Vertex detector (rus)

Вершинный детектор

Вершинный детектор КЕДРа (Рис.1) представляет собой годоскоп на основе трубочек из майлара с толщиной стенок 20 мкм. Такие ячейки механически изолированы, электрическое поле в них полностью симметрично. Благодаря этому камеры на основе трубок весьма популярны в настоящее время. Часто доступ к вершинной камере затруднен, поэтому к надежности камеры предъявляются повышенные требования. Камера на основе дрейфовых трубок хорошо удовлетворяет этому требованию. Радиальные размеры вершинной камеры ограничены радиусами 60 и 123 мм. Чувствительная длина составляет 670 мм, при этом телесный угол, полностью покрываемый камерой, равен 95%.

Рис. 1

Камера состоит из двух независимых, самостоятельных половинок. Положения трубок в каждой половинке показаны на Рис.2. Всего имеется 312 трубок в 6 цилиндрических слоях, которые образуют 3 двойных слоя. В нечетных слоях трубочки уложены максимально плотно. Зазор между ними составляет 0.5 мм. Угловые интервалы между центрами трубочек в следующем слое такие же, со сдвигом на половину шага по углу. Так что в двойных слоях нет нечувствительных областей, исключая края. Неэффективность отдельного нечетного слоя проистекает главным образом из невозможности регистрации двух частиц в одной трубке. В этом случае регистрируется только частица, ближайшая к проволочке. Но если частицы идут из пучка, другая частица оказывается ближе к проволочке в следующем слое и, таким образом, также будет зарегистрирована. Неэффективность одинарного слоя к двум близко расположенным трекам - 13%, для суперслоя - 3% (без учета дыр на краях).

Основные геометрические параметры ВД приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Диаметр трубки	10мм.
Длинна чувствительной области	670мм.
Анодная проволочка	W, 20мкм.
Радиус первого слоя	67.1мм.
Радиус последнего слоя	116.84мм.
Число слоев	6
Полное число трубок	312

Геометрия вершиного детектора обеспечивает точность восстановления вершины

sigma_d=2.2*sigma₀,

где sigma₀ представляет r-fi разрешение для одной трубки. Однако привлечение дополнительной информации от центральной дрейфовой камеры позволяет улучшить разрешение по вершине до 1.7*sigma₀. Вклад многократного рассеяния составляет 40 мкм/P(ГэВ) и связан в основном с материалом вакуумной камеры. Продольная координата не измеряется вершинной камерой.

Трубки произведены в Институте методом ультразвуковой сварки. Изготовленные этим методом трубки очень хорошо сохраняют цилиндрическую форму, в особенности после приклеивания торцевых пробок. Ненагруженная трубка с зафиксированными торцами имеет прогиб в гравитационном поле около 0.1 мм. Привлекательная черта этого модуля состоит в том, что он может выдерживать давление до 3 атм. Трубки могут работать в воздухе, так что нет необходимости в изолирующем объеме с газом вокруг вершинного детектора. Слегка напряженная трубка становится жесткой и устойчивой по отношению к кручению вдоль оси. Это существенно, поскольку стенки из майлара очень чувствительны ко всякого рода поперечным натяжениям, и специальное внимание должно быть уделено на то, чтобы выдерживать правильную цилиндрическую форму ячейки.

Были проведены исследования радиационной стойкости дрейфовых трубок. При набранном интегральном заряде 0.5 К/см, что соответствует примерно 10 годам работы накопителя на высокой энергии, падение коэффициента газового усиления составляет 25 %. Использовавшийся алюминизированный майлар экспонировался на пучке 1.5 МэВ-ных электронов, дозой 1 МРад, которая на три порядка величины превышает дозу ожидаемую в эксперименте. После облучения не было обнаружено никаких видимых повреждений или изменений механических свойств.

Канал электроники состоит из предусилителя, формирующего усилителя и оцифровки. Предусилители расположены около проволочек на обоих фланцах вершинного детектора. Они имеют время нарастания импульса 5 нс и отклик 0.3 V/pC. Выходной импульс передается через кабели - витые пары длиной 5 метров к формирователю, который расположен около детектора. Эффективный порог формирователя вместе с предусилителем составляет 0.01 pC. Он примерно в два раза ниже, чем средний импульс от одного электрона. Гуляние сигнала от удвоенного порога до очень больших значений не превышает 4 нс. Он в основном дает вклад в пространственное разрешение вблизи проволочки. Логические сигналы от формирователя передаются на оцифровщики по 50 м линии. Оцифровщики являются прямыми счетчиками TDC с разрешением 2 нс.

В качестве газовой смеси в вершинном детекторе используется углекислый газ с небольшой добавкой изобутана (до 8%). Использование холодной газовой смеси в вершинном детекторе, позволяет минимизировать диффузию. Такой выбор имеет ряд других достоинств. В большей части трубочки электрическое поле и дрейфовая скорость низкие. Это проявляется в низком вкладе точности определения времени в пространственное разрешение. Для холодного газа время дрейфа почти одинаковое как с магнитным полем, так и без него.

С другой стороны, большое время дрейфа делает сложным использование дрейфовой камеры в триггере. Основная проблема работы с холодными газами, конечно, это сильная зависимость скорости дрейфа от температуры и давления, и их нужно контролировать очень тщательно.

Для изучения различных газов, электроники и процедуры реконструкции был сделан прототип - установка "Этап", состоящая из 14 трубок которые расположены в 6 слоев, - в той же геометрии, что и в вершинном детекторе. Толщины майлара и длина были 50 мкм и 200 мм, соответственно. Камера была испытана на 1 ГэВном позитронном пучке на накопителе ВЭПП-3. При испытании прототипа были измерены температура и давление, их полная вариация не превышает 0.3%.

На Рис.3 показано разрешение дрейфовой трубки в зависимости от радиуса для разных газовых смесей.

Вершинный детектор на основе тонких трубок из майлара в настоящее время установлен в детекторе КЕДР. Вершинный детектор участвовал в заходе 1998 г при энергии J/Psi. Пример многоадронного события, зарегистрированного в вершинном детекторе, показан на Рис.4.

Последнее изменение 26-сен-2000.