Detektoren in der Hochenergiephysik
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- Jasper Giese
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1 Detektoren in der Hochenergiephysik Sommersemester 2005 Univ.Doz.DI.Dr. Manfred Krammer Institut für Hochenergiephysik der ÖAW, Wien Bearbeitung der VO-Unterlagen: DI.Dr. D. Rakoczy
2 Inhalt 1. Einleitung 2. Wechselwirkung von Teilchen/Strahlung mit Materie 3. Gasdetektoren 4. Halbleiterdetektoren 5. Szintillatoren 6. Kalorimeter 7. Detektoren zur Teilchenidentifikation M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 1
3 1. Einleitung 1. Meßaufgaben 2. Prinzip einer Messung 3. Wichtige Einheiten und Größenordnungen M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 2
4 2. Wechselwirkung von Teilchen / Strahlung mit Materie 1. Wechselwirkung geladener Teilchen 1. Energieverlust durch Kollision (schwere Teilchen) 2. Energieverlust von Elektronen und Positronen 3. Bremsstrahlung 4. Čerenkov-Strahlung 5. Übergangsstrahlung 2. Wechselwirkung von Photonen 1. Photoeffekt 2. Compton-Effekt 3. Thomson- & Rayleigh- Streuung 4. Paarerzeugung 3. Hadronische Wechselwirkungen 4. Wechselwirkung von Neutrinos M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 3
5 3. Gasdetektoren 1. Grundlagen 1. Prinzip 2. Wichtige Kenngrößen 3. Ionisation von Gasen 4. Diffusion von Elektronen und Ionen 5. Drift von Elektronen und Ionen 6. Elektronegative Gase 7. Gasverstärkung 2. Gas-Ionisations-Zähler 1. Ionisationskammern 2. Proportionalzähler 3. Auslösezähler 4. Streamer-Rohre 3. Vieldraht-Proportionalkammern 4. Driftkammern 5. Zeitprojektionskammern 6. Mikropattern-Gas-Detektoren M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 4
6 4. Halbleiterdetektoren 1. Allgemeine Grundlagen 1. Detektionsprinzip 2. Materialeigenschaften 3. Dotierung 4. Der p-n-übergang 5. Detektorcharakteristika 2. Silizium-Streifendetektoren 1. Prinzip 2. Herstellung segmentierter Si- Detektoren 3. AC gekoppelte Detektoren 4. Doppelseitige Detektoren 5. Ortsauflösung von Microstrip- Detektoren 6. Signal-Rauschverhältnis 3. Si-Pixeldetektoren 4. Strahlungsschäden in Si-Detektoren M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 5
7 5. Szintillatoren 1. Allgemeine Grundlagen 2. Anorganische Szintillatoren 1. Szintillationsmechanismus 2. Anorganische Kristalle 3. Gläser 4. Edelgase 3. Organische Szintillatoren 1. Organische Kristalle 2. Organische Flüssigkeiten 3. Plastikszintillatoren 4. Wellenlängenschieber 5. Lichtleiter 6. Szintillierende Fasern 7. Photomultiplier M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 6
8 6. Kalorimeter 1. Allgemeine Grundlagen 1. Homogene Kalorimeter 2. Sampling-Kalorimeter 3. Energieauflösung Allgemein 2. Elektromagnetische Kalorimeter 1. Elektromagnetische Schauer 2. Energieauflösung 3. Hadron-Kalorimeter 1. Hadronische Schauer 2. Signale der individuellen Schauerkomponenten 3. Kompensation 4. Energieauflösung 5. Linearität 4. Beispiele für Kalorimetersysteme M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 7
9 7. Detektoren zur Teilchenidentifikation 1. Massenbestimmung bei stabilen Hadronen 2. Flugzeitmessung (Time-of- Flight-Counter) 3. Vielfach-Ionisationsmessung 4. Čerenkov-Zähler 1. Schwellen-Čerenkov-Zähler 2. Differentielle Čerenkov- Zähler 3. Čerenkov-Ringbild Zähler (RICH) 5. Übergangsstrahlungs- Detektoren M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 8
10 Ziel und Motivation (Der CMS Detektor) Superconductive Solenoid Muon System Inner Tracker Electromagnetic Calorimeter Hadronic Calorimeter M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 9
11 Motivation (Der CMS Detektor ) M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 10
12 Motivation (Der CMS Detektor ) M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 11
13 Motivation (Der CMS Detektor ) M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 12
14 Motivation (Der CMS Detektor ) M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 13
15 Motivation (Der ATLAS Detektor) M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 14
16 Motivation (Der ATLAS Detektor ) M. Krammer: Detektoren, SS 04 Inhaltsverzeichnis 15
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