Содержание к диссертации
Введение
1. Многопроволочные детекторы для ускорительных экспериментов в радиационных полях высокой интенсивности 8
2. Особенности конструкции координатных детекторов - детекторов переходного излучения на основе тонкостенных дрейфовых трубок (TRT) для эксперимента АТЛАС 12
2.1. Физико-технические требования к детектору 12
2.2. Конструкция модуля детектора и его элементов 13
2.3. Электрическая схема субмодуля 19
2.4. Радиационные требования к конструктивным материалам 25
2.4.1. Радиационная стойкость пластмасс 26
2.4.2. Радиационная стойкость клеев 28
3. СБОРКА модулей TRT «В» типа 32
3.1. Процедура армирования строу 32
3.2. Подготовка строу к установке в рамы субмодуля 34
3.2.1. Резка длинных строу 35
3.2.2. Процедура гальванического объединения токопроводящих внешней и внутренней поверхностей строу 36
3.2.3. Вклеивание в строу концевых элементов 37
3.2.4. Финальная резка строу 38
3.3. Сборка 4-слойного субмодуля 39
3.3.1. Приклеивание заземляющих проволочек к кольцам 40
3.3.2. Вклеивание строу в субмодуль 41
3.3.3. Перемещение субмодуля между столами 45
3.3.4. Приклеивание плат считывания информации 47
3.3.5. Установка анодных проволочек в строу 50
3.3.6. Создание газовых объемов 53
3.3.6.1. Создание газового объема с внешней стороны субмодуля 53
3.3.6.2. Создание газового объема с внутренней стороны субмодуля...53
3.3.7. Электрическое объединение третьего кольца из углевод окна с платами считывания информации 56
3.4. Сборка восьмислойного модуля 56
3.4.1. Герметичное объединение газовых объемов субмодулей 57
3.4.2. Установка элементов высоковольтного питания строу 59
3.4.3. Установка элементов жидкостной системы охлаждения модуля...59
3.4.4. Установка металлизированных экранов и элементов газового охлаждения модуля 60
4. Тестирование детектора 62
4.1. Проверка армированных строу 62
4.1.1. Проверка армированных строу на кривизну 62
4.1.2. Проверка внешнего диаметра строу 63
Выводы 63
4.2. Тестирование при подготовке строу к установке в детектор 64
4.2.1. Проверка электрического сопротивления внутренней поверхности строу 64
4.2.2. Проверка электрического контакта между внутренней и внешней поверхностями строу 64
4.2.3. Проверка герметичности строу 65
4.2.4. Проверка кривизны и цилиндричности строу 67
4.2.5. Визуальный контроль строу 69
Выводы 69
4.3. Тесты при сборке детектора 70
4.3.1. Входной контроль углепластиковых колец 70
4.3.1.1. Проверка высоты колец 71
4.3.1.2. Проверка диаметра отверстий 71
4.3.1.3. Деформация колец 71
4.3.1.4. Проверка толщины колец 72
4.3.1.5. Визуальный контроль колец 72
4.3.2. Проверка контакта между кольцами из углеволокна и заземляющими проволочками 73
4.3.3. Проверка качества установки строу 73
4.3.4. Входной контроль радиаторов 79
4.3.5. Проверка субмодулей и модулей на герметичность 80
4.3.6. Проверка резистивности высоковольтных предохранителей 85
4.3.7. Высоковольтные тесты 85
4.3.8. Проверка натяжения анодных проволочек 89
4.3.9. Проверка геометрических размеров модуля 91
4.3.10. Определение веса субмодуля 93
4.4. Тестирование модулей детектора на тест станции 94
Основные результаты и выводы 98
Литература 101
- Многопроволочные детекторы для ускорительных экспериментов в радиационных полях высокой интенсивности
- Конструкция модуля детектора и его элементов
- Подготовка строу к установке в рамы субмодуля
- Проверка армированных строу на кривизну
Введение к работе
Установка АТЛАС является одной из двух крупнейших установок, создаваемых для экспериментов на ускорителе LHC (Большом адронном коллайдере). АТЛАС содержит несколько крупных детектирующих систем, в том числе Внутренний Детектор (ВД), расположенный в непосредственной близости от области соударения пучков и работающий в условиях экстремально высокой загрузки [1]. В состав ВД входит трекер на основе кремниевых детекторов и детектор переходного излучения - трекер (TRT) на основе тонкостенных дрейфовых трубок (строу). Баррельная часть TRT изготавливалась в США, а модули TRT прямого и обратного направлений (end-cap) изготавливались в ЛФЧ ОИЯИ (тип «В») и ПИЯФ (тип «А»). Число дрейфовых трубок в TRT ATLAS составляет 298 304.
