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Authors: Achenbach, Patrick
Title: Aufbau eines Bleifluorid-Kalorimeters zur Messung der Paritätsverletzung in der elastischen Elektronenstreuung
Online publication date: 11-Jan-2022
Language: german
Abstract: Die A4-Kollaboration am Mainzer Mikrotron untersucht den möglichen Beitrag der Seltsamkeit zu den Vektor-Formfaktoren des Nukleons. Dazu soll die paritätsverletzende Asymmetrie in der elastischen Elektron-Proton-Streuung mit einer Genauigkeit von 5% vermessen werden. Die Anforderungen an Energieauflösungsvermögen, Zeitverhalten, Kompaktheit und Strahlenresistenz, die durch die genaue Asymmetrie-Messung an einen kalorimetrischen Detektor gestellt wurden, waren extrem hoch. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das sehr dichte, schnelle und im ultravioletten Spektralbereich außergewöhnlich transparente Tscherenkow-Material Bleifluorid (PbF2) auf eine Eignung als Nachweisdetektor untersucht. Diese Studien waren bestimmt durch systematische Qualitätskontrollen der Kristalle bezüglich ihres Transmissionsgrades, ihrer Homogenität, Lichtausbeute und Strahlenresistenz und durch Experimente zur Regenerierung geschädigter Kristalle mit optischen Bleichmethoden. Die mit einem hybriden Photovervielfacher ermittelte effektive Lichtausbeute von PbF2 lag bei 1,7 Photoelektronen/MeV. Das Material zeigte, wie in Kapitel 2 und Kapitel 5 erläutert, eine uneinheitliche Strahlenresistenz, wobei etwa 1/7 der untersuchten Kristalle reduzierte Transmissionen oder Absorptionsbanden in den Spektren aufwiesen. Eine Auflösung der induzierten Farbzentren konnte sowohl mittels Lichtwellenleiter als auch durch direkte Beleuchtung mit kommerziellen Lampen erreicht werden. Weiterhin werden in dieser Arbeit eine Simulationsrechnung zu Tscherenkow-Photonen in PbF2 sowie parametrisierte Modellrechnungen vorgestellt, mit denen die Detektoren in allen ihren Eigenschaften für den Nachweis hochenergetischer Elektronen optimiert wurden. Zeitlich daran anschließend wurde der Aufbau des Kalorimeters realisiert. Die 640 fertiggestellten Detektoren bestehen aus den in Reflektormaterial eingepackten PbF2-Kristallen, den Photovervielfachern mit zugehörigen Spannungsteilern sowie angekoppelten Lichtwellenleitern. Die mechanischen Fertigungsungenauigkeiten der Kristalle des Herstellers SICCAS von bis zu Δx =+/-500 μm stellten dabei eine erhebliche Schwierigkeit dar, denn Luftspalte zwischen den Kristallen führen zu einem ungenügenden Energieauflösungsvermögen, beziehungsweise zu erheblichen Akzeptanzeinbußen bei einer Selektion der Streuereignisse nach Auftrefforten. Um Kristalle mit mangelhafter Geometrie zurück zu weisen, wurden die Kristalle mit einer Genauigkeit von 12 μm auf einer fünf-achsigen computergesteuerten Fräsmaschine vermessen. Die Ergebnisse ermöglichten auch eine Minimalisierung der Luftspalte in azimuthaler Winkelrichtung. Das gesamte Kalorimeter wird sich im Vollausbau aus 146 Trägerrahmen mit insgesamt 1022 Kristallen zusammensetzen. Im Jahr 2000 wurde das Kalorimeter in Betrieb genommen. Das mittlere Energieauflösungsvermögen ΔE/E aller zentralen Kanäle betrug 4,27%, entsprechend einem statistischem Term σ/sqrt(E) von 3,1 +/- 0,3 %/sqrt(E [GeV]). Nach Abtrennung von unelastischen Streuereignissen und Doppeltreffern konnte aus den Messungen von 2,2 Coulomb an integriertem Strahlstrom die über alle zentralen Detektoren gemittelte Rohasymmetrie A = +3 +/- 0,3 x 10−6 bestimmt werden.
DDC: 530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-6536
Version: Published version
Publication type: Dissertation
License: CC-BY-ND
Information on rights of use: https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/
Extent: II, 159 Seiten, Illustrationen, Diagramme
Publisher: Verlag des Forschungszentrums Jülich
Publisher place: Jülich
Issue date: 2001
Publisher's URL: http://wwwzb2.fz-juelich.de/verlagextern1/abstract.asp?id_schriften=43355
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