Entwicklung eines ortsauflösenden, Hochmagnetfeld-kompatiblen Detektors für Ultrakalte Neutronen

• Antragsteller: Professor Dr. Tobias Reich, seit 3/2023
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447846734

In diesem Projekt soll ein ortsauflösender, magnetfeld-kompatibler Detektor für ultrakalte Neutronen (UCN) entwickelt werden. Hierfür werden Silzium Photodetektoren verwendet, die Licht detektieren, dass von ZnS(Ag) Szintillatorfolien erzeugt wird, die mit einer dünnen 10B Schicht beschichtet sind.Zwar existieren schon UCN Detektoren, die Bor 10 als Konvertermaterial verwenden, allerdingsexistiert bisher kein großflächiger, gepixelter und Magnetfeld-kompatibler detektor. Solch ein Detektor kann extrem flexibel zum Beispiel in Neutron EDM und Neutron Lebensdauer Experimenten eingesetzt werden, da dort hohe Magnetfelder zur Spinanalyse und zur Speicherung der UCN eingesetzt werden, und Ortsauflösung zum Unterdrücken systematischer Effekte auf niedrigstes Level notwendig ist.Im Rahmen einer Doktorarbeit soll in drei Phasen von einem 1-Pixel Prototyp über eine 25 Pixel Prototyp ein fertiger Detektor von ca 100 x 100 mm2 Fläche mit 100 Pixeln, also einer Auflösung von 10 mm entwickelt werden.Für die ersten beiden Phasen werden Vor-Experimente mit Quellen von Alphateilchen statt Bor und Neutronen durchgeführt werden, um Lichtausbeute und -Reichweite zu bestimmen.Die Detektoren werden wiederholt in Strahlzeiten an den UCN Quellen am TRIGA Forschungsreaktor an der Johannes Gutenberg Universität Mainz mit ultrakalten Neutronen getestet und ihre Effizienz mit existierenden Detektoren verglichen.Der finale Detektor wird desweiteren in einer Strahlzeit am Paul Scherrer Institut in der Schweiz mit dort entwickelten, auf 3He basierenen Detektoren verglichen werden.Die Detektoren der Phasen 2 und 3 brauchen ausgefeilte Ausleseelektronik. Zuerst wird hier externe, kommerziell erhältliche Elektronik zur Entwicklung und für Tests verwendet werden, im Anschluss wird eine auf ASIC Technologie und FPGA basierende in-situ Ausleseelektronik entwickelt und getestet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Dr. Bernhard Lauss
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Dieter Ries, bis 3/2023