В процессе работы были исследованы свойства как самих строу, так и материалов, используемых для изготовления отдельных элементов детектора. Были разработаны методы тестирования детекторов в процессе сборки, обеспечивающие создание высококачественных детекторов и пригодные для использования при создании новых детекторов на основе строу.
Целью диссертационной работы являлась разработка и создание технологии изготовления и тестирования модулей детектора переходного излучения - трекера, ее применение для создания модулей детектора типа -«В» с полным количеством каналов регистрации (строу) - 104448, а также, связанное с этим, исследование материалов для детекторов, работающих в условиях высоких загрузок.
Научная новизна исследования
Разработаны методы тестирования детекторов переходного излучения - трекеров на всех этапах их создания, в частности:
разработан метод проверки прямолинейности строу, основанный на анализе формы светового пятна, образованного проходящим через него параллельным пучком света;
разработана и создана автоматизированная система контроля качества установки строу, обеспечивающая проверку прямолинейности строу, отсутствии электрического контакта между соседними строу в слое, а также между строу и рамами детектора;
разработан и создан прибор для контроля максимально допустимой толщины пленочных радиаторов, подготовленных к установке в детектор.
Исследована радиационная стойкость органических материалов, используемых при создании координатных детекторов, в частности полисульфона и поликарбоната, а также отечественных эпоксидных клеев-компаундов ЭЛК-5 и ЦМК-5.
Практическая ценность работы
На основе отработанной технологии был создан детектор переходного излучения - трекер типа «В» на основе строу для внутреннего детектора установки АТЛАС Большого адронного коллайдера.
Результаты исследования полимеров и клеев показали слабую зависимость механических свойств от поглощенной дозы, что позволило не только использовать их при изготовлении детекторов в рамках проекта LHC, но и указало на возможность их применения в других проектах, например, для изготовления детекторов по проекту ILC.
Разработанный метод проверки прямолинейности строу, также как и методы поэтапного тестирования создаваемых детекторов и их элементов, обеспечивают возможность оперативного устранения дефектов, способных негативно влиять на работу детектора и способствуют тем самым более качественной сборке детекторов.
Разработана технология сборки и тестирования модулей TRT типа «В», которая частично может быть использована при создании подобных детекторов на основе строу.
Результаты тестирования детекторов показали соответствие созданного детектора требуемым параметрам для эксперимента АТЛАС.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, а также списка цитируемой литературы.
В первой главе содержится описание многопроволочных детекторов для ускорительных экспериментов в радиационных полях высокой интенсивности.
Вторая глава содержит описание особенностей конструкции координатных детекторов - детекторов переходного излучения на основе тонкостенных дрейфовых трубок (TRT) для эксперимента АТЛАС.
В третьей главе описываются процедуры сборки детекторов.
В четвертой главе рассматриваются методы тестирования детекторов, созданные для этого приборы, а также показаны результаты тестирования.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на рабочих совещаниях коллаборации АТЛАС, семинарах Лаборатории физики частиц и опубликованы в работах [8, 17, 18, 27, 29, 30].
Многопроволочные детекторы для ускорительных экспериментов в радиационных полях высокой интенсивности
В ускорительных экспериментах в радиационных полях высокой интенсивности для определения траектории частиц применяются несколько типов детекторов. Одними из наиболее часто используемых координатных детекторов являются многопроволочные газонаполненные детекторы, такие как пропорциональные и дрейфовые камеры [2, 3,4].
Многопроволочная пропорциональная камера (МПК) представляет собой систему из большого количества тонких ( 20 мкм) параллельных проволочек, расположенных в одной плоскости и являющихся анодами, которые находятся в газовом объёме между двумя плоскими параллельными друг другу и аноду катодами (сплошными или проволочными). В типичном случае анодные проволочки удалены друг от друга на 2 мм и находятся на расстоянии 4 - 6 мм от катодов. Разность потенциалов между анодом и катодом несколько кВ. Такие параметры МПК обеспечивают газовое усиление 104 - 105 и пропорциональность амплитуды сигнала энергии, оставленной частицей в объёме газа [5].
