RU79004U1 - PRECISION DRIFT TUBE - Google Patents

Abstract

Прецизионная дрейфовая трубка, содержащая корпус из тонкостенной алюминиевой трубы, торцевой элемент, анодную проволоку, отличающаяся тем, что корпус выполнен имеющим функцию катода, торцевой элемент выполнен из пластика с центральной металлической вставкой, в которую запрессована позиционирующая проволоку пластина, и с внешней металлической втулкой, функция которой - подача нулевого потенциала на корпус, а также торцевой элемент выполнен с возможностью ограничения газового объема внутри дрейфовой трубки и выполняет функцию конструктивного элемента, в который вставлено резиновое уплотнительное кольцо, функция которого - герметизация внутреннего объема, причем внутри корпуса встроена пластина, функция которой - позиционирование проволоки, и обжимная трубка, функция которой - фиксация анодной проволоки.A precision drift tube comprising a body of thin-walled aluminum pipe, an end element, an anode wire, characterized in that the case is made having a cathode function, the end element is made of plastic with a central metal insert into which the wire-positioning plate is pressed in, and with an external metal sleeve, whose function is to supply zero potential to the body, as well as the end element is configured to limit the gas volume inside the drift tube and performs the function of a positive element into which a rubber o-ring is inserted, the function of which is to seal the internal volume, and a plate is built inside the casing, the function of which is positioning the wire, and a crimp tube, the function of which is to fix the anode wire.

Description

Область примененияApplication area

Полезная модель относится к детекторам измерения траекторий заряженных частиц и может быть применена в физических экспериментах на ускорителях и с космическим излучением, а также в мюонных томографах.The utility model relates to detectors for measuring trajectories of charged particles and can be used in physical experiments on accelerators and with cosmic radiation, as well as in muon tomographs.

Уровень техникиState of the art

Дрейфовые трубки широко используются в качестве детектирующих ячеек трековых детекторов большой площади, например больших мюонных камер [1, 2]. От современных трековых детекторов большой площади требуется высокое пространственное разрешение (~100 мкм) при собственных гигантских размерах до 6×2 кв.м. Для достижения такого высокого разрешения требуется высокая точность (~20 мкм) позиционирования всех анодных проволок камеры.Drift tubes are widely used as detecting cells of track detectors of a large area, for example, large muon chambers [1, 2]. Modern track detectors of a large area require high spatial resolution (~ 100 μm) with their own gigantic sizes up to 6 × 2 sq.m. To achieve such a high resolution, high accuracy (~ 20 μm) in the positioning of all the anode wires of the chamber is required.

В традиционных дрейфовых трубках базисным опорным элементом при сборке дрейфовых трубок в детектирующие блоки (камеры) служит сама труба, т.е. анодная проволока с максимально возможной точностью позиционируется в центре трубы, а функции торцевых элементов дрейфовых трубок при этом ограничиваются герметизацией газового объема и фиксацией анодной проволоки в центре. Очевидно, что при таком подходе точность позиционирования анодной проволоки определяется допусками на трубу (прямолинейность, однородность диаметра подлине, овальность), а значит, при массовом производстве 20 мкм точность не может быть достижима, что является существенным недостатком. Кроме того, в традиционных методах фиксация торцевых элементов в трубе и герметизация внутреннего объема дрейфовой трубки обеспечивается клеем. Достаточно длительное время отверждения клея является существенным фактором, сдерживающим темп сборки трубок. Таким образом, к недостаткам традиционных дрейфовых трубок можно отнести: использование тела трубы, а не точных торцевых элементов в качестве позиционирующих анодную проволоку базовых элементов; использование клея для фиксации торцевых элементов в трубе; использование клея для герметизации внутреннего объема дрейфовой трубки. Как In traditional drift tubes, the tube itself serves as the basic support element for the assembly of drift tubes into detection blocks (chambers), i.e. the anode wire is positioned with the greatest possible accuracy in the center of the pipe, and the functions of the end elements of the drift tubes are limited by sealing the gas volume and fixing the anode wire in the center. Obviously, with this approach, the accuracy of the positioning of the anode wire is determined by the tolerances on the pipe (straightness, uniformity of the diameter of the length, ovality), which means that with mass production of 20 μm, accuracy cannot be achieved, which is a significant drawback. In addition, in traditional methods, fixing the end elements in the pipe and sealing the internal volume of the drift tube is provided by glue. A sufficiently long curing time of the adhesive is an essential factor restraining the rate of assembly of the tubes. Thus, the disadvantages of traditional drift tubes include: the use of the pipe body, and not the exact end elements as basic elements positioning the anode wire; the use of glue to fix the end elements in the pipe; the use of glue to seal the internal volume of the drift tube. how

