Разработка трековых систем большой площади на основе дрейфовых камер для экспериментов в физике высоких энергий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

ЕЩ

ІНЕР

И

ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

в ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

э

2012-13

На правах рукописи

Кожин Анатолий Сергеевич

Разработка трековых систем большой площади на основе дрейфовых камер для экспериментов в физике высоких энергий

01.04.23 — физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических паук

Протвино 2012

I 9 АВГ 2072

005046615

УДК 539.1.074

М-

Работа выполнена в Институте физики высоких энер1 (г. Протвино).

Официальные оппоненты: доктор физико-математических : ук В.М. Гришин (ФИАН), доктор физико-математических ] ук В.Н. Беляев (МИФИ), доктор физико-математических не В.И. Крышкин (ОЭФ, ИФВЭ).

Ведущая организация - Научно-исследовательский инстт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государств! ного университета им. М.В. Ломоносова, г. Москва.

Защита диссертации состоится "_"_2012

в-часов на заседании диссертационного совета Д 201.004

при Институте физики высоких энергий по адресу: 142281, Протви Московской обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ.

Автореферат разослан "_"_2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 201.004.01 Ю.Г. Рябов

© Государственный научный центр Российской Федерации Институт физики высоких энергий, 201:

Общая характеристика работы

.ктуальность темы

В физике высоких энергий есть два класса крупно-масштабных сспериментальных установок, где необходимо обеспечить измере-ие координат треков ионизирующих частиц на большой площади: эллайдерные и нейтринные детекторы. Из-за малости сечения взаимодействия нейтрино с веществом ~ 0.7-Ю-38 см2/ГэВ) и больших поперечных размеров нейтрин-ых пучков, создаваемых на ускорителях, универсальные нейтрин-ые детекторы, ориентированные на широкий круг задач, должны ііть массивными, с большими размерами, соответственно, с боль-:ой площадью трековых систем.

Измерение импульса мюона в коллайдерных детекторах может лть осуществлено центральной трековой системой, но в ТэВ-ной Зласти энергий, особенно для адронных коллайдеров, возможности знтральной трековой системы для определения импульса мюона іметно снижаются, в этом случае задача возлагается на внешние, эриферийные части установок, что, естественно, требует большой ібочей поверхности трековой системы.

Как в случае нейтринных детекторов, так и коллайдерных во-рос идет о создании систем, обеспечивающих измерение координат

треков заряженных частиц с точностью не хуже 1 мм на площа порядка 103 м2. При современном состоянии экспериментальной т< ники эту задачу можно решить только с применением дрейфові камер.

Дрейфовые камеры пришли в практику экспериментов на усі рителях заряженных частиц и в исследования космических лучей конце 70-х годах прошлого века вслед за многопроволочными nj порциональными камерами. Основное достоинство их - возможное измерения координат треков заряженных частиц с точностью суп ственно лучшей, чем расстояние между детектирующими элемент ми (сигнальными проволоками). Это свойство и облегчает возмо: ность создания крупномасштабных установок.

Экспериментальные установки такого класса, как нейтринные коллайдерные детекторы, проектируются и создаются довольно до го, сроки разработки и реализации проектов доходят до 10 лет, і кого же порядка и период их эксплуатации. Дрейфовые камер используемые в таких установках, должны быть долговечными, временем жизни никак не менее 15-20 лет.

Предлагаемая к защите диссертация посвящена разработке и с зданию дрейфовых камер для трековых систем большой плош ди 103 м2), рассчитанных на длительный (не менее 15 ле период эксплуатации. Автору данной работы посчастливило участвовать в реализации двух крупных проектов: Нейтриннь Детектор1 ИФВЭ-ОИЯИ на 70-ГэВном ускорителе в ИФВЭ и уст новки АТЛАС2 (Большой Адронный Коллайдер в ЦЕРНе). Выпо ненные в процессе этих работ исследования захватывают доволы большой хронологический период: с конца 70-х годов прошлого веі до начала 2-го десятилетия 21-века. Эти исследования были напра лены на оптимизацию конструкции и параметров дрейфовых каме разработку методики их тестирования. Некоторые результаты не п теряли своего значения до сих пор, разработанные методики прове ки могут быть использованы для любых проволочных детекторов.

^Приборы и Техника Эксперимента, No.3, (2003 ), с. 5-20.

2 A Toroidal LHC Apparatus, ATLAS Collaboration; ATLAS Letter of Inter D.Gingrich et al, CERN/LHCC/92-4, CERN, 1992.

Целью диссертационной работы является обобщение опыта азработки, изготовления и тестирования дрейфовых камер для трезвых систем большой площади в крупномасштабных установках: ейтринном Детекторе на ускорителе У-70 в Протвино и детекторе ТЛАС (БАК в ЦЕРНе).

Научная новизна

• Впервые в практике нейтринных экспериментов на ускорителях для измерения координат треков заряженных частиц применены дрейфовые камеры векторного типа с большим (250 мм) дрейфовым промежутком и длинными (4 м) сигнальными проволоками, позволяющие в пределах одной плоскости однозначно измерять координату и угол проекции трека.

• При разработке камер для НД выполнено измерение скорости дрейфа электронов в смеси Аг-СОг при напряженности электрического поля до 4 кВ/см и концентрации углекислого газа до 20%; до сегодняшнего дня это наиболее полные экспериментальные данные по скорости дрейфа в указанной газовой смеси.

• Доказана возможность создания векторных дрейфовых камер на основе сигнальных проволок с попеременным смещением, определены геометрические параметры, при которых эта проволочная структура наиболее электростатически устойчива и не требует поддержек до длин порядка 6 м.

• Впервые реализована дрейфовая трубка с 4-мя дополнительными, полеформирующими проволоками, позволяющими получать квазиоднородное электрическое поле в трубе круглого сечения.

• Впервые в коллайдерном эксперименте для мюонного спектрометра создана система камер на основе прецизионных дрейфовых трубок с точностью позиционирования проволок 20 мкм, позволяющая измерять импульс мюона с разрешением ~ 10% при энергии 1 ТэВ.

Практическая ценность

• Для координатных измерений в НД создана система дрейфовых камер с большим дрейфовым промежутком, обеспечивающая измерение координат и углов проекции треков с точностью 1 мм и 30 мрад, соответственно. При полной площади 720 м2 требуется всего 1600 электронных каналов регистрации и 2 пары высоковольтных источников.

• Дрейфовая камера НД оптимизирована для работы на безопасной и дешевой смеси Аг-С02=94-6 при нормальном давлении с расходом 2 объема/месяц.

• В полном объеме система дрейфовых камер функционировала в НД в течение 20 лет, способствуя выполнению программы нейтринных исследований на ускорителе У-70 ИФВЭ.

• В процессе разработки и реализации камер НД были развиты методики оптимизации параметров камеры (геометрия и состав газа), измерения скорости дрейфа и диффузии электронов в газовых смесях, коэффициентов прилипания электронов

■ к электроотрицательным примесям; все эти методы носят довольно универсальный характер и могут быть использованы при разработке любых дрейфовых камер.

• Для крепления сигнальных проволок дрейфовых камер НД был использован метод кримпирования (обжатие в медной капиллярной трубке); этот опыт был успешно применен для дрейфовых трубок АТЛАСа; на данный момент это наиболее надежный метод фиксации проволок в проволочных детекторах.

• Для калибровки соотношения время-координата в камерах НД был применен коллимированный пучок импульсного рентгеновского излучения.

• Использование коллимированного пучка импульсного рентгеновского излучения открывает много других возможностей для тестирования детекторов, в частности, контроль положения проволок в проволочных детекторах, можно также выполнять проверку зон собирания электронов на сигнальную проволоку, исследовать влияние механических деформаций на точность камер, измерять загрузочную способность камер.

• Для камер векторного типа с переменным смещением сигнальных проволок определена оптимальная, с точки зрения электростатических смещений и устойчивости, геометрия; показано, что можно реализовать камеры без поддержки сигнальных проволок при длине порядка 6 метров.

• Показано, что в круглой трубе, при помощи 4-х дополнительных проволок может быть создана область с практически однородным электрическим полем; такая дрейфовая трубка имеет линейное соотношение время-координата, обладает возможностью измерять одновременно несколько треков и имеет большую загрузочную способность по сравнению с обычной трубкой.

• Обоснован выбор материала и процедура натяжения сигнальной проволоки дрейфовой трубки, обеспечивающая долговременную стабильность натяжения.

• Разработаны методы контроля массового производства прецизионных дрейфовых трубок.

• Проведена комплексная проверка 254 (22% от полного числа) дрейфовых камер для установки АТЛАС.

Автор защищает:

• Для Нейтринного Детектора разработана, изготовлена и успешно работала система дрейфовых камер векторного типа с большим дрейфовым промежутком:

1. выполнено исследование макетов для оптимизации рабочих параметров камеры, выработки критериев для конструкции камер и требований к электронной аппаратуре;

2. разработана методика испытаний и проведены детальные исследования характеристик серийных камер, проверки их соответствия требованиям нейтринного эксперимента;

3. проведена отладка, испытание и разработаны способы контроля и проверки качества информации с дрейфовых камер в нейтринном детекторе;

4. измерены характеристики дрейфовых камер в составе нейтринного детектора.

• разработаны, изготовлены и испытаны прототипы камер д. мюонных трековых систем в коллайдерных детекторах:

1. векторных камер для АТЛАСа;

2. дрейфовых трубок с полеформирующими проволока» для детектора ЭБС (ЭЭС);

3. баррельной мюонной камеры (В1Ь) камеры для АТЛАС

• разработаны, изготовлены и испытаны 22% дрейфовых камі для мюонного спектрометра АТЛАС:

1. разработана конструкция дрейфовой трубки, в частнос: конструкция торцевого элемента, обоснован выбор мат риала анодной проволоки, ее натяжения, фиксации и л кализации;

2. разработаны методы контроля для массового произведет] дрейфовых трубок;

3. разработаны методы контроля сборки камер;

4. проведен контроль параметров и сертификация собраннь камер.

Основные публикации и апробация работы

Апробация диссертации прошла в ГНЦ ИФВЭ 26 марта 2012 :

Результаты, приведенные в диссертации, докладывались на Ме> дународных конференциях [1,5,15,17], на семинарах ИФВЭ, сов щаниях сотрудничества НД и АТЛАСа, опубликованы в виде ст тей в отечественных [11] и иностранных журналах [4,8,9,11-14,16,1 20,22]? в виде препринтов ИФВЭ [2,3,6] и в сообщениях коллаборащ АТЛАС [20]

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и прилож ния. Объем составляет 210 страниц, включая 161 рисунок, 26 таблг и библиографический список из 174 названий.

Зв иностранных публикациях фамилия автора встречается в двух версш КогЫп и Кс^іпе

Содержание работы

Во Введении раскрывается актуальность проблемы диссертации, сформулирована цель работы, показана научная новизна и практическая ценность результатов, представлены положения, выносимые на защиту, структура и апробация диссертации.

В Главе 1 изложены основные принципы работы дрейфовой камеры. Глава не основана на оригинальных материалах, ее цель сделать введение в терминологию и математический аппарат, используемые впоследствии.

Глава 2 посвящена дрейфовым камерам Нейтринного Детектора (НД), в частности методическим исследованиям при их разработке [1-3], испытаниям серийных камер и использованию камер в детекторе [4,5].

Нейтринный детектор был создан для исследования широкого спектра задач на пучках нейтрино (Е„ = 1 н- 30 ГэВ) на ускорителе У-70 ИФВЭ. Задача трековых приборов в этом детекторе: совместно с магнитной системой определение знака и импульса мюонов, определение координат вершины нейтринного взаимодействия, угла адронной струи и детальный анализ нейтринных взаимодействий с ¿алой множественностью. В силу массивности детектора и малых -»нергий регистрируемых продуктов нейтринных взаимодействий требования на координатное разрешение весьма умеренные - мм. io для исследование таких процессов, как, например, квазиупругое рассеяние нейтрино (и^п —> fip), необходимо хорошее двухтрековое >азрешение и возможность регистрации короткопробежных частиц год большими углами. Компоновка модуля мишенной части детектора показана на рис.1, где 1(3) - взаимно ортогональные плоскости фейфовых камер, 2 - рама электромагнита, 4 - жидкостные (уайт-:пирит, С2Н2П+2, < п> =10) сцинтилляционные счетчики.

