Исследование характеристик газонаполненных микростриповых камер и дрейфовых камер на основе тонкостенных трубок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.23, кандидат физико-математических наук Бычков, Виктор Николаевич

• Бычков, Виктор Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Бычков, Виктор Николаевич

Введение.

1. Микростриповая газовая камера.

1.1 Принцип действия.

1.2 Конструктивные особенности.

1.3 Характеристики детектора.

1.4 Выводы.

2. Тонкостенные пленочные дрейфовые трубки (ТДТ).

2.1 Конструкционные особенности и принцип действия

2.2 Считывание координатной информации.

2.2.1 Анодное считывание.

2.2.2 Катодное считывание.

2.3 Исследование тонкостенных дрейфовых трубок.

2.3.1 Конструкция и механические характеристики строу.

2.3.2 Влияние влажности и температуры.

• 2.3.3. Влияние смещения анодной проволочки.

2.3.4 Длинные ТДТ.

3. Камеры с катодным считыванием на основе тонкостенных дрейфовых трубок.

3.1 Камера с катодным считыванием на основе ТДТ с продольным окном.

3.1.1 Особенности конструкции. ф 3.1.2 Исследование характеристик.

3.1.3 Выводы.

3.2 Детекторы на основе ТДТ с высокорезистивным катодом.

3.2.1 Каптоновые 4 мм строу.

3.2.2 Майларовые 10 мм строу.

4. Разработка и исследование охлаждения модулей трекера

TRT ATLAS.

4.1 Технико-физические особенности детекторов TRT прямого направления установки ATLAS.

4.2 Секторный прототип.

• 4.2.1 Конструкция прототипа. ф 4.2.2 Схема газового охлаждения.

4.2.3 Теплообменник.

4.3 Внутренние термоэлементы и датчики.

4.3.1 Нагревательные элементы.

4.3.2 Датчики температуры.

4.3.3 Датчики давления.

4.4 Экспериментальная установка.

4.5 Результаты измерений.

9 4.5.1 Предварительные измерения.

4.5.2 Процедуры и параметры исследований

• охлаждения.

4.5.3 Влияние скорости продува охлаждающего газа.

4.5.4 Влияние конвекции газа внутри трубок.

4.5.5 Влияние теплообменника.

4.5.6 Оптимизация теплообменника.

4.6 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование характеристик газонаполненных микростриповых камер и дрейфовых камер на основе тонкостенных трубок»

• Существующие в настоящее время многочисленные методы регистрации частиц не являются универсальными. Чтобы сделать правильный выбор между различными методами, необходимо учитывать их практическую реализуемость, точность и ограничения применений в тех или иных условиях. Одним из наиболее востребованных методов в современной физике высоких энергий является метод регистрации частиц с помощью газонаполненных координатных детекторов - многопроволочных пропорциональных и дрейфовых камер. Несмотря на то, что эти камеры прекрасно зарекомендовали себя во многих физических экспериментах и стали фактически классикой при создании трекеров, их характеристики все чаще оказываются недостаточными для удовлетворения всех потребностей современных задач. Особый толчок в развитии новых типов газонаполненных детекторов для физики высоких энергий дало в конце 80-х годов прошлого столетия начало строительства новейших суперколлайдеров в Европе, США и Советском Союзе. Поиски решений для удовлетворения появившихся требований привели к появлению новых типов газонаполненных детекторов, таких как микростриповая газовая камера (MSGC), газовый электронный умножитель (GEM), детекторы на основе тонкостенных дрейфовых трубок (строу).

Целью диссертационной работы являлась разработка и исследование новых типов газонаполненных координатных детекторов для современных экспериментов на ускорителях.

Научная новизна исследования Одной из первых в России была изготовлена и исследована микростриповая газовая камера.

Проведены исследования механических и электрофизических характеристик новых элементов газонаполненных детекторов -тонкостенных дрейфовых трубок (ТДТ).

Разработаны и исследованы прототипы 2-х типов камер на основе ТДТ с катодным считыванием. Показана перспективность развития данного направления детекторов.

