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GeDet: GermaniumDetektor Entwicklung

In der Grundlagenforschung werden Germaniumdetektoren nicht nur zur Suche nach neutrinolosem Doppelbetazerfall eingesetzt, sondern auch in der Spektroskopie und zur Suche nach dunkler Materie. Dabei sind Resultate, die bei Untersuchungen für eine Anwendnung erzielt wurden, oft auch für die anderen Anwendungen interessant.

Für die Suche nach neutrinolosem Doppelbetazerfall ist Germanium deshalb so interessant, weil eines der Germaniumisotope, Germanium 76, ein guter Kandidat für diesen Zerfallskanal ist und daher Germanium als Quelle und Nachweisgerät in einem fungieren kann. Das, zusammen mit der exzellenten Energieauflösung von Germaniumdetektoren, bedeutet gute Nachweiseffizienz. Germaniumdetektoren können die Energie einzelner Photonen besser auflösen als jede andere Technologie. 

Eine ganze Reihe verschiedener Typen von Detektoren wird in der Suche nach neutrinolosem Doppelbetazerfall eingesetzt. Die meisten haben die Form eines Zylinders und etwa die Größe einer Teetasse. Die Gruppe betreibt zwei verschiedene Detektorvarianten, sogenannte voll-koaxiale Detektoren mit einer zentralen Öffnung, die den Zylinder vollständig durchdringt, und sogenannte Breitband (broad-energy) Detektoren, die kein zentrale Öffnung aufweisen, sondern lediglich eine kleine Kontaktfläche auf einer Stirnseite des Zylinders. Die Spezialität der Gruppe sind segmentierte Detektoren. Bei solchen Detektoren ist der Detektormantel in verschiedene Kontaktzonen unterteilt. Dies erlaubt tief gehende Untersuchungen der Detektoreigenschaften.

Technologie der Germaniumdetektoren:

Germanium ist ein Halbleiter, der nur bei Temperaturen um die 100K als Detektormaterial genutzt werden kann. Die Temperaturabhängigkeit der Detektoreigenschaften ist ein Fokus der Gruppe. Das hängt mit der Mobilität der Ladungsträger zusammen. Die Abhängigkeit der Mobilität von den Kristallachsen ist ein weitere Fotschungsschwerpunkt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Untersuchung der Oberflächeneigenschaften von Germaniumdetektoren, das heißt die Untersuchung von Ereignissen, die nahe der Oberfläche stattfinden. Die Kontamination der Oberflächen mit alpha und beta Strahlern ist eine Quelle von experimentellem Untergrund und es gilt solche Ereignisse zu identifizieren.

Eine Möglichkeit solche Ereignisse zu identifizieren besteht darin, die elektrischen Pulse, die der Detektor erzeugt genau zu analysieren. Auf diese Weise kann bestimmt werden, ob ein Ereignis nahe an der Oberfläche stattfand oder auch ob eventuell Energie an mehr als einer Stelle deponiert wurde. Solche Pulsanalysen sind ein weiterer Forschungsschwerpunkt der Gruppe. Die segmentierten Detektoren bieten dabei die Möglichkeit, die Bahnen der Ladungsträger genau zu verfolgen und auch das mögliche Eingefangenwerden von Ladungsträgern genau zu untersuchen. Dabei werden sogenannte Spiegelimpulse in die Analysen einbezogen.

Die Gruppe betreibt drei Teststände, die alle die Möglichkeit bieten, Detektoren abzutasten. Diese Teststände wurden mit Hilfe der Erkenntnisse konzipiert, die aus den Erfahrungen mit historischen Testständen gewonnen wurden.

Die technischen Details und Methoden werden auf Spezialseiten in englischer Sprache beschrieben:

GALATEA

Oberflächenereignisse

K2

Temperaturabhängigkeiten

Gerdalinchen II

Betrieb in Kryoflüssigkeiten

Weitere Informationen zur GeDet-Gruppe

Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Abt, Iris, Dr.

Scientist 295

Gooch, Christopher

Engineering 242

Guitart Corominas, Maria

Student 280

Hauertmann, Lukas

PhD Student 764

Liu, Xiang, Ph.D.

Scientist 764

Panth, Rajendra

Schuster, Martin

PhD Student 764

Zsigmond, Anna Julia, Dr.

Postdoc 337

Schlüsselpublikationen

Characterisation of an n-type segmented BEGe detector.
I.Abt et al., Nucl. Instrum. Meth. A 925 (2019) 172-183

Alpha-event and surface characterisation in segmented true-coaxial HPGe detectors
Nucl. Instrum. Meth. A 858 (2017) 80-89

The GALATEA test-facility for high purity germanium detectors
Nucl.Instrum.Meth. A 782 (2015) 56

Measurement of the temperature dependence of pulse lengths in an n-type germanium detector
Eur. Phys. J. Appl. Phys. 56 (2011) 10104

Pulse shape simulation for segmented true-coaxial HPGe detectors
Eur. Phys. J. C 68, 609-618 (2010)

Neutron Interactions as Seen by A Segmented Germanium Detector
Eur. Phys. J. A 36, 139-149 (2008)

Characterization of the first true coaxial 18-fold segmented n-type prototype detector for the GERDA project Nucl.Instrum.Meth. A 577 (2007) 574