The silicon strip detector of the ATLAS Inner Tracker: from individual sensing units to multi-module petal structures
Creators: name: Renardi, Alessia
Publisher: name: TU Dortmund
Year: 2022
Subjects: subject: Tracker
subject: Detector
subject: Strip silicon module
subject: Endcap petal
subject: ATLAS upgrade
subject: 530
subject: HL-LHC
subject: ATLAS
subject: Upgrade
subject: Halbleiterdetektor
subject: Montagegerechte Konstruktion
subject: Qualitätskontrolle

description: Nowadays particle detector technology is taking big steps forwards and new devices dedicated to particle physics show very high performance. Particularly the semiconductor detectors have advanced significantly and are used for tracking purposes in the A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS) experiment at CERN thanks to their excellent spacial resolution: the compact size of the silicon and its high granularity allow to reach a precision measurement of few tens of microns. This thesis is focused on the upgrade of the ATLAS tracking detector required for the High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC), starting in 2027. The HL-LHC foresees an integrated luminosity of L = 3000 fb−1, which comes with an unprecedented rate of proton collisions, with a pile-up of h i = 200, and very high radiation doses. As the current inner detector has not been designed for the HL-LHC environmental conditions, an all-silicon Inner Tracker (ITk) will take its place during Phase-II upgrade of the ATLAS experiment. The ITk strip endcap sub-detector is the main topic of this PhD project. The investigation covers the assembly of silicon strip endcap modules and their loading on a local support structure. The building and loading procedures are presented as well as results of quality control (QC) tests carried out on prototyping components to establish their working performance and the fulfillment of the specifications. This work provides the procedure optimization in order to achieve the requirements imposed by the collaboration. Results on prototyping components, such as a fully electrical module and a semielectrical petal, both built and tested at DESY, are presented. They are followed by tests on an electrical petal performed at low temperature with the evaporative CO2 cooling technique. The QC tests carried out on all prototypes have demonstrated that they have been properly assembled and are fully functional. Moreover they fulfil the respective requirements validating therefore the components design and the building methods.
description: In der heutigen Zeit macht die Detektortechnologie große Fortschritte, und neue Geräte für die Teilchenphysik sind sehr leistungsstark. Insbesondere die Halbleiterdetektoren haben sich erheblich weiterentwickelt und werden dank ihrer exzellenten räumlichen Auflösung im A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS) Experiment am CERN für die Spurrekonstruktion eingesetzt. Die dünnen Siliziumsensoren sowie die hohe Granularität ermöglichen Präzisionsmessungen mit einer Auflösung von einigen zehn Mikrometern. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Upgrade des ATLAS-Spurdetektors, das für den im Jahr 2027 in Betrieb gehenden High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) erforderlich ist. Der HL-LHC sieht eine integrierte Luminosität von L = 3000 fb−1 vor, was mit einer bisher unerreichten Rate von Protonkollisionen mit einem Pile-up von h i = 200 und sehr hohen Strahlungsdosen einhergeht. Da der derzeitige innere Spurdetektor nicht für die Umgebungsbedingungen des HL-LHC ausgelegt ist, wird er während des Phase-II-Upgrades durch den neuen, vollständig aus Siliziumsensoren bestehenden Inner Tracker (ITk) ersetzen werden. Der ITk-Streifen-Endkappen-Subdetektor ist das Hauptthema dieses PhD-Projekts. Es umfasst den Zusammenbau von Siliziumstreifen-Endkappenmodulen und deren Montage auf einer lokalen Trägerstruktur. Es werden die Konstruktions- und Montageverfahren sowie die Ergebnisse von Qualitätskontrolltests vorgestellt, die an Prototypkomponenten durchgeführt wurden, um deren Funktionalität sowie die Erfüllung der Spezifikationen sicherzustellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Verfahren optimiert, um die von der Kollaboration gestellten Anforderungen zu erfüllen. Es werden Ergebnisse zu Prototypkomponenten, wie beispielsweise einem vollständig elektrischen Modul und einem halbelektrischen Petals vorgestellt, die beide bei DESY gebaut und getestet wurden. Des Weiteren werden Tests an einem elektrischen Petal vorgestellt, die bei niedrigen Temperaturen mit der CO2-Verdunstungskühltechnik durchgeführt wurden. Die an allen Prototypen durchgeführten Qualitätskontrolltests haben gezeigt, dass sie ordnungsgemäß zusammengebaut wurden und voll funktionsfähig sind. Darüber hinaus erfüllen sie die entsprechenden Anforderungen, so dass das Design der Komponenten und die Bauverfahren validiert wurden.
description: DESY thesis ; 2022,8