Ein Infrarot-Laser-Positions-Kontroll-System für das AMS-Experiment

Vandenhirtz, Jörg; Wallraff, Wolfgang

doi:24344

Ein Infrarot-Laser-Positions-Kontroll-System für das AMS-Experiment

Vandenhirtz, Jörg (Author)

2001 & 2002

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jörg Vandenhirtz

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2001

Umfang170 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2001

Prüfungsjahr: 2001. - Publikationsjahr: 2002

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Wallraff, Wolfgang (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2001-10-10

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-3983
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/57061/files/02_137.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Physik (frei) ; Kosmische Strahlung (frei) ; AMS (frei) ; Justieren (frei) ; Infrarotlaser (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Das Antimaterie Spektrometer (AMS) ist ein Experiment zur Suche nach kosmischer Antimaterie und dunkler Materie im Weltraum. Der AMS Detektor wird 2003 auf der internationalen Raumstation (ISS) installiert werden. Im Juni 1998 wurde eine vorläufige Version des endgültigen AMS-02 Detektors an Bord des Space Shuttles Discovery während der 10tägigen Mission STS-91 in den Weltraum geflogen. Während dieses Weltraumflugs sammelte AMS-01 mehr als 10^8 hochenergetische (p > 0,8 GeV) Ereignisse aus der kosmischen Strahlung. Das Impuls Mess System des vorläufigen AMS-01 Detektors besteht aus einem 6 Lagen Silizium Spur Detektor, der in einen Permanent Magneten mit einem Magnetfeld von B x ldl = 0,14 Tm² eingebettet ist. Mit Hilfe von 4 Infrarot (Lambda = 1083 nm) Laserstrahlen wurde ein leichtes und weltraumtaugliches Positions Kontroll System (TAS) für den Silizium Spur Detektor des AMS Detektors entwickelt, das in der Lage ist, ohne zusätzliche Nachweisstruktur und ohne zusätzliche Auslese Elektronik, die Positionen der Silizium Sensoren mit einer Genauigkeit von besser als 3 µm zu bestimmen. Das TAS kam während des zehntägigen STS-91 Weltraumflugs von AMS-01 an Bord der Discovery erfolgreich zum Einsatz. Während der ruhigen Phase des STS-91 Weltraumflugs zeigen die TAS Daten, dass der Silizium Tracker von AMS-01 im Rahmen von < 10 µm stabil ist. Während der unruhigen Phase gibt es dagegen Bewegungen von bis zu 40 µm, die nicht alleine durch eine Bewegung des Laser Systems erklärt werden können. Es existiert eine starke Korrelation zwischen der Temperatur von AMS-01 und den gemessenen Bewegungen. Die Ergebnisse des TAS wurden durch das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren des Cosmic Alignment zum einem bestätigt und zum anderen ergänzt. Mit Hilfe der Ergebnisse aus den beiden Positions Kontroll Verfahren, TAS und Cosmic Alignment, konnte die Impulsauflösung des AMS-01 Detektors um 20% verbessert werden. Beide Verfahren – TAS und Cosmic Alignment zusammengenommen – bieten die für ein satellitengebundenes Experiment wie AMS notwendige Redundanz, wobei das Laser System die schnellere Information liefert. Mit Hilfe des TAS Laser Systems und einer Mikrofokus Optik wurde das Bondingschema der K-Seite der Silizium Detektoren von AMS-01 optimiert. Es konnte gezeigt werden, dass das bloße Kurzschließen eines Floating-Streifens mit einem Auslese-Streifen, die Ladungsmessung auf der K-Seite des Detektors um bis zu 30% verbessert, ohne dabei die Positionsmessung zu verschlechtern.

The Anti Matter Spectrometer (AMS) is designed for the space based search for cosmic antimatter and dark matter. The AMS detector will be installed on the International Space Station (ISS) in 2003. In June 1998 a precursor version of the final AMS-02 detector was flown on board of the space shuttle Discovery for the 10-day Mission STS-91. During this flight AMS-01 collected more than 10^8 high energetic (p > 0.8 GeV) cosmic ray events. The momentum measurement system of the precursor AMS-01 detector is a 6-plane silicon tracker embedded in a permanent magnet with a magnetic field of B x ldl = 0.14 Tm². The position of the 6 tracker planes is monitored by 4 infrared laser beams (lambda = 1083 nm). The development and the results of this light and space proofed Tracker Alignment System (TAS) are major parts of this thesis. Position measurements with an accuracy of dx < 3 µm are possible. Furthermore the measured positions of the TAS are reproduced by the results of the so called cosmic alignment which also has been developed during this thesis. Combining the results of these two alignment methods the momentum measurement of AMS-01 has been improved by 20%. Last but not least, the readout bonding scheme of the silicon sensors has been optimised with the TAS laser system and a micro focus lens, such that charge measurement has been improved by 30 % without decreasing the accuracy of the position measurement of the sensors.

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