Optimierung der GEM-basierten Verstärkungsstufe einer TPC für das CB/TAPS-Experiment

Abstract

Das CB/TAPS-Experiment widmet sich der Untersuchung des Spektrums angeregter Hadronen. In seinem aktuellen Aufbau ist es dabei auf die Identifikation und der Vermessung ungeladener Endzustände spezialisiert. In einer geplanten Erweiterung wird das CB/TAPS-Experiment maßgeblich von der Implementierung einer Zeitprojektionskammer profitieren, deren Stärke auf der Detektion von Bahnen ionisierender Strahlung liegt. Insbesondere die Sensitivität für geladene Teilchen bedeutet dabei eine maßgebliche Erweiterung des Sensitivitätsbereichs des gesamten Experiments. <br /> Bei der geplanten Zeitprojektionskammer ist eine Auslese basierend auf Gas Electron Multiplier- Folien vorgesehen. Diese zeichnen sich durch eine hohe Betriebstabilität und einer Verträglichkeit mit hohen Ereignisraten sowie hohen Raten einfallender Ladung aus. Die genaue geometrische und elektrostatische Konfiguration der Folien beeinflusst deren Performanz hinsichtlich der Elektronenvervielfachung und des Ladungstransfers. Dadurch wird direkt die Leistung des Detektors beeinflusst, was ein fundiertes Verständnis der zugrunde liegenden Effekte in den Vordergrund rückt. <br /> Die Eigenschaften von Gas Electron Mutliplier-Folien hinsichtlich des Ladungstransfers und der Elektronenvervielfachung werden sowohl in Simulation als auch experimentell studiert. Dafür wurde zunächst ein Testdetektor in Betrieb genommen, der ein flexibles Messverfahren der relevanten Parameter erlaubt. Die Messungen dienen unter anderem dazu, die detaillierten Simulationen zu verifizieren. Zusammen mit den Simulationen entsteht dabei ein tieferes Verständnis des Zusammenhangs zwischen den Parametern der Folien und der Performanz. Auf Basis der Ergebnisse kann eine Optimierung für Verstärkungsstufen bestehend aus beliebigen Kombinationen von Folien vorgenommen werden. Für verschiedene existierende Detektorkonfigurationen wurde die Optimierung auch experimentell bestätigt. Darüber hinaus werden Richtlinien für das Zusammenstellen der Verstärkungsstufe aufgestellt, die abhängig vom vorgesehenen Einsatz eine erste Empfehlung für die Wahl der Folien und der elektrostatischen Konfiguration geben. Abschließend wird auch die Verstärkungsstufe der Zeitprojektionskammer für das CB/TAPS-Experiment optimiert und auf die experimentspezifischen Bedürfnisse angepasst.