DPG Tanja Haas Alterungsuntersuchungen an Spurkammern für das LHCb Outer Tracking System Tanja Haas Physikalisches Institut Universität Heidelberg DPG 2006 Dortmund

DPG Tanja Haas LHCb am CERN

DPG Tanja Haas LHCb Vorwärtsspektrometer Ziel: Präzise Vermessung von B-Mesonen, CP-Verletzung, seltenen Zerfällen Outer Tracker LHCb: Vorwärtsspektrometer am Proton-Proton Collider LHC Physikalisches Institut Heidelberg NIKHEF, Amsterdam Institute of Nuclear Physics, Krakau Universität Dortmund Soltan Institute for Nuclear Studies, Warschau

DPG Tanja Haas Outer Tracker Module Strawaufbau: Innere Folie (Kathode): Kapton XC Äussere Folie: Kapton/Aluminiumlaminat Anode: 25 μm goldbeschichteter Wolframdraht Gasmischung: ArCO 2 (70:30)

DPG Tanja Haas Alterung bei Gasdetektoren 0.60 C/cm ArCO 2 CF 4 Langzeitstudien bei Gasdetektoren: Durch Strahlung bedingte Verschlechterung des Detektors Symptome: - Abnahme der Gasverstärkung/Signalgröße geringere Effizienz - Abnahme der Energie- und Ortsauflösung - Dunkelströme verursacht durch: - Ablagerungen auf Anode und Kathode - Anätzen des Drahtes (Reissen des Drahtes!)

DPG Tanja Haas Alterungeffekte auf Drähten 0.60 C/cm ArCO 2 CF C/cm ArCO 2 CF 4 Ablagerungen auf dem Draht Drahtätzen und -reißen Neuer Draht Beispiele:

DPG Tanja Haas 1.gesammelte Ladung pro Strawlänge (2 C/cm bei 10 Jahren LHCb - Betrieb) 2. Intensität 3. Primärionisation 4. Bestrahlte Fläche 5. Zählgas 6. Verschmutzungen (z.B. Silizium) ! Vorkehrungen: Umsichtige Wahl der Operationsparameter und Materialien Komplett reines System Parameter

DPG Tanja Haas Messungen in Heidelberg Vor der Bestrahlung: Messung der Gasverstärkung entlang des Drahtes Während der Bestrahlung: Kontrolle der Gasverstärkung und des Stromes für bestrahlte und unbestrahlte Drähte Nach der Bestrahlung: Erneute Messung der Gasverstärkung entlang des Drahtes optische und elektronenmikroskopische Prüfung der Drähte Testmodul

DPG Tanja Haas Setup 1m Bestrahlung: Bestrahlung mit Röntgenquanten Energie: 9 keV Beschleunigungsfaktor: Bedingungen des späteren Betriebs annähern: Materialien aus Massenproduktion gleiche Gasmischung gleicher Gasaustausch großflächige Bestrahlung über 50 cm

DPG Tanja Haas Vorgestellte Tests Langzeitstudie der Modulkomponenten und der Gasmischung Bestrahlung eines Moduls mit Komponenten des LHCb Gassystem im Testsetup Testsetup

DPG Tanja Haas Langzeitstudie Motivation: viel Ladung bei einem niedrigen Beschleunigungsfaktor sammeln, Validierung der Gasmischung: 120 Tage bestrahlt 7 bestrahlte Kanäle mehr als 2 C/cm gesammelte Ladung Scan bei fester Position ü ber l ä ngere Zeitdauer: keine signifikanter Abfall der Gasverst ä rkung

DPG Tanja Haas Langzeitstudie - Ergebnisse Kanal 8, 2 C/cm Kanal 15, 2.3 C/cm Scan entlang des Drahtes: keine Verschlechterung der Gasverst ä rkung im Laufe der Bestrahlung Wire Locater

DPG Tanja Haas Test des Gas Mixing Racks Motivation: Validierung der einzelnen Komponenten und Materialien des LHCb Gassystems Beispiele kritischer Einzelteile: Drucksensor, Ventile, Dichtringe... Scan bei fester Position über längere Zeitdauer: keine signifikanter Abfall der Gasverstärkung

DPG Tanja Haas Gas Mixing Rack - Ergebnisse Straw 14 Straw 3 Scan entlang des Drahtes: keine Verschlechterung der Gasverstärkung im Laufe der Bestrahlung

DPG Tanja Haas Zusammenfassung umfangreiche Tests zur Absicherung/Prävention von Alterungseffekten notwendig weitreichende Messungen durchgeführt hier vorgestellt: Langzeitstudie zur Validierung der Detektorkomponenten und der Gasmischung Gas Mixing Rack als erster Schritt zur Validierung des Outer Tracker Gassystems keine signifikanter Effekt bei obigen Tests