Large Area Resis+ve Micromegas for the Upgrade of the - PowerPoint PPT Presentation

MPGD ¡@ ¡INSTR ¡-­‑ ¡17 ¡ Giovanni Maccarrone INFN – Laboratori Nazionali di Frascati On behalf of the ATLAS Muon Collaboration Large ¡Area ¡Resis+ve ¡Micromegas ¡ ¡ for ¡the ¡Upgrade ¡of ¡the ¡ ¡ ATLAS ¡Muon ¡Spectrometer ¡ Instrumentation for Colliding Beam Physics (INSTR-17) Budker Institute of Nuclear Physics (BINP) and Novosibirsk State University (NSU) Novosibirsk, Russia 27 February - 03 March, 2017. G.Maccarrone ¡INFN-­‑LNF ¡ Instr17-­‑Novosibirsk-­‑2/Mar/17 ¡ 1/17 ¡

Outline ¡ u The ¡Start ¡of ¡the ¡MicroMegas ¡Detector ¡ u The ¡MicroMegas ¡EvoluGon ¡ ResisGve ¡(principal ¡of ¡operaGon) ¡ § Bulk ¡(technical ¡for ¡easier ¡and ¡effecGve ¡industrial ¡producGon) ¡ § ¡ u The ¡New ¡Small ¡Wheel: ¡The ¡phase-­‑1 ¡upgrade ¡of ¡the ¡forward ¡muon ¡spectrometer ¡ The ¡Actual ¡Small ¡Wheel ¡ § The ¡New ¡Small ¡Wheel ¡ § u The ¡Large ¡Area ¡resisGve ¡MM ¡for ¡the ¡NSW ¡in ¡ATLAS ¡ Detector ¡Structure ¡ § Construction and Quality Assurance of Large Area RO ¡Boards ¡ § Resistive Strip MicroMegas for the Upgrade of the RO ¡Panels ¡ § ATLAS Muon Spectrometer DriS ¡Panels ¡ § By Philipp Loesel Panels ¡Assembly ¡ § u Final ¡Quadruplet ¡and ¡Tests ¡ G.Maccarrone ¡INFN-­‑LNF ¡ Instr17-­‑Novosibirsk-­‑2/Mar/17 ¡ 2/17 ¡

The ¡Start ¡of ¡MicroMegas ¡ 1 ¡ Micromegas (MM): MICRO-MEsh GASeous Belongs ¡to ¡the ¡family ¡of ¡Micro-­‑PaWern ¡Gas ¡Detector, ¡the ¡detector ¡family ¡ born ¡in ¡the ¡1988 ¡with ¡the ¡Micro-­‑Strip ¡Gas ¡Chamber ¡(A. ¡Oed). ¡ ¡ MM ¡are ¡parallel-­‑plate ¡chambers ¡(about ¡5mm ¡wide) ¡where ¡the ¡ amplificaGon ¡(up ¡to ¡10 5 ) ¡takes ¡place ¡in ¡a ¡thin ¡gap, ¡separated ¡from ¡the ¡ conversion ¡region ¡by ¡a ¡fine ¡metallic ¡micro-­‑mesh, ¡supported ¡by ¡~100 ¡µm ¡ high ¡insulaGng ¡pillars. ¡ ¡ Charge ¡is ¡collected ¡on ¡the ¡anode ¡readout ¡board, ¡generally ¡realized ¡with ¡ suitable ¡segmented ¡standard ¡PCB. ¡ Funnel ¡field ¡lines ¡ Y.Giomataris ¡et ¡al. ¡NIM ¡A ¡376 ¡(1996) ¡29-­‑35 ¡ ¡ Electron ¡transparency ¡very ¡ “….our detector combines most of the close ¡to ¡1 ¡ qualities required for a high-rate ¡ position-sensitive particle detector: ¡ excellent resolution can be obtained Small ¡gap ¡ ¡ with fine strips printed on a thin G10 Fast ¡evacuaGon ¡of ¡the ¡ substrate or a thin kapton foil.” posiGve ¡ions ¡(~100 ¡ns) ¡ G.Maccarrone ¡INFN-­‑LNF ¡ Instr17-­‑Novosibirsk-­‑2/Mar/17 ¡ 3/17 ¡

