Das TAS

Motivation:

TAS-M.jpgBei der Messung der Länge eines Objekts, muss die Position, die dem Anfang des Meßbands entspricht, bekannt sein. Ansonsten erhält die Messung einen systematischen Fehler.

Dies gilt auch für Spurdetektoren in der Hochenergiephysik. Ein Spurdetector beschreibt die Flugbahn eines Teilchens in dem es mehrere Positionsmessungen auf verschiedenen Modulen in unterschiedlichen Höhen vornimmt. Die Flugbahn folgt dann aus der Berechnung derjenigen gekrümmten Bahn, welche am besten zu den Messungen passt. Kenntnis der genauen Position jedes Moduls ist also von größter Wichtigkeit. Die Prozedur, welche die Fehler auf die Positionen der einzelnen Module bestimmt, nennt man Alignment.

Der AMS-02 Tracker wurde mit Hilfe eines geraden Protonstrahls im Jahre 2010 am SPS (CERN) ausgemessen. Dieser Protonstrahl wurde als Referenz benutzt und die Translationen und Rotationen aller Trackermodule bezüglich dieses Referenzstrahls wurden bestimmt.

Allerdings können sich im Weltall die Temperaturbedingungen schnell ändern. Dies kann zu mechanischen Deformationen und Fehlausrichtungen führen, welche die Rigiditätsmessung beeinflussen können. Das Tracker Alignment System (TAS) sorgt dafür, dass die geometrische Stabilität des Detektors sehr und zuverlässig während der gesamten AMS-02 Mission überwacht werden kann. Systematische Fehler aufgrund von Fehlausrichtungen können so überwacht und korrigiert werden.

Hintergrund:

Das TAS liefert Laserstrahlen, welche gerade Teilchenspuren simulieren. Die Positionen der Laserstrahlen können genauer vermessen werden als die Position eines einzelnen einfallenden Teilchens. Jede Änderung der Trackergeometrie kann mit einer Genauigkeit von besser als 5 Mikrometern bestimmt werden.

Konstruktion: 

CIMG3605_0.jpgUnterhalb des AMS-02 Trackers sind zehn Laserpaare isntalliert. Laserdioden, welche an der Außenseite des inneren Trackervolumens befestigt sind, stellen Photonenstrahlen bereit. Die Wellenlänge dieser Strahlen, 1082 nm (infrarot), wurde so gewählt dass alle 7 inneren Trackerlagen auf einmal durchdrungen werden können. Die Trackersensoren entlang der Laserstrahlen sind mit einer Antireflektionsbeschichtung (SiO₂ and Si₃N₄) versehen, welche auf die verwendete Wellenlänge optimiert ist (~1% Reflektivität). Diese Beschichtung reduziert die starke Dämpfung die sonst durch den hohen Brechungsindex des Siliziums hervorgerufen würde.

ams-02_tas_lfcr_vibration_2.jpgDas AMS-02 TAS, welches auf IR Lasern basiert, erfüllt die Bedingungen, die an ein Welt-raumexperiment gestellt werden. Es ist sehr leicht (3 kg) und hat eine sehr geringe Leistungsaufnahme (1 mW). Aufgrund der Erfahrungen von AMS-02 wurde ein ähnliches System für den größten Siliziumtracker der je gebaut wurde - den CMS Tracker am LHC - entwickelt.