Institut f ur Kernphysik Technische Hochschule ... - GSI WWW-WIN
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A. Entwicklung und Anwendung eines vakuumtauglichen Szintillationsdetektors<br />
Bei einigen der am FRS d<strong>ur</strong>chgefuhrten Untersuchungen, sind die oben beschriebenen Auswirkungen so gravierend,<br />
da sie die D<strong>ur</strong>chfuhrung des Experimentes stark erschweren oder gar unmoglich machen konnen, wie<br />
etwa beim Einschu des Sekundarstrahles in den Experimentier{Speicherring (ESR).<br />
Aus diesem Grunde sind dem Einsatz eines an Luft betriebenen Detektors enge Grenzen gesetzt. Ein Teil der<br />
Schwierigkeiten der oben genannten Art konnen jedoch vermieden werden, wenn der Szintillator als fahrbarer<br />
Detektor in das Vakuumsystem integriert wird. Dahingehende Untersuchungen w<strong>ur</strong>den bereits d<strong>ur</strong>chgefuhrt.<br />
Erste experimentelle Ergebnisse sollen hier dargelegt werden. In nachster Zukunft ist auch der Einsatz dieses<br />
Detektors mit stabilisierten Photomultiplier-Spannungsteilern vorgesehen.<br />
In Abb. A.1 ist der Gesamtaufbau der Detektoren am Mittelfokus des FRS mit eingebautem vakuumtauglichem<br />
Szintillator dargestellt. Abb. A.2 und Abb. A.3 zeigen Seiten- bzw. Aufsicht derVakuumkammer mit eingebautem<br />
Szintillator. Die 5 mm dicke Szintillatorplatte aus BC420 [Bic86] wird im Vakuum an einer Montagebrucke<br />
aus Edelstahl gehalten. Diese Einheit kann uber eine der am FRS ublichen Pre luftd<strong>ur</strong>chfuhrungen voll iin den<br />
Strahl bzw. auch wieder vollstandig heraus gefahren werden. Im eingefahrenen Zustand stehen die vertikalen,<br />
schmalen Querschnitte der Szintillatorplatte Quarzfenstern gegenuber. Der unvermeidbare Spalt zwischen den<br />
Ober achen hat eine Breite von ca. (0.5 0.1) mm. An der Luftseite der Fenster steht den Austritts achen des<br />
Szintillators jeweils ein Lichtleiter aus UV-d<strong>ur</strong>chlassigem Plexiglasmaterial GS2458 der Firma Rohm [Rohm]<br />
gegenuber. Diese Lichtleiter werden mittels optischem Fett Q2-3067 [Dow90] {d<strong>ur</strong>ch ein Trovid<strong>ur</strong>formstuck<br />
zentriert{ auf das Glasfenster aufgesetzt. An ihrem Austritt wird {ebenfalls mittels optischem Fett{ jeweils<br />
ein Photomultiplier des Typs H2431 [Ham80] angekoppelt. Der d<strong>ur</strong>ch federnde Druckschrauben aufgebrachte<br />
axiale Schub gewahrleistet guten optischen Kontakt an allen Ubergangen. Genauere Informationen uber den<br />
mechanischen Aufbau entnehme man den entsprechenden Zeichnungen im Abschnitt F.3. Eine Vereinfachung<br />
der Montagebrucke, die den Szintillator halt, ist z<strong>ur</strong> Zeit in Konstruktion. Nach dieser Abanderung wird es<br />
moglich sein, dieselben Szintillatorplatten sowohl in dem an Luft als auch indemimVakuum betriebenen<br />
Detektor zu verwenden. In diesem Zusammenhang ist derzeit auch einUmbau der Vakuumkammer in Arbeit,<br />
der es ermoglicht, die Platte ohne Ausbau der Kammer (wie am Prototypen noch erforderlich) von unten zu<br />
wechseln. An einer " Leiter\ z<strong>ur</strong> Montage mehrerer Platten, die ein Auswechseln der Szintillatorplatte gestatten<br />
w<strong>ur</strong>de ohne das Vakuum zu unterbrechen, wird ebenfalls gearbeitet. Bei der derzeitigen Ausbaustufe steht zum<br />
Verfahren lediglich eine Pre luftd<strong>ur</strong>chfuhrung z<strong>ur</strong> Verfugung, die n<strong>ur</strong> zwischen zwei festen Positionen bewegt<br />
werden kann.<br />
F<strong>ur</strong> das Vakuum im FRS gelten besondere Anforderungen, da es sich unmittelbar an den SIS Beschleuniger<br />
anschlie t, in dem UHV-Bedingungen vorliegen. Zumindest bei einigen Experimenten ist der Verzicht auf das<br />
momentan noch am Eingang des FRS installierte dunne Ubergangsfenster, das die beiden Bereich mitunterschiedlicher<br />
Gute des Vakuums trennt, unerla lich. Aus diesem Grunde mussen alle im Vakuum installierten<br />
Einrichtungen am FRS auf Ihre dahingehende Tauglichkeit uberpruft werden. F<strong>ur</strong> diesen Nachweis w<strong>ur</strong>de eine<br />
Szintillatorplatte (BC420) mit den Abmessungen 200 80 1mm 3 in einem Pumpstand unter Vakuumbedingungen<br />
getestet. Dabei w<strong>ur</strong>de das Massenspektrum der ausgasenden Partikel aufgezeichnet und der Druckverlauf uber<br />
der Abpumpzeit aufgenommen, wie in Abb. A.4 dargestellt. Um den Ein u der Ober achenversiegelung zu<br />
untersuchen, w<strong>ur</strong>de sowohl eine gereinigte, fabrikneue Platte als auch eine allseitig mit Aluminium bedampfte<br />
getestet. Die Massenspektren der Ausgasungsprodukte unterschieden sich nicht wesentlich, und auch der erzielbare<br />
Enddruck liegt bei beiden Testkorpern mit 4.9 10 ;9 mbar f<strong>ur</strong> den unbedampften bzw. 5.5 10 ;9 mbar f<strong>ur</strong><br />
den bedampften Typ in der gleichen Gro enordnung. In der Anfangsphase des Abpumpens zeigt der bedampfte<br />
Szintillator bessere Resultate. Betrachtet man Zeiten uber 50 Stunden, so erzielt man mit dem unbedampften<br />
bessere Ergebnisse. Dies ist vermutlich auf Reste von Wasser in der porosen Aluminiumoxid-Schicht z<strong>ur</strong>uckzufuhren.<br />
Die elektronische Bestuckung und die Verarbeitung der Signale des Detektors geschieht analog zu der der<br />
bisherigen Szintillationsdetektoren am FRS. Erste Ergebnisse aus einer Strahlzeit mit Sauersto bei 500 A MeV<br />
sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.<br />
Es zeigte sich, da die Signalhohen der Photomultiplieranoden des Vakuum-Szintillators bei etwa gleicher Versorgungsspannung,<br />
d.h. vergleichbarer Verstarkung, sich nicht nennenswert von denen der Photomultiplier gleichen<br />
Typs im FRS-Standarddetektor SC41 unterscheiden. Dies ist insofern bemerkenswert, als es bedeutet, da die<br />
Ankopplung der Lichtleiter an den Szintillator im Vakuum uber den unvermeidbaren Spalt von ca. 5/10 mm<br />
nicht wesentlich schlechter sein kann als die uber optisches Fett, bzw. da andere Faktoren eine wichtigere Rolle<br />
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