Design und Aufbau eines Szintillationsdetektors zur Identifizierung geladener Teilchen im Crystal-Barrel-Vorwärtsdetektor

Abstract

<p>Ein Ziel des Crystal-Barrel-Experimentes an ELSA ist es, die Struktur der Baryonen besser zu verstehen. Hierzu werden Baryonresonanzen über die Wechselwirkung von hochenergetischen Photonen mit Nukleonen angeregt und die Reaktionsprodukte in den verschiedenen Detektoren des Crystal-Barrel-Experimentes nachgewiesen. Durch den Aufbau als <i>fixed target</i>-Experiment ist dabei unter kleinen Polarwinkeln eine deutlich erhöhte Rate an Reaktionsprodukten zu verzeichnen. <br /> Für das Crystal-Barrel-Experiment wurde im Rahmen des transregionalen Sonderforschungsbereiches SFB/TR16 zwischen 2003 und 2006 ein Vorwärtskalorimeter aufgebaut, das den Polarwinkelbereich von 11,2° - 27,5° im Laborsystem abdeckt. Da für die Analyse der gewonnenen Messdaten eine sichere Identifizierung geladener Teilchen unabdingbar ist, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Subdetektor zur Identifikation geladener Teilchen entworfen, gebaut und in Betrieb genommen. Der aus 180 Plastikszintillatoren bestehende Detektor wird dabei über wellenlängenschiebende Fasern ausgelesen. Diese sind an thermoplastisch verformte, klare Kunststofffasern gekoppelt, die Detektion der Signale geschieht mittels Multianodenphotomultipliern. <br /> Der gesamte Subdetektor wurde als modulare, selbsttragende Struktur entwickelt. Durch einen zweilagigen, in φ versetzten Aufbau verdoppelt er die Winkelauflösung des Vorwärtsdetektors, sie beträgt damit für geladene Teilchen 6° in ? und φ. Die einzelnen Treffer können mit einer Zeitauflösung von σ=1,7 ns erkannt und anschließend Treffern im Kalorimeter des Vorwärtsdetektors zugeordnet werden. Weiterhin ermöglicht er mit seiner mittleren Detektionseffizienz von 94% und seiner nach 100 ns vorliegenden Trefferinformation stabile Zählrateninformationen und einen möglichen first Level Trigger auf geladene Teilchen im Vorwärtsdetektor. Der Detektor wird seit 2007 erfolgreich bei der Messung von Doppelpolarisationsobservablen eingesetzt.</p>