Впервые разработана, изготовлена в натуральную величину и исследована тепловая модель модулей TRT (Transition Radiation Tracker) прямого направления установки ATLAS LHC. Отработана система газового охлаждения детектора.

Практическая ценность работы Результаты исследований характеристик тонкостенных дрейфовых трубок легли в основу разработки и создания строу-трекеров для экспериментов COMPASS, «Термализация» СВД и могут быть использованы для создания других детекторов на основе ТДТ.

Разработанные двухкоординатные детекторы на основе ТДТ с катодным считыванием могут быть использованы при создании высокоточных трекеров для современных физических установок. Результаты исследований термометрии прототипа TRT модуля легли в основу разработки и создания системы газового охлаждения TRT детекторов установки ATLAS LHC.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Заключение диссертации по теме «Физика высоких энергий», Бычков, Виктор Николаевич

Основные результаты работы и выводы диссертации могут быть сформулированы следующим образом:

1. Одной из первых в России была изготовлена и исследована микростриповая газовая камера.

2. Произведены исследования механических и электрофизических характеристик тонкостенных дрейфовых трубок. Результаты исследований легли в основу разработок и создания строу-трекеров для экспериментов COMPASS, ATLAS и «Термализация» СВД.

3. Разработаны и исследованы прототипы 2-х типов камер на основе ТДТ с катодным считыванием. Показана перспективность развития данного направления детекторов. Максимально достигнутое пространственное разрешение составило 74 мкм.

4. Впервые разработана, изготовлена в натуральную величину и исследована тепловая модель модулей TRT (Transition Radiation Tracker) прямого направления установки ATLAS LHC. Отработана система газового охлаждения' детектора. Результаты исследований легли в основу разработки и создания системы газового охлаждения TRT детекторов установки ATLAS.

В заключение автор выражает глубокую благодарность Пешехонову Владимиру Дмитриевичу за постановку задач, помощь и внимание при выполнении исследований и работе над диссертацией. Также, автор выражает благодарность своим коллегам: Астабатяну Размику Акоповичу; Иванову Андрею Борисовичу; Кекелидзе Георгию Дмитриевичу; Лобастову Сергею Павловичу; Ливинскому Валерию Васильевичу; Лысану Виктору Михайловичу; Мовчан Сергею Александровичу, Муравьеву Сергею Вадимовичу; Новикову Евгению Алексеевичу и Преда Тити за помощь и поддержку при проведении работ, вошедших в материалы т диссертации.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Бычков, Виктор Николаевич, 2006 год

1. Бычков В.Н., Голутвин И.А., Игнатова Л.Г., и др., Приборы и Техника Эксперимента, №5 (1992) 83.

2. Т. Akesson, V. Bondarenko, V. Bytchkov, et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 361 (1995) 440-456

3. V.N. Bytchkov, G.D. Kekelidze, A.B. Ivanov et al., Some Characteritics of the Long Straw Drift Tubes. JINR, El3-98-209, 1998, 12 c.

4. V. N. Bychkov, I. A. Golutvin, Yu. V. Ershov, et al. Nuclear Instruments and Methods, 325 (1992) 158.

5. V. N. Bychkov, G. D. Kekelidze, S. P. Lobastov, et al. Instruments and Experimental Techniques Vol. 41, No. 3, 1998 p. 315.

6. V. N. Bychkov, G. D. Kekelidze, E. A. Novikov, et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 367 (1995) 276.

7. P.A. Астабатян, B.H. Бычков, P. Гебарт и др., Разработка и исследование охлаждения детектора переходного излучения -трекера прямого направления установки ATLAS, ОИЯИ, Р13-96-472, Дубна, 1996, 30 с.

8. A. Oed, Nuclear Instruments and Methods, A263 (1988) 351.

9. Смотри например: F. Angelini, R. Bellazzini, L. Bosisio et al., Nuclear Instruments and Methods, A323 (1992) 229.

