"Test und Betrieb eines Glaskapillarendetektors mit einer optoelektronischen Auslesekette"

Diplomarbeit von Thomas Wolff, April 1996


Für die nächste Generation von Hochenergie-Experimenten sind neue Detektortechnologien zur Spurrekonstruktion in der Entwicklung. Durch den Bau des Large Hadron Colliders (LHC) am CERN ergibt sich ein enormes Entwicklungspotential für neue Detektoren dieses Typs. Aufgrund der hohen Raten von Teilchenkollisionen und Teilchenmultiplizitäten, die bei den Experimenten am LHC erzeugt werden, ist es von entscheidender Bedeutung für die benutzten Detektoren, dass sie neben einer entsprechenden Auflösung eine hohe Strahlungsresistenz besitzen. Auch für zukünftige Neutrinooszillationsexperimente sucht man nach verbesserten bzw. neuen Vertexdetektoren, um die Sensitivität der Detektoren zu verbessern und so in neue Grössenbereiche vorzustossen. Oszillationsexperimente ähnlich dem CHORUS-Experiment benötigen dafür entweder eine Veränderung der Entfernung von Ort der Erzeugung der Neutrinos und/oder eine erhöhte Masse ihres Targets.

Der in dieser Arbeit zu beschreibende Detektortyp besteht aus Glaskapillaren, die mit organischem Flüssigszintillator gefüllt sind, kurz Kapillar-Target genannt. Durch die Benutzung von Glaskapillaren erreicht dieser Detektortyp eine sehr hohe Strahlungsresistenz von 190 Mrad. Die Trefferdichte in den Kapillaren ist dazu sehr hoch und erreicht 8,5 Treffer pro Millimeter in 20 cm Entfernung von der Auslese. Es wurde ein Prototyp mit einem Querschnitt von 2*2 cm2 und einer Länge von 180 cm benutzt. Die Auslese realisiert eine Bildverstärkerkette, inklusive einer Mikrokanalplatte und einem Megapixel-CCD. Mit diesem Prototypen hat die RD46-Kollaboration seit 1994 im CERN Neutrino-Strahl in Zusammenarbeit mit der CHORUS-Kollaboration Daten genommen. Mit einem in der Arbeit vorgestellten Vertexrekonstruktionsprogramm kann der Vertex für Neutrinoereignisse im Kapillar-Target mit einer Genauigkeit von etwa 30 Micrometern bestimmt werden.

Im Sommer 1995 wurde ein weiterer Prototyp installiert, dessen Auslese erstmals ein Electron Bombarded CCD (EBCCD) anstatt einem üblichen CCD und verschiedenen Bildverstärkern realisiert.

Weitere Anwendungsgebiete für diesen Detektortyp neben der Hochenergiephysik, besonders für die optoelektronische Auslese, finden sich in der Biologie und der Medizin. Mit diesem Detektor soll dort Kleinwinkelstreuung an Zellen und Proteinen gemessen sowie der Aufbau von Proteinen dargestellt werden.

Postscript File der gesamten Diplomarbeit (komprimiert mit GZIP, ca. 1.3 MB)
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