Experimentelle Teilchenphysik - Abt. HertenExperimentelle Teilchenphysik - Abt. Herten

Atlas-GasuntersuchungenAtlas-GasuntersuchungenGustav-Mie-Haus 2. StockGustav-Mie-Haus 2. Stock

Themen für Diplomarbeiten

Alterungseffekte

Der Ageingaufbau (Komponententest)

Stand: Januar 2005 Die Atlas-Gruppe der Abteilung Herten Gustav-Mie-Haus 2. Stock Physikalisches Institut Universität Freiburg

Kontaktpersonen: Stefan König (203-5927), Dr. Michael Kollefrath (203-5927) Prof. Dr. Gregor Herten, Prof. Dr. Ulrich Landgraf, Dr. Wolfgang Mohr

Gustav-Mie-Haus (Neubau) 2. Stock, Zi.: 02023, Tel.: 203-5757, gregor.herten@physik.uni-freiburg.de

Signalerzeugung im Driftrohr

Aufbau eines Driftrohres für ATLAS. Die Endstopfen positionieren den Draht,ermöglichen die Gaszufuhr und stellen den elektrischen Kontakt her.

Ein durchfliegendes, ioni- sierendes Teilchen, wie z.B. ein Myon, erzeugt entlang seiner Flugbahn freie Elek- tronen – eine sogenannte Ionisationsspur. Die freien Elektronen werden von dem elektrischen Feld zum Draht hin gezogen.

Die zum Signaldraht driftenden Elektronen werden durch Gasverstärkung vervielfacht und erzeugen dort einen negativen Spannungspuls. Er wird verstärkt und dann von weiterer Elektronik ausgewertet.

Weiss man wann das Teilchen durch das Rohr fliegt, z.B. durch einen Szintilator, so lässt sich aus der Driftzeit der Abstand zum Draht bestimmen.

Schematischer Aufbau:

Insgesamt werden 38 Driftrohre in 4 Lagen durch 9 radioaktive Quellen (Am-241) bestrahlt. Die Rohre sind an eine Hochspannung von 3500 V angeschlossen und man erhält so zwischen 3 und 7mC/cm akkumulierte Ladung pro Tag. Jeweils vier Rohre bilden eine Station (d.h. sie haben dieselbe Gasversorgung) und testen eine Komponente des ATLAS-Myon-Gassystems.

Einmal pro Woche wird eine Entlangmessung durchgeführt um die Rohre lokal auf Schädigungen hin zu untersuchen. Diese können von Verunreinigungen im Gassystem herrühren und äussern sich in einer lokal reduzierten Gasverstärkung.

• Gasanalyse mit einem Massenspektrometer

• Entwicklung von Methoden zur Filterung des Gases

• Aufbau einer Driftkammer zur Gaskontrolle im Betrieb von ATLAS

z. Bsp. Silikon-Ageing:

Befinden sich irgendwo im Gassystem Quellen von Silikonverbindungen, so können die Verbindungen in der Gasverstärkungszone aufgebrochen werden. Die so ionisiertenFragmente können dann Radikale bilden und/oder polymerisieren.

Weisen die neu gebildeten Verbindungen ein Dipolmoment auf, so werden sie im inhomogenen elektrischen Feld zum Draht hin gezogen und lagern sich auf diesem ab. Dieser Belag verändert dann lokal das elektrische Feld und somit die Gasverstärkung.

Bestrahlt man ein Driftrohr mit einer Quelle mit einem diskreten Spektrum, so erhält manSpannungspulse entsprechend der Energieen der diskreten Linien. Diese sind, bedingt durchdie stochastischen Prozesse im Gas, verbreitert. Die Lage des Maximums ist aber fest mit derlokalen Gasverstärkung im Rohr verknüpft.

Verschiedene Auswertemoethoden(Fits, Mittelwertbildung)des Spektrums ermöglichendann die Messung der lokalen Puls-höhe.

Im Laufe der Zeit lagern sich immermehr Verschmutzungen auf dem Draht ab.Die Gasverstärkung geht so immer mehrzurück, so dass die Rohre dann irgendwannals ineffizient gelten.

Es gibt noch weitere Möglichkeiten in einem Driftrohr Alterung hervurzurufen.

Motivation

Das Atlas-Myonsystem soll bei einer hohen Betrahlungsdosis (bis zu 600 mC/cm) mindestens 10 Jahre lang Daten nehmen können. Dazu muss die einwandfreie Funktion der Driftrohre während dieser Zeit sichergestellt werden.

Insbesondere dürfen keine Verschmutzungen in das Gassystem der MDTs (Monitored Drift Tubes) gelangen.

Dazu sind Studien an den Komponenten des Gassystems notwendig sowie Möglichkeiten die Qualität des Gases im späteren Betrieb zu überwachen.