В качестве базового элемента для трековой системы НД была выдана дрейфовая камера с большим дрейфовым промежутком и мно-опроволочным сигнальным элементом4(рис.1). Проведен комплекс іетодических исследований, на основании которых были определе-

4Иногда именуется как jet-cell, векторная камера

ны основные параметры камеры, газовая смесь и оптимизирована рабочая точка. В результате выкристаллизовалась конструкция камеры, поперечный разрез которой показан на рис.2 (1 - охранные, 2 - катодные, 3 - сигнальные, 4 - полеформирующие проволоки). Камера имеет 4 сигнальных проволоки, попеременно смещенные на ±0.75 мм относительно центра в направлении дрейфа. Справа и слева располагаются дрейфовые промежутки шириной 250 мм. Полная длина камеры 4 м, нет поддерживающих элементов проволок. Камера оптимизирована для работы с газовой смесью Аг-С02=94-6 при небольшом избыточном давлении (<30 мм рт.ст.) и напряженности электрического поля в дрейфовом промежутке около 500 В/см. Оптимизация проведена на основании измерения скорости дрейфа электронов в Аг-СС>2 (рис.З(а), цифры у кривых - концентрация СОч в %, пунктирные кривые - расчет.). При выборе напряженности электрического поля и концентрации углекислого газа мы действовали вопреки установившемуся правилу обеспечения "насыщения" скорости дрейфа, существенно выиграв в рабочем напряжении камеры. Вклад диффузии в разрешение при этом составляет около 100 мкм/см1/2 (рис.3,6).

Детальное исследование, выполненное на специальном стенде, показало, что параметры первых, серийно изготовленных камер адекватны требованиям НД. Координатное разрешение отдельной сигнальной проволоки показано на рис.4. Камера способна регистрировать треки с углом до 70° относительно нормали к плоскости камеры, систематические поправки учитываются по показаниям самой камеры. Координатное разрешение камеры в целом не хуже 1 мм для перпендикулярных треков, и около 3 мм для треков с углом в 70°. Угловое разрешение составляет около 30 мрад и практически не зависит от углов наклона треков, эффективность разрешения лево-правой неоднозначности 98.5% (|0| <40°) и 80% (|0| =70°). Разрешение 2-х соседних треков составляет 3.5 мм. Плато по эффективности для потенциала катодных проволок - 130-230 В. Отклонение от линейности соотношения время-координата, измеренное при помощи импульсного пучка рентгеновского излучения, не превосходит 1 мм, и затрагивает область 10-15 мм вблизи сигнальных проволок.

а) б)

Рис. 4. Разрешение проволоки в зависимости: а) от координаты и б) от угла наклона трека относительно нормали к камере

В опытно-экспериментальном производстве ИФВЭ было освоено изготовление этих камер и около 500 камер произведено в 19811984 г. В НД камеры были сгруппированы в 40 плоскостей, по 9 камер в каждой плоскости (рис.1), с суммарной площадью около 720 кв. метров. При этом использовалось 1432 канала электроники, обеспечивающей усиление сигналов с камер и измерение временных интервалов в диапазоне до 82 мксек с точностью 10 нсек. Вся система камер обслуживалась всего двумя парами высоковольтных источников питания. Расход газовой смеси - 1 объем (75 м3) за 15 суток.

Таким образом, для крупнейшей экспериментальной установки на ускорителе У-70 в Протвино - Нейтринного Детектора ИФВЭ-ОИЯИ - была разработана, изготовлена и успешно эксплуатировалась система дрейфовых камер векторного типа с 4-мя сигнальными проволоками в одном большом (±250 мм) дрейфовом промежутке. В отдельной камере однозначно, без привлечения информации из других координатных плоскостей, измеряется координата и угол проекции трека. В качестве иллюстрации на рис.5 приведены примеры on-line реконструкции мюона и нейтринного взаимодействия.

Рис. 5. Пример on-line реконструкции трека мюона и нейтринного взаимодействия в Нейтринном Детекторе

Большой объем исследований, выполненный на ранних стадиях изготовления системы камер, послужил основанием для разработки камер и отдельных элементов системы. Тщательно измеренные характеристики серийных камер создали базу для написания программ моделирования и обработки данных с детектора. На основании проведенных исследований были выработаны методики проверки изготовленных камер и их сертификации. В результате была получена экономичная, долговечная система камера, ставшая первым функциональным работающим элементом нейтринного детектора, позволившим выполнить важные работы по исследованию фоновых условий в зоне детектора уже в момент его создания, что в немалой степени способствовало дальнейшей успешной работе установки. В полном объеме система проработала около 20 лет, сохраняя все свои параметры.

В Главе 3 представлены варианты прототипных камер [6-12], которые разрабатывались для координатных систем мюонных спектрометров в установках SDC(SSC)5 и ATLAS(LHC). Для АТЛАСа разработано, изготовлено и испытано два варианта векторных камер. Первый вариант был развитием идеологии дрейфовых камер НД: длинные проволоки и отсутствие поддержек. Были выполнены специальные исследования по оптимизации структуры сигнального элемента, что позволило создать устойчивую проволочную конфигурацию с минимальными электростатическими смещениями длиной 6 м. По техническим причинам камера была реализована в круглой трубе (рис.6). Камера имела 4 сигнальных проволоки с попеременным смещением ±0.3 мм, получено разрешение около 200 мкм, плато эффективности ~150 В. Исследована возможность измерения координаты вдоль проволоки по времени распространения сигнала, измерены смещения проволок при деформации трубы. Достигнуты вполне приличные характеристики, имелись резервы для улучшения разрешения за счет более совершенного усилителя.

Второй вариант векторной камеры для АТЛАСа имел другую проволочную структуру (рис.7), с чередующимися потенциальными

5Solenoidal Detector Collaboration, SDC Technicl Design Report. - SDC Note 92-2001, SSCL-SR-1215 (April 1992).

Рис. 6. Дрейфовая камера в трубе: схема поперечного сечения (а), эффективность (б) и координатное разрешение отдельной сигнальной проволоки (в)

гпыЕ: і

разрешение отдельной проволоки (справа)

и сигнальными проволоками, в одном объеме объединялись две ячейки камеры. Структура неравновесная, проволоки поддерживаются через 1 м. Испытаны камеры длиной 0.9, 4.6(9 камер) и 9 метров. Получено разрешение около 120 мкм. Камера входила в число трех основных опций трекового детектора для мюонного спектрометра АТЛАСа, но была отвергнута, один из аргументов против - дороговизна поддерживающей платформы (сотовый материал на основе ориентированного угле-пластика (с углеродными волокнами)).

Для мюонного спектрометра ЭБС была предложена трубка с 4-мя пол сформирующими проволоками (рис.8), которые позволяют в трубе круглого сечения получить однородное поле, похожее на поле в обычных планарных дрейфовых камерах с распределенным потенциалом. Благодаря этому, удается обойти серьезные недостатки обычных дрейфовых трубок, которые имеют низкую напряженность электрического поля вдали от анодной проволоки. В дрейфовой трубке с полеформирующими проволоками улучшается линейность соотношения время-координата, получаются короткие сигналы, повышается

быстродействие и появляется возможность регистрировать несколько одновременно проходящих треков. При испытаниях на пучке получено разрешение ~150 мкм, сравнимое с разрешением оригинальных детекторов ББС, изготовленных из труб специального профиля. Исследовано влияние деформаций длинной (7.4 м) дрейфовой трубки с 4-мя полеформирующими проволоками на смещение проволок.

I І ГІП 0 gHAP'NS W'flE!

ТУ/

■Z0 -¡О О 10 20 X (nun)

б)

Рис. 8. Дрейфовая трубка с 4-мя полеформирующими проволоками: схема поперечного сечения (а), линии дрейф электронов (б), напряженность электрического поля при У=0 (в)

В этой же главе описан прототип камеры (BIL, Barrel Inner Large), созданный уже после выбора базового трекового детектора для мюонного спектрометра ATJIACa - МДТ (Monitored Drift Tube). Этот прототип фактически был полномасштабной камерой. Состоял из 2-х суперслоев (по 3 слоя в каждом, 32 трубки/слой) 30-мм дрейфовых трубок длиной 2544 мм. В камере были опробованы многие идеи и технические решения, которые впоследствии легли в основу серийных камер для АТЛАСа:

1. позиционирование сигнальной проволоки при помощи точного отверстия, пробитого лазерным лучом в тонкой пластинке;

2. фиксация сигнальной проволоки при помощи кримпирования (обжимания) в медной капиллярной трубке;

3. фиксация торцевого элемента при помощи кримпирования (обжимания) газом высокого давления алюминиевой трубы и уплотнение с помощью резиновой прокладки;

4. измерение положения проволоки в трубке при помощи импульсного рентгеновского излучения (короткий импульс, высокая скважность и малые энергии - все это существенно ослабляет мероприятия по радиационной безопасности);

5. высоковольтная проверка посредством измерения тока в трубке, заполненной воздухом при атмосферном давлении;

6. контроль натяжения проволоки по резонансной частоте ее колебаний в магнитном поле, колебания возбуждаются импульсом тока;

7. послойная склейка камеры;

8. шаг трубок в слое при склейке задается "гребенкой" из вклеенных шариков, тиражирование таких "гребенок" при помощи одного кондуктора (template).

Точность позиционирования сигнальной проволок в отдельной трубке соответствовала спецификации (среднеквадратичное отклонение относительно базовой поверхности не более 10 мкм в любых 2-х взаимно ортогональных направлениях), но в камере в целом точность была выдержана хуже (RMS, 27-47 мкм). Камера в течение двух лет эксплуатировалась в проекте АТЛАСа по проверке оптико-электронной системы мониторирования положения камер в мюонном спектрометре.

В заключении к этой главе, отмечено, что реализованы два варианта векторных камер, пригодных для измерения треков заряженных частиц в мюонных спектрометрах коллайдерных детекторов. На наш взгляд более перспективной все же была камера, где не было поддержек проволок. Вполне удачен прототип камеры в круглой трубе с полеформирующими проволоками, который сочетает удобство применения стандартной круглой трубы, с возможностью получения квазиоднородного электрического поля с высокой напряженностью, линейного соотношения время-координата и короткого сигнала, последнее очень важно для обеспечения быстродействия в случае больших загрузок.

Прототипы камер с 30-мм трубками были ступенькой к созданию серийной камеры для АТЛАСа. В них были заложены многие идеи (позиционироваие и крепление проволоки, соединение трубы и торцевого элемента, методы контроля трубок после сборки, сборки самой камеры), которые впоследствии были применены в МДТ камерах.

Несмотря на то, что эти прототипы, в большинстве своем, не переросли в крупномасштабные системы, они сослужили для нас большую службу. На них мы заработали авторитет в коллабора-ции АТЛАСа, который позволил нам проводить самостоятельную политику при разработке МДТ камер.

В Главе 4 представлено краткое описание установки АТЛАС, перечислены подсистемы: внутренний детектор, калориметры, мюон-ный спектрометр и их основные характеристики. Некоторый акцент сделан на описании мюонного спектрометра (рис.9) и его системы оптико-электронного мониторирования положения камер. Выбор

Рис. 9. Схема большого сектора мюонного спектромера: BIL, BML, BOL, EIL, EML, EOL - МДТ-камеры; мнемоника названий камер - BILs Barrel Inner Laxge и т.п.

"безжелезного" магнита - сверхпроводящего тороида для мюонного спектрометра логически потребовал очень точных трековых ка-

мер и точного их позиционирования в установке. При гигантских размерах установки практически невозможно сохранить неизменным положение камер в течение длительного периода. Применена оптико-электронная система непрерывного слежения за положением и деформацией камер (optical alignment system, основана на системе RASNIK6). В главе приведены рисунки и схемы, иллюстрирующие базовые принципы этой системы.

