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Teilchenphysik Dienstag T 201 Halbleiterdetektoren II Zeit: Dienstag 14:00–15:45 Raum: RW 3 T 201.1 Di 14:00 RW 3 Eine großflächige segmentierte PIN-Diode für den Nachweis von β–Elektronen aus dem Tritium–Zerfall — •Markus Steidl für die KATRIN-Kollaboration — Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik, Postfach 3640, 76021 Karlsruhe Ein Detektorsystem für den Nachweis von Elektronen im Niederenergiebereich bis 30 keV wird vorgestellt. Das Detektorsystem wird eingesetzt zum Test der elektromagnetischen Eigenschaften des Vorspektrometers des Neutrinomassen Experiments KATRIN. Der Detektor ist eine gekühlte, 64-fach segmentierte Si-PIN-Diode mit einer sensitiven Fläche von 4 × 4 cm 2 , einer Dicke von 300µm und einem Eintrittsfenster von 100 nm Tiefe. Entscheidende Kriterien für das Design des Gesamtsystems waren neben der Forderung nach einer guten Energieauflösung (∆EFWHM ≤ 600eV) die Vakuumkompatibilität des Systems für einen Enddruck p ≤ 10 −11 mbar und der Forderung nach einer intrinsischen Untergrundrate im mHz–Bereich. Der Vortrag gibt einen Überblick über die ersten Messergebnisse mit monoenergetischen Elektronen und entsprechenden MC-Simulationen. Abschließend wird ein Ausblick auf das Design des eigentlichen KATRIN Detektors mit einer sensitive Fläche des Detektors von ∼ 100 cm 2 gegeben. Diese Arbeit wurde gefördert vom BMBF Förderschwerpunkt Astroteilchenphysik unter Nr. 05CK1VK1/7 und 05CK1UM1/5. T 201.2 Di 14:15 RW 3 Nachweis von keV-Elektronen mit einem Silizium Drift Detektor für das KATRIN-Experiment — •Torsten Armbrust für die KATRIN-Kollaboration — Institut für Experimentelle Kernphysik, Universität Karlsruhe (TH), 76128 Karlsruhe Der Nachweis von β-Elektronen aus dem Tritium-Zerfall erfordert aufgrund der niedrigen Endpunktsenergie E0 = 18.6 keV den Einsatz von hochauflösenden Halbleiterdetektoren mit sehr dünnen Eintrittsfenstern. Weiterhin sind Detektoren zur Messung der Quellaktivität (∼ 10 10 β-Zerfälle/s) erforderlich, die hohe Zählraten erfassen können. Im Hinblick auf das KATRIN (KArlsruhe TRItium Neutrino) - Experiment wurde die Detektorantwort eines Silizium Drift Detektors (SDD) auf monoenergetische Elektronen mit Energien bis zu 30 keV untersucht. Zur Bestimmung der Detektorantwort eines SDD mit 10 mm 2 sensitiver Fläche und ∼ 50 nm Totschicht auf monoenergetische Elektronen wurde eine auf dem photo-elektrischen Effekt basierende Elektronenkanone benutzt, die die Erzeugung von Elektronen mit einer Energieunschärfe ∆E/E ≈ 5 · 10 −3 gestattet. Im Rahmen dieses Vortrages werden der Messaufbau sowie die endgültigen Resultate dieser Messungen vorgestellt. Neben der Messung der Totschicht des Detektors wird insbesondere auf einen direkten Vergleich der Detektorantwort für monoenergetische Elektronen und monoenergetische Röntgenfluoreszenzstrahlung eingegangen. Gefördert vom BMBF Förderschwerpunkt Astroteilchenphysik unter 05CK1VK1/7 und 05CK1UM1/5. T 201.3 Di 14:30 RW 3 Ein neuer Germanium Detektor mit extrem niedrigem Untergrund für das Projekt M-Cavern am Gran Sasso — •G. Rugel 1 , F.X. Hartmann 1 , G. Heusser 1 , M. Keillor 1 , M. Laubenstein 2 und S. Schönert 1 — 1 Max–Planck–Institut für Kernphysik, Postfach 103980, D-69029 Heidelberg — 2 INFN, Laboratori Nazionale del Gran Sasso, I-67010 Assergi, Italien Am Gran Sasso Labor (LNGS) soll im Rahmen des neuen Forschungsprojektes M-Cavern ein neuer HPGe-Detektor mit extrem niedrigem Untergrund aufgebaut werden. Das Spektrometer baut auf der Erfahrung von GeMPI [1] auf. Design und der Stand der Konstruktionsarbeiten werden vorgestellt. Das Projekt wird durch die MPG, MPI für Kernphysik, Heidelberg und das ONL/NRL (Dr. F.Giovane), USA, finanziert. [1] H.Neder, G.Heusser and M.Laubenstein, App. Rad. and Isot. 53(2000), 191 T 201.4 Di 14:45 RW 3 SUCIMA - Silicon