Aufbau eines Teststandes zur Integration von Silizium ...

20 Kapitel 3. Das Petal
Tabelle 3.1: Die Tabelle zeigt die von den einzelnen Komponenten erzeugte Wärmeleistung
vor und nach 10 Jahren LHC-Bestrahlung, wobei die angegebenen
Zahlen Mittelwerte der Messungen bzw. bisher durchgeführten Abschätzungen
für eine Siliziumtemperatur von −15 ◦ C sind. Die von den einzelnen
Petals erzeugte Gesamtleistung hängt von der Anzahl der bestückten
Ringe ab. Die Angaben für Front- und Back-Petal beziehen sich auf voll
bestückte Petals. Es ist zu beachten, dass ein AOH zwei bzw. drei Laser
besitzt.
Komponente Wärmeleistung vor Wärmeleistung nach
Bestrahlung / W Bestrahlung / W
FE-Hybrid (ohne APVs) 0,15 0,15
APV 0,36 0,40
AOH-Laser 0,1 0,1
DOH 1,0 1,0
Siliziumsensor 0 0,1
Front-Petal 69 77
Back-Petal 58 64
3.1.2 Wärmeproduktion der einzelnen Komponenten
Da der Spurdetektor zur Minimierung der Strahlenschäden bei einer Temperatur
von −10 ◦ C betrieben werden soll, ist es notwendig, diesen aktiv zu kühlen, um
die von den elektrischen Komponenten erzeugte Wärme abzuführen. Die gesamte
Wärmeleistung eines vollbestückten Front-Petals beträgt vor auftretenden Strahlenschäden
bei einer Siliziumtemperatur von −15 ◦ C schätzungsweise 69 W und
steigt nach 10 Jahren Strahlenbelastung durch den LHC auf 77 W an. Dabei wird
der Großteil der Wärme von den Frontend-Hybriden produziert. Bei einem komplett
bestückten Back-Petal liegt die geschätzte Wärmeleistung zu Beginn des
CMS-Experimentes bei 58 W und nach 10 Jahren bei 64 W. Die Wärmeleistung
der unbestrahlten Siliziumsensoren liegt bei nahezu 0 W und steigt bei einem
vollbestücktem Front-Petal in 10 Jahren LHC-Belastung auf ca. 5 W, bei einem
Back-Petal auf ca. 4 W an. Die Wärmeproduktion der einzelnen Bauteile vor und
nach Bestrahlung ist in Tabelle 3.1 angegeben. 3 Die Bauteile mit den Bezeichnungen
AOH und DOH werden in den folgenden Abschnitten näher erläutert.
Da beim später beschriebenen Long-Term-Test die Temperatur auf dem Petal
am wärmsten Punkt maximal −10 ◦ C betragen darf, ist die von den Petals
erzeugte Wärmeleistung ein Maß für die notwendige Kühlleistung, die erbracht
werden muss. Die geschätzte Wärmeleistung des gesamten Trackers beträgt nach
10 Jahren Bestrahlung 58,4 kW.
3 Die Messungen zur Wärmeproduktion der einzelnen Komponenten wurden am I. Physikalischen
Institut B von Herrn Dr. Stefan König und Herrn Dieter Oellers durchgeführt. Bei den
Werten für den DOH handelt es sich um Abschätzungen.