Masterarbeit - Physikzentrum der RWTH Aachen

7.6. Messung mit einer radioaktiven 228 Th-Probe
parallelen Widerstände entlädt. Die akkumulierte Ladungsmenge ist proportional
zur Ausgangsspannung eines Vorverstärkers, sodass auch die messbare akkumulierte
Ladung durch den Aussteuerungsbereich des Operationsverstärkers begrenzt ist. Es
existiert hier leider beim gegenwärtigen Aufbau keine leichte Möglichkeit, den gesuchten
Energiefluss zu messen, sodass er nur näherungsweise berechnet werden kann. Pro
Zelle existieren zwei Vorverstärker, die jeweils über zwei parallele Widerstände von je
100 MΩ entladen werden. Die Maximalspannung der Operationsverstärkerausgänge
ist −2,5 V relativ zur Nulllinie. Daraus lässt sich nun der maximale Strom einer Zelle
zu
I max = 4U max
R
berechnen. Der maximale Energiefluss ist daher
= 100 nA (7.9)
Ė max = I max · A Q
k · A E
. (7.10)
Oberhalb dieses Werts wird eine weitere Energiedeposition im Kalorimeterkristall
kein messbares elektrisches Signal mehr erzeugen. Mit dem Mittelwert und der
Standardabweichung der Faktoren A E aus Abb. 7.9 und A Q aus Abb. 7.5 lässt sich
der maximale Energiefluss für eine Kalorimeterzelle mit
angeben.
Ė max =
100 nA · 5,65(12) mV/fC
29,92 µV · 52,1(76)/MeV ≈ 3,62(53) × 1014 eV s
7.6. Messung mit einer radioaktiven 228 Th-Probe
(7.11)
Alternativ zur Methode mit kosmischen Myonen können auch radioaktive Quellen
verwendet werden, sofern deren Emissionsspektrum ausreichend gut separierbare
Linien aufweist. Das Thorium-228-Isotop gehört mit einer Gamma-Linie bei E γ =
2,614 MeV zu den stärksten Gamma-Referenzstrahlern, die kommerziell erhältlich
sind. Eine solche wurde für diese Arbeit beschafft. Die relative Häufigkeit des Photoeffekts
bezogen auf die Gesamtheit der Reaktionen beträgt für die betrachte Energie
etwa 20 % [33]. Nach Abschnitt 7.5.4 ist davon auszugehen, dass sich diese Energie
vom elektronischen Rauschen separieren lassen sollte, da zumindest eine Zelle des
Kalorimeters eine Linienbreite von etwa 1 MeV erreicht.
7.6.1. Aufbau
Hier wird eine 228 Th-Probe mit einer Aktivität von etwa 7,4 kBq direkt am vorderen
Ende eines BGO-Kristalls platziert. Mithilfe eines FADC wird nun das Ausgangssignal
des Verstärkers ausgelesen.
77