Ultra fast Cameras for electron and gamma sources in Medical Applications — •Levin Jungermann, Wim de Boer, Johannes Bol und Eugene Grigoriev für die SUCIMA- Kollaboration — Institut für Experimentelle Kernphysik, Universität Karlsruhe (TH) Echtzeit-Dosimetrie ist ein wichtiger Bestandteil in den meisten Strahlentherapieanwendungen. SUCIMA ist ein EU-Projekt, das Technologien entwickelt um ausgedehnte radioaktive Quellen abzubilden, sprich ihre Dosisverteilung aufzuzeichnen. Hierzu werden sowohl Hybriddetektorsysteme, aus dem Bereich der Hochenergiephysik, verwendet als auch monolitische Detektoren, basierend auf CMOS- und SOI-Technologie, entwickelt. Die Rahmenbedingungen für die Detektoren sind durch die Hauptanwendungen, Brachytherapie und Echtzeit-Strahlüberwachung in der Hadronentherapie, vorgegeben. Es werden die wichtigsten Entwicklungen im Bereich der Sensoren (CMOS & SOI), sowie das neuentwickelte Datennahmesystem vorgestellt. Außerdem werden erste Ergebnisse der Messungen mit dem Dosimetriesetup gezeigt. T 201.5 Di 15:00 RW 3 Tiefenabhängigkeit des Charge Sharing für den Medipix2 Detektor — •Michaela Mitschke, Jürgen Giersch und Gisela Anton — Physikalisches Institut IV., Universität Erlangen-Nürnberg Der Medipix2 Detektor ist ein hybrider Halbleiterdetektor mit variablem Sensormaterial, entwickelt von der Medipix Kollaboration. Er operiert im Einzelphoton-zählenden Modus; bei einer Pixelgrösse von 55 um x 55 um verfügt er über 256 x 256 Pixel. Bei Testmessungen an der ESRF wurde die Tiefenabhängigkeit des charge sharing untersucht: Unter 45 Grad fällt ein fein fokussierter (10 um) monochromatischer Röntgenstrahl (20 keV) auf den Detektor und deckt so sechs benachbarte Pixel ab; jedem Pixel entspricht eine andere Konversionstiefe der Röntgenphotonen im Ladungsträger. Anhand dieser Messung können Simulationsrechnungen zum Charge Sharing verfiziert werden. T 201.6 Di 15:15 RW 3 Langzeitstabilität von optischen Positionssensoren aus amorphem Silizium (ALMY-Sensoren) — •Ludwig Eglseer, Sandra Horvat und Hubert Kroha für die ATLAS-Kollaboration — Max-Planck-Institut für Physik, Föhringer Ring 6, D-80805 München Moderne Teilchenphysikexperimente stellen immer höhere Anforderungen an die Präzision der Spurrekonstruktion für die erzeugten Teilchen. Sie benötigen präzise optische Positionsüberwachungsysteme der Detektorkomponenten. Für solche Meßsysteme mit Laserstrahlen wurden die ALMY-Sensoren entwickelt. Dabei handelt es sich um semitransparente lichtempfindliche Halbleitersensoren aus amorphen Silizium. Durch die Streifensegmentierung der Ausleseelektroden wird eine hohe Ortsauflösung von 5 µm über einen großen Meßbereich von 20x20 mm 2 errreicht. Die Auflösung kann sich durch lokalen Sensitivitätsabfall unter andauernder Laserbestrahlung verschlechtern. Deshalb wurde die Langzeitstabilität der Sensoreigenschaften unter Beleuchtung bei Verschiedenen Laserleistungen und Wellenlängen untersucht. T 201.7 Di 15:30 RW 3 The SiPM – a new photon detector for future experiments in high energy astrophysics — •Nepomuk Otte for the MAGIC collaboration — Max-Planck-Institute for Physics (Werner-Heisenberg- Institute), Foehringer Ring 6, 80805 Muenchen N. Otte, J. Gebauer, M. Laatiaoui, G. Lutz, M. Merck, R. Mirzoyan, M. Teshima Experiments in high energy astrophysics depend largely on efficient and cheap light sensors. Detectors like MAGIC and EUSO can benefit from sensors with single photoelectron resolution and very high quantum efficiency. We are exploring the feasibility of a new technology which is based on the principle of avalanche photo diodes operating in Geiger mode at room temperature. These so called silicon photomultipliers (SiPM’s) are promising replacement candidates for photomultipliers as they exhibit single photoelectron resolution up to several tens of photoelectrons with extraordinary good S/N ratio. We will present the evaluated characteristics of existing SiPM’s that have been developed in Russia.