10. A.F. Barbosa, C. Riekel and P. Wattecamps, Nuclear Instruments and Methods, A323 (1992) 247.

11. F. Angelini, R. Bellazzini, A. Brez et al., Particle World (1990) vol. 3 p.85.1 l.R. Bouclier, J.J. Florent, J Gaudaen et al., Nuclear Instruments and Methods, A323 (1992) 240.

12. Н. Stahl, U. Werthenbach and G. Zech., Nuclear Instruments and Methods, A297 (1990) 95.

13. F. Sauli, ., V. N. Bychkov, ., et al., RD-28 Collaboration., RD-28 development of microstrip gas chambers for radiation detection and tracking at high rates, CERN-DRDC-93-34 Status report to the DRDC open meeting, Sep 2, 1993

14. T. Nagae, T. Tanimori, T. Kobayashi and T. Miyagi, Nuclear Instruments and Methods, A323 (1992) 236

15. Bondar, A E; Buzulutskov, A F; Shekhtman, L I; Sauli, Fabio, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 419 (1998) 418.

16. A. Golutvin, S. A. Movchan, V. D. Peshekhonov and T. Preda, Nuclear Instruments and Methods, 333 (1993) 536

17. R.A. Boie, A.T. Hrisoho and P. Rehak, Nuclear Instruments and Methods, 192(1982)365.

18. V. Radeka. Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 38 (1988), p. 217

19. N. A. Filatova, V. M. Golovatyuk, Z. Guzik, et al, Nuclear Instruments and Methods, A243 (1986) 91.

20. G. Battistoni, U. Denni, E. Iarocci, G. Mazzenga, G. Nicoletti and L. Trasatti, Nuclear Instruments and Methods, 176 (1980) 297.

21. S. Majewski, J. Gerbi, B. Kross et al., Nuclear Instruments and Methods, A348 (1994) 307.

22. Смотри например: R. Debbe, J. Fischer, D. Lis^auer,et al., Nuclear Instruments and Methods, A283 (1989) 772;

23. A. Breskin, G. Charpak, C. Demierre, et al., Nuclear Instruments and Methods, 143 (1977)29;

24. E. Gatti and A. LongoniR. A. Boie and V. Radeka, Nuclear Instruments and Methods, 188 (1981) 327.

25. ATLAS, Letter of Intent, CERN/LHCC/92-4/LHCC/I2 (1992).

26. V. Bondarenko, В. Dolgoshein, V. Grigoriev et al., Nuclear1.struments and Methods, A327 (1993) 386. 25.S.H. Oh, W.J. Robertson, Nuclear Instruments and Methods, A3091991)368.

27. P. Cwetanski, A. Romaniouk, V. Sosnovtsev, Studies of Wire Ofset Effects on Gas Gain in the ATLAS TRT Straw Chamber. ATL-INDET 2000-016 (2000).

28. V.N. Bychkov, N. Dedek, W. Dunnweber et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 556 (2005) 66-79

29. Endo et al., Nuclear Instruments and Methods, 188 (1981) 51.

30. V. D. Peshekhonov, Nuclear Instruments and Methods, A3231992) 12.

31. B. Dolgoshein, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 326 (1993) 434.

32. Price MJ. "Cooling of the forward TRT wheels", CERN ТА 1 Technical Note ТА 1/96-04, 1996.

33. ATLAS Inner Detector Technical Design Report, vol. 2, CERN/LHC/97-17 (1997), 722.

34. Semenov S., Sosnovtsev V. "Themperature Dependence of the Straw Operating Properties", CERN RD-6 Note 63, 1995.

35. M. Deptuch, K. Jelen, D. Kiselewska et al., The temperature coefficient of gas gain in TRT detector. ATL-INDET-2002-011 (2002).

36. Akesson Т., Danielsson H., Hauviller C., Ogren H O., Price M., Stavrianakou M., Cooling of the straws in the ATLAS TRT. ATL-INDET-95-082; ATL-I-PN-82.- Geneva : CERN, 23 Jan 1995.