Diplomarbeit Ulf Kleinevoß

Bau eines Startdetektors für hohe Strahlraten und schwere Projektile

Münster, März 1996

Summary: Thema der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung und der Bau eines Startdetektors, der zur Flugzeitbestimmung von Projektilfragmenten aus Au + Au Reaktionen bei mittleren und hohen Energien (50 bis 1000 AMeV) verwendet wurde. Da in diesem Experiment Targets mit geringer Massenbelegung (25 mg/cm2) benutzt wurden, ergaben sich für den Startdetektor zwei Randbedingungen: er sollte möglichst wenig sekundäre Ereignisse erzeugen, weshalb seine Massenbelegung geringer als die des Targets sein sollte, und er sollte bei den verwendeten Strahlraten von einigen 106 Projektilen pro Sekunde stabil arbeiten. Realisiert wurde dieser Detektor mit einer 10 μm dicken Szintillationsfolie, die von zwei Fotovervielfachern, die mit aktiven Spannungsteilern versehen waren, ausgelesen wurde.

Darüber hinaus wurde noch ein Halo-Detektor gebaut. Er sollte die Teilchen des Strahlhalos nachweisen, damit die von ihnen verursachten Reaktionen im Targetrahmen erkannt werden können. Aufgebaut wurde er aus einer 200 μm dicken Szintillationsfolie, deren Licht über Plexiglaslichtleiter von Fotovervielfachern nachgewiesen wurde.

Obwohl die Fotovervielfacher des Startzählers nahe ihrer thermischen Belastungsgrenze betrieben wurden, zeigte sich im Experiment keine Veränderung der Zeitauflösung in Abhängigkeit von der Strahlrate. Die gemessene Auflösung stimmte mit der im Labor bestimmten überein. Allerdings ergab sich im Strahlbetrieb ein deutlicher Anstieg der Signalamplitude bei hohen Raten, der im Labor nicht reproduziert werden konnte.

Es stellte sich heraus, daß die Fotovervielfacher nicht die begrenzenden Komponenten des Startsystems sind - sie wurden in unserem Experiment über mehrere Tage bei fast maximal zulässiger Belastung eingesetzt - sondern der durch die hohe Strahlrate geschädigte Szintillator. Nach ungefähr fünf Stunden mit einer Strahlrate von ~ 2 106 Projektilen pro Spill war die Szintillationsfolie mit einer Dosis von ca. 40 kGy belastet, was zu einem Amplitudenabfall von 50% führte.

Dieser Detektor eignet sich also nicht für den permanenten Einsatz, sondern sollte nur zu Eichzwecken, etwa zur Bestimmung des Wirkungsquerschnittes, verwendet werden. Für zukünftige Experimente, die möglicherweise sogar mit noch höheren Strahlströmen arbeiten, sollen deshalb Detektoren mit einer größeren Strahlenresistenz wie z.B. Diamantdetektoren Anwendung finden.

Paper: Postscript (4.9 Mb) Cover PDF (734 kb) 84 pages
TeX Sources
Figures: Fig. 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.11, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, 5.10, 5.11, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5
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