Masterarbeit - Physikzentrum der RWTH Aachen

8. Fazit und Ausblick
der einzelnen Verstärkerstufen in der Frequenzbasis, mit deren Hilfe sich Aussagen
über die Stabilität dieser Stufen machen lassen. Es wurden Kriterien vorgestellt,
deren Verletzung unweigerlich zu Artefakten in der Pulsform oder zu fortwährender
Oszillation des Schaltkreises führen. Werden diese Stabilitätskriterien eingehalten,
ist es möglich, die Verstärker stabil zu betreiben, wenn keine weiteren gravierenden
Schwachstellen in der übrigen Beschaltung bestehen. Es wurde eine Methode vorgestellt,
mit der sich mit geringen systematischen Fehlern das exakte Verhalten der
Dioden unabhängig von einem Szintillatorkristall untersuchen lässt. Diese Kalibration
der Verstärker wurde nur durch die deutliche Reduktion des Rauschens möglich. Es
ist damit möglich, sämtliche Parameter in der Lichtauslesekette des Kalorimeters
bis auf die Primäre Effizienz des Szintillatormaterials zu bestimmen, wenn eine
weitere Kalibration der zusammengesetzten Kalorimeterzelle aus Szintillator und
Diode vorliegt. So kann leicht untersucht werden, an welchem Glied der Kette von
der Lichterzeugung im Szintillator, der Propagation durch den Kristall und die die
optische Ankopplung der Diode an diesen Kristall bei einzelnen Zellen übermäßige
Verluste auftreten, die daraufhin im Prinzip zielgerichtet behoben werden können.
Konkret kann unterschieden werden, ob eine schlechte Auflösung eines Kristall aus
mangelhafter optischer Ankopplung, aus einer stärker rauschenden Diode, eines stärker
rauschenden Verstärkers oder aus Unterschieden in der individuellen Bestückung
der Verstärker resultiert. Es konnte gezeigt werden, dass Unterschiede zwischen
den einzelnen hergestellten Verstärkern innerhalb der Messgenauigkeit nicht für die
beobachtete Varianz unter den 16 Kalorimeterzellen verantwortlich sind. Vielmehr
sind die Versträker innerhalb der Messgenauigkeit nahezu gleich. Die Anforderung an
die Auflösung des Kalorimeters von 50 MeV aus [18] kann zusammen mit den Daten
aus [21] und dieser Arbeit als erfüllt angesehen werden, da sowohl die Auflösung des
Szintillators an sich als auch die elektronisch bedingte Auflösung weit genug unter
dieser Grenze bleiben. Da bei Messungen mit einer radioaktiven 228 Th-Quelle bereits
jetzt ein Signalüberschuss gegenüber dem Untergrund messbar ist, kann eine weitere
Beschäftigung mit der Auswertung der Daten eventuell noch zu einer zuverlässigen
Kalibration des Kalorimeters führen, auch wenn dies in dieser Arbeit nur teilweise
gelungen ist.
In einer weiteren Iteration ab dem Wintersemester 2013/2014 ist eine Erweiterung
des Kalorimeters auf 144 Zellen aus je einem ganzen BGO-Kristall des L3-Experiments
geplant, während in dieser Arbeit nur halbierte Kristalle verwendet wurden. In der
neuen Version wird die Anordnung der Kristalle deutlich leichter und regelmäßiger
ausfallen, was die Simulation mittels Geant4 stark vereinfacht. Das inaktive Volumen
zwischen den Kristallen wird damit geringer werden. Neue Herausforderungen
ergeben sich aus der Verwendung älterer PIN-Dioden, die nicht völlig an die Qualitätsstandards
bezüglich Anschlusskapazität und Dunkelstrom der hier verwendeten
Dioden heran reichen. Zudem nehmen die Dioden auf der Oberfläche eines kompletten
L3-Kristalls einen geringen Flächenanteil an, sodass ein geringerer Anteil des erzeug-
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