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

C. Grundlegende Betrachtungen zur Koinzidenzanalyse
Die verschiedenen Wechselwirkungen, denen die unterschiedlichen Teilchen unterliegen,
wurden in Abschnitt B.5.2 erläutert. Abgesehen davon ist deren Verhalten in Materie
unter Zuhilfenahme makroskopischer Größen beschreibbar. Als solche ist in Abbildung
C.1 die totale Energiedeposition für Cd0.9Zn0.1Te und CdTe längs einer Teilchenbahn
dargestellt. In VENOM ist als Kristallmaterial momentan CdTe implementiert. Im
Bereich zwischen 300 keV und 2500 keV bleibt die Abweichung der Werte des CdTe von
denen des Cd0.9Zn0.1Te für Elektronen unter 2% und für Photonen unter 5%.
Die Kristallbindungen der Telluride können in hinreichender Näherung vernachlässigt
werden, so dass das CdTe und ZnTe als Gemisch ihrer Bestandteile vorliegen. Die Energiedepositionen
für CdTe berechnen sich aus der Skalierung der Elemente gemäß der
jeweiligen Dichte ρ:
E CdTe
dep
=
ρCd
ρCd + ρTe
· E Cd
dep +
ρTe
ρCd + ρTe
· E Te
dep. (C.1)
Die Wichtungen der CdTe und ZnTe im Cd0.9Zn0.1Te wurden gemäss der jeweiligen Dichte
der Telluride und dem stöchiometrischen Massenverhältnis im Kristall vorgenommen:
E Cd0.9Zn0.1Te
dep
= 0.9 ·
ρCdTe
ρCdTe + ρZnTe
· E CdTe
dep
+ 0.1 ·
ρZnTe
ρCdTe + ρZnTe
· E ZnTe
dep . (C.2)
Damit Koinzidenzen von Energieeinträgen in den Detektoren beobachtet werden können,
müssen einige der beim Zerfall beteiligten Teilchen aus dem Ursprungskristall entkommen
und Energie in einem anderen Detektor deponieren. Aus Abbildung C.1 ist ersichtlich,
dass Elektronen längs ihrer Bahn einen wesentlich stärkeren Energieverlust erleiden
als Photonen und deshalb vor allem Photonen aus dem Quellkristall austreten. Das Verhalten
von Elektronen und Positronen beim Durchgang durch Materie ist vergleichbar.
Unterschiede hinsichtlich der resultierenden Energiedepositionen in den Detektoren ergeben
sich aus der Annihilation der Positronen und den entstehenden Photonen mit
E=511 keV.
Ausgehend von Abbildung C.1 wurden in VENOM jeweils in 1 Mio. Wiederholungen
ein Photon und ein einzelnes Elektron generiert. Die Simulationen umfassten die
Teilchenenergien, bei denen sich das makroskopische Verhalten am deutlichsten unterscheidet
(E ≈ 500 keV). Daneben wurde die höchste Energie beteiligter Teilchen in den
Doppelbeta-Zerfällen berücksichtigt. Anhand der Tabelle C.1 kann abgelesen werden,
in welcher Weise sich die evaluierten Werte im Ergebnis der Simulationen niederschlagen.
Die Elektronen deponieren durchschnittlich wesentlich mehr Energie Edep in den
Detektoren als Photonen gleicher Energie. Zudem können Elektronen nicht aus dem
Quellkristall entkommen und ihre gesamte Energie in einem anderen Detektor deponieren.
Je nach Doppelbeta-Zerfall besitzen die unterschiedlichen Teilchen definierte Energien
und deponieren diese in den Detektoren des COBRA-Aufbaus. Das führt zu einer charakteristischen
Verteilung von Energieeinträgen, die dann zur Identifikation des Zerfalls
C2