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Ilgner, Christoph Joachim (2003): Fertigung und Inbetriebnahme einer Stroh-Driftkammerstation für das COMPASS-Experiment. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

The so-called "COMPASS" spectrometer recently put into operation at the European Laboratory for Particle Physics (C.E.R.N.) uses straw drifttubes as space sensitive detectors for tracking purposes. The presented work deals with the specification of these detectors and monitors construction and commissioning up to the investigation of their properties using a testbeam, as well as the installation into the spectrometer. It could be shown that the detectors meet the requirements of the experimental program the COMPASS spectrometer aims for, in particular determined by the necessity of an efficient detection of the D0-meson decay D0 --> K- pi+: Between the first spectrometer magnet and the ring-imaging Cherenkov counter the setup requires a system for the determination of charged-particle tracks. On one hand it has to be compact in the beam direction, on the other it must offer a high time and spatial resolution while covering the relatively large solid angle given by the aperture of the target magnet which amounts to 180 mrad. Due to this the active surface at the foreseen location will be around 10 m^2. The geometrical precision reached during production determines the precision of the information obtained on track coordinates of the decay products and thus - having an impact on the measurement of energies and momenta of the reaction products - influences the precision of the D0-meson mass measurement. Observing rare processes like the one mentioned above with high accuracy means collecting a huge sample of decay events, making it necessary to expose the detectors to high particle fluxes. Thus, particular attention was paid to the experiments concerning spatial resolution and detection efficiency, but also to the aging behaviour. The counters were manufactured at the Joint Institute for Nuclear Research (JINR) at Dubna (Russian Federation), which means that the production was also challenging in terms of logistics. Where necessary not only the production technology but also details concerning the work organization and materials flow are described.

Abstract

Das kürzlich am Europäischen Laboratorium für Teilchenphysik (C.E.R.N.) in Genf (Schweiz) in Betrieb genommene Spektrometer "COMPASS" verwendet Stroh-Driftkammern als ortsauflösende Detektoren zur Spurverfolgung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit ihrer Auslegung und begleitet Bau und Inbetriebnahme bis zur Untersuchung ihrer Eigenschaften am Teststrahl und ihrer Montage im Spektrometer. Es konnte gezeigt werden, dass die eingesetzten Detektoren den Anforderungen des mit dem COMPASS-Spektrometer geplanten Experimentierprogrammes genügen, welche vor allem durch die Notwendigkeit eines effizienten Nachweises des D0-Mesonen-Zerfalls D0 --> K- pi+ bedingt sind: Zwischen dem ersten Spektrometermagneten und dem ringabbildenden Tscherenkow-Zähler benötigt der Aufbau ein System zur Verfolgung der Spuren geladener Teilchen. Es soll - obwohl in Strahlrichtung kompakt - bei hoher Orts- und Zeitauflösung den durch die Apertur des Target-Magneten vorgegebenen vergleichsweise großen Raumwinkel von 180 mrad abdecken, wodurch sich am vorgesehenen Einsatzort aktive Flächen der Größenordnung 10 m^2 ergeben. Die bei der Zählerproduktion erreichte geometrische Präzision bedingt die Genauigkeit der Messung der Teilchenspurkoordinaten und damit - über die Ermittlung von Energie und Impuls der Zerfallsprodukte - den Fehler der D0-Massenbestimmung. Seltene Prozesse wie den erwähnten mit hoher Genauigkeit zu beobachten erfordert die Aufnahme einer großen Zahl von Zerfallsereignissen, weswegen die Detektoren hohen Teilchenflüssen ausgesetzt sein werden. Aus diesen Gründen galt besonderes Augenmerk den Experimenten zu Ortsauflösung und Nachweiseffektivität, aber auch zum Alterungsverhalten. Die Zähler wurden am Vereinigten Institut für Kernforschung (VIK) in Dubna (Russische Föderation) hergestellt, weswegen die Fertigung auch in logistischer Hinsicht eine Herausforderung darstellte. An entsprechender Stelle wird daher nicht nur auf die Produktionstechnologie, sondern auch auf Einzelheiten zur Gestaltung von Arbeitsabläufen und die Materialflüsse eingegangen.