При прохождении заряженной частицы через камеру, образовавшиеся вдоль следа частицы электроны ионизации двигаются в электрическом поле к ближайшим анодным проволочкам, где происходит их лавинное размножение. Электроника регистрирует сигнал с каждой проволочки. Таким образом, приходящие сигналы указывают координаты частицы в МПК с точностью c=sVl2, где s- расстояние между соседними анодными проволоками. Типичное пространственное разрешение МПК составляет 600 - 700 мкм [6]. Энергетическое разрешение пропорциональной камеры 30%.
Дрейфовая камера (ДК), появившаяся в семидесятые годы прошлого века, является проволочным газонаполненным детектором (как и пропорциональная камера), в котором координата частицы определяется измерением времени дрейфа электронов в газе от места ионизации (пролёта частицы) до сигнальных анодных проволочек. В дрейфовой камере чередуются расположенные в одной плоскости анодные и катодные проволочки, формирующие дрейфовые промежутки (ячейки). Расстояние между анодными проволочками обычно составляет до нескольких сантиметров. Пространственное разрешение дрейфовой камеры около 200 мкм. Измерение времени не дает возможности определить, с какой стороны от анода прошла частица. Для устранения этой неопределенности обычно используют два слоя дрейфовых ячеек. Эти слои сдвигают относительно друг друга на половину ширины ячейки. Дрейфовые камеры могут быть как плоскими, так и цилиндрическими. В цилиндрических камерах два соседних слоя анодных проволочек разделены цилиндрическим слоем потенциальных [6] .
Частным случаем дрейфовой камеры являются детекторы на основе тонкостенных дрейфовых трубок (строу) [7, 8]. Они состоят из набора трубок, изготовленных из тонких пленок (лавсан, полиимид). Анодами в этих трубках являются, обычно, про.юлоки диаметром 20-30 мкм, а катодом является проводящее покрытие внутренней поверхности стенки трубок. Эти детекторы имеют следующие преимущества по сравнению с обычными дрейфовыми камерами: пространственное разрешение 150 мкм; собственное быстродействие может достигать величины 107 1/с: малая радиационная толщина детектора; цилиндрическая геометрия каналов регистрации обеспечивает высокую однородность электрического поля и оптимальный временной сбор дрейфующих к анодам первых электронов; достаточно простая конструкция камер позволяет их унифицировать и широко использовать индустриальные возможности для изготовления целого ряда элементов детекторов; высокая эксплуатационная надежность детектора, связанная с его дискретностью;
В настоящее время координатные детекторы (трекеры) на основе строу успешно работают на нескольких экспериментах. Это в частности: - Эксперимент 831 (FOCUS) в Брукхейвене, для которого в 1996 году было создано 3 строу-камеры с длиной строу до 2,4 м и общим числом строу 1206 [9]. - Эксперимент COMPASS в ЦЕРНе, на котором установлены 15 двухслойных строу-камер, каждая из которых имеет рабочую поверхность 8 -f 9 м2. Общее количество строу в камерах - 12440. Несмотря на большую длину строу в детекторе (до 3,3 м) и связанные с этим сложности на этом детекторе удалось достигнуть пространственного разрешения порядка 200 мкм. [10]. - Эксперимент «Термализация» в Протвино, на котором используются строу-трекеры. Координатные детекторы на основе строу часто используются и как детекторы переходного излучения для идентификации заряженных частиц большой энергии по переходному излучению, испускаемому ими при пересечении границ раздела сред с различными диэлектрическими проницаемостями. Интенсивность переходного излучения пропорциональна (при больших энергиях) её релятивистскому фактору у = [1 - (v/c) ]" и квадрату заряда частицы, то есть интенсивность переходного излучения высокоэнергичной частицы пропорциональна её энергии Е = тс у. Основная часть переходного излучения расположена в рентгеновском диапазоне частот. Излучение сосредоточено внутри конуса с углом 0 = 1/у относительно направления движения частицы. Эти свойства переходного излучения позволяют использовать его для определения массы и заряда частиц при очень больших энергиях ( 100 ГэВ), когда другие методы неприменимы или недостаточно эффективны [11].
Так как вероятность испускания фотона переходного излучения при однократном пересечении границы сред мала ( 1/100), то для организации необходимого числа таких границ используют слоистые или пористые радиаторы с низким атомным номером и большим числом границ раздела (до нескольких сот) [12,13].
