DPG-Frühjahrstagung Bonn Entwicklung und Bau des AMS-Übergangsstrahlungsdetektors

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1 DPG-Frühjahrstagung Bonn Entwicklung und Bau des AMS-Übergangsstrahlungsdetektors S. Fopp W. Karpinski, T. Kirn, K. Lübelsmeyer, J. Orboeck, S.Schael,A.SchultzvonDratzig,G.Schwering, T. Siedenburg, R. Siedling, W. Wallraff I. Phys. Institut der RWTH Aachen Physics AC-I S. Fopp

2 Inhaltsübersicht Aufbau des AMS02-TRD Aufbau der Strawmodule Testapparaturen zur Qualitätskontrolle/ Weltraumtauglichkeit Preview Test Drahtspannungsmessung Serientest Gasverstärkungsmessung Zusammenfassung und Ausblick S. Fopp Physics AC-I 1

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6 TRD-Abmessungen: - Bauhöhe: 621 mm - Durchmesser: 2220 mm Serienproduktion: 328 TRD-Module - Start: April Strawmodullängen: 858 mm 2023 mm Gas/HV-Versorgung, Ausleseelektronik - Gasgruppierung: 8Module=1Gaskreislauf - HV-Versorgung 4 Module 1 HV-Board - Auslese mit VA-Vorverstärker (32 Auslesekanäle) 4 Module 1Read-OutBoard S. Fopp Physics AC-I 5

7 TRD-Module 23 mm RADIATOR Straw 6 mm Radiator: Fasermaterial (LRP 375BK) Strawwände (ATLAS bzw. HERA-B-Material): Inside Polyurethane layer 5µm Outside Conductive Conductive Carbon-polyimide layer Carbon polyimide layer 6 µm 6µm Aluminium layer Aluminium layer 0.2µm 0.2µm Kapton film Kapton film 25µm 25µm AC-TRD µm dicker vergoldeter Wolfram-Draht S. Fopp Physics AC-I 6

8 Strawmodule Zählgas: Xe/CO 2 (80:20) TRD-Gasvorrat: 48 kg TRD-Gesamtvolumen: 300 l Betriebsdruck: p = 1200 mbar Gasfluss: f = 1 l/h (in einem Gaskreislauf) HV: U = 1600 V = Gasverstärkung: 4000 S. Fopp Physics AC-I 7

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10 Weltraumtauglichkeit Vibrationstest (Strawmodule, Oktagon) - NASA Vorgabe: f res > 50 Hz - Messung: 100 Hz Thermische Studien (Isolation, Kühlung) Homogenität der Temperatur im TRD: ± 1 K Ausgasrate des Radiators NASA-Limit: g s cm 2 = Unterschritten Gasdichtigkeit der Straws HV-Festigkeit der Auslese-Boards Geradlinigkeit der Strawmodule Abweichung: max. 50 µm S. Fopp Physics AC-I 9

11 Strawmodul Produktion Glueing of 16 straws + stiffeners Endpieces glued to straws FVT AC I Wire tensioning SF Signal Feedthrough WTM Wire Tension Measurement Gasgain GG PVT Preview-Test Serial Test ST SF Straw Module Potting + HV-board mounting SF Final Potting S. Fopp Physics AC-I 10

12 Fa. FVT: Strawmodul Produktion Verkleben der 16 Straws, CFC Verstärkungen (Reinraum, 2 Module pro Tag) AC I: Ankleben der Endstücke (Reinraum) Spannen der W-Signaldrähte, krimpen (Reinraum) - SF: Signal-Durchgangsmessung - WTM: Drahtspannungsmessung (Eigenfrequ.) - PVT: Preview-Test (Rauschspektrum(HV,Ar/CO 2 )) Verkleben der Module, Anbringen der HV-Boards - SF Endgültiges Verkleben der Module Funktionstests: - ST: Serientest, Gasdichtigkeit, Dunkelstrom/Korona - GG: Gasverstärkung (Xe/CO 2,Fe 55 TMS) S. Fopp Physics AC-I 11

