Entwicklung einer GEM-Support-Struktur

Transkript

1 DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 1/17 Entwicklung einer GEM-Support-Struktur Lea Hallermann Universiät Hamburg DESY Hamburg DPG Frühjahrstagung 29 München 13. März 29

2 Evolution von Gitter-GEMs - Inhalt 1 ILC und TPC GEMs Motivation Profil Vermessung 2 Entwicklung Keramikgitter Lebensfähigkeit 3 MediTPC Aufbau Analyse der Gitter-Daten 4 Optimierung Zusammenfassung und Ausblick DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 2/17

3 Lebensraum von GEMs ILC und TPC GEMs Motivation Profil Vermessung DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 3/17

4 Gas Electron Multiplier - GEMs ILC und TPC GEMs Motivation Profil Vermessung 2 E d = 1 kv/cm 1 7 µm 14 µm z - Position / µm U=25 V -1-2 E i = 6 kv/cm Standard CERN GEM: 1 1 cm 2 x - Position / µm 1 2 DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 4/17

5 ILC und TPC GEMs Motivation Profil Vermessung Motivation für neue Support-Struktur TPC Prototypen nutzen gerahmte 1 1 cm 2 GEMs in Richtung ILD wird größere Flächenabdeckung benötigt 1 m 2 neue Montierung! eine neue Support-Struktur fordert wenig totes Material im Detektor mechanische Stabilität und Flachheit möglichst geringe Strahlungslänge DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 5/17

6 DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 6/17 ILC und TPC GEMs Motivation Profil Vermessung Bestandsaufnahme: Vermessung geometrisches Profil gem_jap_gfk.6.6 z[mm] z[mm] y[mm] x[mm] x[mm] y[mm] 2 12 CERN GEM mit GFK Rahmen SciEnergy GEM mit GFK Rahmen Vermessung mit Laserdiode Schwankungen in Höhe im Bereich von 1 mm

7 DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 6/17 ILC und TPC GEMs Motivation Profil Vermessung Bestandsaufnahme: Vermessung geometrisches Profil gem_jap_gfk.6.6 z[mm] z[mm] y[mm] x[mm] x[mm] y[mm] 2 12 CERN GEM mit GFK Rahmen Vermessung mit Laserdiode Schwankungen in Höhe im Bereich von 1 mm Einfluß auf die Verstärkung: 38 µm führen zu ± 6 % SciEnergy GEM mit GFK Rahmen Verstärkungs-Simulation

8 DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 7/17 Evolution Entwicklung Keramikgitter Lebensfähigkeit Anforderungen an die Support-Struktur große Flächenabdeckung Flachheit gewährleisten selbst tragende Struktur wenig totes Material erste Versuche mit Nylon und rapid prototyping Gittern Nylon Faden ABS Polymer Polyamid (PA 12)

9 Entwicklung Keramikgitter Lebensfähigkeit Keramik scheint die beste Lösung zu sein Aluminium Oxid Al 2 O 3 Strahlungslänge X = 7,1 cm (GFK X = 13.3 cm) härter als GFK größere Formtreue minimale Breite (momentan): 1 mm 2 Gitter verklebt Höhe: 2 mm DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 8/17

10 Entwicklung Keramikgitter Lebensfähigkeit Gitter-GEMs erblicken das Licht der Welt Standard CERN GEMs auf Gitter geklebt kein Kleber auf sensitiver Fläche Roboter zum Auftragen genutzt Prozedur funktioniert gut DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 9/17

11 DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 1/17 Entwicklung Keramikgitter Lebensfähigkeit Lebensfähigkeit erwiesen - es funktioniert! Spannungstest der Gitter-GEMs in Luft GEMs halten > 6 V gleiche Werte, wie vor dem Kleben Gitter-GEM in kleinem Prototypen eingesetzt Eisen-55 Spektren aufgenommen Werte mit gerahmten GEMs vergleichbar, etwas geringer entries effective double GEM gain ADC counts 37 V über beide GEMs grid mounting frame mounting preliminary -1-1 TDR gas, T, E = 25 Vcm, E = 1 kvcm D T/I Voltage per GEM [V]

12 Test in größerem Prototypen MediTPC Aufbau Analyse der Gitter-Daten MediTPC Sensitives Volumen cm 3 Padgröße: 1, 27 7 mm 2 12 Reihen, 48 Pads kosmische Myonen 95% Argon, 5% CH 4 Magnetfeld 4 T DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 11/17

13 Analyse - Pulse pro Pad MediTPC Aufbau Analyse der Gitter-Daten DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 12/17

14 MediTPC Aufbau Analyse der Gitter-Daten Pulse pro Pad Gitter ist sichtbar Number of Pulses per Pad DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 13/17

15 DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 14/17 Auflösung Gitter stört nicht MediTPC Aufbau Analyse der Gitter-Daten resolution X [mm] Gas: P5 (Ar:CH4/95:5) PRELIMINARY Pad Pitch: 1.27x7.mm 2 von horizontaler Strebe abgedeckte Reihe: Punkt- Auflösung gut Residuen gut.6 grid frame.4 ChiSquared-WithPRC GlobalMethod-SigmaFixed driftlength Z [mm]

16 weniger Pulse pro Hit MediTPC Aufbau Analyse der Gitter-Daten weniger Pulse pro Hit in Gitter-Daten Pulses per Hit grid frame weitere interessante Größen Puls- und Hit-Zahl Puls- und Hit-Qualität Hit Ladung Hit Effizienzen um Gitter-Streben Spur Effizienzen DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 15/17

17 Optimierung Zusammenfassung und Ausblick Optimierung Anzahl vertikale/horizontale Streben Feldgröße zwischen Gittern Material zwischen GEMs DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 16/17

18 Zusammenfassung und Ausblick Optimierung Zusammenfassung und Ausblick Eigenschaften der Gitter-GEMs gut verarbeitbar stabiler Betrieb sichtbarer Effekt kaum störend vielversprechend Zukunft der Gitter-GEMs genaueres Studium der Daten, insbesondere um vertikale Streben Gitter-Optimierung durch Datenanalyse Entwicklung eines Large Prototype Moduls Jeannine Beck Danke, Ralf Diener, für die Hilfe bei der Datennahme und die Skripte, die mir kaum noch Arbeit übrig ließen! DPG 29 GEM-Support Struktur Lea Hallermann 17/17