Max-Planck-Institut fur Physik

(Werner-Heisenberg-Institut)

Serienfertigung der Driftrohrkammernfur das ATLAS-Myonspektrometer

Sandra Horvat, Jorg Dubbert, Oliver Kortner, Serguei Kotov,

Hubert Kroha, Susanne Mohrdieck-Mock, Robert Richter

DPG Tagung • Dortmund • 28. - 31. Marz 2006

1/16

ATLAS-Myonspektrometer

Genaue Messung der Myonimpulse im toroidalen Magnetfeld:

(2700 Triggerkamern, 1200 Prazisionskammern)

Anforderungen:

∆pTpT

=3-10% fur

pT=10-1000 GeV/c

⇓Auflosung der

Spurkrummung

in 3-Kammer-Turmen:

50 µm.

23 m

ToroidMagnetfeld: 0.3 − 1.2 T

46 m

Myonkammern

µ

(Monitored Drift Tube, MDT)

88+13 Prazisionskammern fur die außerste Lage des Barrelbereiches

(BOS, Barrel Outer Small) wurden 2001-2005 am MPI gefertigt.

2/16

MDT-Driftrohrkammern

x

y

z

������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������MI

RO

HV

Breite: 1 −2 m

4.

Multilage

Multilage

3 oder 4Lagen der

Driftrohre Länge: 1−6 m

optische Überwachung

LED

kodierte

CCD

2f 2f

Maske

Linse

W−Re Anodendrahtd = 0.050 mmAl Rohrwand

d = 29.970 mm

2Driftrohr: Ar:CO (93:7), Gasverstärkung 2 10 (3080 V)

Genauigkeit der Drahtpositionierung in einer Kammer: 20 µm (r.m.s)

⇒ strenge Anforderungen an die Kammermontage

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Kammerprodution am MPI

88 sechslagige Kammern,3920 mm Lange , verschiedene Breiten:

62 × 2160 mm

4 × 1920 mm

6 × 1440 mm

4 × 1200 mm

12 × 1920 mm mit Ausschnitt

10 von 13 zusatzliche Reservekammern als Ersatzkammern benotigt:

4 Kammern ausgetauscht wegen Verformungen nach der Montage.

6 Kammern ausgetauscht wegen Risse in den Verschlussstopfen an

den Rohren.

Jan

01

Jun

01

De

z 0

1

Jan

02

Jun

02

De

z 0

2

Jan

03

Jun

03

De

z 0

3

Jan

04

Jun

04

De

z 0

4

Jan

05

Jun

05

De

z 0

5

3 4 1 12

3 2 2 11

59Anzahl der Kammern:

Produktionsdatum für 88 BOS−MDT−Kammern (nach dem Austausch)

ohne Entwicklungs−und Umbauphasen:

7−9 Tage/Kammer

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Kammermontage im Reinraum

x

zy

optischeÜberwachung

BOS−Kammer

Granittisch

Fühlerlehre

3.92 m, ~350 kg

Driftrohrlagen werden nacheinander an die Tragestruktur geklebt.

Vorgehensweise fur jede Driftrohrlage:

Drahtzentrierung im Rohr: 7 µm

Rohrpositionierung in Kammen: 5 µm,

Verteilung des Klebstoffs auf die Rohre

Tragestruktur abgesetzt auf den Tisch,

6 Stutzturme ermoglichen eine

Positionierungsgenauigkeit von 5 µm

Kammerverformung unter Eigenlast

kompensiert anhand der Druckluftzylinder

mechanische und optische Positions-

uberwachung, Genauigkeit 10 µm ⇒

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Optische Geometrieuberwachung

Optisches Uberwachungsystem ”RASNIK”:

LED

CCD

2f 2f

kodierteMaske

Linse

RASNIK-Lichtachsen an der Kammer und am Montagetisch:

(Ansicht von oben)

x

z

y

����

����

������

������

����

����

����

����

����

����

������

����

����

��������

��������

CCD

LEDLINSE

HV Crossplate MI Crossplate RO Crossplate

Longbeam

Longbeam

Legende:

Kammer−Montagetisch Sensoren:

Sensoren an der Kammer:Messung der Verbiegung

Messung der Abstände und Winkelzwischen Rohrlagen

unter Eigengewicht

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Geometrieuberwachung: benachbarte Rohrlagen

zy

∆y

z=15.018 mm∆∆y=26.034 mm∆α =0

Nominelle Parameter:

∆zhorizontaler Versatz

1

2

3

4

5

6

Lagenabstandvertikaler

Rohrlage: 14.95

15.00

15.05

15.10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Kammernummer

∆z (

mm

)25.95

26.00

26.05

26.10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Kammernummer

∆y (

mm

)

−20

0

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Kammernummer

∆αx

(µra

d)

Lage1−Lage2Lage2−Lage3

Lage4−Lage5Lage5−Lage6

σ(∆z)=9 µm, σ(∆y)=12 µm, σ(∆α)=5 µrad

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Geometrieuberwachung: Multilagen

zy δy

δ y=346.899, 346.870 mmNominelle Parameter:

δα, δz=0

1

2

3

4

5

6

Multilagenabstand

Rohrlage:−0.10

−0.05

0

0.05

0.10

0 10 20 30 40 50 60 70 80Kammernummer

δz (

mm

)346.80

346.85

346.90

346.95

347.00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Kleber: ARALDIT 2014 Kleber: DP490

Kammernummerδy

(m

m)

−40−20

02040

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Kammernummer

δαx (

µrad

)

RO−SeiteHV−Seite

σ(δz)=20 µm, σ(δy)=20 µm, σ(δα)=30 µrad

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Vergleich mit der Messung am Rontgentomographen

15% der Kammern vermessen am Rontgentomographen am CERN

Messgenauigkeit des Tomographen: 2 µm (stat.) + 2 µm (syst.)

