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vom Fachbereich Physik der Johann Wolfgang Goethe-Universität als Dissertation angenommen. Dekan: Prof. Dr. Horst Schmidt-Böcking 1. Gutachter: Prof. Dr. Reinhard Stock 2. Gutachter: Prof. Dr. Herbert Ströbele 3. Gutachter: Dr. Werner Riegler Datum der Disputation:
Zusammenfassung Widerstandsplattenkammern (im englischen “Resistive Plate Chambers” oder abgekürzt “RPCs”) sind Teilchendetektoren, die aus zwei parallelen planaren Elektroden bestehen, die einen gasgefüllten Spalt von wenigen hundert Micrometern bis zu einigen Millimetern umschließen. Wenigstens eine der beiden Elektroden besteht aus einem Material mit hohem Volumenwiderstand von 10 7 bis 10 12 Ωcm. Die Vorteile dieser Technologie sind die gute Zeitauflösung (bis zu 50 ps) bei einer guten Nachweiseffizienz (≈ 99% für mehrere kombinierte Zähler) und der einfache technische Aufbau. In den Hochenergiephysikexperimenten ATLAS und CMS, die derzeit am CERN in Genf aufgebaut werden, sollen im sogenannten Lawinenmodus betriebene RPCs als schnelle Auslösezähler (Trigger RPCs) auf Flächen von mehreren tausend Quadratmetern eingesetzt werden. Im Experiment ALICE am CERN finden Timing RPCs für präzise Flugzeitmessungen auf einer Fläche von 176 m 2 Anwendung. RPCs wurden ursprünglich im Streamermodus betrieben, welcher die Anforderungen an die Ausleseelektronik und die Genauigkeit des Elektrodenabstandes vereinfacht. Um verbesserte Hochratenfestigkeit und verminderte Alterung der RPCs zu erlangen, wurde der Betrieb im Lawinenmodus populär. Diese Entwicklung wurde möglich durch die Einführung neuer Gasmischungen auf der Basis von C2F4H2 mit geringen SF6-Beimischungen. Während Streamer schwer zu studieren sind, eröffnete der Lawinenmodus die Möglichkeit detaillierter Studien der physikalischen Prozesse in RPCs. Trotz des intensiven Einsatzes der RPC Technologie sind einige experimentelle Ergebnisse noch nicht genau verstanden. Insbesondere hinsichtlich der Erklärung der guten Nachweiseffizienz der Timing RPCs mit ihrem kleinen Plattenabstand von 0.2 bis 0.3 mm kamen vielerlei Fragen auf. So steht der für die gute Nachweiseffizienz nötige hohe Wert für die Gasverstärkung in krassem Widerspruch zu den gemessenen niedrigen Ladungen um 1 pC. Es tut sich eine Diskrepanz auf, die sieben Größenordnungen erreichen kann. Deshalb wurde vorgeschlagen, die hohe Effizienz anhand von Begleitelektronen zu erklären, die vom Primärteilchen aus dem Detektorrahmen gelöst werden. Auf der anderen Seite könnte ein sehr starker Raumladungseffekt die Ladungen zu höheren Werten hin begrenzen. Der Begriff Raumladungseffekt beschreibt den dynamischen Prozess der Verzerrung des angelegten elektrischen Feldes durch die Ladungsträger in der Lawine. Um die großen Ladungen unterdrücken zu können, muss der Raumladungseffekt eine gewisse Stärke haben, und das angelegte elektrische Feld an den Positionen, an denen sich der Großteil der driftenden Elektronen in der Lawine befindet, stark erniedrigen. Dann muss aber das Feld an anderen Positionen durch den gleichen Effekt stark erhöht sein, was neue Fragen hervorruft. Viele Autoren lehnen die Möglichkeit ab, dass sich eine Lawine unter diesen extremen Umständen ausbreiten kann, ohne dass sie sich in einen Streamer umwandelt.
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RPC gas q [mm] g [mm] εr EW [/mm]
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Danksagung Während der Dissertatio
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Curriculum Vitae Persönliche Infor
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