Глава 5 содержит описание МДТ камер ATJIACa, изготовленных в ИФВЭ, особенностей их конструкции, производства и методов тестированиях [13-17].

Рис. 10. Дрейфовая трубка (схема с вырезом): 1 - алюминиевая труба, 2 -корпус торцевого элемента (алюминий), 3 - сигнальная (анодная) проволока, 4 - уплотняющая прокладка, 5 - пластина с отверстием, позиционирующим проволоку, 6 -медная капиллярная трубка, при кримпировании которой фиксируется проволока

В качестве трековых детекторов в мюонном спектрометре ATJIACa были приняты МДТ-камеры (МДТ, Monitored Drift Tube chambers), название подчеркивает, что базовым элементом камеры является дрейфовая трубка, параметры которой непрерывно мони-

6H.Dekker et al.,The RASNIK/CCD 3-dimensional Alignment System, Proceedings of the 3d International Workshop on Accelerator Alignment, CERN, Geneva (1993).

торируются. Корпус трубки изготовлен из алюминиевого сплава, внешний диаметр 29.97±0.015 мм, толщина стенки 0.400±0.030 мм. Трубки заполняются газовой смесью Ar—COi = 93-7 при давлении 3 бар(абс), рабочее напряжение (3080 В) выбрано так, чтобы газовое усиление G = 2 • 104; Точность установки сигнальной проволоки (W/Re=97/3, диаметр 50 мкм, натяжение 350±17 г) относительно базовой поверхности торцевого элемент (End Plug) составляет 10 мкм. Нужно отметить, что торцевой элемент был полностью разработан в ИФВЭ и изготовлен отечественными производителями. Точное позиционирование проволоки обеспечивается за счет отверстия^ пробитого лазерным лучом в латунной пластинке. Диаметр отверстия 55±5 мкм, эксцентриситет не более 7 мкм. Для положения проволоки в трубке развита специальная методика, основанная на использовании узкого пучка импульсного рентгеновского излучения (рис.11). Для иллюстрации на рис.12 приведен результат измерения положения проволоки в EOL6 трубках (RMSy, RMS2 ~ 8 мкм).

Долговременная стабильность натяжения проволоки обеспечивается как выбором материала проволоки, так и специальной процедурой "преднатяжения": на 1 минуту устанавливается повышенное натяжение 450 г, только затем - номинальное. Такая процедура уменьшает нестабильность натяжения, связанную с предысторией обработки проволоки, а также уменьшает ползучесть (creep, ослабление натяжения по экстраполяции к 15 годам не более 3.5%). Крепление проволоки осуществлялось методом кримпирования, обжатия медной капиллярной трубки. Натяжение контролировалось при помощи измерения основной гармоники резонансных колебаний проволоки, возбуждаемых импульсом тока. Трубка при этом помещалась в магнитное поле. По результатам измерений натяжение равно 350±4(RMS) г. при 20°.

Для трубок требуется высокая герметичность, утечка аргона не более 2-Ю-8 бар-литр/сек при давлении 3 бар. При изготовлении герметичность трубок контролировалась в специальном боксе при помощи гелиевого течеискателя.

ттолько ЕО камеры, в остальных используется твистер

X-ray detector

Wire shadow

X-ray gun

Direction ot X-gun movement

20 Z*m 40

Рис. 11. Схема измерения положе- Рис. 12. Координата центра прс

ния проволоки в дрейфовой трубке

локи в трубках EOL6-Ka:

Мы использовали нестандартный подход к высоковольтным испытаниям трубок - трубки заполнялись не рабочей газовой смесью, а воздухом при нормальных условиях. Адекватность такой проверки была обоснована и, в конечном счете, подтверждена состоянием изготовленных трубок в детекторе.

Время сборки одной трубки - б минут. В день собиралось до 80 трубок, производительность лимитировалась скоростью прохождения различных проверок. Контроль качества трубок и логистика поддерживались при помощи специальной базы данных. Всего было изготовлено около 77000 трубок, 59192 смонтирована в ЕО-камерах, 15744 - в ЕЕ, доля забракованных трубок составляет около 2%.

В ИФВЭ были изготовлены ЕЕ и ЕО камеры (рис.9) для торцевых частей мюонного спектрометра АТЛАС, всего 254 камеры, 16 типо-размеров, площадь отдельной камеры от 2.8 до 8.8 квадратных метра. Камеры имеют ступенчатую трапецевидную форму (рис.13), угол трапеции 8.5 или 14.6°. Трубки объединены в 2 суперслоя, из

трех слоев каждый. Число трубок в слое в зависимости от типа камеры варьируется от 40 до 56, длина трубок от 1249.5 до 6241.5 мм. Расстояние между любой парой соседних сигнальных проволок в камере 30.035 мм. В раме и на поверхности камеры установлены элементы системы оптико-электронного контроля за искривлением камеры и ее положением в детекторе. Для учета тепловых деформаций камера оснащена 8-ю термо-датчиками (точность 0.2°С).

Сборка камер (склейка трубок в слои и приклеивание суперслоев к раме) осуществлялась на гранитном столе в помещении со стабилизированной температурой и влажностью. Применялась послойная склейка с использованием специальных устройств, обеспечивающих позиционирование проволок в отдельной камере с точностью 20 мкм (среднеквадратичное отклонение). Контроль за положением устройств во время сборки велся с помощью оптико-электронных систем того же принципа, что и установленные на камерах. Часть камер (16 шт.) была проверена на рентгеновском томографе. Камеры при томографировании располагались горизонтально, что не соответствует их штатному размещению, из-за этого камеры прогибались, что ведет к систематическим смещениям измеренных в томографе координат проволок. Но, даже без учета этой систематики, для всех камер, изготовленных в ИВФЭ, среднеквадратичное отклонение измеренных координат проволок находится в пределах 12-27 мкм.

Газовая система, смонтированная на ЕО(ЕЕ) камерах, обеспечивает подключение 3-х последовательно соединенных трубок к газовому коллектору. Требование на герметичность камеры получалось из допустимой утечки газа для отдельной трубки, умноженной на число трубок (2^10-8 бар-литр/сек). Осуществлялся многоступенчатый контроль герметичности: неоднократная проверка гелиевым течеискателем с увеличивающимся содержанием гелия в камере, измерение падения давления в термо-стабилизированном помещении, контроль за давлением в камере в период хранения. Среднее падение давления в камере составляет ~ 0.3±0.1 мбар/сутки (Аг, 3 бар).

Подключение высокого напряжения и считывание сигналов происходит с разных сторон трубки. Пассивные элементы (резисторы и

Рис. 13. Схематический вид ЕО(ЕЕ) камеры: 1,6 - элементы оптико-электронной системы мониторирования кривизны камеры (фотоприемники (CCD) и маски с диодными матрицами), 2,5 - слои трубок, 3 - поперечные балки, 4 - платформы для оптико-электронных приборов, 7 - продольные балки

?ис. 14. Фотография ЕЕ камеры, со стороны сигнальной части (часть плат и экранов умышленно удалена): 1 - ЕЬМВ(БСЗ)-модуль, 2 -электромагнитный экран (Faraday-cage) усилителей, 3 - плата с ВЦП(ТБС) и 3-мя чипами 8-канальных усилителей формирователей, 4 - (Chamber Service Module) CSM модуль, накамерный процессор, под ним "материнская плата" с разъемами, 5 - сигнальный кабель, 6 - переходная плата (HedgeHog Board) с пассивными электронными компонентами (резисторами и конденсаторами)

конденсаторы) для 24 трубок объединены на общей плате, один ВЦП также обслуживает 24 трубки и находится на общей плате с микросхемами усилителей (3x8 каналов). Основные параметры усилителя: входное сопротивление - 120 Ом, шум (ENC) - 6000е_, чувствительность ЗмВ/(первичный электрон-С)=12мВ/фК. ВЦП с точностью 0.78 не. Наряду с временной информацией регистрируется амплитуда сигнала. Вся информация с отдельных ВЦП собирается нака-мерным процессором и по оптико-волоконному кабелю передается в удаленную электронику. Дополнительно на камере установлен блок системы контроля (DCS), обеспечивающий измерение температуры, магнитного поля, напряжения и токов электроники, через этот же модуль осуществляется загрузка (инициализация) накамерного процессора и ВЦП. Внешний вид сигнальной части камеры представлен на рис.14. Процессор размещен на одной из поперечных балок рамы камеры, в очень ограниченных габаритах.

Окончательные проверки камер до установки в ATJIACe и их результаты описаны в Главе 6 [18-22].

Две камеры после проверки на рентгеновском томографе были установлены на канале (Н8) протонного суперсинхротрона в ЦЕРНе, где с 2001 по 2004 г. осуществлялся проект по комплексной проверке всех детекторов мюонного спектрометра АТЛАСа. На камерах было проверено несколько версий электроники, достигнуто проектное разрешение, высокая эффективность (95.9%) при отсутствие шумящих и мертвых каналов.

Электроника, кабельные коммуникации и оптико-электронные приборы на камеры монтировалась в ЦЕРНе. При этом осуществлялась сложная, детально прописанная и обязательная процедура проверок (предустановочная сертификация, commissioning). Заключительный этап проверки для каждой камеры состоял в проведении микро-эксперимента с набором около ~ 106 космических мюонов, пересекающих все трубки камеры. Анализ этих данных проводился по ускоренной и упрощенной методике, в основном на уровне АЦП-и ВЦП-спектров. По форме распределения срабатываний трубок в каждом слое грубо оценивалась эффективность, определялось максимальное время дрейфа для каждой трубки, анализировалась фор-

ма и среднее значение амплитудного спектра. Аномалии фиксировались и, в случае выхода за пределы допусков, устранялись. На рис.15 показано распределение собственных шумов усилителей, допустимый предел - 40 кГц. В завершении измерялся ток каждого суперслоя камеры при повышенном напряжении (рис. 16). Полная проверка одной камеры без форс-мажорных ситуаций занимала 1-2 дня.

Рис. 15. Собственный шум усилителей

ЕО Dark current at 3.4kV

-

^ I,

1 П, . ||

111 1 J 1, , і

Current, пА

Рис. 16. Ток суперслоя при повышенном напряжении

Приведена краткая хронология изготовления камер. Массовая сборка трубок для ЕО камер началась в январе 2000 г., сборка этих камер окончена в апреле 2005 г. В августе все ЕО камеры были смонтированы в два 24-метровых диска в ATJIACe и с тех пор успешно работают. Позднее были изготовлены 62 ЕЕ камеры для перекрытия области вблизи |r?| ~ 1.15. Двенадцать этих камер работают с 2009 г, остальные планируется установить позже?

ИФВЭ изготовил для АТЛАСа 254 камеры, содержащие 74880 трубок (22% камер и 21% трубок от полного числа в АТЛАСе).

838 EE-камер установлено в 2012 г., завершение - в 2013 г.

ASD Noise

Entries 59136 Mean 0.959

Используя наработанный ранее опыт, мы смогли получить "кредит доверия" в коллаборации и разработали собственную конструкцию торцевого элемента дрейфовых трубок, благодаря чему отечественные производители получили возможность изготовить около 130000 этих элементов. Была разработана собственная методика контроля качества собранных трубок, своя технология сборки камер. Все это находилось под пристальным вниманием со стороны коллаборации. Многочисленные проверки трубок и камер подтвердили, что они соответствуют предъявленному требованию по точности позиционирования проволоки: 10 мкм в отдельной трубке и 20 мкм в камере.

Все камеры были доставлены в ЦЕРН и, после установки электроники, прошли окончательную проверку и были сертифицированы для установки в АТЛАСе. Все установленные камеры были включены и успешно работают.

По количеству мертвых и шумящих каналов изготовленные в ИФВЭ ЕО и ЕЕ камеры выглядят не хуже® чем камеры, изготовленные в других центрах. Это является лучшим подтверждением качества наших разработок и правильности методов контроля, примененных при создании камер.

