Eine Suche nach Doppelbeta-Zerfaellen von Cadmium-, Zink- und ...

A. Das COBRA-Experiment
unbedingt notwendig. Allgemein kann dieser wie folgt klassifiziert werden [7]:
1. Radionuklide aus der Umgebung ( 238 U, 232 Th, 40 K, 137 Cs, . . . ),
2. Verunreinigung von Detektor- und Abschirmmaterial,
3. Produkte der Radon-Zerfallskette,
4. Radioisotope produziert durch kosmische Strahlung und
5. Neutronen aus natürlicher Kernspaltung und µ-induzierten Reaktionen.
Im Folgenden werden der Einfluss und die jeweiligen Maßnahmen zur Abschirmung
der einzelnen Untergrundkomponenten beim COBRA-Experiment beschrieben.
A.3.1. Gebirgsschild
Die primäre hadronische kosmische Strahlung setzt sich zu 90% aus Protonen, 9% α-
Teilchen und 1% schwerer Teilchen zusammen. Durch Wechselwirkungen mit der Erdatmosphäre
entstehen eine Vielzahl von Teilchen (µ, n, e − , p, π, . . . ), die als sekundäre kosmische
Strahlung auf der Erdoberfläche treffen. Davon spielen im Untergrundlabor aufgrund
der Häufigkeit und des hohen Durchdringungsvermögens lediglich Myonen noch
eine Rolle. Beim LNGS besteht durch das Felsgestein eine Abschirmung von ca. 3400
mwe (meter water equivalent). Die Abschirmdicke wird typischerweise in Metern Wasseräquivalent
angegeben. Einheitlich wird die Materialdicke in die Dicke einer Wasserschicht
mit gleicher Abschirmleistung umgerechnet. Im Untergrundlabor ist der Myonenfluss
um den Faktor 10 6 auf 0.96 µ·(m 2 ·h) −1 gegenüber der Erdoberfläche reduziert [26].
Momentan ist kein aktives Myon-Veto installiert, bei dem z.B. zeitliche Koinzidenzen
mehrerer, um das Array positionierter Plastikszintillatoren ausgewertet werden.
Die Sekundärstrahlung ist dann von Bedeutung, wenn sie entweder direkt im Detektor
in Wechselwirkung tritt oder tertiäre kosmische Strahlung induziert, die wiederum
Untergrundereignisse verursachen kann. Bei letzterem werden vor allem kurzlebige Radionuklide
gebildet, aber auch langlebige Isotope wie z.B. 121m Te, das im Kristall selbst
erzeugt werden kann, mit einer Halbwertszeit von 154 d. Daher sollten Detektor- und
Abschirmmaterial beispielsweise Untertage gelagert werden.
Mit zunehmender Tiefe nimmt die Neutronen-Komponente der sekundären kosmischen
Strahlung rapide ab und wird jenseits 10 mwe vernachlässigbar klein. Tertiäre
Neutronen entstehen bei Einfangreaktionen kosmischer Myonen in Materialien hoher
Ladungszahl. Der entsprechende Neutronenfluss nimmt mit zunehmender Tiefe proportional
mit dem Myonenfluss ab. In Tiefen jenseits dessen werden die meisten Neutronen
in (α,n)-Reaktionen von 238 U und 232 Th produziert. Diese Isotope sind im Kalk- und
Dolomitgestein des Gran Sasso jedoch in nur geringer Konzentration vorhanden. In Folge
dessen ist der Neutronenfluss im LNGS gegenüber der Erdoberfläche um den Faktor
10 3 reduziert [27].
A6