Die GEM-MSGC

Parallel zu den Forschungen mit szintillierenden Fasern bahnte sich eine mögliche Lösung des Problems der Überschläge an der MSGC-Struktur an. Mit dem von F. Sauli vorgeschlagenen ``Gas-Electron-Multiplier'' (GEM) [Sau96], [Sau97], der in der MSGC wie ein Vorverstärker wirkt, kann die notwendige Gesamtgasverstärkung in zwei Stufen aufgeteilt werden. Dies erlaubt eine Reduzierung der Spannung an der Mikrostreifenstruktur und führt so zu Betriebsparametern, bei denen auch stark ionisierende Teilchen keine Überschläge an der Mikrostreifenstruktur verursachen.

Im Labor konnte bereits im Frühjahr 1997 die prinzipielle Funktionalität dieser neuen GEM-MSGC bei niedrigen und hohen Raten gezeigt werden [Hot97],[Bre97].

Der zweite Teil dieser Arbeit (Kapitel 4) beschäftigt sich mit wesentlichen funktionalen Tests der GEM-MSGC. In einem Strahltest am Positron-Teststrahl T21 am DESY wurde das Betriebsverhalten der GEM-MSGC mit und ohne Magnetfeld untersucht. Dazu wurden für die Magnetfelder B = 0 und B = 0,85 T sowohl Effizienz und Streifenmultiplizität als auch Lorentzwinkel bei verschiedenen Detektorbetriebsparametern gemessen. Es konnte gezeigt werden, daß die GEM-MSGC ohne Einschränkung ihrer Funktionaliät im Magnetfeld eingesetzt werden kann. Die Erhöhung der Streifenmultiplizität von ungefähr 20 % durch den Lorentzwinkel bei der Drift der Elektronen ist für den Betrieb bei HERA-B tolerabel und könnte durch Drehung der Kammer vollständig kompensiert werden. Dies ist jedoch bei HERA-B nicht vorgesehen. Das Meßziel ist der Nachweis einer Asymmetrie von Zerfallszahlen, und so muß durch Umpolen des HERA-B-Magneten sichergestellt werden, daß es keine Detektorasymmetrie gibt. Dann jedoch würden die gedrehten GEM-MSGC Detektoren falsch orientiert sein.

Zum Test des Langzeitbetriebsverhaltens von GEM-MSGC-Detektoren wurden intensive Alterungsmessungen mit Röntgenstrahlung durchgeführt. Dabei wurde für verschiedene Elektroden- und Baumaterialien sowie Klebstoffe getestet, ob sie zu Alterung des Detektors führen. Es konnte erreicht werden, daß bis zu akkumulierten Ladungen von 16 mC/cm ($\approx$ 3,5 HERA-B Jahre) nahezu keine Alterung an der MSGC auftritt. Leichte Variationen der GEM-Verstärkung, vermutlich durch Aufladungseffekte des Kaptons, können zwar nicht vermieden werden, jedoch ist eine Anpassung der Gesamtgasverstärkung durch Variation der Betriebsspannungen möglich.

Bereits Mitte 1997 wurde entschieden, die GEM-MSGC für HERA-B als Standardlösung weiter zu verfolgen.

Der dritte Teil dieser Arbeit (Kapitel 5) beschäftigt sich mit der ``Produktion'' der Detektoren. Es wurden zum einen Fertigungsverfahren mit den dafür notwendigen Werkzeugen und Ablaufpläne erarbeitet und durchgeführt. Diese ermöglichen eine Produktionsrate von 10 Detektoren/Woche. Zum anderen wurden Testprozeduren installiert, mit denen sowohl die ``Roh''-Materialien als auch die während der einzelnen Produktionsschritte fertiggestellten Komponenten getestet werden können. Erst wenn die fertigen Detektoren langsam auf Nominalbetriebsspannungen ``konditioniert'' sind, werden die Auslesechips kontaktiert und die Detektoren auf die Tragestrukturen montiert.