В Заключении сформулированы основные результаты работы:

• Для крупнейшей экспериментальной установки на ускорителе У-70 в Протвино - Нейтринного Детектора - была разработана, изготовлена и успешно эксплуатировалась система больших (0.5x4 м2) дрейфовых камер векторного типа с 4-мя сигнальными проволоками в одном большом (±250 мм) дрейфовом промежутке. В отдельной камере однозначно, без привлечения информации из других координатных плоскостей, измеряется координата и угол проекции трека. Такое решение проблемы трековых измерений в нейтринном детекторе осуществлено впервые. Большой объем исследований, выполненный на ранних стадиях, послужил основанием для разработки камер и отдельных элементов системы. Тщательно измеренные характеристики серийных камер дали информацию для написания

9на конец 2011 г в ЕО-камерах было 12 мертвых каналов, 0.02% (0.28% во всех камерах спектрометра); число шумящих (Р>100 кНц) - 20(0.034%)

программ моделирования и обработки данных с детектора. На основании проведенных исследований были выработаны методики проверки изготовленных камер и внесены коррекции в производство камер. В результате была получена экономичная, долговечная система камер, адекватная требованиям нейтринного эксперимента. Координатное разрешение камеры в детекторе камер не хуже 1 мм, угловое - не хуже 40 мрад, эффективность не ниже 85%, двухтрековое разрешение 7 мм, возможность регистрации наклонных треков до 70° на общей площади около 720 м2. Экономичность выражается в том что:

1) необходимо небольшое число электронных каналов (кз2/м2) и источников питания, используемых для больших групп камер;

2) применяется дешевая, безопасная газовая смесь с малым расходом. Первые камеры были изготовлены в 1981 г, полностью все камеры были смонтированы в НД в 1986 г, в полном объеме вся система камер функционировала до января 2007 г.

• Работы с прототипами векторных (jet-cell) камер показали, что могут быть созданы устойчивые проволочные структуры с длиной проволок до 6 м без поддерживающх элементов. Камеры такого типа вполне пригодны для создания крупномасштабных систем. Выбор длины дрейфового промежутка определяется требуемым разрешением. Один из таких вариантов рассматривался в качестве базового элемента в мюонном спектрометре АТЛАСа, но эта версия не была принята коллаборацией.

• Предложенный вариант круглых труб с дополнительным по-леформирующими проволоками позволяет получать короткий сигнал, что обеспечивает 2-трековое разрешение порядка нескольких миллиметров, по своим свойствам такая трубка приближается к обычной планарной дрейфовой камере с равномерно распределенным потенциалом. Напряженность поля в большей части зоны собирания электронов на анодную проволоку становится близкой к однородной. Этот вариант дрейфовой трубки развивался для мюонной системы установки SDC на суперколлайдере (США) и не был воплощен, как и сам коллайдер. Обсуждалась возможность реализации этих трубок

для некоторых частей мюонного спектрометра АТЛАСа при обновлении установки для повышенной светимости БАК.

• Для мюонного спектрометра АТЛАСа было изготовлено 254 камеры (22% от полного числа) на основе МДТ трубок. Отличительной особенностью дрейфовых камер АТЛАСа является беспрецедентное сочетание масштабов системы (5600 м2) с точностью позиционирования сигнальных проволок: 10 мкм в отдельной трубке и 20 мкм в камере. Это потребовало тщательной проработки конструкции трубки, разработки методов контроля и тестирования, как отдельных трубок, так и камер в целом. Находясь в жестких рамках общих критериев, в ИФВЭ был разработан собственный вариант конструкции дрейфовой трубки, технологии сборки трубок и камер. Созданы и внедрены оригинальные методы тестирования трубок и камер. Благодаря тщательной технологической проработке конструкции, применению многоступенчатых методов контроля и сертификации на разных этапах производства, вплоть до непосредственной установки в детектор, камеры, изготовленные в ИФВЭ, после 3-х лет эксплуатации в АТЛАСе имеют минимальное, по сравнению с другими производителями, число "мертвых" каналов - 0.02%, не уступая им по разрешению, эффективности и числу "шумящих" трубок.

Список литературы

[1] Божко Н.И., Борисов A.A., Вовенко A.C., Кожин А.С, Ко-ноплянников А.К., Мухин А.И., Полетаев В.И., Рыбаков В.Г, Саломатин Ю.И., Фахрутдинов P.M. Дрейфовая камера (3x0.5м2) с многопроволочным сигнальным элементом и с дрейфовыми промежутками 250 мм. Материалы III Международного совещания по пропорциональным и дрейфовый камерам, Дубна, 1978.

[2] Bozhko N.I., Borisov A.A., Vovenko A.S., Kozhin A.S., Fachrutdinov R.M. On Investigation the Factors, Limiting

the Counting Rate Characteristic of the Drift Chambers.

Препринт ИФВЭ 79-19, Серпухов, 1979.

[3] Божко Н.И., Борисов A.A., Вовенко A.C., Кожин А.С, Фахрут-динов P.M., Филиппов Г.Н. Оптимизация параметров дрейфовой камеры с большими дрейфовыми промежутками при работе на смеси Аг+С02. Препринт ИФВЭ 81-24, Серпухов, 1981.

[4] Bozhko N.I., Borisov A.A., Bulgakov N.K., Vovenko A.S., Goraytchev V.N., Kozhin A.S., Tumakov V.L., Fakhrutdinov R.M. and Filippov G.N. Drift Chamber for the Serpukhov Neutrino Detector. Nucl. Instr. and Meth., A234 (1986) p.388-396.

[5] Божко Н.И., Борисов A.A., Вовенко A.C., Горячев В.Н., Кожин A.C., и др. (11 авторов). Система дрейфовых камер нейтринного детектора ИФВЭ-ОИЯИ. Материалы международного Симпозиума по координатным детекторам в физике высоких энергий, ОИЯИ, Д13-88-172, Дубна, 1988.

[6] Борисов A.A. и Кожин A.C. Как делать очень большие и точные дрейфовые камеры. Препринт ИФВЭ 91-188, Серпухов, 1991.

[7] Bozhko N.I., Borisov A.A., Goryatchev V.N., Fakhrutdinov R.M., Konoplyannikov A.K., Kozhin A.S., Lipaev V.V., Vovenko A.S. Test of jet-cell drift chamber inside the round tube with 6 meters long wires without intermediate supports. ATLAS Note, MUON-No-026, 26 Aug. 1993, CERN, Geneva.

[8] Bagnaia P., Barberio E., Beker H.,...,Kojine A.,..., et al. (36 авторов). Multiwire drift tubes with jet-cell geometry for muon detection at LHC. Nucl. Instr. and Meth. A360 (1995), p.75-79.

[9] Bagnaia P., Barberio E., Beker H.,...,Kozhin A.,..., et al. (44 автора). Prototype test of a "jet-cell"drift chamber for large-area muon detection. Nucl. Instr. and Meth. A369 (1996), p.29-36.

[10] Борисов А.А., Кожин А.С., Фахрутдинов P.M. Исследование длинной (7.4м) дрейфовой трубки с четырьмя полефор-мирующими проволоками. Приборы и Техника Эксперимента, 5, (1995), с.39-48.

[11] Antipov Y., Batarin V., Bezzubov V., Borisov A., Bushnin Y., Eroshin O., Fakhrutdinov R., Gorin Y., Konoplyannikov A., Kozhin A., Mandrichenko I., Medovikov V., Petrukhin A., Vaniev V., Zimin S. Studies of drift tubes with field shaping electrodes. Nuclear Physics B44, (1995) p.206-212.

[12] Antipov Yu., Borisov A., Goryatchev V., Fakhrutdinov R., Kozhin A, Salomatin Yu., Tumakov V., Vovenko A., Zimin S. IHEP drift tube prototype for ATLAS. Nucl. Instr. and Meth. A379 (1996) p.427-428.

[13] A. Borisov, R.Fakhrutdinov, A.Kojine, V.Rybatchenko, V.Startsev and A.Toukhtarov. Development of Drift Tubes for ATLAS Muon Spectrometer. Nuclear Physics B78, (1999) p.426-430.

[14] A.Borisov, R.Fakhrutdinov, A.Kojine, A. Larionov, A.Pilaev, V.Rybatchenko, Yu.Salomatin. ATLAS monitored drift tube assembly and test at IHEP (Protvino). Nucl. Instr. and Meth. A 494, (2002) p.214-217.

[15] Borisov A., Fakhroutdinov R., Goryatchev V., Kozhin A. Measurement of proportional counter gas gain. 2000 IEEE NSS and MIC Conference, Lion, France. Материалы конференции, 2000 IEEE Volume 1, Issue, 2000 Page(s):5/108 - 5/110.

[16] Bensinger J., Bojko N., Borisov A., Fakhroutdinov R., Goryatchev S., Goryatchev V., Gushchin V., Hashemi K., Kojine A., Kononov A., Larionov A., Paramoshkina E., Pilaev A., Skvorodnev N., Tchougouev A., Wellenstein H. Construction of monitored drift tube chambers for ATLAS end-cap muon spectrometer at IHEP (Protvino). Nucl. Instr. and Meth. A494, (2002) p.480-486.

[17] Bojko N., Borisov A., Fakhroutdinov R., Goryatchev S., Goryatchev V., Gushchin V., Kozhin A., Larionov A., Paramoshkina E., Pilaev A., Rybachenko V., Tchougouev A. Performance and some characteristics of MDT chambers constructed in IHEP (Protvino) for ATLAS. 2003 IEEE NSS and MIC Conference, Portland, USA. Материалы конференции, 2003 IEEE Volume 1, Issue, 19-25 Oct. 2003 Page(s): 444 - 448.

[18] C.Adorisio, G.Aielli, Th.Alexopoulos,..., A.Kozhin... et al. Study of the ATLAS MDT Spectrometer using High Energy CERN combined Test beam Data. Nucl. Instr. and Meth.A598 (2009) p.409-415.

[19] C. Adorisio, G. Aielli, T. Alexopoulos,..., A.Kozhin... et al. (149 authors). System test of the ATLAS muon spectrometer in the H8 beam at the CERN SPS. Nucl. Instr. and Meth. A593, (2008) p.232-254.

[20] Beretta M., Bobbink G., Branchini P., Kourkoumelis C., Dubbert J., Gazis, E., Hertenberger R., Hurst P., Kojine A., Lanza A., et al. (19 authors). MDT Commissioning Procedures Guidelines for Certifying Ready For Installation (RFI) Chambers . ATLAS Note, ATL-MUON-2004-022, CERN, 2004.

[21] N.Bojko, A.Borisov, R.Fakhrutdinov, A.Kozhin, A.Larionov, A.Pilaev. Pre-commissioning and test results of MDT chambers produced at IHEP (Protvino) for ATLAS. Nucl. Instr. and Meth. A598, (2009) p.205-206.

[22] G. A ad, B. Abbott, G. Abdallah....A.S. Kozhin,...., et al. (List of ATLAS collaboration authors). Commissioning of the ATLAS Muon Spectrometer with Cosmic Rays, Eur.Phys.J. C(2010) 70, p.875-916.

Рукопись поступила 26 июня 2012 г.

Автореферат отпечатан с оригинала-макета, подготовленного автором. A.C. Кожин

Разработка трековых систем большой площади на основе дрейфовых камер для экспериментов в физике высоких энергий.

Оригинал-макет подготовлен с помощью системы ЖЕ^Х.

Подписано к печати 27.06.2012. Формат 60 х 84/16.

Офсетная печать. Печ.л. 2,25. Уч.-изд.л. 1,65. Тираж 100. Заказ 41. Индекс 3649.

ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий 142281, Протвино Московской обл.

