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GeDeT: Entwicklung von Germaniumdetektoren

Germaniumdetektoren in der Grundlagenforschung

18-fach segmentierter Germaniumdetektor
18-fach segmentierter Germaniumdetektor (Foto: I. Abt/MPP)

In der Grundlagenforschung werden Germaniumdetektoren in der Spektroskopie, bei der Suche nach dunkler Materie und bei der Suche nach neutrinolosem Doppelbetazerfall eingesetzt. Das Isotop Germanium-76 ist ein Kandidat für neutrinolosen Doppelbetazerfall und das ermöglicht den Bau von Detektoren die gleichzeitig als Quelle und zum Nachweis des Phänomens dienen, was eine besonders hohe Effizienz ermöglicht.

Neutrinoloser Doppelbetazerfall ist nur möglich, wenn Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind. Neutrinos sind Schlüsselteilchen für Kernspaltung und Kernfusion und auch für die Entwicklung von Materie nach dem Urknall. Wenn sie ihre eigenen Antiteilchen sind, dann eröffnet das eine Möglichkeit, das Verschwinden der Antimaterie zu erklären.

Der neutrinolose doppelte Betazerfall ist, selbst wenn es ihn gibt, ein extrem seltenes Phänomen. In Gegenwart der normalen radioaktiven Untergrundstrahlung könnte er nie beobachtet werden. Deswegen müssen solche Experimente extrem gegen die Radioaktivität der Umgebung abgeschirmt werden. Für alle Teile eines Experimentes müssen Materialen ausgesucht werden, die möglichst wenig strahlen. Die kosmische Höhenstrahlung verursacht weiteren Untergrund, der von der Gruppe durch Messungen untersucht wird.

Die Experimente müssen tief unter der Erde durchgeführt werden, um diesen Untergrund zu minimieren.
Die entsprechenden Bedingungen sind am SNOLAB in Kanada oder am CJPL in China gegeben. Die Gruppe ist involviert in der Planung eines zukünftigen Experimentes, das mit einer Tonne Germanium die Suche
gegenüber den existierenden Experimenten wie GERDA um mindesten eine Größenordnung erweitern soll.

Technologie der Germaniumdetektoren

Der Teststand GALATEA
Der Teststand GALATEA (Foto: I. Abt/MPP)

Germanium ist ein Halbleiter, der nur bei tiefen Temperaturen als Detektormaterial eingesetzt werden kann. Germaniumdetektoren werden typischerweise bei etwa 100 Kelvin (-173 Grad Celsius), gekühlt durch flüssigen Stickstoff, betrieben. Die Temperaturabhängigkeit des Betriebes von Germaniumdetektoren ist ein Schwerpunkt der Arbeit.

Es gibt verschiedene Detektortypen, die bei der Suche nach neutrinolosem Doppelbetazerfall eingesetzt werden. Alle sind zylindrisch und haben etwa die Größe einer Kaffeetasse. Die elektrischen Pulse, die durch Strahlung erzeugt werden, werden nicht nur benutzt, um die deponierte Energie zu bestimmen, sondern auch, um Signal- von Untergrundereignissen zu unterscheiden.

Die Form der Pulse hängt von der Art der Kontaktierung ab. Das Studium der Pulse und ihre Simulation ist ein Schwerpunkt der Arbeit. Dafür werden auch segmentierte Germaniumdetektoren eingesetzt, bei denen der Mantel der Detektoren in mehrere Kontaktzonen aufgeteilt wird. Die Segmentierung selber kann auch zur Identifizierung von Untergrundereignissen eingesetzt werden.

Die Gruppe betreibt mehrere Teststände, zum Beispiel GALATEA, in denen neuartige Germaniumdetektoren auf ihre Eigenschaften untersucht werden.

Weitere Informationen zur GeDet-Gruppe

Aktuelle Meldungen

13.10.2015

Viele Experimente der Astroteilchenphysik müssen vor Strahlung geschützt werden. Deswegen befinden sie sich häufig tief unter der Erdoberfläche. Für ein neues Untergrundlabor in China haben das Max-Planck-Institut für Physik und die Tsinghua Universität in Peking gemeinsam wissenschaftliche Konzepte...

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Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Abt, Iris, Dr.

Scientist 295

Empl, Anton, Ph.D.

Scientist 207

Hauertmann, Lukas

Student 764

Kneißl, Raphael

PhD student 415

Liu, Xiang, Ph.D.

Scientist 764

Majorovits, Béla, PD Dr.

Scientist 262

Schulz, Oliver, Dr.

Scientist 521

Schuster, Martin

Student 327

Wolfrum, Daniel

Student 327

Schlüsselpublikationen

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