результат: итоговое пространственное разрешение традиционных дрейфовых трубок - не лучше 0,2 мм; темп их сборки достаточно медленный.Result: the final spatial resolution of traditional drift tubes is not better than 0.2 mm; the pace of their assembly is rather slow.

Технический результат заявленной полезной модели: обеспечивается более точное позиционирование анодной проволокой, чем при базировании относительно тела трубы; обеспечивается точное (~10 мкм) позиционирование анодной проволоки относительно внешней поверхности торцевого элемента; обеспечивается надежная фиксация трубы, так и надежная герметизация ее внутреннего объема.The technical result of the claimed utility model: provides a more accurate positioning of the anode wire than when based on the body of the pipe; accurate (~ 10 μm) positioning of the anode wire relative to the outer surface of the end element is provided; reliable fixation of the pipe is ensured, as well as reliable sealing of its internal volume.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На Фиг.1 показано конструктивное устройство дрейфовой трубки, где 1 - корпус из тонкостенной (0,4-1 мм) алюминиевой трубы диаметром 30 - 60 мм, 2 - торцевой элемент из пластика с центральной металлической вставкой и с внешней металлической втулкой, 3 - анодная проволока, 4 - уплотнительное резиновое кольцо, 5 - пластина с отверстием, 6 - трубка обжимная.Figure 1 shows the structural device of the drift tube, where 1 is a housing made of thin-walled (0.4-1 mm) aluminum pipe with a diameter of 30-60 mm, 2 is an end element made of plastic with a central metal insert and with an external metal sleeve, 3 - anode wire, 4 - rubber sealing ring, 5 - plate with a hole, 6 - crimp tube.

Реализация полезной моделиUtility Model Implementation

Заявленный технический результат достигается за счет того, что прецизионная дрейфовая трубка, содержащая корпус из тонкостенной алюминиевой трубы, торцевой элемент, анодную проволоку, отличающаяся тем, что корпус выполнен имеющим функцию катода, торцевой элемент выполнен из пластика с центральной металлической вставкой, в которую запрессована позиционирующая проволоку пластина, и с внешней металлической втулкой, функция которой - подача нулевого потенциала на корпус, а также торцевой элемент выполнен с возможностью ограничения газового объема внутри дрейфовой трубки и выполняет функцию конструктивного элемента, в который вставлено резиновое уплотнительное кольцо, функция которого - герметизация внутреннего объема, причем внутри корпуса встроена пластина, функция которой - позиционирование проволоки, и обжимная трубка, функция которой - фиксация анодной проволоки. Прецизионная дрейфовая трубка предлагаемой конструкции состоит из следующих основных элементов (см. Фиг.1). Из корпуса (1) - тонкостенной (0,4-1 мм) алюминиевой трубы диаметром 30-60 мм. Корпус выполняет функцию катода и ограничивает газовый объем. Торцевой элемент (2) выполнен из пластика с центральной металлической вставкой, в которую запрессовывается позиционирующая проволоку пластина, и с The claimed technical result is achieved due to the fact that a precision drift tube containing a housing made of thin-walled aluminum pipe, an end element, an anode wire, characterized in that the case is made having the function of a cathode, the end element is made of plastic with a central metal insert, into which is positioned a wire plate, and with an external metal sleeve, the function of which is to supply zero potential to the housing, as well as the end element is configured to limit gases th volume inside the drift tube and serves as a structural member, into which is inserted a rubber O-ring, whose function - sealing the internal volume, wherein the housing is embedded within the plate, whose function - positioning wire and crimping tube, whose function - fixing the anode wire. The precision drift tube of the proposed design consists of the following main elements (see Figure 1). From the body (1) - thin-walled (0.4-1 mm) aluminum pipe with a diameter of 30-60 mm. The casing acts as a cathode and limits the gas volume. The end element (2) is made of plastic with a central metal insert into which the wire-positioning plate is pressed in, and with