Конструкция модуля детектора и его элементов
С целью уменьшения неэффективной площади, занимаемой обычно рамами детекторов, и уменьшения количества вещества вне чувствительной площади модулей была принята "кольцевая" конструкция модулей прямого направления TRT. Каждый модуль состоит из двух идентичных субмодулей, собираемых отдельно. Четыре слоя строу устанавливаются в вакуумно-плотные углепластиковые кольца, образуя самоподдерживающую конструкцию типа "колеса" - субмодуль. Между слоями строу устанавливаются радиаторы переходного излучения. Строу каждого слоя установлены по радиусу колеса с фиксированным интервалом между ними. Строу в каждом из четырех слоев смещены относительно строу в предыдущем слое на 3/8 интервала (Рис. 2.2), что обеспечивает полное перекрытие чувствительной площади детектором из 8-ми модулей типа «В» с 64-я слоями строу.
При дальнейшей сборке субмодуля около внутреннего и внешнего несущих углепластиковых колец формируются герметичные газовые объемы (gas manifolds) с необходимыми механическими и электротехническими элементами. Для изготовления субмодулей используются углепластиковые кольца трех типов (Bl, В2 и ВЗ), изготовленные на предприятии «Машиностроитель» (Пермь). Размеры колец приведены в таблице 1. Кольца В1 и В2 предназначены для поддержки строу и для этого в них выполнены 4 ряда прецизионных отверстий с угловой точностью позиционирования каждого 20 мкм. Всего кольцевая рама субмодуля содержит 3072 пары отверстий по числу монтируемых в них строу. Кольца обладают хорошей электропроводимостью и имеют специальные отверстия для вклейки элементов "заземления" плат съема информации.
Герметичный газовый объем, расположенный у внутреннего обода колеса детектора минимизирован как по размеру, так и по радиационной толщине. Он образуется набором из 8-ми П - образных картеров, изготовленных методом термоформовки из полиимидной пленки толщиной 125 мкм, приклеиваемых к углепластиковому кольцу В1 эпоксидным клеем. Подача газовой смеси в объем обеспечивается набором параллельных газовых входов.
Требования к геометрическим размерам и радиационной толщине газового объема, расположенного у внешнего обода колеса детектора существенно более слабые, чем к внутреннему. Это позволило усилить его конструктивную прочность дополнительным углепластиковым кольцом ВЗ и разместить там платы съема информации и подачи высоковольтного напряжения на строу.
В детекторе используются строу с внутренним диаметром 4,00 + 0,02 мм, изготовленные из полиимидных (каптоновых) лент производства фирмы Du Pont. Намотка строу выполнялась фирмой Lamina Dielectrics Ltd (Англия). Перед намоткой строу пленка типа 100 VN толщиной 25 ± 2,5 мкм подвергалась специальной обработке, заключающейся в нанесении на одну ее сторону алюминиевого покрытия толщиной около 0,2 мкм, а на алюминий -графитового покрытия толщиной 6 ± 2 мкм. На другую сторону строу наносится термоклей. В качестве термоклея используется полиуретан толщиной около 5 мкм. Окончательная толщина пленки составляет 36 ± 6 мкм, резистивность ее поверхности около 10 Ом/квадрат.
Одними из основных элементов субмодуля являются радиаторы переходного излучения, состоящие из набора слоев полипропиленовой пленки толщиной 15 мкм. Для организации фиксированного зазора, между слоями радиатора расположены сетки из ортогональных полипропиленовых нитей с ячейками 8x8 мм. Диаметр нитей сетки равен 100 мкм. Слои радиатора свариваются между собой в расположенных по внешнему периметру 96 отверстиях, используемых в дальнейшем для фиксации радиаторов в субмодуле. Радиаторы, расположенные между слоями строу в субмодуле содержат по 34 слоя пленки, а радиаторы, расположенные с внешних сторон строу в субмодуле - 9 (со стороны плат съема информации) и 17 слоев пленки.
Для прецизионной установки анодных проволок в строу используются пластиковые концевые втулки, изготовленные из поликарбоната методом вакуумного литья. На рис. 2.4 и 2.5 представлены эскизы этих втулок, устанавливаемых с внешней и внутренней сторон субмодуля детектора, соответственно.
