KIP-Veröffentlichungen

Kommt es zu einer Energiedeposition in einem szintillierenden Kristall, so wird die Energie des wechselwirkenden Teilchens hauptsächlich in Wärme und zu einem geringen Teil in Szintillationslicht umgewandelt. Der Anteil des erzeugten Lichtes hängt von der Masse des Teilchens ab. Durch eine gleichzeitige Messung der Energie im Phononenkanal und im Lichtkanal ist es möglich, bestimmte für die Anregung verantwortliche Teilchenklassen zu identifizieren. Für eine eindeutige Unterscheidung zwischen den Teilchenklassen sind Detektoren notwendig, die eine schnelle Signalanstiegszeit und eine gute Energieauflösung aufweisen. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen dieser Arbeit ein kombinierter Phononen-Photonen-Detektor entwickelt, dessen Funktionsweise auf der Basis von metallischen magnetischen Kalorimetern beruht. Dieser verfügt über einen Photonen- und drei Phononendetektoren, die zusammen auf einem 3-Zoll-Wafer strukturiert sind. Als Absorptionsfläche der vom Kristall emittierten Photonen dient der mittlere Teil desWafers, welcher durch geätzte Schlitze vom restlichen Teil des Wafers abgetrennt ist. In Simulationsrechnungen konnte für den Photonendetektor eine Energieauflösung von Δ_FWHM < 10 eV und eine Signalanstiegszeit von τ₀ < 200 μs bestimmt werden. Zur Messung der im Kristall erzeugten Wärme dienen drei thermisch mit dem Krsitall verbundene Phononendetektoren, die auf dem äußeren Teil des Wafers positioniert sind. Für diese wird eine Energieauflösung von Δ_FWHM < 50 eV und eine Signalanstiegszeit von τ₀ < 200 μs erwartet. Zudem konnten Messungen an einem zuvor entwickelten sehr ähnlichen Photonendetektor durchgeführt werden, welche in dieser Arbeit diskutiert werden.

In scintillating crystals the energy deposited by an interacting particle is mainly transferred to the phonon system of the crystal, which causes a rise of its temperature. The rest of the energy is transformed into scintillation light. The fraction of light that is generated depends on the mass of the interacting particle. Hence, a simultaneous measurement of the energy transported in the heat and the light channel allows to identify certain families of particles. To improve discrimination among particles it is fundamental to use fast detectors with high energy resolution. In this thesis the design of a combined phonon and photon detector, based on the concept of metallic magnetic calorimeters has been developed. Both the phonon and the photon detector will be fabricated on top of one 3-inch-wafer. The fraction of photons emitted by the scintillating crystals will be absorbed by the central part of the wafer, which is separated from the outer part by etched trenches. For the photon detector an energy resolution of Δ_FWHM < 10 eV and a signal rise time of τ₀ < 200 μs were theoretically determined. In order to measure the produced heat, three phonon sensors, which are thermally linked to the crystal are positioned outside the photon absorber. Their energy resolutions are expected to be Δ_FWHM < 50 eVand their signal rise times to be τ₀ < 200 μs. Moreover, measurements with a formerly developed photon detector were performed and will be discussed in this thesis.