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PolyEthylen Naphthalat PEN

Aktives Trägermaterial für Germaniumdetektoren

Eine der großen experimentellen Herausforderungen für LEGEND ist die Reduktion von Untergrund, der von der Radioaktivität der Materialien nahe an den Detektoren erzeugt wird. Das Beste wäre es, wenn sich um die Detektoren gar kein Material befände. Aber die Detektoren brauchen Träger gegen die Gravitation und Kabel um die Signale nach außen zu bringen. Obwohl diese Komponenten so leicht und so sauber wie möglich gebaut werden, bleiben sie am Ende eine Hauptquelle von Untergrund.

Dieser Untergrund wird hauptsächlich durch radioaktive Zerfälle erzeugt, die zur Emission von Photonen führen. Die Photonen wechselwirken im Germanium, deponieren aber nur einen Teil ihrer Energie im Detektor; der dominierende Prozess dafür ist Compton-Streuung. Der deponierte Teil der Energie kann in das Suchfenster für das Signal fallen. Der Rest der Energie wird von einem Photon aus dem Detektor herausgetragen. Wird dieses Photon nicht gesehen, dann entsteht ein vom Signal faktisch ununterscheidbares Untergrundereignis. Aktive Vetosysteme um die Germaniumdetektoren herum sollen das verhindern. Solche Systeme weisen die Photonen nach, sodass sich die Untergrundereignisse zuverlässig identifizieren lassen.

PEN ist ein weit verbreitetergünstiger Kunststoff. Daraus können Trägerelemente und eine Hülle um die Detektoren gebaut werden. Es szintilliert und kann so die Photonen nachweisen. Allerdings braucht es wohl zusätzlich noch Argon, um die Photonen mit hoher Wahrscheinlichkeit einzufangen, denn eine PEN-Hülle um die Detektoren kann nicht beliebig dick sein. PEN kann mit sehr geringer radioaktiver Belastung produziert werden, aber es macht trotzdem keinen Sinn, erst eine Menge Untergrund zu produzieren und dann zu hoffen, dass man ihn komplett nachweisen kann.

Die erste Aufgabe der Gruppe ist es, zu messen wie gut PEN genau szintilliert und wie gut PEN das Licht leitet. Das Material selber muss qualifiziert werden und die optischen Eigenschaften wie Attenuationslänge müssen gemessen werden. Um ein aktives Vetosystem zu entwickeln, sind Simulationen der Effizienz des Systems notwendig. Gleichzeitig müssen die mechanischen Eigenschaften getestet werden und ein Hüllenkonzept muss entwickelt und realisiert werden.

Aktivitäten der Gruppe

Mit dem DPS-Aufbau (Darkroom PEN Spectroscopy) lässt sich das Emissionsspektrum von PEN-Kacheln messen, die von LEDs mit einem engen UV-Spektrum und radioaktiven Quellen angeregt werden. 

PENNI (PEN at liquid Nitrogen temperature Investigation) ist ein Versuchsaufbau, mit dem die Wissenschaftler die Lichtausbeute von PEN in kryogener Umgebung untersuchen.

Weitere Informationen zur PEN-Gruppe

Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Abt, Iris, Dr.

Scientist 295

Gooch, Christopher

Engineering 242

Hayward, Connor

PhD Student 764

Keller, Stefan

Student 312

Schulz, Oliver, Dr.

Scientist 521

Schlüsselpublikationen

PEN as self-vetoing structural Material

arXiv:1708.09265 [physics.ins-det]