Kurzfassung
Im Konzept des International Large Detector (ILD), der für den International Linear Collider (ILC) entwickelt wird, ist eine Zeitprojektionskammer (englisch: TPC) als Spurkammer vorgesehen. Solche Gasdetektoren müssen mit Verstärkungsstrukturen versehen werden, um die Ladung, die von geladenen Teilchen durch Ionisation erzeugt wird, zu vervielfachen. In der ILD TPC werden zu diesem Zweck Micro Pattern Gas Detectors (MPGDs) eingesetzt werden.
In der vorliegenden Arbeit werden Eigenschaften spezieller MPGDs, nämlich von Gas Electron Multipliern (GEMs), analysiert. Effektive Verstärkung und Energieauflösung von GEM Folien verschiedener Hersteller werden verglichen, wobei ein gutes Verständnis dieser Größen erlangt wird. Dies gelingt durch die Interpretation der Ergebnisse anhand von geometrischen Parametern der GEMs. Erstmals wurden im Rahmen dieser Arbeit Höhenprofile von GEM Folien vermessen und ihr Einfluss auf dE/dx Messungen und die Driftfeld-Qualität untersucht. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit von möglichst flach installierten GEMs in TPCs. Zu diesem Zweck wurde eine neue Methode zur Montage von GEM Folien entwickelt, um Flachheit zu garantieren und gleichzeitig eine große Auslesefläche, wie in der ILD TPC, mit möglichst geringem Materialaufwand zu instrumentieren. Die neue Installationsmethode wurde in einem TPC Prototypen getestet, mit dem Daten von kosmischen Myonen aufgezeichnet wurden. Der Einfluss der neuen Struktur auf die Spurrekonstruktion, die Einzelpunktauflösung, die Rekonstruktionseffizienz und dE/dx Messungen werden quantifiziert. Unter der Berücksichtigung einiger Konstruktionsbedingungen kann die neue Montagemethode für GEM Folien in der ILD TPC verwendet werden.
In the concept of the International Large Detector (ILD), developed for the International Linear Collider (ILC) a Time Projection Chamber (TPC) is envisaged as main tracking detector. Such gaseous detectors have to be equipped with amplification devices in order to enlarge the amount of charge, which is set free by ionization caused by traversing charged particles. Micro Pattern Gas Detectors (MPGDs) will be used in the ILD TPC as amplification stage.
In this thesis, Gas Electron Multipliers (GEMs) -- one specific MPGD species -- are analyzed concerning various properties. Effective gains and energy resolutions are compared for GEM foils produced by different manufacturers. A good understanding of these observables is obtained by interpretation of the results with the help of geometrical parameters.
Height profile measurements of GEM foils have been performed for the first time and the impact of non perfect flat GEMs is analyzed, especially on dE/dx determination and drift field quality. The results emphasize the need of a flat installation of GEMs in TPCs.
As a consequence, a new mounting device has been developed to ensure flatness and to provide a method to cover large readout areas, as in the ILD TPC, by introducing the least possible amount of dead material into the detector. The developed structure has been tested in a TPC protoype, taking cosmic muon data. The influence of the mounting on track reconstruction, single point resolution, tracking efficiency and dE/dx measurements is quantified. The developed mounting is applicable in a large scale TPC, if some design considerations are taken into account.