Institut f ur Kernphysik Technische Hochschule ... - GSI WWW-WIN

B. Ein Flugzeitdetektor zur Untersuchung der Spaltung exotischer Kerne
B.5 Auswahl der Bauteile
Um eine Zeitau osung von 200 ps zu erhalten, benotigt man spezielle Photoelektronenvervielfacher (PM) und
" schnelles\ Szintillatormaterial. Die unten aufgefuhrten Materialien wurden bei verschiedenen Experimenten
an der GSI [Gre93, Hub92, EmL89, FrL91, Vos89] und am BEVALAC [EnB93] eingesetzt, um Flugzeiten zu
messen. Daraus lassen sich Vergleichsdaten uber PMs und Szintillatormaterial entnehmen.
Tab. B.5
Szintillatormaterial
Material BC408 BC420
Abklingzeit (ns) 2,1 1,5
Absorptionslange (cm) 380 110
Preis pro Streifen (DM) 300 420
Hersteller [Bic86] [Bic86]
Photomultiplier
Typ H2431 R3478 R1398 XP2972 XP2262
Anzahl der Dynoden 8 8 8 8 12
Anstiegszeit (ns) 0,7 1,3 2,0 2,0 2,0
Laufzeitstreuung (ns) 0,37 0,36 0,7 0,7 0,7
Photokathode (Zoll) 2 3/4 11/8 11/8 2
Preis (ca.) (DM) 2900 300 ? ? 800
Hersteller [Ham80] [Ham80] [Ham80] [Val85] [Val85]
Daten der getetsteten Szintillatormaterialien und der Photomultiplier.
Der Durchmesser des PMs R3478 betragt lediglich 3/4 Zoll. Er ist damit zu klein, um adiabatische Querschnittswandler
benutzen zu konnen, die aufgrund der vorliegenden Geometrie einen Durchmesser von 3 cm haben. Dies
gilt entsprechend fur die Vervielfacher R1398 und XP2972 mit 1 1/8 Zoll Durchmesser. Zusatzlich sind diese
drei Typen noch um einen Faktor zwei bis drei langsamer als der Photomultiplier H2431, was sich negativ auf
die erreichbare Zeitau osung auswirkt.
Der PM XP2262 ist aufgrund der gro en Anzahl an Dynoden nur fur minimal ionisierende Teilchen gut geeignet.
Bei schweren Teilchen mu aufgrund des hohen Energieverlusts der Ionen im Szintillationsmaterial das Signal
weniger verstarkt werden als bei leichten. Das bedeutet aber wiederum eine Erhohung der Laufzeitstreuung.
Der PM H2431 ist mit reduzierter Verstarkung erhaltlich, was fur die Messung von schweren Ionen vorteilhaft
ist. Um eine Sattigung der Signalhohen bei gro en Energieverlusten schwerer Kerne im Szintillator und somit
einen kurzzeitig hohen Strom und damit einen Spannungabfall in der Photomultiplier-Base zu vermeiden, wurden
bisher die PM mit etwa derHalfte der Maximalspannung betrieben. Durch die niedrige Betriebsspannung
jedoch wird die Anstiegszeit des Photomultipliers vergro ert. Durch schlechtere Fokussierung der Elektronenlawine
der ersten Dynode erhoht sich damit die Laufzeitstreuung. Ein PM mit reduzierter Verstarkung sollte also
die Zeitau osung der Me anordnung gegenuber den bislang erreichten Werten noch verbessern. Die von Hamamatsu
gelieferten PM mit reduzierter Verstarkung stammen aus einer " Ausschu \-Charge der Herstellung. Die
ansonsten vom Hersteller garantierten Merkmale konnen also gegenuber den Katalogspezi kationen abweichen.
Aus diesem Grunde erschienen gesonderte Untersuchungen der Photomultipliereigenschaften angebracht� die
Ergebnisse sind in Abschnitt C zusammenfassend dargestellt.
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