The ¡Start ¡of ¡MicroMegas ¡ 2 ¡ MM Typical Values • Wide ¡driS ¡region ¡(typically ¡a ¡few ¡mm) ¡with ¡ moderate ¡electric ¡field ¡of ¡about ¡500 ¡V/cm ¡ • Narrow ¡(100 ¡µm) ¡amplificaGon ¡gap ¡with ¡high ¡ electrical ¡field ¡(40–50 ¡kV/cm) ¡ • A ¡factor ¡E A /E D ≈70–100 ¡is ¡required ¡for ¡full ¡mesh ¡ transparency ¡for ¡electrons ¡ • With ¡typical ¡driS ¡velociGes ¡of ¡50 ¡µm/ns ¡(beWer ¡if ¡ saturated) ¡electrons ¡need ¡100 ¡ns ¡for ¡a ¡5 ¡mm ¡gap ¡ and ¡SpaGal ¡ResoluGon ¡of ¡about ¡100 ¡µm ¡or ¡beWer ¡ can ¡be ¡achieved. ¡ At ¡this ¡first ¡stage ¡the ¡greatest ¡“enemy” ¡of ¡MMs ¡ was ¡the ¡discharges, ¡ ¡sparks ¡between ¡mesh ¡and ¡ strips, ¡in ¡parGcular ¡with ¡high ¡flux ¡of ¡ionizing ¡ Two Different Operation Modes parGcles. ¡ By ¡measuring ¡the ¡average ¡of ¡Charge ¡ • The ¡main ¡limitaGon ¡for ¡very ¡large ¡diffusion ¡of ¡ collected ¡in ¡few ¡strips ¡for ¡Normal ¡Tracks ¡ MicroMegas ¡in ¡the ¡very ¡beginning ¡ By ¡measuring ¡the ¡signal ¡arrival ¡Time ¡in ¡ • more ¡strips ¡for ¡Inclined ¡Tracks ¡( µ -­‑TPC) ¡ G.Maccarrone ¡INFN-­‑LNF ¡ Instr17-­‑Novosibirsk-­‑2/Mar/17 ¡ 4/17 ¡

The ¡MM ¡EvoluGon: ¡ResisGve ¡Strips ¡ 1 ¡ Compass Experience with Standard MM Resistive Strips MAMMA ¡Collabora>on, ¡NIM ¡A640 ¡(2011) ¡110 ¡ NIM ¡A469 ¡(2001) ¡133-­‑146 ¡ Sparks ¡dumped ¡by ¡the ¡strips ¡high ¡resisGvity, ¡ • “…The detector is subject to discharges of typical ¡value ¡is ¡1M Ω ¡/ ¡Sq. ¡ current which occur at a rate growing as a ResisGve ¡strips ¡at ¡high ¡voltage ¡and ¡mesh ¡at ¡ • power function of the gain and ground ¡is ¡a ¡more ¡safe ¡and ¡easy ¡configuraGon. ¡ proportional to the incident flux of hadrons....for the Ne-C 2 H 6 -CF 4 mixture RO ¡strips ¡are ¡strongly ¡coupled ¡to ¡resisGve ¡one ¡and ¡ • (79-11-10), at fully efficiency, the spark keep ¡all ¡the ¡signal ¡ probability (per incident particle) is smaller than 10 -6 …” G.Maccarrone ¡INFN-­‑LNF ¡ Instr17-­‑Novosibirsk-­‑2/Mar/17 ¡ 5/17 ¡

The ¡MM ¡EvoluGon: ¡ResisGve ¡Strips ¡ 2 ¡ Strong reduction of sparks on Resistive MM Mamma: Muon Atlas MicroMegas Activity A ¡synergy ¡of ¡the ¡Atlas ¡CollaboraGon ¡+ ¡ ¡ the ¡RD51 ¡CollaboraGon ¡(MPGD) ¡+ ¡ the ¡Cern ¡PCB ¡Laboratory ¡(Rui ¡de ¡Olivera) ¡ With ¡this ¡new ¡scheme ¡many ¡small ¡MM ¡prototypes ¡ have ¡been ¡produced ¡at ¡Cern ¡and ¡tested ¡in ¡various ¡ test ¡beam ¡for ¡different ¡geometry, ¡gain, ¡gas ¡mixture, ¡ magneGc ¡field ¡effect… ¡ G.Maccarrone ¡INFN-­‑LNF ¡ Instr17-­‑Novosibirsk-­‑2/Mar/17 ¡ 6/17 ¡