Индекс 36

АВТОРЕФЕРАТ 2012-13, И Ф В Э, 2012

Введение

1 Дрейфовые камеры - основные принципы

1 1 Ионизация газа заряженными частицами 12 1 2 Дрейф и диффузия электронов и ионов в 1аза\ 15 12 1 Дрейф электронов в электрическом поле 15 12 2 "Прилипание "электронов 18 12 3 Дрейф ионов 19 1 3 Газовое \силсннс 20 1 4 Смещение проволок под действием сил тяжести и электростатики 22 15 Образование элекфическою сш нала 23 1 6 Элекфпческий сигнал дрейфовой ф^бки с \чсюм "внешних электрических подключений

1 7 Несколько слов о выборе 1аза для дрейфовых камер

2 Дрейфовые камеры Нейтринного Детектора ИФВЭ-ОИЯИ

2 1 Нейфинный де!ектор - общая хараклеристика 27 2 2 Выбор координатного прибора для Нейтринного Детектора ИФВЭ-ОИЯИ 31 2 3 Особенное 1и рабо1ы камер с бо 1ыиим дрейфовым иромеж\ п\ом 35 2 4 Исследование проюи-нюв (макеюв) камер НД

2 4 1 Исследование факторов определяющих величину плато счетной характеристики 37 2 5 Измерение скорости дрейфа э лек фонов в смеси А1-СО2 41 2 5 1 О выборе рабочих параметров камеры НД 40 2 6 Исследование серийных камер НД 47 2 6 1 Консгр\кция серийной дрейфовой камеры НД 48 2 6 2 Исслс кование серийных камер НД на С1ендах до \С1ановки в детектор 51 2 6 3 Исследование дрейфовой камеры с помощью пеючника имп\ льсного рентгеновского нзл\ чения

2 6 4 Измерение потерь электронов во время дрейфа за счет прилипания 69 2 6 5 Основные выводы по резулыагам испьианпй серийных камер на стенде

2 7 Система дрейфовых камер Нейтринного Детктора

2 7 1 Предварительная проверка камер

2 7 2 Компоновка и гочнос1ь \с1ановкп камер в детекторе

2 7 3 Электропитание

2 7 4 Газобеспеченпе

2 7 5 Электронная аппаратура для считывания информации с дрейфовых камер 77 2 7 6 Трш I срные сцпнтил 1ящюнные сче1чики 78 2 7 7 On-line программное обеспечение работы ДК 79 2 7 8 Первичная off-line обрабоша информации ДК 82 2 7 9 Основные характеристики камер в системе

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В физике высоких энергий ес!ь по крайней мере два класса кр\ ино-масш ¡абных экспериментальных установок где необходимо обеспечить измерение координат треков ионизирующих частиц на большой гпощаци коллайдерные и нейфинные дстекюры

П\чки нейтрино создаваемые на ускорителях имеют большие поперечные размеры Из за малости сечения взаимодействия нейтрино с веществом ~ 0 7 Ю-315 см~/ГэВ) и ширины п) чков \ ниверсальпые нейтринные детекторы ориентированные на широкий крз г задач должны быть массивными с большими размерами соответственно с большой площадью трековых систем

Измерение имп> льса мюоиа в коллайдерпых детекторах может быть ос\ ществлеио ценфальноп трековой сиоемой но в ТэВ-ной области энер! ий особенно для адронных коллай ;еров возможности ценлральнои фековой системы для определения ими\льса мюоиа заметно снижаются в этом сл}чае задача возлагается па внешние периферийные час!и \становок что ес!СС1венно 1рсб\сI большой рабочей поверхности трековой системы

Как в слхчае нейтринных детекюров 1ак и кoлJIaйдcpныx вопрос идет о создании систем обеспечивающих измерение коорщна! треков заряженных частицс ючнос!ью не х\же 1 мм па площади порядка 103 м2 При современном состоянии экспериментальной 1ехники более или менее экономным образом эп задач} можно реипиь только с применением дрейфовых камер

Дрейфовые камеры пришли в практик\ экспериментов па \скорителях заряженных частиц и в исследования космических лл чей в конце 70-х юдах прошло!о века вслец за пропорциоиальпыми камерами Основное достоинство их возможность обеспечить ючность измерения греков заряженных частиц с) щественно л> чше чем I ран^лярносль - харакюрное расстояние межд) дстектир\ ющими элемен1ами (сшнальнымп проволоками) Это свойство и облегчает возможность создания кр\ пномасштабиых \ стаиовок Экспериментальные \становки такою класса как нептринные и коллай шрные детекторы проектирмотся и создаются довольно долго сроки разработки и реализации проектов доходят до 10 лет такою же порядка и периот их эксп 1\а1ации Дрейфовые камеры использ\емые в таких \становках должны бьпь юл!овечнымп время жиз пи камер с \ четом времени создания л стаиовок должно составлять никак не менее 15—20 лет

Предлагаемая к защите диссертация посвящена разработке и созданию дрейфовых камер для трековых систем большой площади 103 м2) рассчитанных на дшпельным (не менее 15 лег) период эксплхатацпи Аыор\ данной работы посчастлпвилось \част-вовать в разработке и создании дв\х крлпных экспериментальных хстановок Нейтрипного Детекшра ИФВЭ-ОИЯИ [1] на 70-ГэВном ускорителе У-70 в ИФВЭ1 и уоановки АТЛАС2 (Большой Адроиный Коллайдер в ЦЕРНе) Выполненные в процессе этих работ исследования захватываю.! довольно большой хроно/ioi ическии период с конца 70-х юдов прошлою века до начала 2-ю дссяшлетия 21-века Эш исследования были направлены на оптимизацию конструкции и параметров дрейфовых камер разработкл методики их юешрования Некоторые результаты не потеряли своею значения цо сих пор разработанные методики проверки мог\т быть использованы для любых проволочных детекторов

Целью диссертационной работы является обобщение опыта разработки пзю-товлеиия и тестирования дрейфовых камер для трековых систем большой площади в крупномасипабных установках Нейфпнном Детекюре ИФВЭ-ОИЯИ на хскоршеле У-70 в Протвино и детекторе АТЛАС (Большой Адрониый Коллайдер в ЦЕРНе)

Научная новизна

• Впервые в практике нейтринных экспериментов на ускорителях для измерения коордпна! ipeKOB заряженных чаешц применены дрейфовые камеры всморною типа с большим (250 мм) дрейфовым промежутком и длинными (4 м) сигнальными проволоками позволяющие в пределах одной плоскости однозначно измеряв коордииатл и угол проекции трека

• При разрабоже камер для НД выполнено измерение скоросш дрейфа элекфо-пов в смеси А1-СО2 при напряженности электрического поля до 4 kB/см и концентрации vi ЛСКИСЛ01 о 1аза до 20% до сегодняшнею дня эю наиболее полные экспериментальные данные по скорости дрейфа в \ казаиной газовой смеси

• Доказана возможность создания векюрных дрейфовых камер на основе сшналь-ных проволок с попеременным смещением определены геометрические параметры при которых эта проволочная сфукпра наиболее электросташчески \сюй-чива и не требует поддержек до длин порядка 6 м

• Впервые реализована кру1лая дрейфовая трубка с 4-мя дополнтпельными по-леформирующими проволоками позволяющими поллчать квазподнородное электрическое поле в трубе крм лою сечения

• Впервые в коллапдерном эксперименте для мюонною спекфометра реализована система камер на основе прецизионных дрейфовых тр\бок с ючнос1ью позиционирования проволок 20 мкм позволяющая измерять импульс мюона с точностью 10% при энергии 1 ТэВ

Практическая ценность

• Для координа1 ных измерений в НД реализована снсюма дрейфовых камер с большим дрейфовым промежутком обеспечивающая измерение координат и \глов проекции треков с точностью 1 мм и 30 мрад соответственно При полной площади 800 м2 требуелся всею 1600 элекфонных каналов регистрации и 2 пары высоковольтных источников http //www îhep 111

2A Toioidal LHC Appaiatus 4TLAS Gollaboiation ATLAS Letter of Intent DGmgiuh a al GER\/LHGG/92 4 GERN 1992

Дрейфовая камера НД оптимизирована для рабохы на безопасной и дешевой смеси А1-С02=94-6 при нормальном давлении с расходом 2 объема/месяц

В полном обьеме система дрейфовых камер ф\нкционировала на НД в хеченис 20 лет способствуя выполнению программы нейтринных исследований на ускорителе У-70 ИФВЭ

В процессе разработки и реализации камер НД были развиты методики оптимизации парамс!ров камеры (геометрия и состав 1аза) измерения скоросш дрейфа и диффузии электронов в газовых смесях, коэффициентов прилипания электронов к электроотрицательным примесям все Э1и меюцы носят довольно ) нпвсрсальнып \apaKiep п мохут бьпь использованы при разработке любых дрейфовых камер

Для крепления сш нальных проволок фейфовых камер НД был использован ме тод кримпирования (обжатие в медной капиллярной трубке) этот опыт был спешно применен для дрейфовых тр\бок АТЛАСа на данный момент это наиболее надежный метод фиксации проволок в проволочных де1екюрах

Для калибровки соотношения время-координата в камерах НД был применен кол-лимированный пучок имп\льснот рент1 еновского излучения

Использование коллимированною пучка имп\льсною ренисновското пзл\чения открывает много других возможностей для тестирования детекторов изллчепия в частности контроль положения проволок в проволочных детекторах можно лакже выполня!ь проверку зон собирания электронов на сигнальн\ю проволом исследовать влияние механических деформаций па точность камер измерять за гр^зочн^ю способность камер

Для камер векторного типа с переменным смещением сигнальных проволок определена оптимальная с точки зрения элек;рос1а1ическпх смещении и усюичпво-стп геометрия показано что можно реализовать камеры без поддержки сигнальных проволок при длине порядка б метров

Показано что в крчглой тр\бе при помощи 4-х дополнительных проволок может бьпь реализовано праклически олнородное элскфическое поле 1акая лрейфовая 1р\бка пмесг линейное соолношенпе время-координата обладас! возможностью измерять одновременно несколько треков и имеет большею загр\зочную способность по сравнению с обычной ф\бкой

Обоснован выбор материала и процед) ра натяжения сигнальной проволоки дрейфовой трубки обеспечивающая долювременн^ ю С1абпльность на!яжения

Разработаны меюцы контроля массового производства прецизионных дрейфовых 1р>бок

Прове цена комплексная проверка 254 (22% о: полного числа) дрейфовых камер для \стаповки АТЛАС

Автор защищает:

Для Нейтринного Детектора ИФВЭ-ОИЯИ разработана изготовлена и \спешно рабо^ла снс1ема дрейфовых камер векгорною типа с большим фейфовым промел-^ тком

1 выполнено исследование макетов для ошимизацпи рабочих параметров камеры выработки критериев для конструкции камер и требований к электронной аппарат \ ре

2 разработана методика испытаний и проведены детальные исследования ха-ракюрис1ик серийных камер проверки их охмвехсгвия требованиям ней-1ринною эксперимента

3 проведена отладка испьиание и разработаны способы контроля и проверки качества информации с дрейфовых камер в нейпринном деюкюре

4 измерены харак1ерисгики дрейфовых камер в составе неГпринною ютекто-ра

• разработаны изготовлены и испытаны прототипы для мюонных трековых систем в коллайдерных детекторах

1 векюрных камер для АТЛАСа

2 дрейфовых трубок с полеформируюгцими проволоками для детектора SDC (SSC)

3 баррельпой мюоппой камеры (BIL) камеры для АТЛАСа

• разработаны изюговлены и испытаны 22% дрейфовых камер цля мюоннот спек-фометра АТЛАС

1 разработана копстр'\ кция дрейфовой тр\ бки в частности копстр\ кция торцевого элеменха обоснован выбор маюриала анодной провопоки ее натяжения фиксации и локализации

2 разработаны методы контроля для массового производства дрейфовых трубок

3 разработаны методы контроля сборки камер

4 проведен контроль параметров и сертификация собранных камер

Публикации по теме диссертации

Результаты приведенные в диссертации докладывались на Межд\ народных конфе реициях [1-4] па семинарах ИФВЭ совещаниях сотрудничества НД и АТЛ АСа оплбли-кованы в виде статей в отечественных [5 6] и иностранных жу риалах [7-18] препринтов ИФВЭ [19-23] и ОИЯИ [24-29] а также в сообщениях коллаборацпп /УГЛА.С [30-51]3 Некоторые результаты касающиеся производства МДТ камер для АТЛАСа в ИФВЭ представлены на \VEB-cafne [52] нашей гр\ппы4

В списке литературы названия работ с участием автора3 диссертации выделены жирным шрифтом

5При написании работы автор с греми гея сохранить как можно бо 1ыпе по фобностей ее ш \onuc э гементов know how в этом смыспе преиршпы и вн\ ipeinine сообщения про 1стаь гякн наиболып\ ю ценнос1Ь

Сле 1\ет огмешть чю паря с рабочим говетаниями исио 1ьзование инiepnei тс\ноло1 ни Я1 ля ется эффективным способом обмена информацией при создании кр\пномасштабных cucieM не ю шко камер Д 1я производиieпей дрейфовых камер 4ТГ1АСа на шчне интернет cania было обяза1е 1ьным

CjIOBHCM

5 В иносграшюп титерат\ре фамилия автора встречается в дв\х вариантах Kozhm и hojme

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения б глав заключения и приложения Объем состав-ляс: 204 схраниц включая 161 рпс\нок 26 лаблиц и библиографический список из 174 названий

Основные результаты.

