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Bewertungen der Faseruntersuchungen

Für HERA-B war ein Faserdetektor vorgesehen, der aus szintillierenden Fasern mit einem Durchmesser von 0,48 mm und klaren Fasern mit einem Durchmesser von 1,7 mm aufgebaut ist. Für die Auslese mit einem Vielkanal-Photomultiplier wurden jeweils 7 hintereinander liegende szintillierende Fasern zu einer Auslesestraße zusammengefaßt und auf einen Pixel des Photomultipliers geleitet.

Die Tests im Labor zeigten, daß mit der Kombination aus den szintillierenden Fasern Kuraray SCSF-78M und den klaren Fasern Kuraray Clear Fibres die höchste Lichtausbeute erzielt werden konnte. Durch Strahlenschäden sowohl an szintillierenden als auch klaren Fasern reduziert sich die gemessene Lichtmenge auf 53 % nach dem ersten, auf 47 % nach dem zweiten und auf 39 % nach dem dritten Betriebsjahr.

Messungen mit einem Prototypen der original HERA-B-Geometrie bei einem Teststrahl mit hochenergetischen Teilchen ergaben für eine 7er-Straße im Gegensatz zu den Erwartungen nach den Labortests eine Lichtausbeute von nur 6,2 Photoelektronen. Legt man die im Labor beobachtete Verringerung der Lichtausbeute durch Strahlenschäden zugrunde, so reduziert sich die Lichtmenge bereits nach dem ersten Betriebsjahr auf 3,3 Photoelektronen.

Ein Strahltest bei HERA-B zeigte, daß die Zahl von Signalen, die hauptsächlich durch Cerenkovlicht in den klaren Fasern, aber auch durch niederenergetische Teilchen und Übersprechen verursacht werden, sehr groß ist. Da dies meist Single-Photoelektron-Signale sind, müssen für eine effiziente Spurrekonstruktion und Ableitung von Triggersignalen mindestens 2 Photoelektronen für ein minimalionisierendes Teilchen verlangt werden. Bei dieser Schwelle erlaubt zwar die Lichtausbeute zu Beginn eine Detektoreffizienz von 99 %, jedoch schon nach einem Betriebsjahr fällt diese auf 84 % ab.

Aufgrund dieser Erkenntnisse und der Unsicherheit über die bei HERA-B tatsächlich auftretenden Strahlenschäden konnte ein sicherer Betrieb eines Faserdetektors bei HERA-B nicht garantiert werden. Zudem würde die Realisierung dieses Projekts im Vergleich zu einem GEM-MSGC-Detektor zu Mehrkosten in zweistelliger Millionenhöhe führen.

Da sich mittlerweile die GEM-MSGC-Technologie als vielversprechend erwiesen hatte, wurde entschieden, die Technologie eines Faser-Detektors für HERA-B nicht weiter zu verfolgen.


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Malte Hildebrandt
2001-06-11