Masterarbeit - Physikzentrum der RWTH Aachen

7. Messungen
7.1. Überblick
Die Auslesekette des Kalorimeters besteht aus vier aufeinanderfolgenden Elementen.
Im szintillierenden BGO wird Energie deponiert und zum Teil in Form von Photonen
im sichtbaren Wellenlängenbereich wieder abgeben. Die Zahl dieser Photonen pro
Energieeinheit wird im Folgenden Photonenausbeute P Y 1 genannt. Diese Photonen
breiten sich isotrop im Kristall aus und werden an den Wänden reflektiert. Ein Teil von
ihnen trifft auf die aktive Fläche einer Photodiode, dieser wird als Lichtsammeleffizienz
CE 2 bezeichnet. Dort lösen diese Photon Photoelektronen aus. Das Zahlenverhältnis
der Elektronen pro Photon wird als Quanteneffizienz QE bezeichnet. Am Ende dieser
drei Schritte steht eine bestimmte Ladungsmenge am Eingang des Verstärkers pro
Energieeinheit im Kristall. Dieses Verhältnis wird als Lichtausbeute LY bezeichnet,
wobei
LY = P Y · CE · QE
gilt 3 . Anschließend wird diese Ladungsmenge vom Verstärker in einen Ausgangspuls
mit einer bestimmten Amplitude pro Ladungsmenge umgewandelt. Dieses Verhältnis
wird als Ladungsverstärkung A Q bezeichnet. Das Produkt aller vier Elemente ist die
Kalibrationskonstante
A E = P Y · CE · QE · A Q ,
mit der sich aus der Maximalspannung eines Ausgangspulses die im Kristall deponierte
Energie berechnen lässt. Verknüpft mit den oben genannten Umrechnungsfaktoren
sind Messgrößen des elektronischen Rauschens. Jeder Verstärker produziert mit der
angeschlossenen Diode ein individuelles Rauschen, welches durch Serienstreuung der
Bauteile variiert. Dieses Rauschen wird durch den Vorverstärker und den Pulsformer
verstärkt und in seinen Frequenzbereich eingeschränkt. Messbar ist am Ausgang nur
die Fluktuation σ a des derart verstärkten Signals. Durch leichte Variationen in der
Verstärkung A Q lässt sich daraus noch keine Aussage über die Größe des Rauschens
σ in im Eingang machen. Diese lässt sich erst durch Anwendung des bekannten
Verstärkungsfaktors berechnen. Dieses Rauschen moduliert jedes Lichtsignal der
Diode, sodass die Auflösung einer Kalorimeterzelle eine untere Grenze durch dieses
Rauschen besitzt. Das Rauschen jeder Zelle lässt sich nun in Einheiten von Energie im
1 photon yield
2 collection efficiency
3 In der Regel bezeichnet LY die Anzahl der Photoelektronen pro absorbierter Energiemenge,und
entspricht somit einer Ladung pro Energie
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