• Для крушили и ей экспериментальной установки на ускорителе У-70 в Протвино -Нейтринного Детектора - была разработана, изготовлена и успешно эксплуатировалась система больших (0.5x4 м2) дрейфовых камер векторного типа с 4-мя сигнальными проволоками в одном большом (±250 мм) дрейфовом промежутке. В отдельной камере однозначно, без привлечения информации из других координатных плоскостей, измеряется координата и угол проекции трека. Такое решение проблемы трековых измерений в нейтринном детекторе осуществлено впервые. Большой объем исследований, выполненный на ранних стадиях, послужил основанием для разработки камер и отдельных элементов системы. Тщательно измеренные характеристики серийных камер дали информацию для написания программ моделирования и обработки данных с детектора. На основании проведенных исследований были выработаны методики проверки изготовленных камер и внесены коррекции в производство камер. В результате была получена экономичная, долговечная система камер, адекватная требованиям нейтринного эксперимента. Координатное разрешение камеры в детекторе камер не хуже 1 мм. угловое - не хуже 40 мрад, эффективность не ниже 85%, двухтрековое разрешение 7 мм, возможность регистрации наклонных треков до 70° на общей площади около 800 м2. Экономичность выражается в том что: 1) необходимо небольшое число электронных каналов (~2/м2) и источников питания, используемых для больших групп камер; 2) применяется дешевая, безопасная газовая смесь с малым расходом. Первые камеры были изготовлены в 1981 г, полностью все камеры были смонтированы в НД в 1986 г. в полном объеме вся система камер функционировала до января 2007 г.

• Работы с прототипами векторных (jet-cell) камер показали, что могут быть созданы устойчивые проволочные структуры с длиной проволок до 6 м без поддержи-вающх элементов. Камеры такого типа вполне пригодны для создания крупномасштабных систем. Выбор длины дрейфового промежутка определяется требуемым разрешением. Один из таких вариантов рассматривался в качестве базового элемента в мюонном спектрометре АТЛАСа, но эта версия не была принята колла-борацией.

• Предложенный вариант круглых труб с дополнительным полеформирующими проволоками позволяет получать короткий сигнал, что обеспечивает 2-трековое разрешение порядка нескольких миллиметров, по своим свойствам такая трубка приближается к обычной планарной дрейфовой камере с равномерно распределенным потенциалом. Напряженность поля в большей части зоны собирания электронов на анодную проволоку становится близкой к однородной, ее величина заметно увеличивается вблизи стенок трубки. Этот вариант дрейфовой трубки развивался для мюонпой системы установки SDC па суперколлайдере (США) и не был реализован, как и коллайдер. Обсуждалась возможность реализации этих трубок для некоторых частей мюонного спектрометра АТЛАС а при обновлении установки для повышенной светимости. в Для мюонного спектрометра АТЛАСа было изготовлено 254 камеры (22% от полного числа) на основе МДТ трубок. Отличительной особенностью дрейфовых камер АТЛАСа является беспрецедентное сочетание масштабов системы (5600 м2) с точностью позиционирования сигнальных проволок: 10 мкм в отдельной трубке и 20 мкм в камере. Это потребовало тщательной проработки конструкции трубки, разработки методов контроля и тестирования, как отдельных трубок, так и камер в целом. Работая в жестких рамках общих критериев, наша группа развила собственные варианты конструкции трубки, технологии сборки трубок и камер, методик}' их тестирования. Благодаря тщательной технологической проработке конструкции, применению многоступенчатых методов контроля и сертификации на разных этапах производства, вплоть до непосредственной установки в детектор. наши камеры после 3-х лет эксплуатации в АТЛАСс имеют минимальное, по сравнению с другими производителями, число ''мертвых'' каналов - 0.02%, не уступая им по разрешению, эффективности и числу шумящих трубок.

Реализованные системы камер, без сомнения. - продукт коллективного творчества группы, костяк которой сохранялся длительное время, вначале в рамках лаборатории Нейтринного Калориметра, затем, как самостоятельной группы Больших Трековых Детекторов под руководством Р.М.Фахрутдииова: А.А.Борисов, Н.И.Божко, В.В.Бирюков. В.Н.Гушин. И.Ю.Смотрова. В.Н.Никитина, О.И.Кривов. Под влиянием А.А.Борисова автор сформировался как физик-экспериментатор, за что глубоко благодарен. Искреннюю признательность автор выражает Р.М.Фахрутдинову за то что он вынес на своих плечах все унравленческо-оргапизационные мероприятия при создании систем камер. Н.И.Божко. В.В.Гущии разработали и изготовили системы электропитания дрейфовых камер НД. оборудовали стенд высоковольтных испытаний МДТ, Николай Иванович Божко много лет поддерживал зоопарк компьютеров, обслуживающих сборку МДТ камер АТЛАСа. И.Ю.Смотрова, В.Л.Никитина, активно участвовали в сборке камер НД и собрали значительную часть трубок АТЛАСа. В.Н.Горячев, В.В.Липаев внесли большой вклад в разработку программного обеспечения дрейфовых камер НД, В.Н.Горячев принимал большое участие в развитии МДТ камер. При участии С.Н.Горячева была разработана база данных производства дрейфовых трубок АТЛАСа. Много механосборочных работ выполнено | А.А.Кульковым

В.И.Кащсевым А.Ф.Епифанепко Всем им

В.А.Петровым . В.В.Бирюковым, О.А.Крит ность.

Автор благодарит сотрудников Отделения Электроники и Автоматизации НФВЭ

Ю.Б.Бушнииа А.К.Копоплянникова . А.А.Исаева, Н.С. Бамбурова, М.В.Васильева теперь сотрудник ИТЭФ

Солдатова М.М. разработавших и изготовивших электронику для ДК НД. а также сотрудников вакуумной лаборатории Отделения Ускорителей А.В.Ларионова. А.Н.Пылаева, А.М.Кивера, А.И.Капичникова. которые внесли большой вклад в сборку МДТ камер и испытание их герметичности. Автор счастлив, что ему удалось работать со столь компетентными специалистами по вакуумной технике и выражает им искреннюю признательность.

Пусть земля будет пухом В.И.Рыбаченко . внесшему весомый вклад в создание оптической части системы мониторирования в мюонном спектрометре АТЛАСа. Все линзы для мюонпого спектрометра АТЛАСа были изготовлены на оптическом участке ОЭП ИФВЭ под его наблюдением. При его непосредственном участие разработана технология изготовления точных отверстий в торцевых элементах МДТ. он же сам их большинство и сделал.

Автор благодарен сотрудникам Опытно-Экспериментального Производства ИФВЭ и его руководителю П.И.Коробчуку за многолетнее и плодотворное сотрудничество в изготовлении, как самих камер, так и различных приспособлений для их сборки.

Автор выражает искреннюю признательность сотрудникам Конструкторского Отдела, внесших .множество идей и разработавших конструкторскую документацию для камер: А.П.Яблокову, В.Я.Медведю. С.М.Урюпину, А.И.Чугуеву.

А.А.Тухтарову

Е.Н.Парамошкиной: а также сотрудникам Криогенного Цеха: Г.А.Виноградовой и А.П.Карпову за многолетнее содействие в организации газоснабжения камер НД и производства камер АТЛАСа.

Автор выражает искреннюю благодарность руководителям проекта Нейтринного Детектора А.И. Мухину , А.С.Вовенко, С.А.Бунятову и лидерам Мюонного Спектрометра АТЛАСа Кристиану Фабиапу, Жоржу Микепбергу и Людовико Понтекорво за успешное и плодотворное сотрудничество в рамках этих гигантских проектов.

Автор признателен всем участникам коллабораций Нейтринного Детектора и Мюонпого Спектрометра АТЛАСа за мпоюлетнес сотрудничество и поддержку деятельности по созданию систем камер. Десятки, если не сотни людей, так или иначе соприкасались с их разработкой, проектированием, изготовлением, тестированием и монтажом. Приношу всем извинение за то, что не перечислил всех поименно, слишком длинный бы получился список. К сожалению приходится констатировать, что многих уже и пет на этом свете.

Хотелось бы также выразить благодарность дирекции ИФВЭ за предоставленную возможность участвовать в работе по созданию рассмотренных здесь систем дрейфовых камер.

Заключение

В диссертации представлены результаты исследований, выполненных с участием автора при создании специфических трековых систем на основе дрейфовых камер для экспериментов в физике высоких энергий. Их специфика выражена в больших размерах (~1000 м2) и продолжительном периоде эксплуатации (не менее 15 лет).

1. Боэкжо Н., Борисов А., Вовеико А., Кожгт А. и др. Дрейфовая камера (3x0.5м2) с многопроволочным сигнальным элементом и с дрейфовыми промежутками 250 мм. — Материалы III Международного совещания по пропорциональным и дрейфовый камерам, 1978, Дубна.

2. Бож:ко Н., Борисов А. Вовенко А. ., Кожин А. . и др. Система дрейфовых камер нейтринного детектора ИФВЭ-ОИЯИ. Препринт ИФВЭ 87-93, 1987, Серпухов, 1987:

3. Материалы международного Симпозиума по координатным детекторам в физике высоких энергий, Препринт ОИЯИ, Д13-88-172, Дубна, 1988.

4. Барабаил Jl., Баранов С., Батусов Ю., . Кожин А., . и др. Нейтринный детектор ИФВЭ-ОИЯИ на нейтринных пучках ускорителя У-70 (Протвино) // Приборы и Техника Эксперимента, N3. 2003, с. 5-20.

5. Bozhko N. Borisov A., Bulgakov N. . Kozhin А., . et al. Drift chamber for the Serpukhov neutrino detector // Nucl. Instr. & Meth. A243, 1986, pp.388-398.

6. Bagnaia P. Barberio E. Beker H., . Kozhin A., . et al. Prototype test of a jet-cell drift chamber for large-area muon detection. // Nucl.Instr. Meth. A369, 1996, p.29-36. Preprint CERN, C'ERN-PPE-95-085, 1995,.

7. Antipov Y. Borisov A., Goryatchev V., . Kozhin A. et al. IHEP drift tubeprototype for ATLAS. // Nucl. Instr. Meth. A319, 1996. p.427-428.

8. Borisov A., Fakhrutdinov R., Kojine.A., Rybatchenko V., Startseu V., Toukhtarov A. Development of Drift Tubes for ATLAS Muon Spectrometer. // Nuclear Physics В78,. 1999, p.426-430.

9. Borisov A. Fakhrutdinov R., Kojine.A., Pilaev A., Rybatchenko V., Yu.Salornatin. ATLAS monitored drift tube assembly and test at IHEP (Protvino). .//

10. Nucl. Instr. Meth. A 494 , 2002, р.2Ц-217.

11. Bojko N. Borisov A., Fakhrutdmov R. Kozhin A., Larionov A. Pilaev.A. Pre-commissioning and test results of MDT chambers produced at IHEP (Protvino) for ATLAS. .// Nucl. Instr. Meth. A 598, 2008, p.205-206.

12. Bensinger J., Bojko N. Borisov A., ., Kozhin A., . et al. Construction of monitored drift tube chambers for ATLAS end-cap muon spectrometer at IHEP (Protvino). // Nucl. Instr.Meth. A 494, 2002, p.480-486.

