ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2010, № 6, с. 21-23
ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
УДК 539.1.074
ПРИБОРЫ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОБОЕВ В ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫХ ДРЕЙФОВЫХ КАМЕРАХ ТРЕКОВОГО ДЕТЕКТОРА ПЕРЕХОДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА ATLAS
© 2010 г. К. И. Жуков, В. А. Канцеров*, |С. В. Муравьев, А. П. Шмелева
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 53 *Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" Поступила в редакцию 07.04.2010 г.
Трековый детектор переходного излучения, являясь частью установки ATLAS на ускорителе LHC в ЦЕРН, выполняет функцию как координатного детектора, так и детектора переходного излучения, и состоит примерно из 400000 пропорциональных дрейфовых камер, заполненных смесью Xe + + CO2 + O2. При работе детектора возможны электрические пробои, которые могут привести к поломке детектирующего элемента. Для диагностики и поиска пробивающихся п.д.к. был разработан прибор, позволяющий по анализу сигналов с анода выявлять дефектные п.д.к. и исключать их из работы детектора.
Трековый детектор переходного излучения (т.д.п.и.) является одним из внутренних детекторов эксперимента ATLAS на ускорителе LHC в CERN [1]. Этот детектор является как координатным, так и детектором переходного излучения, обеспечивающим режекцию электронов от адронов.
Т.д.п.и. состоит из ~400000 пропорциональных дрейфовых камер (п.д.к.), каждая из которых представляет собой тонкостенную цилиндрическую трубочку (катод) с анодной проволочкой по центру. Трубочки заполнены газовой смесью: 70%Xe + 27%CO2 + 3%O2. На катод п.д.к. подается высокое напряжение 1450 В отрицательной полярности. Как и в любом газовом детекторе, в т.д.п.и. возможны случайные пробои между анодом и катодом вследствие образующихся неодно-родностей на поверхности катода или анода либо из-за провисания анодной проволочки. Тонкие стенки катода (около 200 мкм) могут быть повреждены в результате пробоев вплоть до прогорания поверхности и образования отверстий. Это недопустимо, так как приводит к утечке дорогостоящего газа Xe. В связи с этим высоковольтная (в/в) система питания п.д.к. построена таким образом, что позволяет в любых условиях работы детектора отключать пробивающиеся трубочки путем пережигания специального предохранителя [2], через который осуществляется питание группы из 8 трубочек. При этом все 8 п.д.к. исключаются из работы детектора. Диагностика дефектных п.д.к. осуществляется на уровне высоковольтного источника питания по превышению среднего тока потребления относительно заданного порога за определенный интервал времени. Алгоритм и ме-
тодика диагностики изложены ранее в описании высоковольтной системы питания [3].
При работе с т.д.п.и. на стенде, а также во время большой остановки на пучке есть возможность исключать из работы отдельные п.д.к., а не всю группу из 8, например, путем выпаивания последовательного резистора (~20 Ом) в анодной цепи.
Диагностика отдельной пробивающейся п.д.к. возможна путем анализа сигналов с анодов при пробое п.д.к. и проводилась на стенде, схема которого приведена на рис. 1. Для исследований использовался прототип — фрагмент т.д.п.и. на 32 трубочки. Пробои в одной п.д.к. инициировались прогибанием трубочки в области облучения радиоактивным источником 55Бе. На вход осциллографа сигнал подавался непосредственно с анода без усиления. Типичная картина сигналов с анода пробивающейся п.д.к. представлена на рис. 2. Последовательно включенные диоды в анодной цепи подавляют наведенные пробоем положительные сигналы в невозмущенных п.д.к.
Объединение всех анодов исследуемой группы п.д.к. (рис. 1) позволяет обнаружить наличие пробивающейся п.д.к. в группе. Затем можно проска-нировать аноды каждой п.д.к. Чтобы выявить отдельную пробивающуюся п.д.к., сигналы с анодов могут быть сформированы с помощью дискриминатора и поданы на пересчет. Число импульсов пробоя в заданном интервале времени дает объективную оценку состояния п.д.к.
На основе проведенных исследований был разработан и изготовлен прибор-тестер для диагностики каждой из пробивающихся п.д.к. в
22
ЖУКОВ и др.
Рис. 1. Схема стенда, на котором проводилась диагностика отдельной пробивающейся камеры.
группе из 32 п.д.к., составляющих один так называемый WEB-разъем т.д.п.и.
Схема прибора представлена на рис. 3. Серия аналоговых ключей МАХ313СРЕ выполняет функ-
Рис. 2. Осциллограмма сигналов с анода отдельной пробивающейся п.д.к.: 1 — пробой, 2 — сигнал с анодной проволочки. Масштабы: по вертикали — 2 В/деление (1), 0.2 В/деление (2), по горизонтали — 0.2 мкс/деление.
цию подключения каждого анода группы из 8 п.д.к. к схеме регистрации числа пробоев. Управление ключами осуществляется с помощью переключателя на 9 положений (0—8), таким образом, номер группы из 8 п.д.к. определяется номером монитора, а положение переключателя определяет номер п.д.к. в группе. Четыре аналогичных монитора, управляемых одним переключателем, обслуживают 32 п.д.к. детектора. При нулевом положении переключателя (0) все 32 п.д.к. подключаются к мониторам, что необходимо в начале теста для обнаружения хотя бы одной пробивающейся п.д.к. во всем секторе из 32 п.д.к. Таким образом, сразу определяется наличие или отсутствие пробивающейся п.д.к. в группе. Схема регистрации высвечивает в двоичном коде количество пробоев в соответствующей п.д.к. Необходимо уточнить, что пробоев должно быть несколько, потому что довольно часто при включении возможны одиночные пробои, которые не опасны для работы п.д.к.
Кроме пробоев между анодом и катодом внутри п.д.к., возможны пробои по высокому напряжению вне п.д.к., в области подключения высокого напряжения к катоду, а также по поверхности печатной платы или в случае дефектной емкости высоковольтного фильтра. Поскольку высокое напряжение подается на катоды всей группы из 8 п.д.к. (см. рис. 1), поиск места пробоя возможен путем анализа сигналов с анодов всех 8 п.д.к. одновременно. Следует отметить, что в случае пробоя высокого напряжения с катода на землю, на анодах появляется наведенный сигнал положи-
23
ПРИБОРЫ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОБОЕВ
Рис. 3. Схема прибора-тестера для поиска пробивающейся п.д.к.
тельной полярности, в отличие от сигнала при пробое анод-катод внутри п.д.к.
Здесь критическим является появление хотя бы одного пробоя. Изоляция на воздухе должна быть абсолютно надежной.
Тестер прошел испытания и использовался при тестировании т.д.п.и. на стендах и во время сборки детектора перед погружением в шахту эксперимента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. The ATLAS Experiment at CERN Large Hadrons Collider// J. Instrumentation. 2008. V. 3. № S08003.
2. Воронов С.А., Воронов Ю.А., Онищенко Е.М. и др. Разработка и создание высоковольтных предохранителей для трекового детектора переходного излучения в эксперименте ATLAS. Препринт МИФИ. М., 2003.
3. Жуков К.И., Канцеров В.А., Муравьев С.В. и др. // ПТЭ. 2009. № 5. С. 66.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.