13 WTM: Drahtspannungsmessung 4L2f 2 ρl m= g (ρl,w olf ram = kg m) Qualita tskontrolle: (100 ± 10) g S. Fopp Physics AC-I 12

14 Drahtspannungsmessung 40cm langes Straw-Modul Chamber 5 f res / Hz wire Tension / g Lwir = m ρ l = Kg/m wire S. Fopp Physics AC-I 13

15 PVT: Preview Test Anzahl von elektr. Pulsen über einer festgelegten Diskriminatorschwelle (HV, Ar/CO 2 ) 1600 V HV Vessel o: 16cm L: 220 cm V: 45 l 100s UTE TUBE Ar / CO 2 & 16 Ch WIRE Discr. TMS Pump 600 l/h Counter Qualitätskontrolle: wird noch festgelegt S. Fopp Physics AC-I 14

16 6 Strawmodule parallel ST: Serientest Überdrucktest: p=2.5 bar 5 l mbar Gasdichtigkeit: q 2 10 s (40cm Strawmodul, p=2.0 bar, t=100 h) 6 l mbar (gem. Leckrate eines Strawmoduls: q =2 10 s ) Dunkelströme (u.a. HV-Festigkeit): I W (Entkopplungskondensator) I T (Kammerkörper) I C (Strawmodulhalterung) Qualitätskontrolle: ΣI <50 na S. Fopp Physics AC-I 15

17 ST: Serientest Th. Siedenburg HV P Ar / CO 2 P N 2 P Vessel for 6 Chambers I C I T I (pa) I W d.p. FM a.p. Pump 900 l/h Ar / CO2 a.p. a.p. a.p. a.p. a.p. a.p. S. Fopp Physics AC-I 16

18 ST: Serientest S. Fopp Physics AC-I 17

19 GG: Gasverstärkungsmessung Kalibration aller Straws (Xe/CO 2 )G(HV) FM Xe / CO2 P abs. P.Gauge Pump 900 l/h P diff.p.gauge Qualitätskontrolle: Variation von Straw zu Straw < 3% S. Fopp Physics AC-I 18

20 GG: Gasverstärkungsmessung counts Straw1 p T = mbar U = 1600V flow: 0,5l/h keV ADC channel S. Fopp Physics AC-I 19

21 gas gain GG: Gasverstärkungsmessung 5500 p T = mbar U = 1600V 5000 flow: 0,5l/h norm. 20 o C, 1013mbar 4500 mean: mean: straw 5 4 p T = mbar U = 1600V flow: 0,5l/h norm. 20 o C, 1013mbar σ=0.7% rel. gas gain S. Fopp Physics AC-I 20

22 Zusätzliche Messungen Bestimmung der Drahtposition (Röntgengerät) Langzeittest: 8 Strawmodule = 1 TRD Gasgruppe im Vakuum Messung der Gasverstärkung G(HV, ρ, Fluss, Gemisch) (im geschlossenen Gaskreislauf) = Langzeitverhalten der Gasverstärkung Vibrationstest Geradlinigkeit der Strawmodule Thermovakuum-, Akustiktest S. Fopp Physics AC-I 21

23 Zusammenfassung undausblick Design der Strawmodule/Tragestrukutur (Oktagon): abgeschlossen Produktionsablauf: festgelegt Testapparaturen: im Aufbau Beginn der Serienproduktion: April 2001 Weiterer Zeitplan: Produktion der Strawmodule: 04/ /2002 Produktion des Oktagons: - 06/2001 Produktion der Ausleseelektronik: - 03/2002 TRD Zusammenbau: - 03/2002 TRD im Thermovakuum-, Vibrations-, Beam-Test: 04/ /2002 Installation in AMS02: 09/2002 S. Fopp Physics AC-I 22