Все рамы детектора должны быть электрически связаны друг с другом и находятся под потенциалом земли. Для организации этой связи между внутренним кольцом субмодуля и остальными кольцами используются специальные металлизированные экраны, изготовленные из каптона с нанесенным на него медным покрытием. Эти экраны кольцевой формы укладываются с обеих сторон на восьмислойные модули поверх радиаторов и припаиваются к заземляющим проволочкам первого и второго колец. Кроме того, эти экраны служат для защиты модуля от электрических помех, а также для организации продува через модуль охлаждающего газа С02.
Как правило, высокое напряжение подается на катодные плоскости МПК и ДК, а информация считывается с находящихся под потенциалом земли анодных проволок. При этом все электроды камер находятся в изолированном газовом объеме, что обеспечивает стабильный электростатический режим детекторов. При сборке детекторов из металлических дрейфовых трубок высокое напряжение прикладывается на анодные проволоки. Не изолированные катоды находятся под потенциалом земли из тех же соображений. Аналогичная ситуация имеет место с тонкопленочными дрейфовыми трубками.
Для трекера эксперимента АТЛАС было принято решение подачи высокого напряжения на не изолированные от внешнего окружения детекторов катоды строу, а считывание осуществлять с находящихся под нулевым потенциалом анодных проволок, заземленных через входные сопротивления усилителей. Это определялось необходимостью минимизации количества вещества для уменьшения радиационной ширины детектора. На рис. 2.7 показана распространенная электрическая схема детектора с подачей высокого напряжения на его аноды, а на рис. 2.8 - схема подачи высокого напряжения на катоды. Видно, что в последнем случае можно уменьшить количество радиотехнических элементов в цепи считывания, что существенно понижает радиационную толщину детектора в этой области.
Подготовка строу к установке в рамы субмодуля
Так как в детекторе, как описывалось выше, высокое напряжение подается на поверхность строу, а рамы субмодулей находятся под потенциалом «земли», то необходимо их изолировать друг от друга. Для этого на концах строу должны находиться изолирующие их от рам концевые изделия. В связи с этим требуется предварительная подготовка строу перед установкой их в рамы субмодуля. Эта подготовка состоит из четырех операций сборки: резка длинных строу; процедура гальванического объединения токопроводящих внешней и внутренней поверхностей строу; вклеивание в строу концевых элементов; финальная резка строу.
Поступающие с участка армирования строу имели длину порядка 165 -г 170 см. Для детекторов типа «В» применяются строу длиной 39 см, поэтому длинные армированные строу разрезались по длине на четыре части. Во время резки строу не должны были сминаться, чтобы не нарушалась цилиндричность. Для этой цели разработано и изготовлено специальное приспособление. Строу вставлялось в специальный прецизионный паз, образуемый четырьмя цилиндрами таким образом, чтобы нити армирования находились между цилиндрами (Рис. 3.1 а). Длина короткого строу определялась ограничителем, в который строу упиралось при установке в приспособление. Резка строу производилась двумя ножами (Рис. 3.1 б), управляемыми сжатым воздухом. Установка работала от безмасляного компрессора с давлением на выходе 7 атм. Для организации пневматики использовалось оборудование фирмы «Festo».
Так как обе поверхности катодной трубки строу имеют токопроводящее графитовое покрытие, но гальванически отделены друг от друга, то требовалось их объединение. С этой целью производилась процедура гальванического объединения поверхностей строу на одном его конце. Процедура состояла из ввода одного конца строу в специальную стеклянную ванночку с тонким слоем ( 2 мм высотой) токопроводящего клея 4921 фирмы Du Pont. Для предотвращения быстрого застывания клея и равномерного его нанесения на строу, на дне ванночки вращалась специальная перемешивающая круглая пластина с глубокими канавками, приводимая в движение расположенным под ванночкой вращающимся магнитом. После нанесения клея, строу устанавливались вертикально на специальной стойке и сушились в течение 2 часов при температуре 50С.
