LHC – проекты XXI века

Координатные строу-детекторы
Это ноу-хау динамично развивается в ЛФЧ

Началом работ по созданию координатных строу-детекторов (детекторов на основе тонкостенных дрейфовых трубок) можно считать конец восьмидесятых годов, когда были созданы трековые системы, например для изучения К_L распадов в BNL, и выполнены разработки по созданию строу-трекеров для экспериментов на SSC в США.

В настоящее время этот тип координатных газонаполненных проволочных детекторов при проектировании новых установок для экспериментов на ускорителях успешно конкурирует с такими традиционными детекторами, как многопроволочные пропорциональные и дрейфовые камеры. Это объясняется, главным образом тем, что радиационная толщина этих детекторов меньше, а цилиндрическая геометрия для каждого канала регистрации обеспечивает оптимальный временной сбор дрейфующих к анодам электронов ионизации. Простая же конструкция камер позволяет их унифицировать и широко использовать индустриальные возможности для изготовления целого ряда элементов детекторов.

Исследования этой новой модификации координатных детекторов нами были начаты около 10 лет назад и развивались по нескольким направлениям. Изучались особенности двухкоординатного считывания информации, разрабатывались типовые элементы с реализацией возможности их индустриального изготовления, создавались и исследовались специализированные прототипы.

В отличие от широко известных металлических, тонкопленочные дрейфовые трубки позволяют реализовывать двухкоординатное считывание с них, при этом координатная точность по обоим направлениям лучше или около 100 микрон. Это представляет интерес не только для экспериментов на ускорителях, но и дает новые возможности при использовании таких устройств в качестве гамма-детекторов для прикладных исследований.

Будучи детекторами с самым минимальным количеством вещества, строу-камеры наиболее предпочтительны в качестве трекеров для многих физических задач. Можно отметить, что в установках для LHC сейчас планируется использование в этом качестве практически только кремниевых и строу-детекторов. Последние позволяют сочетать возможности координатного детектора и идентификатора частиц. Так, в создаваемой установке ATLAS будет работать детектор переходного излучения - трекер, содержащий около 270 тысяч строу. Часть этого сложного и высокотехнологичного детектора со 100.000 строу будет создана в ЛФЧ ОИЯИ. Уже сейчас в режиме массового производства в ЛФЧ работают участок “рейнфорсирования” строу и участок подготовки их к последующей установке в детектор. Кроме того, завершаются работы по подготовке участка сборки детектора.

Если в детекторе ТRT ATLAS используются короткие строу (с длиной около 40 см), то в создаваемом сейчас для нового эксперимента в ЦЕРН строу-трекере COMPASS будет работать около 15.000 строу, но с длиной более 3,5 м. Восемнадцать строу-камер с чувствительной площадью около 3,6х3.0 м² будут компактно расположены на экспериментальном канале и совместно с другими трековыми детекторами использованы для восстановления треков частиц. В настоящее время одна такая камера находится в ЦЕРН и прошла там проверку, две готовы к отправке их в Женеву, ведутся интенсивные работы по созданию остальных. Конструкция и технология изготовления этих камер полностью разработаны в ЛФЧ, это наше ноу-хау. В работе принимает участие большой коллектив сотрудников ЛФЧ, НЦПИ, Опытного производства, большой объем заказов был выполнен и выполняется на российских предприятиях. При создании крайне чувствительных детекторов больших размеров проблемными становятся вопросы не только их создания, но и их жизнеобеспечения, эксплуатации, транспортировки и т.д. (На фотографиях - общий вид одной из строу-камер COMPASS и момент прибытия первой камеры в ЦЕРН).

Будучи новой модификацией проволочных координатных детекторов, строу-камеры сейчас динамично развиваются, открывая новые возможности их применения. Достаточно заметить, что эти газонаполненные детекторы независимо от их размера способны работать при давлении рабочей газовой смеси в несколько атмосфер, они эффективны в высокоплотных потоках частиц, могут быть размещены в вакууме. Следует надеяться, что в ближайшие годы можно ожидать новых интересных методических решений по использованию этих детекторов, как в ускорительных экспериментах, так и в прикладных исследованиях, проводимых ядерно-физическими методами.