Der Transition-Radiation-Detektor
Fieberthermometer für Kernmaterie
Die Messung Elektron-Positron-Paaren ist ein wichtiger Bestandteil des Programms von CBM. Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen, unterliegen nicht der starken Wechselwirkung und können deshalb den Feuerball aus hoch komprimierter Kernmaterie ungehindert verlassen. Sie sind damit in der Lage wichtige Informationen über die Kernreaktionen zu vermitteln, z.B. erlauben sie eine Bestimmung der erreichten Temperaturen.
Die Schwierigkeit dieser Messung liegt jedoch darin, dass Elektron-Positron-Paare im Vergleich zu anderen Teilchen nur sehr selten produziert werden. Deshalb werden spezielle Detektoren benötigt, um sie aus dem großen Hintergrund produzierter Teilchen heraus zu filtern. Einer dieser Detektoren ist der Transition-Radiation-Detektor (TRD), der in der Lage sein wird e+e- -Paare bei hohen Impulsen zu identifizieren, während bei kleineren Impulsen die Aufgabe von anderen Detektoren, wie dem RICH übernommen wird.
Um Elektronen von allen anderen Teilchen zu trennen, nutzt der TRD dabei die Tatsache aus, dass sich nur Elektronen aufgrund ihrer sehr kleinen Masse schnell genug bewegen können um sogenannte Übergangsstrahlung (englisch: transition radiation) erzeugen zu können.
Diese Strahlung kennt man auch als Röntgenstrahlung und entsteht wenn ein geladenes Teilchen mit extremer Geschwindigkeit eine Grenzfläche zwischen zwei Materialien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten passiert. Dies geschieht im Radiator genannten Teil des TRDs.
•Im Falle des CBM-TRD wird als Radiator ein Stapel aus einfachen Polyethylen-Schaumfolien benutzt, so wie sie auch als Verpackungsmaterial für empfindliche Geräte Verwendung findet.
Die Übergangsstrahlung wird anschlieβend in einem ortsempfindlichen Gasdetektor wahrgenommen, was die Identifikation der Elektronen erlaubt. Eine Besonderheit dieser Gasdetektoren (englisch; Multi-Wire-Proportional-Chamber, MWPC) ist dass sie mit dem relativ seltenen und teuren Edelgas Xenon betrieben werden müssen. Dieses stellt aufgrund seiner hohen Absorption von Strahlung sicher, dass die Übergangsstrahlung auch mit ausreichender Sicherheit nachgewiesen werden kann.
Der TRD wird im Aufbau von CBM aus vier Lagen mit insgesamt 216 Modulen bestehen, die zusammen eine Fläche von 114 Quadratmeter abdecken. Es müssen die Daten von ca. 330.000 Detektorpixeln verarbeitet werden, wozu spezielle Auslese-Chips (SPADIC und FASP) entwickelt wurden.
Ein Prototyp des TRDs, der bereits aus vier Modulen besteht, wurde ausführlich und erfolgreich in Teststrahlzeiten am DESY und an der GSI getestet.
Beteiligte Universitäten
