ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΑΝΙΧΝΕΥΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ Κ.ΚΑΡΑΚΩΣΤΑΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: Γ.ΤΣΙΠΟΛIΤΗΣ

 Εισαγωγή  Απαιτούμενη θεωρία  Αναγνώριση λειτουργίας  Προβλήματα καλής λειτουργίας Γενική Περιγραφή

ATLAS Muon System : RPC, TGC, CSC, MDT

M ONITORED D RIFT T UBES MDT

 2 Multilayer  3 ή 4 Tubes το κάθε layer MDT

Σωλήνας r outer =1.5 Αλουμινίου πάχος = 400±20 μm Επιχρυσωμένο 3% κατά βάρος, από W / Re 97:3 r w = 25 ±0.5 μm V a = 3080 V Τεντωμένο με τάση 350 ±7 g Μίγμα Αερίου: 93.0% Ar, 7.0% CO 2 Πίεση: 3 bar Drift Tube r : η απόσταση από τον άξονα του κυλίνδρου

 Διέγερση. Κατάλληλη ενέργεια Για ευγενή αέρια σ ≈ 10 7 barn Περαιτέρω διεργασίες μπορούν να δώσουν ιοντισμό  Ιοντισμός. Ενέργεια κατωφλίου Η εναπομένουσα πάει στα e - Για κάποια keV παραπάνω έχουμε δ-rays Θεωρία

Η πιθανότητα ένα e - να έχει ενέργεια Ε είναι: Ζ: Ατομικός Αριθμός Α: Ατομικό Βάρος x: Reduce Thickness ενώ με z το φορτίο Ολοκληρώνοντας την P(E) βρίσκουμε το πλήθος των διεγερμένων e - με Ε ≥ Ε 0,έχοντας την μέγιστη επιτρεπτή ενέργεια που μπορεί να ανταλλαχθεί σε μια αντίδραση από σχετικιστική κινηματική Θεωρία

όπου το τελευταίο ισχύει όταν Ε 0 << Ε Μ. Μεταφορά e - και ιόντων στα αέρια Σε θερμική ισορροπία οι ταχύτητες δίνονται από την κατανομή Maxwell λόγω της m που είναι στον παρονομαστή u e >>u ιον στους 20 ο C u e ~10 4 m/s u ιον ~10 2 m/s Θεωρία

Από την κινητική θεωρία των αερίων έχουμε την εξάρτηση του πλήθους των φορτισμένων σωματιδίων Ν από την θέση x μετά από χρόνο t: Από την κινητική θεωρία των αερίων έχουμε την εξάρτηση του πλήθους των φορτισμένων σωματιδίων Ν από την θέση x μετά από χρόνο t: Θεωρία D: συντελεστής διάχυσης(=uλ/3) όπου διάχυσης(=uλ/3) όπου λ: η μέση ελεύθερη διαδρομή (για κλασσικό διαδρομή (για κλασσικό ιδανικό αέριο είναι ιδανικό αέριο είναι με σ 0 την ολική ενεργό με σ 0 την ολική ενεργό διατομή του αερίου) διατομή του αερίου)

► Υπό την επίδραση του Ηλεκτρ. Πεδίου e - → κάθοδο, ιόντα → άνοδο. ► Λόγω συγκρούσεων αποκτούν u drift (με τ τον μέσο χρόνο ελεύθερης διαδρομής)πουυπερτίθεται στη θερμική. Θεωρία

► Κινητικότητα μ=u drift /E. ► Ιδανικά αέρια σχ. Einstein: Θεωρία

Η u d,e- εξαρτάται ισχυρά από το Ε. Με Ε≈1kV/cm u d,e- ≈10 6 m/s όμως τότε το D αυξάνεται πολύ→μεγάληδιασπορά. Θεωρία

Με εφαρμογή Μαγνητικού πεδίου Η λόγω δύναμης Lorentz η με ω=eH/m, ενώ η γωνία της ταχύτητας με τις δυναμικές γραμμές είναι α Η =arctan(ωt) Θεωρία

