Kurzfassung
in der Hochenergiephysik verwendete Silizium-Spurendetektoren befinden sich üblicherweise sehr
nah am Kollisionspunkt der Teilchenstrahlen. Die Wechselwirkung mit der entstehenden hochenergetischen
Strahlung führt zu Defekte im Silizium. Diese führen zu einer Verminderung der
Fähigkeit durch passierende Teilchen entstandene Ladungsträger zu sammeln und auSSerdem zu
einem Anstieg des Rauschens während der Datennahme. Das Kühlen der Sensoren auf niedrige
Temperaturen kann der Defektbildung entgegenwirken und zum Erhalt der Effizienz und zu einem
niedrigen Rauschpegel führen.
Um das Entdeckungspotential des LHC zu maximieren, werden der Beschleuniger und dessen Detektoren
gegen 2024 für eine höhere Luminosität aufgerüstet. Die Gegebenheiten im Detektor werden
noch drastischer und bedürfen einer Anpassung der Technologie an die neuen Umstände.
Strahlenschäden sind bereits im aktuellen ATLAS Detektor ein ernstes Problem, weshalb eine
groSSe Zahl von Parametern kontinuierlich beobachtet werden, um einen optimalen Betrieb zu
gewährleisten. Das Verhalten der Sensoren im ATLAS Inner Detector werden mit Simulationen
prognostiziert. In dieser Arbeit werden wichtige Parameter wie die Depletion Spannung und der
Crosstalk zwischen Sensorstrips des SCT Detektors analysiert und mit Daten verglichen.
Der Hauptteil der vorliegenden Arbeit behandelt die Untersuchung eines neuartigen Kühlungssystems
basierend auf in Silizium geätzte Mikrokanäle in einem generischen Forschungs-, und Entwicklungsprojekt
am DESY und am IMB-CNM. Ein Mikrokanaldesign, das eine homogene Flüssigkeitsverteilung
über eine groSSe Fläche bietet wird erstellt und in einer Fluidsimulation getestet
bevor ein Prototyp produziert wird. Zwei verschiedene Produktionsweisen, Anodic und Eutectic
Bonding werden zur Herstellung verwendet, um Prototypen mit verschiedenen mechanischen und
thermischen Eigenschaften zu untersuchen. Hydrodynamische und thermische Messungen werden
durchgeführt, um die Strömung durch die Struktur und die thermischen Eigenschaften des Prototypen
vollständig zu charakterisieren. Die thermischen Messungen werden mit temperaturempfindlichen
Widerständen und Infrarotkameras durchgeführt. Ein Teststand wird entwickelt und aufgebaut,
um die Messungen durchzuführen. AnschlieSSend werden die Ergebnisse der Simulation und
die des Experiments miteinander verglichen.
Silicon tracking detectors employed in high-energy physics are located very close to the interaction points of the colliding particle beams. The high energetic radiation emerging from the interaction induces defects into the silicon, downgrading the efficiency to collect the charges created by passing particles and increasing the noise while data taking. Cooling the sensors to low temperatures can help to prevent defects and maintain a high efficiency and lower noise level. In order to maximize the LHC’s discovery potential, the collider and its detectors will be upgraded to a higher luminosity around 2024. The conditions inside the detector will become harsher demanding that the technology must adapt to the new situation. Radiation damage is already an issue in the current ATLAS detector and therefore a huge number of parameters are constantly monitored and evaluated to ensure optimal operation. To provide the best possible settings the behavior of the sensors inside the ATLAS Inner Detector is predicted using simulations. In this work several parameters in the simulation including the depletion voltage and the crosstalk between sensor strips of the SCT detector are analyzed and compared with data. The main part of this work concerns the investigation of a novel cooling system based on microchannels etched into silicon in a generic research and development project at DESY and IMB-CNM. A channel layout is designed providing a homogeneous flow distribution across a large surface area and tested in a computational fluid simulation before its production. Two different fabrication techniques, anodic and eutectic bonding, are used to test prototypes with differing mechanical and thermal properties. Hydromechanical and thermal measurements are performed to fully characterize the flow inside the device and the thermal properties of the prototype in air and in a vacuum. The thermal behavior is analyzed by means of local measurements with thermal resistors and infrared cameras. A test facility is developed and constructed in order to realize the measurements. The results of the simulations and the experimentally gained results are compared and contrasted.