The ¡MM ¡EvoluGon: ¡Bulk ¡Technology ¡ 1 ¡ Making ¡a ¡step ¡backward…in ¡2006 ¡the ¡first ¡Bulk ¡MM ¡was ¡produced ¡at ¡Cern. ¡ The Bulk MM In ¡the ¡bulk ¡MM ¡the ¡mesh ¡is ¡embedded ¡in ¡the ¡PCB ¡ NIM ¡A560 ¡(2006) ¡405 ¡ The ¡Insulator ¡(Vacrel ¡8100 ¡in ¡this ¡case) ¡is ¡photosensiGve ¡ and ¡can ¡be ¡removed ¡by ¡etching, ¡creaGng ¡the ¡pillars. ¡ New ¡mesh ¡used ¡for ¡bulk ¡MM. ¡ • Distance ¡between ¡pillars ¡= ¡2.5 ¡mm ¡ Pillar ¡diameter ¡= ¡0.3 ¡mm ¡ Woven ¡wire ¡mesh, ¡wire ¡ • Mesh ¡ diameter ¡about ¡20-­‑30 ¡ µ m ¡and ¡ about ¡80% ¡transparency. ¡ Largely ¡produced ¡for ¡ • serigraphic ¡applicaGon. ¡ Electroformed ¡micromesh ¡was ¡ • normally ¡used ¡before. ¡ G.Maccarrone ¡INFN-­‑LNF ¡ Instr17-­‑Novosibirsk-­‑2/Mar/17 ¡ 7/17 ¡

The ¡MM ¡EvoluGon: ¡Bulk ¡Technology ¡ 1 ¡ Making ¡a ¡step ¡backward…in ¡2006 ¡the ¡first ¡Bulk ¡MM ¡was ¡produced ¡at ¡Cern. ¡ The Bulk MM In ¡the ¡bulk ¡MM ¡the ¡mesh ¡is ¡embedded ¡in ¡the ¡PCB ¡ NIM ¡A560 ¡(2006) ¡405 ¡ The ¡Insulator ¡(Vacrel ¡8100 ¡in ¡this ¡case) ¡is ¡photosensiGve ¡ and ¡can ¡be ¡removed ¡by ¡etching, ¡creaGng ¡the ¡pillars. ¡ New ¡mesh ¡used ¡for ¡bulk ¡MM. ¡ • Distance ¡between ¡pillars ¡= ¡2.5 ¡mm ¡ Pillar ¡diameter ¡= ¡0.3 ¡mm ¡ Woven ¡wire ¡mesh, ¡wire ¡ • Mesh ¡ diameter ¡about ¡20-­‑30 ¡ µ m ¡and ¡ about ¡80% ¡transparency. ¡ Largely ¡produced ¡for ¡ • serigraphic ¡applicaGon. ¡ Electroformed ¡micromesh ¡was ¡ • normally ¡used ¡before. ¡ G.Maccarrone ¡INFN-­‑LNF ¡ Instr17-­‑Novosibirsk-­‑2/Mar/17 ¡ 8/17 ¡

The ¡NSW: ¡The ¡Actual ¡Small ¡Wheel ¡ 1 ¡ Small Wheel designed for Luminosity up Pseudorapidity coverage: 1.3 < | η | < 2.7 to 10 34 cm -2 s -1 Small ¡Wheel ¡Detectors: ¡ Atlas ¡Tubes ¡(MDT) ¡30mm ¡dia. ¡ ¡ • ¡ Cathode ¡Strip ¡Chamber ¡(CSC) ¡ • in ¡the ¡inner ¡part ¡ TGC ¡for ¡2 nd ¡coordinate ¡ • G.Maccarrone ¡INFN-­‑LNF ¡ Instr17-­‑Novosibirsk-­‑2/Mar/17 ¡ 9/17 ¡