KIP-Veröffentlichungen

MOCCA ist ein großflächiger energie- und positionsauflösender Detektor basierend auf metallischen magnetischen Kalorimetern, der zukünftig zur Detektion neutraler Molekülfragmente am kryogenen Speicherring CSR am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg eingesetzt werden soll. Metallische magnetische Kalorimeter bestehen aus einem Absorber und einem paramagnetischen Sensor, die sich in gutem thermischen Kontakt befinden. Der Sensor befindet sich in einem schwachen Magnetfeld, das durch einen Dauerstrom erzeugt wird. Die Absorption eines Teilchens im Absorber führt zu einer Änderung der Magnetisierung des Sensors, die über einen supraleitenden Flusstransformator als magnetische Flussänderung in ein SQUID eingekoppelt und von diesem ausgelesen wird.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der MOCCACINO-Detektor, eine zu Testzwecken entwickelte kleinere Version des MOCCA-Detektors, aufgebaut und mit einer 55Fe-Quelle bestrahlt. Dabei wurde erstmals die Eigenschaft der Ortsauflösung durch koinzidente Detektion von Zeilen- und Spaltensignalen des Detektors demonstriert. Für einzelne Kanäle wurde eine Energieauflösung von 187 eV erreicht. Der Unterschied zur theoretisch erreichbaren Energieauflösung von 44 eV lässt sich auf ein niederfrequentes Rauschen zurückführen, das das Signal überlagerte. Messungen der Signalhöhe in Abhängigkeit von der Temperatur des Kryostaten weisen auf einen sehr niedrigen supraleitenden Dauerstrom hin. Bei Messungen des Detektors mit verbesserter Stromtragfähigkeit und besserer thermischer Ankopplung kann in Zukunft eine deutlich bessere Auflösung erwartet werden.

MOCCA is a large-scale detector based on metallic magnetic calorimeters for energy and position resolved detection of neutral molecule fragments. It was designed for the cryogenic storage ring CSR at the Max Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg. Metallic Magnetic Calorimeters consist of an absorber and a paramagnetic sensor that are strongly thermally coupled. The sensor is magnetized by a weak magnetic field created by a persistent current. The absorption of an incident particle in the absorber leads to a change of the sensor magnetization, which is coupled into a readout SQUID as magnetic flux change via a superconducting flux transformer.
In the course of this thesis a MOCCACINO detector, a smaller version of MOCCA developed for testing purposes, was set up and measured using 55Fe as radiation source. For the first time, the spatial resolution was demonstrated by coincident detection of signals from the detector columns and lines. The best observed energy resolution for a single channel is 187 eV. The difference to the calculated theoretical energy resolution of 44 eV can be explained by a strong low-frequency noise resulting from vibrations of the setup. Measurements of the signal height depending on the cryostat’s temperature point to a low superconducting current. For future measurements with improved current-carrying capacity and better thermal coupling, a higher energy resolution is expected.