,29,30/. Применение таких смесей увеличивает в 2-ь5 раз время дрейфа по сравнению с аргон-метановыми или аргон-этановыми газовыми смесями. Это приводит к улучшению временного разрешения детектора, однако резко ухудшает возможности регистрации многотрековых событий из-за наложения времён дрейфа электронов соседних треков. Поэтому для FTC использование подобных “холодных” смесей неприемлемо.
Аппаратурное разрешение <тА в основном определяется качеством регистрирующей электроники и точностью изготовления камеры. Если в выражение
(12) подставить значения <т£ = сгх< 150 мкм, сг”“« ПОмкм из (16) и о>< Юмкм из
(13), то можно получить верхнюю оценку для аппаратурного разрешения аА » 90 мкм. Вклад в пространственное разрешение ДК <тм, связанный с качеством электроники, обусловлен главным образом измерением времени прихода электронов на сигнальную проволочку (аш = Механическая точность j Дх | , достигнутая при изготовлении модулей детектора FTC, была не хуже 70 мкм. Поэтому ошибка, вносимая механическими погрешностями в величину измеряемой координаты трека частицы, не превышала <7мех » 35 мкм.
Общий вклад в пространственное разрешение FTC от всех погрешностей можно оценить, подставив в выражение (11) величины <т„ сг”3*, а,л и сгмех. Ожидаемая максимальная погрешность определения абсолютной координаты трека частицы при наибольшем времени дрейфа не превышает - а120 мкм.
Основными факторами, влияющими на пространственное разрешение ДК в FTC, являются: кластеризация трека, диффузия и аппаратурная погрешность. Выбранная схема ДК (см. Рис. 2.3) и газовая смесь позволяют минимизировать вклад от этих