Szintillierende Fasern

Eine Alternativlösung zur MSGC als ortsauflösendem Detektor ist ein Detektor aus szintillierenden Fasern, die über klare Fasern und Photomultiplier ausgelesen werden [Dre98a]. Durch die räumliche Anordnung der Subdetektorkomponenten bei HERA-B ist jedoch die Bauhöhe der Detektoren für das Innere Spurkammersystem stark limitiert. Die sich daraus ergebende geringe Dicke des szintillierenden Materials begrenzt die zu erwartende Lichtausbeute. Zudem können die Photomultiplier zur Auslese nicht direkt hinter den szintillierenden Fasern positioniert werden, sondern die Montage der Photomultiplier kann erst außerhalb des Akzeptanzbereichs des Äußeren Spurkammersystems erfolgen. Die Auslese der szintillierenden Fasern erfolgt dann über bis zu 3 m lange Lichtleiter (siehe Abbildung 2.1), die durch Absorption die sowieso schon geringe Lichtmenge noch reduzieren.

Abbildung 2.1: Konstruktionsentwurf einer Detektorebene des Inneren Spurkammersystems mit Lichtleitern und Photomultipliern. In der Mitte decken vier L-förmige Module aus szintillierenden Fasern den Akzeptanzbereich des Inneren Spurkammersystems um das Strahlrohr ab. Mit Lichtleitern wird das Licht zu den Photomultipliern geführt, die außerhalb des Akzeptanzbreich des Äußeren Spurkammersystem auf einem Rahmen montiert sind. Der asymmetrische Verlauf der Lichtleiter im linken unteren Quadranten wird durch die Elektronstrahlröhre von HERA verursacht (Zeichnung S. Hennenberger).

Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit (Kapitel 3) wurden zunächst Fertigungsverfahren für den Bau von Testdetektoren und optischen Kopplungen erarbeitet und dann in einem neu aufgebauten Teststand die Lichtausbeute der szintillierenden sowie die Transparenz der klaren Fasern gemessen. Das vorrangige Interesse galt dabei der Frage nach der maximal erreichbaren Lichtausbeute und ihrer möglichen Verringerung durch Strahlenschäden in den szintillierenden und klaren Fasern aufgrund der Strahlenbelastung bei HERA-B. Dazu wurden die Fasern bei der Firma BASF [IsoLab] gemäß dem bei HERA-B erwarteten Strahlungsprofil mit einer Kobalt-Quelle bestrahlt. Die Forschungsarbeiten ergaben, daß ein Faserdetektor prinzipiell bei HERA-B einsetzbar ist. Die Alterungstests zeigten aber, daß bereits für akkumulierte Strahlendosen, die ungefähr einem Betriebsjahr bei HERA-B entsprechen, eine deutliche Verringerung der Lichtausbeute eintritt. Dies führt zu einer signifikanten Abnahme der Nachweiseffizienz.