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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
3/16
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
4/16
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 ⇒
5/16
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
6/16
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
7/16
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
8/16
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
9/16
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
10/16
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.
11/16
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.
13/16
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
14/16
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.
15/16
(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)
16/16