RöntgenstrahlRöntgenstrahl

MDT−Kammer

SzintilatorenIntensitätsmessung entlang der Kammer

verfahrbare Röntgenquellen

26.02

26.03

26.04

346.85

346.9

346.95

−50

0

50

Tomo, HVTomo, RO

Überwachung, HVÜberwachung, RO

5Kammernummer

∆

δMultilagenabstand y (mm)

δ

Lagenabstand y (mm)

Multilagenversatz z ( m)

6 10 29 30 49 57 64 68 74 91

µ

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Auflosung rekonstruierter Drahpositionen

optische Uberwachung + Drahtposition relativ zur Rohrmitte

= Drahtposition (yopt , zopt) in der Kammer

−40

−20

0

20

40

0 50 100 150 200 250 300 350 400

MDT BOS#30

Differenz: (Tomograph) − (optische Überwachung)

Rohrnummer

z Tom

o − z

opt (

µm)

−40

−20

0

20

40

0 50 100 150 200 250 300 350 400

y −

y (

µm)

Multilage 1 Multilage 2

Multilage 2Multilage 1

Tom

oop

t

Rohrnummer

Alle gerontgten Kammern:

σ(PTomo − Popt) =11.3 µm

σ(PTomo − Pnominell) =13.8 µm

σ(Popt − Pnominell) =16.5 µm

————————————–

σopt= σ(Popt − Pwahr )=(11±1) µm

opt. Uberwachung empfindlich auf Geometrieabweichungen

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Mechanische Kammerprazision

00

2020

4040

0 010 1020 2030 3040 4050 5060 6070 7080 8090 90

µr.

m.s

. (

m

)

µr.

m.s

. (

m

)µr.m.s. ( m) µr.m.s. ( m)

Kammernummer Kammernummer

RASNIK Fehler

Anz

ahl d

er K

amm

ern

Anz

ahl d

er K

amm

ern

00

5

10

2.5

15

5.0

7.5

10.0

12.5

0 5 100 155 2010 2515 3020 3525 4030 35 40

MeanRMS

MeanRMS

13.42 2.776

16.15 4.287

vom nominellen GitterAbweichung der Drahtpositionen

vom gemessenen Gitter (Multilagenpar.)Abweichung der Drahtpositionen

ATLAS-Software ermoglicht eine Umstellung der nominellen

Kammergeometrie auf die gemessenen Multilagenparameter:

Mechanische Prazision ist innerhalb der Toleranz.

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Ausschnittskammern

Ausschnitte am Rande des Barrelbereiches, furs optische Alignment.

Lichtstrahl

Ausschnittskammer

LichtstrahlLichtstrahl

Wesentliche Veranderungen des Kammerdesigns und der Montage

(MI-Crossplate, Stutzturme, RASNIK-Masken, Durchhangskompensierung)

Endgultiges Design ⇒

Einjahrige Entwicklung und

Tests, 3 Dummy-Kammern.

~2660 mm

~1100 mm

12/16

Mechanische Prazision der Ausschnittskammer

30

−30

0

30

−30

0

30

−30

0

30

−30

0

30

−30

0

Abw

eich

ung

vom

nom

inel

len

Gitt

er,

Dy

(

m)

µ

0

30

−30

0 30 40 7060502010

Rohrnummer

Lage 1

Lage 6

Lage 5

Lage 4

Lage 3

Lage 2

kurze Rohre (Ausschnitt)lange Rohre

30

−30

0

30

−30

0

30

−30

0

30

−30

0

30

−30

0

−30

0

30

Abw

eich

ung

vom

nom

inel

len

Gitt

er,

Dz

(

m)

µ0 30 40 7060502010

Rohrnummer

Lage 6

Lage 5

Lage 4

Lage 1

Lage 2

Lage 3

kurze Rohre (Ausschnitt)lange Rohre

Ausschnittsbereich nur leicht versetzt im Vergleich zu den langen

Rohren, innerhalb der strengen Toleranz.

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Positionierung der Alignmentplattformen

Praxialsensoren zur Uberwachung relativer Kammerpositionen in einer Barrellage:

Praxia l SensorLinseLED-Maske

BOS3BOS1 BOS2

Sensor

Alignmentplattform

Mutilage 1

Mutilage 2

Messung der Plattformposition

• Präzision: 50µrad / 5µm in θx, θz und y

100µrad / 10µm in θy und z

z

y

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Genauigkeit der Plattformpositionierung

−0.2

−0.1

0

0.1

0.2

30 40 50 60 70 80 90 100Kammernummer

∆ y(m

m)

mechanische MessungX−tomo

Kammernummer

∆ z(m

m)

−0.2

−0.1

0

0.1

0.2

30 40 50 60 70 80 90 100

Streuung der Plattformpositionen ist innerhalb (strenger) Toleranz.

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(Kein) Ende

Mehrjahrige anschpruchsvolle Produktion der MDT-Driftrohrkammern

am MPI wurde erfolgreich abgeschlossen.

Mechanische Kammerprazision zertifiziert durch die

Positionsuberwachung wahrend der Kammermontage, so wie

Messungen am Rontgentomographen und am

Hohenstrahlmesstand (LMU, T 704.5).

Einbau in den ATLAS-Detektor ist gerade unterwegs.

⇓

ATLAS−Myonspektrometer, Magnetspulen, (August 2005)

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