13. Adorisio C., Aielli G. Alexopoulos T., ., Kozhin A., . et a,I. System test of the ATLAS muon spectrometer in the H8 beam at the CERN SPS. / / Nucl. Instr. and Meth. A593, 2008, p.232-254.

14. ATLAS, Collaboration. Commissioning of the ATLAS Muon Spectrometer with cosmic rays // Eur.Phys.J.C (2010) 70, pp.875-916.

15. Вожко H., Борисов А., Вовенко A., ., Кожин A., . и др. Большая дрейфовая камера (3x0.5м2) с многопроволочным сигнальным элементом.— Препринт ИФВЭ ОНФ 78-22, 1978, Серпухов.

16. Bozhko N. Borisov A., Vovenko A. Kozhin A., Fachrutdinov R. On Investigation the Factors, Limiting the Counting Rate Characteristic of the Drift Chambers. Препринт ИФВЭ 79-19. 1979, Серпухов.

17. Божко H., Борисов А., Вовенко А., Кожин А., Фахрутдинов Р. Филиппов Г. Оптимизация параметров дрейфовой камеры с большими дрейфовыми промежутками при работе на смеси Аг+СОг-— Препринт ИФВЭ 81-24, 1981, Серпухов.

18. Божко Н., Борисов А., Вовенко А., ., Кожин А. и др. Характеристики дрейфовой камеры при регистрации наклонных треков. — Препринт ИФВЭ 83-112, 1983, Серпухов.

19. Бори,сов А., Кожин А. Как делать очень большие и точные дрейфовые камеры. — Препринт ИФВЭ 91-188, 1991, Серпухов.

20. Божко II., Борисов А., Вовенко А. Кожин А. и др. О производстве дрейфовых камер для нейтринного детектора в ИФВЭ в 1981 г. Материалы III Совещания по нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ, Препринт ОИЯИ, PI,2.13-83-81, 1983, Дубна.

21. Материалы 7-го Рабочего совещания по нейтринном)" детектору ИФВЭ-ОИЯИ, Дубна, 1986, препринт ОИЯИ, Р,1,2,13-86-508.

22. Горячев В. Зудин Ю., Кожин А. и др. Первая очередь on-line программного обеспечения дрейфовых камер нейтринного детектора. — Материалы VII Совещания по нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ, Препринт ОИЯИ, PI,2,13-86-508, 1986, Дубна.

23. Bozhko N. Borisov A., Goryatchev V. . Kozhin А. et al. Measurement ofcoordinate along sense wire in Jet-cell Drift Chamber. — ATLAS Internal Note, MUON-No-034, 13 Jan. 1994.

24. Borisov A., Borisov E. Goryatchev V. Kojine A. et al. Protvino drifttubes for BML-98. Test results . ATLAS Note, ATL-MUON-98-247, CERN, 1998.

25. Borisov A. Borisov E. Goryatchev V. Kozhin A., . et al. Wiring of tubesfor full scale BIL chamber prototype. . ATLAS Note, ATL-MUON-97-143. CERN, 1997.

26. Bo'iisov A., Kojine A. Measurement of torque applied to the end plug central brass pin due to gas jumper. ATLAS Note, ATL-MUON-98-251, CERN, 1998.

27. Baliev L., Borisov A. Kojine A. Experimental Study of Finite Element Analysis of the Heat Diffusion Problem for ATLAS MDT Chamber. ATLAS Note, ATL-MUON-95-069, CERN, 1995.

28. Borisov A., Gubienko A., Goryatchev V., . Kojine A., . et al. Leak Detection System for MDT . . ATLAS Note, ATL-COM-MUON-99-034, CERN, 1999.

29. Borisov B., Fakhrutdinov R. Kozhin A. Leak test of drift tube by means of the tube itself. ATLAS Note. COM-MUON-99-006. 1999.

30. Borisov A. Goriatchev V., Kojine A. et al. Drift time and gas quality control in drift tubes by using secondary electron emission effect. — ATLAS Note. ATL-MUON-96-124, CERN, 1996.

31. Borisov A. Goryatchev V., Fakhrutdinov R. Kojine A., Tmnakov V. Zirnin.S. Creep test results for 50 fim diameter wires made of tungsten and tungsten-rhenium alloy. ATLAS Note, ATL-MUON-97-146, CERN, 1997.

32. Borisov A.A., Goryachev V. N., Kozhin A. S., Vovenko A. S. X-Ray Tomography of thin wires. Part 1 Passive mode. ATLAS Note, ATL-MUON-94-059, CERN. 1994.

33. Borisov A. A. Goryachev V. N. Kozhin A. S. Vovenko A. S. X-Ray test of drift tubes. ATLAS Note, ATL-MUON-95-069, CERN, 1995.

34. Borisov A. A., Kozhin A. S. Test of Wire and Wall Position for a Single Drift Tube by Means of X-Ray . ATLAS Note, ATL-MUON-96-llO, CERN. 1996.

35. Borisov A.; Goryatchev V., Fakhrutdinov R., Kojine A., Tumakov V. Zirnin.S. X-Ray Tomography. Test of New Setup and measurement of 4x8 Drift Tube Prototype . ~ ATLAS Note, ATL-MUON-96-109, CERN. 1996.

36. Borisov A., Bojko N.; Goryatchev V., ., Kojine A., . et, al. Test of EOL3 MO drift tube. — http : // atlas. web. cern. cli / Atlas/Project /MDT / www/mirrorprotvino ' index, htrn.

37. Avramidou. R., Banhidi Z. Bozhko N. . Kojine A., . et al. EOL3 MO X-ray Tomography Test Results. ATLAS Note, ATL-MUON-2002-009, CERN, 2001.

38. Beretta M., Bobbink G. Branchini P., . Kojine A., . et al. MDT Commissioning Procedures Guidelines for Certifying RFI Chambers. — ATLAS Note. ATL-MUON-2004-022, CERN, 2004.

39. Bozhko N. I., Borisov A. A., Goryachev V. N. Kozhin A. S. Vovenko A. S. Preliminary Results of Lorentz Angle Measurements. — ATLAS Note, ATL-MUON-93-025, CERN, 1993.

40. Bozhko N. Borisov A., Goryatchev V. Kozhin A., . et al. Test of Jet-cell

41. Drift Chamber inside the round tube with 6 meters long wires without intermediate supports. ATLAS Internal Note, MUON-No-026, 26 Aug. 1993.

42. Borisov A. Gushin V., Kozhin A., Tchernichenko S. Results of wire vibration test for 6 meters long drift tube . ATLAS Note, ATL-MUON-95-076, CERN, 1995.

43. Adorisio C., Aielli G., Alexopoulos Т., ., Kozhin A., . et, al. Study of the ATLAS MDT Spectrometer using High Energy CERN combined Test beam Data. // Nucl. Instr. and Meth. A598,. 2009, p.409-415.

44. MDT group of IHEP WEB-page, mirror page at CERN, http://atlas, web.cern.ch/ Atlas / project/MDT/www / mirrorprotvino/ index.htm.

45. W.Blum. W.Riegler, L.Rolandi. Particle Detection with Drift Chambers.- SpringerVerlag, 2008.

46. Ю.А.Буданов, Г.И.Мерзон, В.Си,map, В.А. Чечин. Ионизационные измерения в физике высоких энергий. М.: Атомэнергоиздат, 1988.

47. Sa,uli F. Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers. -Preprint. CERN, 77-09, 1977, Geneva.

48. Rice-Evans P. Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers. — London, 1974.

49. Заневский Ю. Проволочные детекторы элементарных частиц. — Атомиздат, Москва, 1978.

50. Fischle Н., G.Heintze, В. Schmidt. Experimental determination of ionization cluster size distributions in counting gases // Nucl.Instr. & Meth. A301, 1991, p.202-214

51. Huxley L., Crornpton R. The diffusion and drift of electrons in gases. — Wiley. NY, 1974, 1974.

52. K.F.Ness. R.E.Robson. Calculation of transport coefficients for swarms in crossed electric and magnetic fields // Phys.Rev. A34, 1986, p.2185.

53. Shultz G. Gresser J. A study of transport coefficients of electrons in some gases used in proportional and drift chambers // Nucl.Instr.Meth. 151, 1978. p.413.

54. B.Schmidt. Drift and Diffusion von Elektronen in Methan und Metlian-Edelgas-Mischungen. — Dissertation, Univ.Heidelberg, 1986.

55. Biayi S. MAGBOLTZ: Transport of electrons in gas mixtures. — CER.N Program Library. 2000. Geneva: programm developed and incorporated into GARFIELD. http://consult.cern.cli/writeup/Magboltz.

56. M.Hayashi. Bibliography of Electron and Photon Cross Sections with Atoms and Molecules Published in the 20th Centure, Carbon Dioxide. — National Institute for Fusion Science, NIFS-DATA-74, 2003, Tokyo, Japan.

57. R. Vienhof. GARFIELD simulation of gaseous detectors. — http: / /consult, cern.ch/writeup/garfield.

58. H.Hoffmann, C.Rubbia. On the possibility of calibrating geometry of large size drift chambers with an x-ray beam. — CERN jJp Note 54, Geneva, 1978.

59. Гущин E., Лебедев А., Сомов С. Имитация треков заряженных частиц в детекторах излучения с помощью рентгеновских и лазерных пучков // Приборы, и Техника Эксперимента, 1985, 1, с. 7.

60. Вассг С. et al. Autocalibration of high-precision drift tubes. — ATLAS Note ATL-MUON-97-135. 1997, CERN. Geneva.

61. Месси Г. Отрицательные ионы. — Мир. Москва. 1979.

62. G.Schultz, G. Char-pah. F.Sauh. Mobilities of positive ions in some gas mixtures used in proportional and drift chambers / / Rev.Phys.Appl. (France), 12, 1977, p. 67.

63. M.Aleehsa. Performance of ATLAS Muon Spectrometer. — Dissertation, 1999. TU. Wien.

64. Kowalshi T. Generalized parameterization of the gas gain in proportional counters // Nucl.Instr. & Meth. A2431. 1986, 501-504.

65. MDT-ASD User's Manual. ATLAS Muon Note ATL-MUON-2002-003, Revision 2.1, 10-Sep-2007.

66. Zarubm A. Properties of wire chamber gases. // Nuclear Instr.Meth., A283. 1989, p.409-422.

67. Борисов А. Бугорский А. Бутнип Ю. et al. Нейтринный калориметр.— Предложение эксперимента SER.P-E136, ИФВЭ, 1978 (не опубликовано).

68. S.Barabash, Yu.A.Batusov, S.A.Bunyatov et al. A new neutrino detector for Serpukhov accelerator.— Proceed. Int.Conf. Ncutrino-82, Balatonfured, Hungary. 1982, V.2. P.249.

69. Божко II. Вовеико А., Глебов В. и др. Большой жидкостной счетчик // Приборы и Техника Эксперимента, N2. 1985, с. 57.

70. Ба,рабаш Л. Голутвин И., Злобин Ю. и др. Конструкция серийной дрейфовой камеры для установки Нейтринный детектор ИФВЭ-ОИЯИ.— Материалы 5-го Рабочего совещания по нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ, Дубна. 1984, препринт ОИЯИ, Д.1,2,13-84-332. с.108.

71. А носов В., Бунятов С., Василенко А. и др. Магнитная система Нейтринного Детектора ОИЯИ-ИФВЭ для Серпуховского ускорителя. — Материалы 3-го Рабочего совещания по нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ. Дубна. 1982. препринт ОИЯИ, Р.1,2.13-83-81.

72. Божко П., Борисов А., Бамбуров П., ., Кожин А., . и др. Калибровка Нейтринного детектора ИФВЭ-ОИЯИ. — Препринт ИФВЭ. 91-138, Протвино. 1991.

73. Вовеико А., Куликов А., Щукин Г. и др. Физическая программа на дихроматических нейтринных пучках. — Материалы 5-го Рабочего совещания по нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ, Дубна. 1984. препринт ОИЯИ, Д.1.2.13-84-332. с.53.

74. Вовеико А., Кирсанов М., Кравцев В. и др. Регистрация процесса —> i7l,e~ при различных конфигурациях нейтринного детектора. — Материалы 7-го Рабочего совещания по нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ. Дубна. 1980. препринт ОИЯИ. Р.1.2.13-86-508. с.27.