Причинами брака при этой процедуре были: - использование пересохшего клея; - поломка строу при неправильном вводе в ванночку; - попадание клея на боковые поверхности строу вне зоны, на которую он должен наноситься. Для обеспечения прецизионной установки строу в субмодуль, а также для изоляции токопроводящих поверхностей строу от рам субмодуля и друг от друга, к строу с обеих сторон приклеивались пластиковые концевые элементы (внешняя и внутренняя втулки). Внешняя втулка одевалась сверху на строу, а внутренняя вставлялась внутрь строу с другой стороны (со стороны нанесения токопроводящего клея). Процедура проводилась следующим образом:
Предварительно на внутренние втулки надевались полиимидные кольца. Затем внутренние втулки устанавливались вертикально в специальную стойку. На каждое строу надевалась внешняя втулка таким образом, чтобы пазы в ней совпадали с армирующими нитями на строу. С помощью дозатора клея, между полиимидным кольцом и внутренней втулкой до половины высоты кольца заливался обладающий высокой текучестью эпоксидный клей TRA-BOND ВВ-2115. Сверху, через две горизонтальные направляющие пластины стойки, стороной, на которую нанесен токопроводящий клей, в пространство между полиимидным кольцом и внутренней втулкой до упора вставлялось строу. Внешние втулки, надетые на строу до упора, вставлялись в верхнюю горизонтальную пластину стойки. Между внешней втулкой и строу заливался клей, полностью заполняя все пространство между строу и втулкой. Так как при высыхании клей мог сжать строу внутри внешней втулки, в строу сверху вставлялись калиброванные стальные вставки, а затем стойка со строу сушилась в течение 2 часов при температуре 50 С.
После сушки проводился тщательный осмотр строу, чтобы исключить из дальнейшего процесса строу с плохо приклеенными втулками. Для того чтобы избежать загрязнения строу, осуществлялся автоматический отсос крошки с точки обрезки.
Сборка детектора производится на специальных круглых металлических столах четырех типов с плоскостностью не хуже 100 мкм, установленных горизонтально с точностью 100 мкм. Каждый тип стола был предназначен для определенных операций, поэтому имел необходимые для этих конкретных операций калиброванные отверстия и приспособления. Стол № 1 предназначен для вклеивания строу в кольца из углеволокна. Стол № 2 предназначен для проверки субмодулей со строу на герметичность. Стол № 3 предназначен для приклеивания к субмодулям печатных плат, установки анодных проволочек в строу, герметизации внешнего газового объема, а также для проверки детекторов на натяжение проволочек и на высокое напряжение. Стол № 4 предназначен для герметизации внутреннего газового объема субмодуля, а также для объединения четырехслойных субмодулей в восьмислойные. 3.3.1. Приклеивание заземляющих проволочек к кольцам
Материал колец из углеволокна, которые являются несущей структурой субмодуля, токопроводящий, а сами кольца должны находиться под потенциалом земли. С сигнальными контактами у них есть емкостная связь, что вынуждает установить прямой электрический контакт между ними и землей. Это можно сделать, вклеив специальные проволочки в отверстия, просверленные в кольце. Заземляющие соединения предусмотрены для всех трех типов колец в детекторе. В кольцо № 1 вклеивалось 48 заземляющих проволочек, а в кольца № 2 и № 3 - по 96. Для этой процедуры использовался токопроводящий клей Du Pont 4922. В высохшем состоянии клей очень хрупкий, поэтому для надежной фиксации заземляющих проволочек и герметичности детектора на места склейки дополнительно наносился эпоксидный клей TRA-BOND ВВ-2115. Заземляющие проволоки устанавливались таким образом, чтобы они всегда были вне газового объёма. Расположение проволочек на кольцах видно из рис. 3.4, где А - сторона установки плат считывания информации.
Проверка армированных строу на кривизну
Так как от кривизны строу зависит его пространственное разрешение, то кривизна строу, устанавливаемых в End-cap, допустимая на участке армирования, не должна была превышать 8 мм (для строу длиной 165 см). Для баррельной части детектора TRT ATLAS требования по кривизне строу были более слабые, но их внешний диаметр не должен был превышать 4,2 мм.
Все армированные строу подвергались проверке на кривизну с помощью специального устройства, состоящего из системы подвеса строу на вертикальном вращающемся стержне. Измерялись отклонения от оси подвеса нижней части строу во время вращения.
Для изготовления баррельной части детектора TRT ATLAS требования по кривизне строу были более слабые, чем для модулей прямого направления, но их внешний диаметр не должен был превышать 4,2 мм. Исходя из этого, тест внешнего диаметра проводился только для 60781 строу, которые были, затем отправлены в США для изготовления баррельной части детектора. Проверка внешнего диаметра заключалась в том, что на расположенное вертикально строу, надевался твердосплавный цилиндр с калиброванным внутренним отверстием. Этот цилиндр должен был плавно съезжать по всей длине строу. Из 60781 строу, проверенных на внешний диаметр, тест прошли 60692 строу, что составляет 99,9 % от общего количества. Выводы Поверхность строу является его катодом, поэтому она должна быть электропроводной. Нарушение проводящей поверхности строу приводит к его выходу из строя. Проверка электрического сопротивления предназначена для предварительной отбраковки строу с целью исключения из дальнейшего технологического процесса строу с нарушенным резистивным слоем. Строу устанавливались на специальную линейку, а затем с обеих сторон в нее вставлялись полированные металлические стержни, к которым был подключен цифровой омметр. Если сопротивление внутреннего слоя превышало 300 Ом, строу отбраковывались.
