Institut f ur Kernphysik Technische Hochschule ... - GSI WWW-WIN
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4.3 Die Szintillatordetektoren am Fragmentseparator<br />
Die Auswirkung eines solchen Detektors auf die Leistungsfahigkeit eines ionenoptischen Systems ist in Tab. 4.3<br />
f<strong>ur</strong> den realistischen Fall des Fragmentseparators der <strong>GSI</strong> dargestellt. Die Tabelle zeigt den Ein u von Kombinationen<br />
von Target, intermediarem Abbremser und Szintillationsdetektor auf die verschiedenen Verteilungen<br />
der Fragmente am Ausgang des Spektrometers. Eine quantitative Abschatzung der geforderten Homogenitat<br />
der Detektoren kann aus den folgenden Uberlegungen gewonnen werden:<br />
Zuerst kann man die Variation in der Dicke ermitteln, die der ionenoptischen Au osung B%/B% des Spektrometers<br />
entspricht. Nimmt man B%/B%=10 ;4 [MaG94] an, so erhalt man 1.5 mg/cm 2 (15 m) f<strong>ur</strong> die zulassige<br />
Dickenvariation eines Detektors mit einer Dicke von 500 mg/cm 2 (ca. 5mm) aus BC420 [Bic86] {Hauptkomponente<br />
ist CH2 mit einer Dichte von 1.032 g/cm 3 .<br />
Zum zweiten bestimmt man die Dickenvariation, die dem Energieverluststraggling in einem solchen Detektor<br />
entspricht. F<strong>ur</strong> 220 Th-Ionen mit einer Anfangsenergie von ca. 900 A MeV betragt das Energieverluststraggling<br />
ca. 32 MeV ( ), was einer Dickenvariation von 2.0 mg/cm 2 (oder 19 m) entspricht. Da das Energieverluststraggling<br />
unvermeidbar ist, ist dies die gro te Forderung an die Homogenitat eines 5 mm dicken Szintillations-<br />
Detektors.<br />
Eine etwas geringere Einschrankung ergibt sich, wenn der Detektor nach einem intermediaren Abbremser aus<br />
Aluminium aufgestellt wird, der hier mit einer Dicke von ca. 50% der Reichweite von 900 A MeV 220 Th-<br />
Ionen, also ca. 5000 mg/cm 2 , angenommen wird. Das Energieverluststraggling in einer solchen Schicht betragt<br />
ca. 95 MeV ( ) und entspricht dem Energieverlust in 5.2 mg/cm 2 (50 m) Szintillatormaterial. Zusatzlichmussen<br />
hier noch die Inhomogenitaten der Aluminium-Abbremserschichten betrachtet werden, die ca. 0.81 mg/cm 2<br />
betragen, was 8.4 m Szintillatormaterial entspricht.<br />
Wie mechanische Messungen an den eingesetzten Szintillatorplatten gezeigt haben, betragt die Genauigkeit der<br />
Dicke ca. 18 m, wobei die Rauhigkeiten der unpolierten Ober ache ca. 1 m mit Ausdehnungen in der<br />
Plattenebene von ca. 10 m betragen. Bei den an Luft installierten Szintillationsdetektoren mussen noch zwei<br />
Schichten schwarzer Plastikfolie z<strong>ur</strong> Lichtabschirmung mit jeweils (119 9) m Dicke beachtet werden.<br />
Insgesamt ergeben sich somit Werte, die den Einsatz dieses Detektors in den meisten Experimenten zulassen.<br />
Der elektronische Aufbau<br />
Da die Teilchenzahlrate in der Mittelebene wegen der noch unvollstandigen Trennung in der ersten Separatorstufe<br />
zum Teil erheblich gro er ist als am Endfokus, wird die Messung der Flugzeit d<strong>ur</strong>ch den am Ausgang<br />
des FRS installierten Szintillationsdetektor gestartet und d<strong>ur</strong>ch dasentsprechende Signal des Detektors in der<br />
Mittelebene gestoppt. Auf diese Weise wird die gro e Belastung des Zeit-Amplituden Wandlers mit Signalen<br />
d<strong>ur</strong>ch Teilchen, die ohnehin nicht dem Separationskriterium des gesamten FRS unterliegen { wie etwa im Abbremser<br />
erzeugte Sekundarfragmente { vermieden. Man mi t somit eine Flugzeit f<strong>ur</strong> die langsamere Teilchen<br />
k<strong>ur</strong>zere Zeiten ergeben. Der elektronische Aufbau der Szintillationsdetektoren ist in Abb. 4.5 schematisch dargestellt,<br />
eine etwas detailliertere Darstellung ndet sich im Anhang in Abb. F.1 (Seite 212), au erdem sei auf<br />
die ausfuhrliche Darstellung in [Vos89] verwiesen.<br />
4.3.1 Die Bestimmung der Orte<br />
Die Orte an den Szintillatoren werden uber die Di erenzen der Lichtlaufzeiten vom Auftre ort des Teilchens<br />
bis zu den sich gegenuberliegenden Photomultipliern bestimmt (vergl. Abb. 4.6). Da die Lichtausbreitung innerhalb<br />
des Szintillators hauptsachlich d<strong>ur</strong>ch mehrfache Totalre exion an den Szintillatorober achen erfolgt,<br />
ist die Laufzeitdi ernz nicht allein von der Lichtgeschwindigkeit im Szintillatormaterial, sondern auch von der<br />
Geometrie der Detektoren abhangig. Deshalb mussen die Szintillatoren in einer Eichmessung, bei der sie voll<br />
ausgeleuchtet sind, gegenuber anderen Ortsdetektoren, die absolute Orte liefern, geeicht werden. Hierf<strong>ur</strong> w<strong>ur</strong>den<br />
in den Strahlengang einfahrbare Vieldrahtproportionalzahler (MWPC) [Ste91a] in der Nahe der Szintillatoren<br />
verwendet. Diese haben gegenuber den Szintillatoren neben der absoluten Ortsbestimmung den Vorteil einer<br />
geringeren Massenbelegung, sind jedoch wegen der Drahte inhomogen und haben keine hundertprozentige<br />
Ansprechwahrscheinlichkeit. Genauere Hinweise zum Betrieb und der Funktionsweise dieser Detektoren sind<br />
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