F. Uhlig, GSI Darmstadt, DPG Frühjahrstagung, München

Test von Prototypen eines TR Detektors fürdas CBM-Experiment

• Fixed Target Experiment • ca. 100 kHz/cm2 im ersten TRD• e+e- -Paare aus J/ψ und Vektormesonen• Aufgaben des TRD - Spurrekonstruktion - Elektronenidentifikation• Anforderungen an den TRD - geringe Massenbelegung - Ratenfestigkeit - gute Elektronenidentifikation bei hoher Pionenunterdrückung

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Übergangsstrahlung

• Übergangsstrahlung wird erzeugt, wenn ein geladenes Teilchen

die Grenze zwischen zwei Materialien mit verschiedenen dielektrischen Konstanten durchquert

• Die Erzeugung von Übergangsstrahlung ist ein elektromagnetischer Prozess und somit proportional zu α≈1/137

→ Man benötigt viele Übergänge um im Mittel ein Photon zu erhalten

• Die Energie der erzeugten Photonen liegt im Bereich einiger keV

• Unterscheidung zwischen Elektronen und Pionen ist mit Hilfe der

Übergangsstrahlung möglich, da Übergangsstrahlung erst ab γ≈1000

erzeugt wird

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Layout der Detektoren

• Erzeugung der Übergangsstrahlung im Radiator (Folienstappel)• Nachweis der Übergangsstrahlung in einer Vieldrahtproportional- kammer mit Streifenauslese• Wegen der hohen Raten ist ein schneller Detektor nötig• Um kurze Driftzeiten zu ermöglichen und um Raumladungseffekte zu minimieren muss die Gasdicke < 1cm sein • Um die Absorption der Photonen zu maximieren ist der Hauptbestandteil der Gasmischung Xenon

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Experimentaufbau

Röntgenröhre mit Cu-Anodemax. HV: 30 kVmax. I: 20 mA20 Sv/h

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Polaroidfoto des Strahlflecks

Größe des Strahlflecks

2mm Kollimator: 0.2 cm2

5mm Kollimator: 0.8 cm2

Röntgenröhre mit Cu-AnodePhotonenenergie 8.1 keV

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Teilchenidentifikation

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Messprinzip

• Teilchenidentifikation nur Aufgrund des Energieverlustes → Gasverstärkung muss bis ca. 150 kHz/cm2 konstant sein

RateqgasEN

I

N

NG

ee

TRD

primär

total

),(

• Die Anzahl der primären Elektronen ist bekannt• Der Anodenstrom und die Rate werden gemessen

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Gasverstärkung als Funktion der Rate

• Gain bei 3 verschiedenen Hochspannungen für die Gasmischung Ar/CO2 (70/30)• Bei hohen Raten sinkt die Gasverstärkung deutlich

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Beschreibung der Daten

• Funktion beschreibt den Verlauf der Daten gut• Simultaner Fit an Daten mit 4 Parametern• Gestrichelte Linien zeigen Abfall der Gasverstärkung um 1%, 2% und 5%

• Die im Gas erzeugten positiv geladenen Ionen reduzieren das

effektive Potential der Kammer

und somit die Gasverstärkung

K

RG

G

G )ln(

0

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Raten in Abhängigkeit der Gasmischung

• Rate bei der Gasverstärkung um 1%, 2%, 5% und 10% gesunken ist für verschiedene Gas- mischungen• 1-5% Abfall der Gasverstärkung ist für die Teilchenidentifikation akzeptabel

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Rate für Minimalionisierende Teilchen

• Der Energieverlust für MIPS in 0.6 cm der Gasmischung Ar/CO2 (80%/20%) beträgt 1.5 keV

Die Anzahl der primär erzeugten Elektronen ist somit ca. einen Faktor 5 kleiner als für die 8.1 keV Photonen der Röntgenröhre

GqN

IRate

ee

TRD

Die Rate für MIPS ist etwa einen Faktor 5 höher als bei den Messungen mit der Röntgenröhre

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Zusammenfassung und Ausblick

• Erste Messungen mit dem Röntgen-Setup wurden durchgeführt

• Messungen mit Argon und Xenon Mischungen zeigen, das die

Anforderungen bezüglich Ratenfestigkeit an den Detektor mit dem gewählten Design der Detektoren erfüllt werden

• Messungen mit weiteren Detektoren im Rahmen einer Strahlzeit

mit MIPS bestätigen diese Messungen

• Systematischer Vergleich der Daten aus diesen Messungen mit den Daten der Strahlzeit

• Beschreibung der Daten mit Hilfe von Simulationen

• Untersuchung von Detektoren mit anderer Geometrie