Так как и внутренняя и внешняя поверхности строу являются токопроводящими, то для улучшения качества катода они были объединены. Проверка на наличие контакта между ними была предназначена для контроля операции нанесения на строу токопроводящего клея. Проверялся электрический контакт между внутренним и внешним слоями строу. Сопротивление между слоями не должно было превышать 10 КОм. Измерения проводились на противоположном от нанесенного токопроводящего клея конце строу. Для проведения этой процедуры был изготовлен прибор, приведенный на рис. 4.2.
Строу устанавливались на полированный стальной штырь диаметром 3,9 мм, а затем, с трех сторон к его внешней поверхности с помощью пневматики прижимались контакты. С помощью цифрового мультиметра измерялось сопротивление между прижимаемыми к строу контактами и внутренним стержнем. Как было написано выше, в детекторе используется рабочая газовая смесь, содержащая дорогостоящий ксенон. Поэтому было необходимо минимизировать потери рабочей газовой смеси. Проверка герметичности производилась на специальной установке с компьютерным управлением. Для детекторов TRT ATLAS было принято, что допустимыми являлись утечки не более чем 0,1 мБар/мин/Бар (при избыточном давлении равном 1 Бар). Для определения утечек использовался сжатый аргон. Герметичность проверялась на группах по 8 строу одновременно. Сечение главного блока и концевых крышек показано на рис. 4.3.
Прибор состоит из электронной и механико-пневматической частей. Электронная часть состоит из: аналоговая входная карта для температурных датчиков; аналоговая входная карта для манометров; цифровая входная карта; цифровая выходная карта; источник плтания. Механико-пневматическая часть прибора состоит из: загрузочно-разгрузочной системы; системы подачи газа; баллонов со сжатым аргоном. После установки восьми строу в главную часть машины, закрывались концевые крышки и образовывались 2 независимых герметичных объема: а) Объем внутри строу - "VI" б) Объем вне строу - "V2" Так как внутренний объем в 1,8 раз больше внешнего, то результат измерений требовалось умножить на 1,8. Норма 0,1 мБар/мин/Бар становилась соответственно - 0,18 мГар/мин/Бар. В объем "VI" подавалось избыточное давление 1 Бар (абсолютное давление - 2 Бара) аргона. Избыточное давление контролировалось с помощью манометра. После окончания времени стабилизации газовой смеси, равного двум минутам, в течение 1 минуты измерялось давление в объеме "V2". Если все строу в партии удовлетворяли требованиям, то при разгрузке прибор подавал измеренные строу в специальный контейнер для хороших строу. Если при измерении герметичности разность давлений в объемах "VI" и "V2" была менее 0, 18 мБар/мин/Бар, то все строу подавались в другой контейнер. Для определения негерметичного строу в следующем измерении участвовали четыре строу из прошлой партии и четыре контрольных строу с гарантированной герметичностью. Таким образом, определялась группа из четырех строу, одно из которых негерметично. Затем из этой группы измерялись два строу с шестью контрольными, и так далее до точной идентификации негерметичной строу.
От величины кривизны и цилиндричности строу зависит величина пространственного разрешения, поэтому их проверка проводилась на нескольких этапах сборки детектора. Пригодными к использованию считались строу, имеющие кривизну менее 200 мкм при длине строу 39 см. Строу с кривизной 200 - 300 мкм считались ограниченно годными и находились в резерве. Более кривые строу отбраковывались.
Для проверки строу на кривизну применялся специально разработанный прибор, использующий цифровую видеокамеру. Действие прибора было основано на сканировании тонким световым лучом внешней поверхности строу, вращающегося вокруг своей оси [28]. Строу, готовое к установке в субмодуль, устанавливалось вертикально между двумя соосными точками крепления. При помощи двух шаговых двигателей, вращающих синхронно точки подвеса, строу вращалось вдоль своей оси. Цифровая камера с помощью другого шагового двигателя двигалась вдоль строу с остановками в семи равноудаленных точках.
