Untersuchung des Verhaltens von Driftrohren bei starker γ Bestrahlung sowie Vermessung von Driftrohrkammern mit Hilfe von Myonen der kosmischen Höhenstrahlung

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.