English Title: Development, construction and ageing studies of straw tube drift chambers for the outer tracker of LHCb

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Abstract

Das Physikalische Institut Heidelberg ist an der Entwicklung und dem Bau des Aeusseren Spurkammersystems fuer das LHCb-Experiment am CERN beteiligt. Das Aeussere Spurkammersystem wird modular aus 5 m langen Strawtube-Driftkammern zusammengesetzt. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung von einem Driftkammer-Prototypen Ende 2001 bis zum endgueltigen Kammerdesign zum Start der Serienproduktion im Fruehjahr 2004 in Heidelberg. Basierend auf den bei der Prototypherstellung und bei anschliessenden Betriebstests gewonnenen Erfahrungen, wurden einzelne Detektorkomponenten und der Produktionsprozess in mehreren Itterationen optimiert. Zusaetzlich zu den Betriebstests des Prototypen wurden Betriebs- und Alterungstests in der Roentgenanlage des Physikalischen Instituts durchgefuehrt. Neben einzelnen Kammermaterialien wurden in speziell entwickelten Kammern zwei Zaehlgasgemische (Ar/CO2/CF4 und Ar/CO2) im Vergleich getestet und der Einfluss des Wassergehalts in den Gasen auf Korrosion oder Ablagerungen an den Anodendraehten untersucht. Als Resultat dieser Untersuchung wurde gefunden, dass unabhaengig vom Wassergehalt mit dem urspruenglich vorgesehenen Zaehlgas Ar/CO2/CF4 unkontrollierbare Alterungseffekte auftraten und Draehte angegriffen, bzw. zerstoert wurden. In trockenem Ar/CO2 konnten dagegen keine Effekte beobachtet werden, die den Betrieb der Strawtube-Driftkammern gefaehrden. Daher soll es fuer den Betrieb im Aeusseren Spurkammersystem von LHCb verwendet werden.

Translation of abstract (English)

The Institute of Physics in Heidelberg participates in the development and construction of the Outer Tracker (OT) of LHCb at CERN. The OT is a modular system of straw tube drift chambers of up to 5 m length. This thesis reports the prototyping at the end of 2001 and the developments up to the definite design at the beginning of the mass production in spring 2004 at Heidelberg. Based on the experience gained from the prototype production and following operation tests, several components of the chamber, as well as the production process were gradually optimized. In addition to the operation tests of a full size prototype, ageing studies were performed with specially designed chambers at the X-ray facility of the Institute of Physics. Two drift gases Ar/CO2/CF4 and Ar/CO2 were tested to compare their ageing properties. Moreover the impact of the water content in the gases on wire etching and deposits on the anode wires was studied. In addition the possible impact of different construction materials on ageing was studied. As a result of this studies, it was found that uncontrollable effects occured independent of the water content with the drift gas Ar/CO2/CF4, which was the baseline solution, and some wires were damaged or even destroyed. In contrast, with dry Ar/CO2 no ageing effects were observed, which affects the operation of the straw tube drift chambers. This gas will therefore be used as drift gas for the Outer Tracker of LHCb.