Direkt zum Inhalt | Direkt zur Navigation

Eingang zum Volltext

Lizenz

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-83771
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8377/


Xie,Song

A gas monitoring chamber for ATLAS MDTs

Eine Gas Monitoring Chamber für ATLAS MDTs

Dokument1.pdf (7.239 KB) (Dissertation) (md5sum: 9a69a43c21187f5339ef0a1f1db26895)

Kurzfassung in Englisch

As one of the four experiments at the Large Hadron Collider (LHC), the ATLAS experiment features the largest muon tracker in terms of volume. The main detecting elements of the muon tracker are Monitored Drift Tubes (MDTs) which measure the drift times of the electrons created by a traversing muon ionizing the operating gas. The trajectory of the muon is reconstructed from the drift times according to the so-called space-to-drift time relation (rt-relation). The design goal of the performance of the muon tracker is a stand-alone transverse momentum resolution of approximately 10 % for tracks of 1 TeV particles. This requires the MDT detector to have a spacial resolution better than 50 micrometer within a volume of a length of 40 m and a diameter of 25 m.

The ATLAS MDTs use Ar:CO2 93:7 plus a few hundred ppm water vapour as the operating gas. The types of the gas components and their ratios should be kept very steady in order to have a stable rt-relation.

In this thesis, the influences of the fluctuations of the mixture ratio on the electron velocity are discussed. Gas Monitoring Chambers (GMCs) have been designed and implemented to monitor the gas of the ATLAS MDTs by measuring the electron drift velocity in the operating gas as a function of the reduced electric field (v-r.e.f relation). The performance of the GMC has been tested. It has a better resolution than that of the commercial gas mixture we can get. With the GMC even a small change of the mixture ratio can be detected in a short time.

Additionally, an empirical method based on artificial neural network with multilayer perceptron has been developed to analyse the mixture ratio from a measured v-r.e.f relation. With this method a fall in water vapour content in the ATLAS MDT gas in the end of 2010 can be seen.


Kurzfassung in Deutsch

Das ATLAS-Experiment, eines der vier Experimente am Large Hadron Collider (LHC), besitzt den Spurdetektor für Myonen mit dem größten Volumen.
Er besteht im wesentlichen aus „Monitored Drift Tubes“ (MDTs), also kontrollierten Driftröhren. Diese messen die Driftzeiten der Elektronen, die beim Durchgang eines Myons entstehen, welches das Gas ionisiert, mit dem die Driftröhren gefüllt sind. Die Spur des Myons wird dann aus den gemessenen Driftzeiten rekonstruiert, wobei die sogenannte Orts-Driftzeit-Beziehung (r-t-Relation) benötigt wird. Bei der Konstruktion des Myondetektors hatte man das Ziel, für Myonen von 1 TeV eine transversale Impulsauflösung von etwa 10% zu erreichen und zwar unabhängig von anderen Detektoren. Dafür muss der MDT-Detektor in der Lage sein, die Koordinaten der Teilchenspur in einem Volumen von 40 m Länge und einem Durchmesser von 25 m mit einer Genauigkeit von besser als 50 μm zu bestimmen.
Die MDTs im ATLAS-Experiment verwenden als Betriebsgas ein Argon- CO2-Gemisch im Verhältnis 93:7 mit einer Wasserbeimischung von einigen hundert ppm. Die verwendeten Gaskomponenten und ihr Mischungsverhältnis sollten sehr gut konstant gehalten werden, um eine stabile r-t-Relation zu garantieren.
In dieser Doktorarbeit wird der Einfluss von Fluktuationen desMischungsverhältnisses auf die Elektronengeschwindigkeit diskutiert. Es wurden GasÜberwachungskammern (GMCs = Gas Monitoring Chambers) konstruiert und eingebaut. Sie überwachen das Betriebsgas der ATLAS-MDT-Detektoren, indem sie die Driftgeschwindigkeit der Elektronen in diesem Gas als Funktion des reduzierten elektischen Feldes, die v-r.e.f-Relation, messen. Die Genauigkeit des Meßprinzips dieser Kammern wurde getestet; es stellte sich heraus, das sie das Mischungsverhältnis mit einer höheren Genauigkeit bestimmen können, als man kommerziell vorgemischtes Gas erhalten kann. Mit diesen GMC-Kammern kann also eine sehr kleine Änderung des Mischungsverhältnisses in einer kurzen Zeit festgestellt werden.
Zusätzlich wurde eine empirische Methode entwickelt, mit Hilfe eines mehrlagigen künstlichen neuronalen Netzwerks die Gaszusammensetzung aus einer gemessenen v-r.e.f-Relation zu bestimmen. Mit dieser Analysemethode konnte ein Abfall der Wasserdampfbeimischung im ATLAS-MDT-Gas am Ende des Jahres 2010 bestätigt werden.


SWD-Schlagwörter: Jakobs, Karl (Prof. Dr.)
Freie Schlagwörter (deutsch): Detektor , Gas Monitoring , MDT , ATLAS
Freie Schlagwörter (englisch): Detector , Gas Monitoring , MDT , ATLAS
PACS Klassifikation Experiment
Institut: Physikalisches Institut
Fakultät: Fakultät für Mathematik und Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Landgraf, Ulrich (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 29.11.2010
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 13.12.2011
Indexliste