внешней металлической втулкой, через которую подается нулевой потенциал на корпус (алюминиевую трубу). Торцевой элемент (2) служит для ограничения газового объема внутри дрейфовой трубки и выполняет функцию конструктивного элемента, в который вставляется резиновое уплотнительное кольцо (4) для герметизации внутреннего объема, встроены позиционирующая проволоку пластина (5) и трубка для обжима (фиксации) анодной проволоки (6). Анодная проволока (3) служит для подачи на нее положительного потенциала для сбора дрейфующих электронов, появляющихся вдоль трека заряженной частицы в результате ионизации рабочего газа при пролете частицы в электрическом поле внутри трубки. Уплотнительное резиновое кольцо (4) предназначено для герметизации внутреннего объема дрейфовой трубки. Пластина с отверстием (5) служит для точного позиционирования анодной проволоки. В трубке обжимной (6) фиксируется (обжимается) натянутая внутри трубки анодная проволока.an external metal sleeve through which zero potential is supplied to the housing (aluminum pipe). The end element (2) serves to limit the gas volume inside the drift tube and performs the function of a structural element into which a rubber o-ring (4) is inserted to seal the internal volume, a wire-positioning plate (5) and a tube for crimping (fixing) the anode wire ( 6). The anode wire (3) serves to supply a positive potential to it to collect drifting electrons that appear along the track of a charged particle as a result of ionization of the working gas when the particle travels in an electric field inside the tube. The rubber sealing ring (4) is designed to seal the internal volume of the drift tube. A plate with a hole (5) serves for precise positioning of the anode wire. In the crimp tube (6), the anode wire stretched inside the tube is fixed (crimped).

В предлагаемой конструкции роль базисных опорных элементов отводится торцевым элементам, а не трубе в отличие от традиционных дрейфовых трубок. Торцевые элементы (2), которые по-прежнему служат для герметизации газового объема дрейфовой трубки и фиксации натянутой по ее оси анодной проволоки (3), изначально изготавливаются с достаточно точной (~5 мкм по внешнему диаметру) опорной поверхностью, диаметр которой немного превышает диаметр трубы (1). На следующем этапе во встроенной в торцевой элемент пластине (5) просверливается либо прожигается лазерным лучом точное отверстие диаметром на 5-10 мкм больше диаметра анодной проволоки, с минимальным отклонением от оси опорной поверхности (допустимый эксцентриситет - ~ 5-10 мкм). Именно с этой точностью (~10 мкм) удается обеспечить позиционирование анодной проволоки.In the proposed design, the role of the basic support elements is assigned to the end elements, and not to the pipe, in contrast to traditional drift tubes. The end elements (2), which still serve to seal the gas volume of the drift tube and fix the anode wire stretched along its axis (3), are initially made with a sufficiently accurate (~ 5 μm in outer diameter) supporting surface, the diameter of which slightly exceeds the diameter pipes (1). At the next stage, a precise hole with a diameter of 5-10 μm larger than the diameter of the anode wire is drilled or burned with a laser beam in the plate embedded in the end element of the element (5), with a minimum deviation from the axis of the supporting surface (permissible eccentricity is ~ 5-10 μm). It is with this accuracy (~ 10 μm) that the positioning of the anode wire can be ensured.

Склейка отдельных дрейфовых трубок в детектирующий блок осуществляется с использованием позиционирующих шаблонов, обеспечивающих позиционирование опорных поверхностей торцевых элементов с точностью 5-10 мкм. В итоге точные опорные поверхности торцевых элементов позволяют «передать» высокую точность позиционирования анодных проволок от отдельных дрейфовых трубок детектирующему блоку (камере) в целом, обеспечивая итоговую точность взаиморасположения анодных проволок в блоке 20 мкм.The gluing of individual drift tubes into the detecting unit is carried out using positioning templates that provide positioning of the supporting surfaces of the end elements with an accuracy of 5-10 microns. As a result, the exact supporting surfaces of the end elements make it possible to “transmit” the high accuracy of positioning the anode wires from the individual drift tubes to the detecting unit (camera) as a whole, providing the final accuracy of the relative positioning of the anode wires in the 20 μm block.

