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Entwicklung von Übergangsstrahlungsdetektoren für zukünftige Weltraumexperimente

Diplomarbeit Stefan Plewnia
Zur direkten Messung von Energiespektren individueller Elemente in der kosmischen Strahlung bis zu Energien von 1015 eV sind Übergangsstrahlungsdetektoren besonders geeignet. Sie vereinigen die Vorzüge einer guten Energieauflösung und einer großen Akzeptanzfläche bei gleichzeitig geringem Gewicht. Übergangsstrahlungsdetektoren wurden bereits erfolgreich im Cosmic Ray Nuclei Detector (Flug 1985 im Spaceshuttle) und im TRACER Experiment eingesetzt. Ein Übergansstrahlungsdetektor ist auch Teil des geplanten Experimentes ACCESS (Advanced Cosmic-ray Composition Experiment for the Space Station) auf der internationalen Raumstation ISS.
Ein Test von Prototypen für einen Übergangsstrahlungsdetektor fand im August 2001 am CERN statt. Die Studien wurden von Gruppen der Universitäten Chicago und Karlsruhe durchgeführt.
Der Teststand wurde an einem Sekundärstrahl des SPS im North Area aufgebaut (Strahlrohr H2).
Der Testaufbau besteht aus vier Vieldrahtproportionalkammern die mit einem Xenon-Methan-Gemisch befüllt sind. Die erste Kammer dient der Messung der spezifischen Ionisation. Die Kammern zwei bis vier sind hinter den verschiedenen Kombinationen von Radiatormaterialien installiert und Messen die Summe der Energiedepositionen von spezifischer Ionisation und Übergangsstrahlung. Unten links im Bild die Vorverstärkerelektronik die aus dem Cosmic Ray Nuclei Detektor der Universität Chicago übernommen wurde.
Anordnung des Testaufbaues am Strahlrohr. Im Bild rechts oben ist das Strahlrohr mit Vieldrahtproportionalkammern zur Überwachung der Position des Strahles un die Triggerzähler zu erkennen. Links unten der Teststand für die Übergangsstrahlungsdetektoren.
Blick in den Kontrollraum der H2 Beamline. Ganz rechts der Schrank mit dem Datenaufnahmesystem und der Datenerfassungsrechner des Übergangstrahlungsdetektors.
Das Datenaufnahmesystem einschließlich Triggerelektronik und Hochspannungsversorgung für die Vieldrahtproportionalkammern und die Photomultiplier ist in mehreren VME und NIM Überrahmen untergebracht. Herztstück des Auslesesystemes ist ein WIENER PCI VME Interface. Die Vieldrahtproportionalkammern werden mittels eines von der Firma Struck speziell adaptierten SIS 3300 ADC Systemes ausgelesen. Die Signale der Photomultiplier werden über Le Croy 1182 ADCs digitalisiert.

Transition radiation detectors for energy measurements at high Lorentz factors
Nuclear Instrumenths and Methods


Jörg R. Hörandel