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Rauscher, Felix (2005): Untersuchung des Verhaltens von Driftrohren bei starker γ Bestrahlung sowie Vermessung von Driftrohrkammern mit Hilfe von Myonen der kosmischen Höhenstrahlung. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Im Myonspektrometer des ATLAS-Detektors am LHC, bei dem Protonen mit einer Schwerpunktsenergie von 14~TeV kollidieren, werden Kammern aus Hochdruckdriftrohren zur Vermessung der Trajektorien der Myonen verwendet. Um den Impuls der Myonen aus der Krümmung ihrer Spur in dem 0.4~T starken Magnetfeld mit hinreichender Genauigkeit vermessen zu können, müssen zum einen die Driftrohre eine Ortsauflösung von $\sigma_{r} \leq 100\; \mu \text{m}$ liefern und zum anderen muss die Position jedes Annodendrahtes, also auch die Geometrie jeder Kammer, mit einer Genauigkeit von deutlich besser als 100~$\mu$m bekannt sein. Die Arbeit beschäftigt sich mit diesem Problem an zwei Fronten. Wegen der hohen Luminosität des Beschleunigers und des großen Wirkungsquerschnittes für Proton-Proton-Kollisionen, herrscht im Myonspektrometer ein erheblicher Untergrund an Photonen und Neutronen. Um das Verhalten der Driftrohre bei hoher Untergrundzählrate zu untersuchen, wurde eine Teststrahlmessung durchgeführt, bei der neben einem hochenergetischen Myonstrahl (100~GeV) auch eine 740~GBq starke $\gamma$-Quelle die Kammer beleuchtete. Mittels eines hochauflösenden Referenzdetektors aus Silizium-Streifenzählern wurden Ortsauflösung und Effizienz bei unterschiedlichen Untergrundstrahlungsniveaus untersucht. Eine Möglichkeit die Ortsauflösung zu verbessern, in dem mittels einer in die Ausleseelektronik integrierten Pulshöhenmessung die Abhängigkeit zwischen Signalzeit und Pulshöhe betrachtet wird, wurde untersucht und weiterentwickelt. Damit konnte die Auflösung unabhängig von der Photonenbestrahlung um 13~$\%$ verbessert und die angestrebte Ortsauflösung von 100~$\mu$m selbst beim Dreifachen der erwarteten Untergrundstrahlung erreicht werden. In Zusammenarbeit mit dem Max-Plank-Institut für Physik in München und dem Joint Institute for Nuclear Research in Dubna werden 88 der 1226 Myonkammern gebaut. Zur ersten Inbetriebnahme und Überprüfung der Qualität dieser Kammern wurde der Höhenstrahlmessstand eingerichtet. Insbesondere kann dort die Geometrie einer Kammer bestimmt werden, in dem sie zwischen zwei Referenzkammern eingebaut wird, deren Geometrie mit einem Röntegentomographen genau vermessen wurde. Mit Hilfe dieser Kammern wird die Spur des kosmischen Myons bestimmt. Aus systematischen Abweichungen zwischen dieser Referenzspur und den Messungen in der zu testenden Kammer, kann die Position eines jeden Drahtes mit einer Genauigkeit in der Größenordnung 10~$\mu$m bestimmt werden. Diesbezüglich wird die Arbeit von Oliver Kortner~\cite{olivers_dis} fortgesetzt, also der Messstand hin zu drei vollständig ausgelesenen Kammern ausgebaut und seine Leistungsfähigkeit überprüft. Der Messstand erlaubt es, mechanische Ungenauigkeiten der Kammern, die allerdings nur selten vorkommen, zuverlässig zu finden und zu quantifizieren. Dadurch sind auch Kammern die von der Normgeometrie abweichen vollständig beim ATLAS-Experiment einsetzbar, wenn die im Messstand ermittelten Geometrieparameter in der Spurrekonstruktion berücksichtigt werden.