Αν τα e - από τον πρωτογενή ιοντισμό αποκτήσουν αρκετή Ε τότε προκαλούν κι αυτά ιοντισμό στο αέριο. Ομοίως και τα νέα, κ.ο.κ. Οπότε κοντά στο σύρμα που έχουμε μεγάλο πεδίο έχουμε χιονοστιβάδα. Χιονοστιβάδα (Avalanche)

dn=nadx όπου το dn είναι τα νέα e - που δημιουργηθήκαν στην διαδρομή dx από n αρχικά. α=1/λ (συντελ. Townsend) δίνει την πιθανότητα ιοντισμού ανά μονάδα μήκους. Ολοκληρώνοντας έχουμε n=n 0 e αx μέσω αυτής έχουμε τον πολλαπλασιαστικό παράγοντα Μ = n/n 0 =e αx. Όμως για μη ομογενή πεδία α=α(x) οπότε Το όριο αύξησης του Μ πριν το breakdown δίνεται από την συνθήκη Raether όταν αx≈20 τότε Μ≈10 8. Χιονοστιβάδα (Avalanche)

Μερικές 10αδες αρχικά e - δεν μπορούν να δώσουν σήμα ικανό προς ανίχνευση. Η ενίσχυση γίνεται μέσω avalanche σε κατάλληλο μίγμα που περιέχει και ευγένες αέριο (μη ηλεκτραρνητικά). Τα Ar, Kr, Xe έχουν μικρό δυναμικό ιοντισμού αλλά το Ar είναι το φθηνότερο. Κάποιες από τις προϋποθέσεις είναι: μη τοξικά, μη εύφλεκτα, μικρή διάχυση, resolution 80-90μm, αλλαγές σε Τ, Ρ 0,3% αλλαγή σε ανάλυση <15μm, καλό gain. Τυπικές ενισχύσεις ≈ Το Ar δεν υπερβαίνει Επιλογή Αερίου

Για αποφυγή ανεπιθύμητων διεργασιών εμπλουτίζουμε το αέριο μας με άλλο (συνήθως μεγαλομόριο) που απορροφά τα φωτόνια μέσω σκεδάσεων, χημικών διεργασιών, συντονισμών κ.α. ► Π.χ. το CH 4 απορροφά στην περιοχή 7,9-14,5 eV. ► Η διαδικασία λέγεται quenching. ► Το νέο μίγμα μπορεί να φτάσει σε ενίσχυση στα Επιλογή Αερίου Ar 11.6 eV Al 5.9 eV Ε ιον

Drift Tube Τροχιά Μιονίου Σωλήναςαλουμινίου Σύρμα Ολίσθηση e - προς το σύρμα

MDT

MDT

Ανακατασκευή

Track reconstruction με προσδιορισμό εφαπτομένων των ανακατασκευασμένων κύκλων με χρήση ευθείας ελαχίστων τετραγώνων. Από 2 κύκλους οι δυνατές εφαπτομένες είναι 4. Από περισσότερους είναι συνήθως μια. Π.χ. από 3. Ανακατασκευή

Ανακατασκευή Στους κύκλους από τους οποίους δεν περνάει το μ (μπλε γραμμή) το σήμα είναι θόρυβος.

Μετατόπιση του σύρματος από την θέση του έχει επίδραση στην απόσταση που θα κάνουν τα e - και … Προβλήματα

… φυσικά στην κατανομή του πεδίου. Προβλήματα

Η γήρανση των θαλάμων είναι ένα εξίσου μεγάλο πρόβλημα. Προβλήματα

40 cm από την άνοδο Προβλήματα

πολύ κοντά στην άνοδο Προβλήματα

Κύρτωση του BIL λόγω διαφοράς θερμοκρασίας 5 ο C των 2 multilayer. Η κλίμακα είναι σε μm Προβλήματα

Οριζόντια κύρτωση του BIL υπό την επίδραση του βάρους του. Η κλίμακα είναι σε μm Προβλήματα

 Ιονισμός αερίων: αρχή λειτουργίας  Θάλαμοι ολίσθησης MDT  Προβλήματα Σύνοψη  Principles of Operation of Multiwire Proportional and Drift Chambers, F. Sauli  Drift Tubes for the ATLAS Muon System, V. Paschhoff  Studies on Ageing and Reanimation of Drift Tubes for the ATLAS Muon System, V. Paschhoff  Atlas Muon Spectrometer Technical Design Report   Βιβλιογραφία