Konzept eines Faser-Detektors bei HERA-B

Das Konzept für einen Faser-Detektor basiert auf den ursprünglichen Planungen für einen MSGC-Detektor, denn die Anforderungen in bezug auf Auflösung, Effizienz und äußere Abmessungen sind vom Experiment und der physikalischen Fragestellung vorgegeben und haben sich nicht geändert.

Abbildung 2.1 zeigt die typische Geometrie für eine Detektorebene mit den Detektormodulen im Bereich um das Strahlrohr und der Anordnung der Lichtleiter und Photomultiplier. Der zentrale Bereich um das Strahlrohr wird von vier L-förmigen Detektormodulen aus szintillierenden Fasern abgedeckt. Aufgrund der großen Materialdicke der Photomultiplier können diese jedoch nicht im Akzeptanzbereich des Äußeren Spurkammersystems, sondern erst auf einem weiter außen liegenden Rahmen befestigt werden. Dadurch wird es notwendig, diese Distanz von bis zu 3 m mit Lichtleitern zu überbrücken.

Abbildung 3.4 zeigt den Aufbau eines Detektormoduls, der gewählt wurde, um die Anforderungen an das Innere Spurkammersystem zu erfüllen: Der Detektor ist aufgebaut aus double cladded szintillierenden Fasern mit einem äußeren Durchmesser von 480 ${\mu}$m. Um eine ausreichende Lichtmenge zu erhalten, werden jeweils 7 Fasern in Richtung des Teilchendurchgangs hintereinander in einer Straße positioniert und zu einem Auslesekanal zusammengefaßt (siehe Abbildung 3.5). Die Fasern sind dabei mit einem Wiederholabstand von 340 ${\mu}$m so angeordnet, daß sich ein gewisser Überlapp benachbarter Straßen ergibt. Damit wird erreicht, daß alle Teilchen mit einem Winkel $\leq$100 mrad gegenüber der Richtung der Straßenachse mindestens 2,5 mm szintillierendes Material durchfliegen [Dre98a]. Ein Detektormodul hat mit dieser Geometrie insgesamt 704 auszulesende Straßen.

Die 7 Fasern einer Straße werden zusammengefaßt und auf einen Lichtleiter gekoppelt. Diese Kopplung geschieht mit Hilfe von Plexiglassteckern, in die die Fasern eingeklebt sind.

Bei den klaren Fasern handelt es sich ebenfalls um double cladded Fasern, die einen äußeren Durchmesser von 1,7 mm und je nach Position der Photomultiplier Längen zwischen 1 und 3,5 m haben. Angeordnet in der dichtesten Kugelpackung ergeben die Durchmesser der szintillierenden Fasern eine Rosette, deren Umkreis einen Durchmesser von 1,44 mm hat (siehe Abbildung 3.6). Dieser Umkreis, der sogar noch das Double-Cladding der szintillierenden Fasern einschließt, paßt genau auf den Kern des Lichtleiters, der einen Durchmesser von 1,50 mm hat.

Zudem gewährleistet ein maximaler Lichtleiterdurchmesser von 1,7 mm die Kopplung auf einen (2 $\times$ 2) $~{\rm mm^2}$ großen Pixel der PM-Photokathode mit weniger als 1 % Übersprechen auf den Nachbarpixel [Dre98a]. Für die Auslese ist der 64-Kanal-Photomultiplier R5900-M64 der Firma Hamamatsu [Ham97b] vorgesehen.

Abbildung: Geometrie eines Faser-Detektormoduls für HERA-B. In der Mitte ist das Modul mit dem Strahlrohrausschnitt dargestellt. Die Detailzeichnung oben (Schnitt B-B) zeigt den Stecker für die optische Kopplung von sieben szintillierenden Fasern auf eine klare. Die untere Zeichnung (Schnitt A-A) zeigt einen Querschnitt des Detektors mit der Anordnung der Fasern (Zeichnung S. Hennenberger).

Abbildung: Ausschnitt aus einem Faser-Detektormodul mit 7er-Straßen-Geometrie. Die szintillierenden Fasern haben einen Durchmesser von 480 ${\mu}$m. Es werden 7 hintereinander liegende Fasern zu einer Straße zusammengefaßt. Durch die Anordnung der Fasern überlappen sich die Straßen, und es entsteht ein Wiederholabstand von 340 ${\mu}$m.

Abbildung 3.6: Kopplung der szintillierenden an die klaren Fasern bei HERA-B. Der Umkreis der szintillierenden Fasern (mit Double-Cladding) beträgt 1,44 mm und paßt in den Durchmesser von 1,50 mm des Kerns der klaren Fasern.