Прецизионная дрейфовая трубка

 

Полезная модель относится к детекторам измерения траекторий заряженных частиц и может быть применена в физических экспериментах на ускорителях и с космическим излучением, а также в мюонных томографах. Технический результат заявленной полезной модели: обеспечивается более точное позиционирование анодной проволокой, чем при базировании относительно тела трубы; обеспечивается точное (˜10 мкм) позиционирование анодной проволоки относительно внешней поверхности торцевого элемента; обеспечивается надежная фиксация трубы, так и надежная герметизация ее внутреннего объема. Заявленный технический результат достигается за счет того, что прецизионная дрейфовая трубка, содержащая корпус из тонкостенной алюминиевой трубы, торцевой элемент, анодную проволоку, отличающаяся тем, что корпус выполнен имеющим функцию катода, торцевой элемент выполнен из пластика с центральной металлической вставкой, в которую запрессована позиционирующая проволоку пластина, и с внешней металлической втулкой, функция которой - подача нулевого потенциала на корпус, а также торцевой элемент выполнен с возможностью ограничения газового объема внутри дрейфовой трубки и выполняет функцию конструктивного элемента, в который вставлено резиновое уплотнительное кольцо, функция которого - герметизация внутреннего объема, причем внутри корпуса встроена пластина, функция которой - позиционирование проволоки, и обжимная трубка, функция которой - фиксация анодной проволоки.

Область применения

Полезная модель относится к детекторам измерения траекторий заряженных частиц и может быть применена в физических экспериментах на ускорителях и с космическим излучением, а также в мюонных томографах.

Уровень техники

Дрейфовые трубки широко используются в качестве детектирующих ячеек трековых детекторов большой площади, например больших мюонных камер [1, 2]. От современных трековых детекторов большой площади требуется высокое пространственное разрешение (˜100 мкм) при собственных гигантских размерах до 6×2 кв.м. Для достижения такого высокого разрешения требуется высокая точность (˜20 мкм) позиционирования всех анодных проволок камеры.

В традиционных дрейфовых трубках базисным опорным элементом при сборке дрейфовых трубок в детектирующие блоки (камеры) служит сама труба, т.е. анодная проволока с максимально возможной точностью позиционируется в центре трубы, а функции торцевых элементов дрейфовых трубок при этом ограничиваются герметизацией газового объема и фиксацией анодной проволоки в центре. Очевидно, что при таком подходе точность позиционирования анодной проволоки определяется допусками на трубу (прямолинейность, однородность диаметра подлине, овальность), а значит, при массовом производстве 20 мкм точность не может быть достижима, что является существенным недостатком. Кроме того, в традиционных методах фиксация торцевых элементов в трубе и герметизация внутреннего объема дрейфовой трубки обеспечивается клеем. Достаточно длительное время отверждения клея является существенным фактором, сдерживающим темп сборки трубок. Таким образом, к недостаткам традиционных дрейфовых трубок можно отнести: использование тела трубы, а не точных торцевых элементов в качестве позиционирующих анодную проволоку базовых элементов; использование клея для фиксации торцевых элементов в трубе; использование клея для герметизации внутреннего объема дрейфовой трубки. Как

результат: итоговое пространственное разрешение традиционных дрейфовых трубок - не лучше 0,2 мм; темп их сборки достаточно медленный.

Технический результат заявленной полезной модели: обеспечивается более точное позиционирование анодной проволокой, чем при базировании относительно тела трубы; обеспечивается точное (˜10 мкм) позиционирование анодной проволоки относительно внешней поверхности торцевого элемента; обеспечивается надежная фиксация трубы, так и надежная герметизация ее внутреннего объема.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показано конструктивное устройство дрейфовой трубки, где 1 - корпус из тонкостенной (0,4-1 мм) алюминиевой трубы диаметром 30 - 60 мм, 2 - торцевой элемент из пластика с центральной металлической вставкой и с внешней металлической втулкой, 3 - анодная проволока, 4 - уплотнительное резиновое кольцо, 5 - пластина с отверстием, 6 - трубка обжимная.

Реализация полезной модели

Заявленный технический результат достигается за счет того, что прецизионная дрейфовая трубка, содержащая корпус из тонкостенной алюминиевой трубы, торцевой элемент, анодную проволоку, отличающаяся тем, что корпус выполнен имеющим функцию катода, торцевой элемент выполнен из пластика с центральной металлической вставкой, в которую запрессована позиционирующая проволоку пластина, и с внешней металлической втулкой, функция которой - подача нулевого потенциала на корпус, а также торцевой элемент выполнен с возможностью ограничения газового объема внутри дрейфовой трубки и выполняет функцию конструктивного элемента, в который вставлено резиновое уплотнительное кольцо, функция которого - герметизация внутреннего объема, причем внутри корпуса встроена пластина, функция которой - позиционирование проволоки, и обжимная трубка, функция которой - фиксация анодной проволоки. Прецизионная дрейфовая трубка предлагаемой конструкции состоит из следующих основных элементов (см. Фиг.1). Из корпуса (1) - тонкостенной (0,4-1 мм) алюминиевой трубы диаметром 30-60 мм. Корпус выполняет функцию катода и ограничивает газовый объем. Торцевой элемент (2) выполнен из пластика с центральной металлической вставкой, в которую запрессовывается позиционирующая проволоку пластина, и с