Teilchenphysik Dienstag T 202 Kosmische Strahlung IV Zeit: Dienstag 14:00–15:30 Raum: HS III T 202.1 Di 14:00 HS III Acoustic detection of UHE neutrinos I: Studies of Piezoelectric Sensors by FE Methods — •Karsten Salomon and Gisela Anton, Kay Graf, Jürgen Hössl, Alexander Kappes, Timo Karg, Uli Katz, Philip Kollmannsberger, Sebastian Kuch, Robert Lahmann, Rainer Ostasch for the ANTARES collaboration — Universität Erlangen-Nürnberg, Physikalisches Institut, Erwin-Rommel-Str. 1, 91058 Erlangen, Germany Simulation of piezoelectric sensors for acoustic detection: In addition to optical detection we plan to equip two ANTARES strings with hydrophones for acoustic particle detection. Hydrophones contain piezo electric sensors to detect acoustic signals. Simulations were performed using FE (finite element) methods to describe the behaviour of these piezo electric sensors. Results are presented and its implications on acoustic detection are discussed. Supported by th BMBF (05 CN2WE1/2) T 202.2 Di 14:15 HS III Acoustic Detection of UHE Neutrinos II: Hydrophones with Piezoelectric Sensors — •Philip Kollmannsberger, Gisela Anton, Kay Graf, Jürgen Hößl, Alexander Kappes, Timo Karg, Uli Katz, Sebastian Kuch, Robert Lahmann, Rainer Ostasch, and Karsten Salomon for the ANTARES collaboration — Universität Erlangen-Nürnberg, Physikalisches Institut, Erwin-Rommel-Str. 1, 91058 Erlangen, Germany Acoustic detection of neutrino-induced hadronic showers in water requires a large number of hydrophones to achieve good sensitivity and low background. As an alternative to commercial hydrophones, we study the possibility of using low-cost, self-made hydrophones built from piezoelectric elements. Hydrophones made from various different shapes and types of piezoelectric sensors are characterized using simulated acoustic signals. Measurements from our acoustic testbench are shown, using single sensors as well as arrays of several hydrophones. Based on noise measurements and calculations, an estimate for the sensitivity in terms of neutrino energy is given. Supported by BMBF (05 CN2WE1/2) T 202.3 Di 14:30 HS III Akustische Detektion von UHE-Neutrinos III: Teststand für Hydrophone und vorbereitende Messungen für ein Beschleunigerexperiment — •Sebastian Kuch, Gisela Anton, Kay Graf, Jürgen Hössl, Alexander Kappes, Timo Karg, Uli Katz, Philip Kollmannsberger, Robert Lahmann, Rainer Ostasch und Karsten Salomon für die ANTARES-Kollaboration — Universität Erlangen-Nürnberg, Physikalisches Institut, Erwin-Rommel Str. 1, 91058 Erlangen Die akustische Detektion von Neutrinos bietet im Energiebereich ab etwa 10PeV eine vielversprechende Alternative zum Nachweis durch Cherenkov Strahlung, besonders in Bezug auf zukünftige, großvolumige Detektoren. Sie basiert auf dem thermoakustischen Modell, welches die Erzeugung von Schallsignalen durch teilchen-induzierte Schauer beschreibt. Für erste Testmessungen mit Hydrophonen wurden ein Teststand aufgebaut und detaillierte Messungen zu Signalerzeugung und -Nachweis mit Hilfe Piezo-basierter Detektoren (Hydrophone) durchgeführt. Zur weiteren Untersuchung der Vorhersagen des thermoakustischen Modells wurden Teststrahl-Experimente am Svedberg Laboratory in Uppsala, Schweden durchgeführt. In diesem Vortrag wird zunächst kurz das thermoakustische Modell erläutert. Dann werden vorbereitende Messungen mit dem Erlanger Hydrophon-Teststand beschrieben und auf die Modifikationen des Teststandes und weitere Vorkehrungen für das Beschleunigerexperiment eingegangen. Gefördert durch das BMBF (05 CN2WE1/2). T 202.4 Di 14:45 HS III Akustische Detektion von UHE-Neutrinos IV: Protonen-Strahl- Messungen in Wasser — •Kay Graf, Gisela Anton, Jürgen Hössl, Alexander Kappes, Timo Karg, Uli Katz, Philip Kollmannsberger, Sebastian Kuch, Robert Lahmann, Rainer Ostasch und Karsten Salomon für die ANTARES-Kollaboration — Universität Erlangen-Nürnberg, Physikalisches Institut, Erwin-Rommelstr. 