Entwicklung von Detektoren zum Nachweis von ultrakalten Neutronen und von Zerfallsprotonen an einer supraleitenden UCN-Speicheranordnung
Final Report Abstract
Das Neutron zerfällt nach n=>p+e~+v (p = Proton, e~ = Elektron, v = Elektron-Antineutrino). Mit einer neuen Anordnung zur Speicherung ultrakalter Neutronen (Teilchen mit Geschwindigkeiten unter 7 m/s!) mit supraleitenden Magneten, PENeLOPE = Precision Experiment on the Neutron Lifetime Operating with Proton Extraction, soll die Lebensdauer des Neutrons auf ca. 0.1s genau gemessen werden. Eine wesentliche Neuerung gegenüber früheren Experimenten mit gespeicherten Neutronen ist der Nachweis der Zerfallsprotonen. Diese Teilchen werden mit geringer Energie emittiert und müssen vor dem Nachweis beschleunigt werden. Sie sollen mit Szintillationszählern, bestehend aus dünnen Schichten von reinem Csl auf Quarzoder Plastiklichtleitern und LAAPDs, empfindlichen Halbleiterzählern, detektiert werden. Ziel des Projekts war die Entwicklung solcher Detektoren. In vier Schritten konnte das Ziel weitgehend erreicht werden. Zunächst wurde ein Beschleimiger für Protonen mit Energien zwischen 10 und 35 keV gebaut. Anschließend koimte nachgewiesen werden, dass Csl bei niedrigen Temperaturen (ca. 30-40 K) eine Szintillationsausbeute besitzt, die weit über der von CsI(Tl) (Csl mit einer kleinen Beimengung von Thallium) bei Raumtemperatur liegt. Ein Testdetektor (Fläche 25 mm2), bestehend aus einer dünnen Schicht von Csl auf einem Lichtleiter aus Quarz und ausgelesen mit einer LAAPD, lieferte bei Beschuss mit Protonen von 30keV viel versprechende Ergebnisse. Vorher war nachgewiesen worden, dass LAAPDs bis zu Temperaturen um 20-30 K funktionsfähig sind. Schließlich wurde eine Anordnung zum Protonennachweis unter den Bedingungen des Experiments PENeLOPE entwickelt.
Publications
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A. R. Müller et ai., A low-temperature proton detector for a neutron lifetime experiment, 2007 IEEE Nuclear Science Conference Record, 2301 (2007).
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A. R. Müller et aJ., PAFF, a iow-energy, low-ßux proton accelerator for detector tests, Nuci. Instrum. Methods A 582, 395 (2007).