Таким образом, использование точных внешних поверхностей торцевых элементов в качестве базовых позволяет более точно позиционировать анодную проволоку, чем при базировании относительно тела трубы. Использование встроенной в торцевой элемент Thus, the use of accurate external surfaces of the end elements as the base allows you to more accurately position the anode wire than when basing relative to the body of the pipe. Using the built-in end element

пластины, в которой позиционирующее проволоку отверстие просверливается (либо прожигается лазерным лучом) с базированием относительно точной внешней поверхности этого торцевого элемента, позволяет обеспечить точное (~10 мкм) позиционирование анодной проволоки относительно этой точной внешней поверхности. Обжим трубы на торцевых элементах через уплотнительные резиновые кольца обеспечивает как надежную фиксацию трубы, так и надежную герметизацию ее внутреннего объема.plate, in which the hole positioning the wire is drilled (or burned by a laser beam) based on the relatively accurate external surface of this end element, allows for accurate (~ 10 μm) positioning of the anode wire relative to this exact external surface. The crimping of the pipe on the end elements through the rubber sealing rings provides both reliable fixation of the pipe and reliable sealing of its internal volume.

Итоговая геометрическая точность дрейфовых трубок составляет 20 мкм.The total geometric accuracy of the drift tubes is 20 microns.

Осуществимость: В Государственном научном центре Российской Федерации - Институте физики высоких энергий (ГНЦ ИФВЭ) отлажен стенд, позволяющий массово производить дрейфовые трубки описанной конструкции с производительностью ~ 5 мин./шт.Feasibility: A stand was set up at the State Scientific Center of the Russian Federation, the Institute of High Energy Physics (SSC IHEP), allowing mass production of drift tubes of the described construction with a capacity of ~ 5 min.

Источники информации:Information sources:

1. C.Brown etc. "DO Muon system with proportional drift tube chambers". NIM A279 (1989)331-338;1. C. Brown etc. "DO Muon system with proportional drift tube chambers". NIM A279 (1989) 331-338;

2. Ю.М.Антипов и др. «Модули дрейфовых трубок из алюминиевых сплавов размером 3,5×0,5 кв.м». Препринт ИФВЭ 90-21.2. Yu.M. Antipov et al. “Modules of drift tubes of aluminum alloys measuring 3.5 × 0.5 square meters”. Preprint IHEP 90-21.

Claims (1)

Прецизионная дрейфовая трубка, содержащая корпус из тонкостенной алюминиевой трубы, торцевой элемент, анодную проволоку, отличающаяся тем, что корпус выполнен имеющим функцию катода, торцевой элемент выполнен из пластика с центральной металлической вставкой, в которую запрессована позиционирующая проволоку пластина, и с внешней металлической втулкой, функция которой - подача нулевого потенциала на корпус, а также торцевой элемент выполнен с возможностью ограничения газового объема внутри дрейфовой трубки и выполняет функцию конструктивного элемента, в который вставлено резиновое уплотнительное кольцо, функция которого - герметизация внутреннего объема, причем внутри корпуса встроена пластина, функция которой - позиционирование проволоки, и обжимная трубка, функция которой - фиксация анодной проволоки.

A precision drift tube comprising a body of thin-walled aluminum pipe, an end element, an anode wire, characterized in that the case is made having a cathode function, the end element is made of plastic with a central metal insert into which the wire-positioning plate is pressed in, and with an external metal sleeve, whose function is to supply zero potential to the body, as well as the end element is configured to limit the gas volume inside the drift tube and performs the function of a positive element into which a rubber o-ring is inserted, the function of which is to seal the internal volume, and a plate is built inside the casing, the function of which is positioning the wire, and a crimp tube, the function of which is to fix the anode wire.