1, 91058 Erlangen Eine vielversprechende Möglichkeit zur Detektion von Neutrinos mit Energien ≥10PeV stellt die akustische Detektion dar. In diesem Energiebereich bietet sie in zukünftigen großvolumigen Detektoren aufgrund der grösseren Abschwächlänge von Schall in Wasser eine Alternative zum Nachweis durch Cherenkov-Strahlung. Grundlage für die akustische Detektion von Neutrinos ist das thermoakustische Modell, das die Erzeugung eines Schallsignals durch einen teilchen-induzierten Schauer beschreibt. Zur experimentellen Simulation eines Teilchen-Schauers mit Energien ≥10PeV wurden Protonen-Strahl-Experimente am Svedberg-Laboratory (Uppsala, Schweden) mit Strahlenergien von ∼180MeV pro Nukleon und ∼1PeV - 1EeV deponierter Energie pro Bunch vorbereitet und durchgeführt. Die Messungen dienen neben der Überprüfung des thermoakustischen Modells der Ermittlung wichtiger Parameter des Schallsignals und dem Test der entwickelten Hardware. In diesem Vortrag wird die Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der Messungen des Protonen-Strahls in Wasser erläutert. Gefördert druch das BMBF (05 CN2WE1/2). T 202.5 Di 15:00 HS III Akustische Detektion von UHE Neutrinos V: Optimierung akustischer Detektoren für Eis — •Jutta Stegmaier 1,2 , Sebastian Böser 2 , Rolf Nahnhauer 2 , Allan Hallgren 3 , Rainer Heller 2 und Mario Pohl 2 für die AMANDA/IceCube-Kollaboration — 1 Universität Mainz, Staudinger Weg 7, D-55099 Mainz — 2 DESY- Zeuthen, Platanenallee 6, D-15738 Zeuthen — 3 Universität Uppsala, S- 75121 Uppsala Das geplante IceCube-Neutrinoteleskop am Südpol ist mit einem Volumen von einem Kubikkilometer optimiert für den optischen Nachweis von Neutrino-Wechselwirkungen im TeV-Bereich. Dieses Volumen könnte durch akustische Sensoren beträchtlich erweitert werden, was eine erhöhte Sensitivität bei höheren Energien bedeutet. In DESY-Zeuthen wurden dafür unterschiedliche Sensoren entwickelt. In vergleichenden Messungen in Wasser und Eis wurden diese Sensoren auf ihre verschiedenen Eigenschaften getestet, insbesondere die Linearität und das Frequenz- und Abstandsverhalten. Die vorgestellten Messungen dienen der Optimierung der Sensoren für den Einsatz im antarktischen Eis. T 202.6 Di 15:15 HS III Akustische Detektion von UHE Neutrinos VI: Thermoakustische Schallerzeugung und Schallpropagation in Eis — •Sebastian Böser 1 , Allan Hallgren 2 , Rolf Nahnhauer 1 , Jutta Stegmaier 1 , Rainer Heller 1 und Mario Pohl 1 für die AMANDA/IceCube-Kollaboration — 1 DESY-Zeuthen, Platenenallee 6, D-15738 Zeuthen — 2 Universität Uppsala, S-75121 Uppsala, Schweden Für den akustischen Nachweis von Neutrino-Wechselwirkungen sind neben Wasser auch ausgedehnte Formationen natürlich vorkommender Festkörper wie Eis oder Salz geeignet. Ein möglicher Einsatz für akustische Sensoren bietet sich im Rahmen des IceCube-Experiments, in dem der antarktische Eispanzer als Neutrino-Target und Cherenkov- Radiator verwendet wird. Für eine Abschätzung der Möglichkeiten eines ergänzenden akustischen Detektors sind insbesondere die Mechanismen der Schallerzeugung und Schallausbreitung im Eis von Bedeutung. Zur Verifizierung des thermoakustischen Modells der Schallerzeugung wurden daher neben einem Wassertarget auch ein Eistarget am 180-MeV Synchrozyklotron des Theodor-Svedberg Laboratoriums in Uppsala verwendet. Erste Ergebnisse dieser Messung werden hier präsentiert. Für eine Integration akustischer Sensoren in IceCube sind zudem die akustischen Eigenschaften des antarktischen Eises von entscheidender Bedeutung. Ein Projekt zur experimentellen Bestimmung der Streu- und Absorptionslängen in situ wird vorgestellt.
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