75. Cheng D. Kozanecki W. Picciom R. et al. Very large drift chamber with high spatial and time resolution // Nucl.Instr. & Meth., 117, 1974, p. 157.

76. Ahrens L. Aronson S. Connoly P. et al. A massive, fine-grained, detector for the elastic reactions induced by neutrinos in the Gev energy region. — Preprint BNL E-734-86-2, 1986, New York.

77. Review of Particle Physics, Particle Data Group // Phys.Rev D. V54, 1996. p. 13488| Mar el G. В loch P., Brehm S. et al. Large planar drift chambers /, Nucl.Instr. & Meth. 141, 1977, p.43.

78. Виыпевский А. Гол,утв'а,н И., Зарубин А. и др. Пропорциональная камера (3x1.5) м2 и ej характеристики. Препринт ОИЯИ Р13-10856. 1977. Дубна. 1977.

79. Борисов А., Глебов В., Фахругпдинов Р. Полетаев В. Дрейфовая камера с заземленным катодом, работающая на смеси Аг-СО;. Препринт ИФВЭ 77-36. 1977. Серпухов.

80. Борисов А., Глебов В., Фахрутдииов Р., Полетаев В. Дрейфовая камера. — Авторское свидетельство 600637 (СССР). Заявл. 21.06.76 N2373511/25. БИ, 1978. N12.

81. Geradim F., Queru P., Rubbia С. et al. Multiwire drift chamber for the CERN intersecting storage rings // Nucl.Instr.Meth. 156, 1978, p.171.

82. Wagner A. Central detectors. Preprint DESY 80/83. 1980. Hamburg.

83. Барабаш Л., Голутвин И. Замятин Н. и др. Исследование характеристик дрейфовой камеры. — Материалы 3-го Рабочего совещания по нейтринном)' детектору ИФВЭ-ОИЯИ. Дубна, 1982, препринт ОИЯИ, Р.1,2.13-83-81.

84. Va'vra J. High resolution drift chambers. Preprint CERN, EP, 83-103. 1983, Geneva.

85. Sadoulet B. Limits on the accuracy of drift chambers and calibration beams. — Preprint CERN. CERN-EP/81-11, 1982. Geneva.

86. F'/ednch D., Melchart G., Sadoulet В., Sauh F. Positive ion effects in large-volume drift chambers ' j Nu.cl.Instr.Meth. 159, 1979, p.81.

87. Boucher R., Charpak G. Dimcovski Z., Sauh F. Some observation on behaviour of the multiwire proportional chambers. — Preprint CERN. NP70-2. 1970, Geneva, 1970.

88. Вушнин IO., Денисенко А., Дуиайцев A. a dp. Электронная аппаратура для съема информации с дрейфовых камер. — Препринт ИФВЭ 77-84, 1977. Серпухов.

89. Oravec I., Kvetan К. Operation of MWPC in the korona region and their comparison with the proportional mode // Nucl.Instr.Meth. 176, 1980, p.145.

90. Curnap В. Новые направления в развитии дрейфовых камер /'/ ОИЯИ, ЭЧАЯ, т. 18, 1987, Дубна, с. 1080.fl04| Breskm A., Charpak G., Cabioud В. et, al. Further results on operation of high-accuracy drift chambers /'/ Nucl.Instr.Meth. 119, 1974, p.9.

91. Peiте В. Пленочные конденсаторы с органическими диэлектриками. — Энергия, Ленинград, с.86. 1971.

92. Вожко П., Борисов А., Вовенко А. и др. Дрейфовая камера с мпогоироволочпым сигнальным элементом и большим дрейфовым промежутком. — Препринт ИФВЭ 77-59. 1977, Серпухов.

93. Бушнин Ю. Исаев А., Коноплянки,ков А. и, др. Электронная аппаратура для регистрации сигналов с дрейфовых камер нейтринного детектора '/ Приборы, и Техника Эксперимента, 1984, N6, с.80.

94. Drijard D., Ekelof Т., Grote Н. On reduction in space resolution of track detectors caused by correlation in the coordinate quantization // Nucl.Instr.Meth. 176, 1980. p. 389.

95. Божко II. Борисов А., Глебов В., Фахрутдинов Р. Загрузочные характеристики дрейфовой камеры с многопровлочпым сигнальным элементом и дрейфовым промежутком 250мм. <•'/ Приборы и Техника Эксперимента, N4■ 1978, с.45.

96. Алексеев Г. Круглое В., Хазиис Д. Самогасящийся стримерный (СГС) разряд в проволочной камере // ЭЧАЯ, 1982, Т. 13, вып. 3., с.703-748.

97. Рыбаков В. Унифицированные системы ядерной электропики, работающие в линию с ЭВМ. Препринт ИФВЭ 75-141, 1975. Серпухов.

98. Беликов С., Горяч,ев В., Липаев В. Метод восстановления отрезков треков частиц, проходящих в дрейфовой камере. Материалы 5-го Совещания но нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ, Препринт ОИЯИ, D1,2,13-84-332. 1984, Дубна, с.162.

99. Жигунов В., Куликов В., Мухин С. и др. Track-match для греков в мишенной части нейтринного детектора. — Материалы VII Совещания по нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ. Препринт ОИЯИ. PI,2.13-86-508, 1986. Дубна с.34.

100. SDC. Technical Design Report. SDC Note 92-2001; SSCL-SR-1215, (April 1992).

101. Alekseev G. et al. Pilot results of beam test with high pressure drift tubes. ATLAS Internal Note MUON-No-O12, CERN. 1993.

102. Kluit P. et al. TWIN tubes. ATLAS MUON Workshop, Cetraro, Italy, 2005. see at https://indico.cern.ch/contributionDisplav.py.'>contribId~ si lt2&scssionId-sl l&confld-a054212.

103. Dietl H., Goriatchcv V., Ilend/nks P. et al. Mu-track reconstruction in DATOHA. -ATLAS Note, ATL-MUON-98-220. CERN, 1998.

104. ATLAS collaboration: Muon Spectrometer Technical Design Report. -CERN'LHCC/97-22 (1997).

105. Bilokon H. Bonnini P., Gapoccia, C. et al. MDT Chamber Precision Assembly.— ATLAS Note. ATL-MUON-95-081, CERN. 1995.1.nde F. Massaro G. Grid fits for BIL X-tomography data. ATLAS Note. ATL-MUON-97-188, CERN, 1998.

106. Antipov Y., Artamonov A., Batarm V. et al. SPHINX collaboration. — Preprint IHEP 04-53. 2004, Protvino.

107. Fakhroutdmov P. Drift tubes with field shaping. — ATLAS MUON Upgarde Workshop, CERN, 2010, see at https:/ /indico.eern.ch/conferenceDisplay.py?confId=87676.

108. ATLAS Collaboration: ATLAS Technical Proposal for a General Purpose p-p Experiment at the Large Hadron Collider at CERN,. CERN/LHCC/94-43,LHCC/P2 (1994).

109. ATLAS collaboration: Inner Detector Technical Design Report, Volume 1. — CERN/LHCC/97-16 (1997).

110. ATLAS collaboration: Calorimeter Performance Technical Design Report. — CERN/LHCC/96-40 (1997).

111. ATLAS MUON ALIGNMENT. -- ATLAS Twiki https://twiki.cern.ch/twiki/bin/vicwauth/Atlas/MuonAlignment.

112. Amelung C'., Bensinger J., Dushkin A. et al. The Optical Alignment System of the ATLAS Muon Spectrometer Endcaps. ATLAS NOTE, ATL-MUON-PUB-2008-003, CERN, 2008.

113. Schricker A. The Alignment System of the ATLAS Muon End-Cap Spectrometer.— Dissertation, Technischen Universitibat Wien, Technisch-Naturwissenschaftliche Fakultibat.

114. Amelung.C et al. Reference Bars for the Alignment of the ATLAS Muon Spectrometer V Nucl. Instr. Meth. A 555, 2005, p. 36.

115. V. P. A Proposal to Use the Cathode Strip Chambers (CSC) for the ATLAS Forward Muon System. ATLAS Note, ATL-MUON-94-038, 1994.

116. Simone A. RPCs as trigger detector for the ATLAS experiment: performance, simulation and application to the level-1 di-mion triggering. — PhD Thesis, Roma Univ. Tor Vergata, 2005,CERN-THESIS -2007 -056.

117. HAyakawa T. Detailed Performance Study of ATLAS Muon Trigger with Beam Collision. ATLAS NOTE, ATL-DAQ-PROC-2010-035, CERN, Geneva, 2010.

118. ATLAS collaboration: ATLAS First-Level Trigger Technical Design Report. — CERN/LHCC/98-14 (1998).

119. ATLAS collaboration: ATLAS DAQ, EF, LV2 and DCS Technical Design Report.-CERN/LHCC/98-16 (1998).

120. Ko lief rath M. et al. Ageing Studies for the ATLAS Monitored Drift Tubes // Nucl. Instr. Meth. A419, 1998. p.351-356.

121. Boterenbrood H. et al The Read-out, Driver for the ATLAS MDT Muon Precision Chambers // IEEE Trans. Nucl. Sei. 53, (2006), p. 741-748.

122. CAEN, S. p. A. The CAEN Easy System. — http://www.caen.it.1156. ETM professional control, PVSS. — http://www.etm.at.

123. Hashemi, K. LWDAQ. — http:/ /alignment.hep.brandeis.edu, Electronics/ LW-DAQ/Manual.html.

124. Konig S. Herten G. Landgraf U., Mohr.W. Development of a gas filter against wirechamber ageing for MDT chambers in ATLAS /, Nucí Instr. Meth. A581, (2007)

125. Levin D. et al. Drift Time Spectrum and Gas Monitoring in the ATLAS Muon Spectrometer Precision Chambers. — IEEE Nuclear Science and medical Imaging Conference, Orlando, FL,USA. 25-31 Oct. 2009, also ATLAS Note. ATL-COM-MUON-2009-031.

126. Levin D. Arnrarn A., Dai T. et al. Streamlined calibration of the ATLAS Muon Spectrometer Precision Chambers /, Nucl. Inst, and Meth. A583. 2008. p. 347-358.

127. Da,1 T., Salvo D., Diehl E. et al. The ATLAS MDT Remote Calibration Centers.-17th International Conference on Computing in High Energy and Nuclear Physics (CHEP09).

128. CERN X. Tomograph results of MDT chambers from Protvino. -http://xtomo.web.cern.ch/xtomo/Results/Protvino/Protvino2D-Results.ht.ml.

129. Ball B., Chapman J. Gregory J. Leum D. MECCA Card User's Manual . ATLAS Communications,ATL-COM-MUON-2005-006. CERN, 2005

130. Ball B. Windows MiniDAQ distribution kits .— http://pliys-ds.physics.lsa.umich.edu/docushare/dsweb/View/Collection-640.

131. Adonsio C., Avoho G., Caloi R. et al. A non invasive technique to replace the anode wires into the MDT chambers of the ATLAS muon spectrometer. — ATLAS Note. COM-MUON-2005-021, CERN, 2005.

132. Lwan M. Method for rewiring MDT chambers. — presented on September 9th 2003 at the ATLAS Muon Instrumentation Precision Chamber Meeting. Geneva (2003).

133. Belloru A. Presentation at ATLAS MUON WEEK meeting 10.02.2009.

134. Kozhm A. Presentation at ATLAS MUON Endcap Integration and Commissioning meeting 25.09.2008.

135. Dai T. Presentation at ATLAS WEEK meeting 28.02.2011.

136. Polhm A. Muon Spectrometer DQM Status.- ATLAS MUON week meeting. 14.11.2011.

137. Corso-Radu A. Havaband H., Ilchenko Y. et al. Data Quality Monitoring Framework for the ATLAS Experimen at the LHC. ATLAS note ATL-DAQ-CONF-2008-006.

138. Adragna P. Cimino D., Delia Pietra M. et al. GNAM and OHP : Monitoring Tools for ATLAS experiment at LHC. ATLAS note ATL-DAQ-CONF-2007-023.p. 182-185.