KIP-Veröffentlichungen

In der vorliegenden Diplomarbeit wird ein neuartiges großflächiges magnetisches Kalorimeter für die ortsaufgelöste Detektion massiver Teilchen mit einer kinetischen Energie von wenigen keV aufwärts vorgestellt. Ein metallisch magnetisches Kalorimeter besteht aus einem Teilchenabsorber und einem paramagnetischen Temperatursensor, der sich in einem schwachen äußeren Magnetfeld befindet. Gemäß dem kalorimetrischen Messprinzip führt ein Energieeintrag im Absorber zu einer Temperaturerhöhung des Detektors. Die daraus resultierende Magnetisierungsänderung des Sensors kann mit Hilfe eines rauscharmen dc-SQUID-Magnetometers in Form einer Änderung des magnetischen Flusses nachgewiesen werden.
Der hier diskutierte Detektor besteht aus sechzehn kreissegmentförmigen, großflächigen Absorbern, die einen Kreis mit einem Durchmesser von 36mm bilden und an deren einem Ende sich jeweils ein Temperatursensor befindet. Aufgrund der diffusiven Ausbreitung der Wärme in den Absorbern, hängt die Anstiegszeit des Detektorsignals vom Auftreffort des Teilchens ab. Diese Tatsache erlaubt es, einem detektierten Teilchen eine Position zuzuordnen. Zur Charakterisierung der zu erwartenden Signale wurden numerische Finite-Elemente-Simulationen durchgeführt. Hierbei zeigte sich, dass in Abhängigkeit des Auftrefforts Anstiegszeiten zwischen 20 μs und 800 μs zu erwarten sind. Ferner wurde die Anwendbarkeit eines neu entwickelten Auswertealgorithmus mit Hilfe von simulierten Ereignissen überprüft.

This diploma thesis describes the development of a new large-area magnetic calorimeter for position sensitive detection of massive particles with kinetic energies from few keV. A metallic magnetic calorimeter consists of a particle absorber and a paramagnetic temperature sensor, placed in a weak magnetic field. According to the calorimetric detection principle, the deposition of energy in the absorber causes a rise in temperature of the detector. The resulting magnetization change of the sensor can be read out as a change in magnetic flux by a low-noise dc-SQUID-magnetometer.
The discussed detector encompasses sixteen pie-shaped large-area absorbers to form a circular whole with a diameter of 36 mm. The temperature sensor is positioned on the outer edge of each absorber. Due to the diffusive expansion of heat in the
absorbers, the rise-time of the detector-signal depends on the impact location of the particle. This fact allows one to associate a position to a detected particle. To characterize the expected signals, numerical simulations were performed by using the program OpenFOAM. These indicated that, dependent on the impact position, expected rise-times are between 20 μs and 800 μs. Furthermore the adaptability of a new developed analysis-algorithm was surveyed with simulated events.