The photon tagging facility for the Crystal-Barrel/TAPS experiment at ELSA
Description
With the CBELASA/TAPS experiment in the framework of the SFB/TR 16 measurements of single- and double-polarization observables in the photoporoduction were performed. The energy of the high-energetic, polarized photon beams required for this, is determined by means of a so-called tagging system. In the framework of this thesis such a tagging system was constructed. It allows the energy tagging of the photons in an energy range from 0.021.E0 to 0.871.E0 with a time resolution of σ=0.240 ns and an energy resolution from 0.1%.E0 to 0.4%.E0. The reached time resolution allows to use the tagging system as time reference for the remaining experimental components. For the calculation of cross sections the knowledge of the photon flux at the experimental target is necessary. Thereby the photon definition probability Pγ plays a central role, which indicates, with which probability for a signal from the tagging system the corresponding photon in the γ beam at the production target is present. It could be found a prescription for the determination of Pγ, which yields at tagging rates from 1 MHz to 10 MHz consistent results. A relative systematic error for Pγ was determined. Furthermore the effects of collimation and divergence of the photon beam on the number of the really in the experiment available photons and by this on the maximally reachable Pγ were extensively studied and experimental observations explained.
Abstract (German)
Mit dem CBELSA/TAPS-Experiment werden im Rahmen des SFB/TR 16 Messungen von Einfach- und Doppelpolarisationsobservablen in der Photoproduktion durchgefuehrt. Die hochenergetischen, polarisierten Photonenstrahlen werden ueber den Bremsstrahlungsprozess erzeugt. Die Energie der Photonen bestimmt sich aus der Differenz zwischen der Elektronenergie vor (E0) und nach (Ee-) dem Bremsstrahlungsprozess. Dies erfordert den Nachweis der Sekundaerelektronen mit Hilfe eines so genannten Tagging-Systems. Als wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit wurde ein neues Tagging-System aufgebaut und in Betrieb genommen, in das Instrumente zur Praeparation und zum Nachweis von linear und zirkular polarisierten Photonen integriert sind. Das Tagging-System besteht aus einem Hodoskop mit 96 Szintillatorstreifen sowie einem Detektor mit 480 szintillierenden Fasern. Mit dieser Detektorkombination wird der Nachweis der Sekundaerelektronen aus dem Bremsstrahlungsprozess in einem Energiebereich von 0,021 . E0 bis 0,871 . E0 mit einer Zeitaufloesung von σ = 0,240 ns (Szintillatorhodoskop) bzw. σ = 0,560 ns (Faserdetektor) und einer Energieaufloesung von 0,1 % . E0 bis 0,4 % . E0 ermoeglicht. Die erreichte Zeitaufloesung erlaubt es, das Tagging-System als Zeitreferenz fuer die uebrigen Experimentkomponenten zu verwenden. Die Energiekalibration der Photonenmarkierungsanlage erforderte umfangreiche, dedizierte Messungen, die Teil dieser Arbeit waren und durch ausfuehrliche Simulationsrechnungen ergaenzt wurden. Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen wurden zur Extrapolation der gemessenen Daten in den Energiebereichen verwendet, die direkten Kalibrationsmessungen nicht zugaenglich waren. Darueber hinaus konnten die Simulationsergebnisse Aufschluss ueber den Einfluss der verschiedenen Strahllageparameter des primaeren Elektronenstrahls auf die zu erreichende Energieaufloesung geben. Zur Berechnung von Wirkungsquerschnitten mit dem CBELSA/TAPS-Experiment ist die Kenntnis des Photonenflusses am Experimenttarget noetig. Bei der Bestimmung des Photonenflusses spielt die Photondefinitionswahrscheinlichkeit Pγ eine zentrale Rolle, die angibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit zu einem Signal aus dem Tagging-System das zugehoerige Photon im γ-Strahl am Produktionstarget vorhanden ist. Hierzu wurden mittels Monte-Carlo-Simulationen detaillierte Untersuchungen angestellt, die Aufschluss ueber die zu beachtenden Untergrundereignisklassen und deren Beitrag sowie den Einfluss weiterer Effekte (Detektorelektronik) geben konnten. Nachdem diese Effekte untersucht und verstanden waren, konnte als ein weiteres wesentliches Ergebnis dieser Arbeit eine Vorschrift fuer die Bestimmung von Pγ gefunden werden, die die verschiedenen Ergebnisse mittels Korrekturfaktoren beruecksichtigt und bei Tagging-Raten von 1MHz bis 10MHz konsistente Resultate liefert. Ein relativer systematischer Fehler fuer Pγ wurde bestimmt. Darueber hinaus wurde eingehend untersucht, welche Auswirkungen die Kollimation des Photonenstrahls auf die Anzahl der tatsaechlich im Experiment zur Verfuegung stehenden Photonen und damit auf das maximal erreichbare Pγ hat. Die experimentell schon beobachtete Energieabhaengigkeit der Photondefinitionswahrscheinlichkeit Pγ konnte so erklaert werden. Weiterhin wurde auch die Divergenz des Photonenstrahls in die Rechnungen einbezogen. Es ergibt sich abhaengig vom Radiatortyp eine erhebliche Reduzierung der maximal im Experiment erreichbaren Photondefinitionswahrscheinlichkeit. Die Ergebnisse dieser Rechnungen stimmen gut mit experimentell gewonnenen Ergebnissen ueberein. (orig.)
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Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Die Photonenmarkierungsanlage fuer das Crystal-Barrel/TAPS-Experiment an ELSA
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 210 p.
- ISSN
- 0172-8741
- Report number
- BONN-IR--2009-12
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 41064117
- Subject category
- S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- BEAM MONITORING; BEAM PROFILES; BEAM TRANSPORT; ENERGY RESOLUTION; GAMMA DETECTION; GAMMA SPECTROSCOPY; GEV RANGE 01-10; HODOSCOPES; MEV RANGE 100-1000; MEV RANGE 10-100; MHZ RANGE 01-100; OPTICAL FIBERS; PHOTON BEAMS; POLARIZED BEAMS; POSITION SENSITIVE DETECTORS; SOLID SCINTILLATION DETECTORS; TIME RESOLUTION
- Descriptors DEC
- BEAMS; DETECTION; ENERGY RANGE; FIBERS; FREQUENCY RANGE; GEV RANGE; MEASURING INSTRUMENTS; MEV RANGE; MHZ RANGE; MONITORING; RADIATION DETECTION; RADIATION DETECTORS; RESOLUTION; SCINTILLATION COUNTERS; SPECTROSCOPY; TIMING PROPERTIES