внешней металлической втулкой, через которую подается нулевой потенциал на корпус (алюминиевую трубу). Торцевой элемент (2) служит для ограничения газового объема внутри дрейфовой трубки и выполняет функцию конструктивного элемента, в который вставляется резиновое уплотнительное кольцо (4) для герметизации внутреннего объема, встроены позиционирующая проволоку пластина (5) и трубка для обжима (фиксации) анодной проволоки (6). Анодная проволока (3) служит для подачи на нее положительного потенциала для сбора дрейфующих электронов, появляющихся вдоль трека заряженной частицы в результате ионизации рабочего газа при пролете частицы в электрическом поле внутри трубки. Уплотнительное резиновое кольцо (4) предназначено для герметизации внутреннего объема дрейфовой трубки. Пластина с отверстием (5) служит для точного позиционирования анодной проволоки. В трубке обжимной (6) фиксируется (обжимается) натянутая внутри трубки анодная проволока.

В предлагаемой конструкции роль базисных опорных элементов отводится торцевым элементам, а не трубе в отличие от традиционных дрейфовых трубок. Торцевые элементы (2), которые по-прежнему служат для герметизации газового объема дрейфовой трубки и фиксации натянутой по ее оси анодной проволоки (3), изначально изготавливаются с достаточно точной (˜5 мкм по внешнему диаметру) опорной поверхностью, диаметр которой немного превышает диаметр трубы (1). На следующем этапе во встроенной в торцевой элемент пластине (5) просверливается либо прожигается лазерным лучом точное отверстие диаметром на 5-10 мкм больше диаметра анодной проволоки, с минимальным отклонением от оси опорной поверхности (допустимый эксцентриситет - ˜ 5-10 мкм). Именно с этой точностью (˜10 мкм) удается обеспечить позиционирование анодной проволоки.

Склейка отдельных дрейфовых трубок в детектирующий блок осуществляется с использованием позиционирующих шаблонов, обеспечивающих позиционирование опорных поверхностей торцевых элементов с точностью 5-10 мкм. В итоге точные опорные поверхности торцевых элементов позволяют «передать» высокую точность позиционирования анодных проволок от отдельных дрейфовых трубок детектирующему блоку (камере) в целом, обеспечивая итоговую точность взаиморасположения анодных проволок в блоке 20 мкм.

Таким образом, использование точных внешних поверхностей торцевых элементов в качестве базовых позволяет более точно позиционировать анодную проволоку, чем при базировании относительно тела трубы. Использование встроенной в торцевой элемент

пластины, в которой позиционирующее проволоку отверстие просверливается (либо прожигается лазерным лучом) с базированием относительно точной внешней поверхности этого торцевого элемента, позволяет обеспечить точное (˜10 мкм) позиционирование анодной проволоки относительно этой точной внешней поверхности. Обжим трубы на торцевых элементах через уплотнительные резиновые кольца обеспечивает как надежную фиксацию трубы, так и надежную герметизацию ее внутреннего объема.

Итоговая геометрическая точность дрейфовых трубок составляет 20 мкм.

Осуществимость: В Государственном научном центре Российской Федерации - Институте физики высоких энергий (ГНЦ ИФВЭ) отлажен стенд, позволяющий массово производить дрейфовые трубки описанной конструкции с производительностью ˜ 5 мин./шт.

Источники информации:

1. C.Brown etc. "DO Muon system with proportional drift tube chambers". NIM A279 (1989)331-338;

2. Ю.М.Антипов и др. «Модули дрейфовых трубок из алюминиевых сплавов размером 3,5×0,5 кв.м». Препринт ИФВЭ 90-21.

Прецизионная дрейфовая трубка, содержащая корпус из тонкостенной алюминиевой трубы, торцевой элемент, анодную проволоку, отличающаяся тем, что корпус выполнен имеющим функцию катода, торцевой элемент выполнен из пластика с центральной металлической вставкой, в которую запрессована позиционирующая проволоку пластина, и с внешней металлической втулкой, функция которой - подача нулевого потенциала на корпус, а также торцевой элемент выполнен с возможностью ограничения газового объема внутри дрейфовой трубки и выполняет функцию конструктивного элемента, в который вставлено резиновое уплотнительное кольцо, функция которого - герметизация внутреннего объема, причем внутри корпуса встроена пластина, функция которой - позиционирование проволоки, и обжимная трубка, функция которой - фиксация анодной проволоки.



 

Наверх